Nefotorealistické zobrazování v reálném čase

Abstract

The goal of this thesis is to examine non-photorealistic rendering (NPR) methods with respect to their application in real-time rendering and to utilize the features of modern programmable graphics processing units (GPUs) to implement several NPR techniques. To achieve maximal efficiency of the implemented rendering styles, extra care is taken to offload all geometry processing from the CPU to the GPU. Implementations of three image-space edge detectors are presented and compared. Silhouettes, border edges, creases and material boundaries can be identified by detecting discontinuities in an image with worldspace normals, in the second derivative of the depth buffer and in an image with region identifiers. Combination of the edge detectors and a stepped shader is used to render objects in a cartoon style. A novel approach to rendering of a three-dimensional scene in mosaic style is proposed. Unlike previously presented methods, the implemented technique can render complex scenes at interactive framerates. To achieve real-time performance, a simulation of a system of infinitely stiff springs is used instead of centroidal Voronoi diagrams.

Cílem této práce je prostudovat metody nefotorealistického zobrazování (NPR) s ohledem na jejich použití pří zobrazování v reálnem čase a využít možností moderních grafických karet k implementaci několika NPR technik. První část srovnává implementaci tří hranových detektorů, které fungují na principu hledání nespojitostí v obrazech s normálami, druhými derivacemi hloubek či identifikátory jednotlivých regionů vykreslované scény. Společným použitím těchto detektorů lze nalézt siluety objektů, okrajové hrany, ostré hrany a rozhraní mezi materiály. Kombinace zvýrazňování důležitých hran a stupňovitého stínovaní povrchu objektů je použita k zobrazení scény ve stylu kreslených filmů. Závěrečná část práce se věnuje inovativnímu přístupu k zobrazování trojrozměrných modelů ve stylu mozaik. Ten oproti dříve prezentovaným metodám dokáže vykreslovat i složité scény v reálném čase. Hlavního urychlení je docíleno tím, že k výpočtu pozic jednotlivých dlaždic je namísto tradičního Voroného diagramu použita simulace sytému tuhých pružin.