Il problema dell'illuminazione globale per il rendering e sua soluzione in ambiente GPU

Abstract

In questo lavoro è stato preso in esame il problema dell'illuminazione globale nell'ambito della grafica computazionale, con l'obiettivo di sviluppare un software che sfrutti la potenza di calcolo delle GPU. Trattandosi della generazione di immagini sintetiche rappresentanti una scena artificiale, utilizzando il procedimento detto di rendering, sono stati descritti i passi necessari: dalla creazione di un modello descrittivo della scena, fino alla visualizzazione dell'immagine nei termini di una matrice di pixel. Concentrando l'attenzione sulla fase di rendering, è stato descritto il modello matematico sottostante i fenomeni di propagazione della luce in un ambiente. Tra le formulazioni presenti in letteratura, è stata preferita quella legata alla radianza luminosa, che appare essere la più versatile per descrivere una maggiore varietà di fenomeni ottici in un'ampia gamma di scene. Al fine di individuare un opportuno metodo adatto all'implementazione efficiente su GPU, sono stati studiati gli approcci più diffusi, evidenziando le relative approssimazioni, e le loro limitazioni in termini qualitativi dei risultati. È stato poi introdotto un nuovo metodo iterativo di cui si è provata la convergenza. Passando poi allo studio dell'implementazione sulle GPU, è stata introdotta l'architettura parallela con le caratteristiche più rilevanti per la valutazione del software che si vuole sviluppare. Sono poi stati analizzati i vari metodi risolutivi alla luce di nuovi parametri di valutazione delle prestazioni e delle aspettative qualitative. Quindi è stato implementato un algoritmo ibrido sia in versione sequenziale, sia in versione parallela multithreading. Infine sono stati analizzati i risultati dell'implementazione dal punto di vista della qualità delle immagini ottenute, e delle prestazioni raggiunte con l'utilizzo delle GPU.