Pipeline gráfico de superficies fotorrealista de tiempo real

Abstract

Desarrollar un motor gráfico fotorrealista de tiempo real es un gran reto que involucra relevar e implementar un gran número de tecnologías gráficas complejas. También es necesario diagramar y estructurar los diferentes elementos de la plataforma de software a desarrollar con el objetivo de lograr código eficiente, flexible y mantenible. En esta tesis se llevó a cabo un relevamiento de tecnologías para la creación de un pipeline gráfico de superficies fotorrealista en tiempo real, enfocándose en aspectos que se consideraron vitales a la hora de establecer los cimientos del pipeline. Específicamente, este trabajo se enfoca en realizar un análisis de los distintos sistemas de color y el tratamiento que debe efectuarse sobre éstos, en introducir las tecnologías de iluminación global de tiempo real contemporáneas más importantes y en realizar un análisis de los distintos pipelines gráficos de iluminación local disponibles. Además, se diseñó e implementó un framework para la rápida generación de aplicaciones gráficas fotorrealistas. Este proyecto se denominó XNA Final Engine y se encuentra desarrollado sobre una plataforma de software de rápido desarrollo, el lenguaje C# y la API gráfica XNA. En éste se implementó un pipeline de iluminación local deferred lighting, se incorporaron tecnologías de iluminación global en el espacio de pantalla e iluminación ambiental representada con armónicos esféricos y se representó el color en alto rango dinámico, realizando los cálculos de iluminación en el espacio lineal y aplicando mapeos tonales para su correcta reproducción en pantalla. También se realizó una evaluación de la viabilidad de incorporar los fundamentos de la programación orientada a datos y el desarrollo basado en componentes sobre una plataforma de rápido desarrollo.

Developing a real-time photorealistic graphics engine is a challenge that involves the reviewing and implementation of a large number of complex graphics technologies. It is also necessary to outline and structure the different elements of the developed software platform with the aim of achieving efficient, flexible and maintainable source code. The contribution of this thesis is a survey of technologies for the creation of a real-time surface photorealistic graphic pipeline, focusing on aspects which were considered vital in establishing the foundations of the pipeline. Specifically, this document focuses on the analysis of several color systems, the introduction of the most important contemporary real-time global illumination technologies and the exploration of the different local illumination graphics pipelines available. In addition, a framework for the rapid generation of photorealistic graphics applications was designed and implemented. This project was named Final XNA Engine and is built on a platform of rapid development, the C# language and the XNA API. In this engine a local illumination deferred lighting pipeline was implemented, screen-space global illumination technologies and ambient lighting represented as spherical harmonics were incorporated; the color was represented in high dynamic range, lighting calculations were done in linear space and a tone mapping was applied to achieve a correct reproduction of the color on the screen. A feasibility study of incorporating the fundamentals of data-oriented programming and component-based development in a platform of rapid development was also performed.