ارزیابی و بهبود ساختارهای تسریع رهگیری نور بر روی پردازشگرها

امروزه از روش رهگیری نور در ساختن تصاویر واقعی به کمک کامپیوتر استفاده می شود. این تصاویر دو بعدی از تبدیل مدل های فرضی سه بعدی به وسیله رهگیری نور بدست می آیند. این روش با بهره گیری از خصوصیات نور، نور وارد شده به چشم یا دوربین را پیگیری می کند تا تصویری با کیفیت بالا ایجاد کند. در تصویر ساخته شده توسط این روش سایه، انعکاس و شکست نور به خوبی قابل مشاهده است. این روش باید میلیون ها نور را شبیه سازی و پیگیری کند و به علت محاسبات بالا برای پیدا کردن نزدیکترین برخورد نور با عناصر صحنه، رهگیری نور بسیار کند اجرا می-شود. راهکارهایی برای تسریع رهگیری نور ارائه شده است، یکی از این راهکارها، استفاده از ساختارهای تسریعی است که عناصر صحنه را نگهداری می کنند. در این پایان نامه از ساختار تسریع kd-tree استفاده شده است. این ساختار به دلیل برتری هایی که نسبت به ساختارهای دیگر دارد بیشتر مورد توجه محققین قرار گرفته است. درخت-های زیادی می توان ساخت ولی باید درختی ساخته شود که مناسب آن صحنه باشد تا برای برای پیدا کردن نزدیکترین برخورد نور سریع پیمایش شود. محققین روشی را برای ساخت درخت مناسب ارائه کردند که sah نامیده می شود. این روش با استفاده از یک تابع هزینه، درختی را می سازد که کمترین هزینه را دارد. در ساخت تصاویر با دو هزینه روبرو هستیم: زمان ساخت درخت و زمان پیمایش-برخورد (زمان پیدا کردن نزدیکترین برخورد نور با عناصر صحنه در درخت). زمان لازم برای ساخت تصویر مجموع این دو زمان می باشد. در این پایان نامه این دو هزینه بررسی شده اند و روش هایی ارائه شده اند تا زمان ساخت تصویر را کاهش دهند. در روش اول زمان ساخت درخت افزایش ولی زمان پیمایش- برخورد کاهش یافته است و تصویر سریع تر ساخته می شود، این روش فقط برای صحنه های کوچک کارا خواهد بود و در صحنه های بزرگ کارا نیست. برای رفع مشکل روش اول روشی دوم را ارائه دادیم، در روش دوم در تمام صحنه های بزرگ زمان ساخت درخت کاهش چشمگیری نسبت به روش sah استاندارد داشته است و تصویر سریع تر ساخته می شود. مشکل روش دوم پیدا کردن پارامتر k است چون در این روش به صورت تجربی مقدار دهی شده است. توانستیم مقدار k را به صورت وفقی تخمین بزنیم. در این پایان نامه راهکار دیگری برای تسریع رهگیری نور ارائه شده است. به علت مستقل بودن نور های خارج شده از چشم یا دوربین، هر نور به صورت جداگانه روی پردازنده های مختلف اجرا می شوند. موازی سازی بر روی رهگیری نور بسیار خوب عمل کرده است به طوری که در تمام صحنه ها زمان ساخت تصویر حدود 50 درصد کاهش یافته است.