scholarly journals A Heuristic Approach to Render Ray Tracing Effects in Real Time for First-Person Games

2014 ◽  
Vol 5 (1) ◽  
pp. 1
Author(s):  
Paulo Andrade ◽  
Esteban Clua ◽  
Thales Sabino ◽  
Fabio Forti
Keyword(s):  
Virtual Environments ◽  
Real Time ◽  
Ray Tracing ◽  
Visual Experience ◽  
Spatial Information ◽  
Selection Process ◽  
Global Illumination ◽  
Time Frame ◽  
Time Constraints ◽  
Ray Trace

Realistic computer graphics effects as mirror reflections, transparency, caustics and detailed shadows are hard to simulate using real time raster based rendering, since they require global illumination approaches. One option is ray trace these effects using a real-time hybrid renderer, where ray tracing and raster rendering are used together to generate the best visual experience. Unfortunately, the ray tracing stage of a hybrid renderer can be a very demanding stage, making it hard to maintain real time frame rates in virtual environments where many elements must be ray traced. This work present a heurist to select the best subset of elements to ray trace in real time, in a hybrid renderer, in order to improve the visual experience offered by an equivalent raster only render, and still maintain the real time experience. The selection process considers rendering time constraints, spatial information of the environment, previous elements selected for ray tracing and current information about the candidate elements.

scholarly journals Efficient Illumination Algorithms for Global Illumination In Interactive and Real-Time Rendering

2016 ◽  
Author(s):  
Κωνσταντίνος Βαρδής
Keyword(s):  
Real Time ◽  
Ray Tracing ◽  
Global Illumination ◽  
Path Tracing ◽  
Illumination Algorithms

H ψηφιακή σύνθεση φωτορεαλιστικών εικόνων θεωρείται ένα από τα πιο συναρπαστικά πεδία στον τομέα των γραφικών του υπολογιστή. Κύριος στόχος της είναι η παραγωγή εικόνων που προσομοιώνουν όσο το δυνατόν πιο πειστικά τα μοντελοποιημένα αντικείμενα, όπως αυτά απεικονίζονται στον πραγματικό κόσμο. Η προσπάθεια βελτίωσης του οπτικού ρεαλισμού έχει κατευθύνει ένα μεγάλο κομμάτι της έρευνας στην διερεύνηση των αλληλεπιδράσεων του φωτός και της ύλης, με αποτέλεσμα την θεμελίωση ενός εμπεριστατωμένου μαθηματικού πλαισίου καθώς και την εντυπωσιακή ποιότητα των παραγόμενων εικόνων από τις σημερινές εφαρμογές σύνθεσης εικόνας σε γραφικά κινηματογραφικής ποιότητας. Ενώ οι θεωρητικές έννοιες της μετάδοσης του φωτός έχουν κατανοηθεί σε μεγάλο βαθμό και εφαρμόζονται στα γραφικά μη πραγματικού χρόνου, η σωστή αναπαραγωγή των διαφόρων φυσικών φαινομένων σε διαδραστικά και πραγματικού χρόνου περιβάλλοντα είναι ένα εξαιρετικά δύσκολο πρόβλημα, λόγω των χρονικών περιορισμών που επιβάλλονται στις συγκεκριμένες διεργασίες. Η ανάγκη για αλγορίθμους ικανούς να αποδώσουν φωτορεαλιστικές εικόνες σε δυναμικά περιβάλλοντα είναι ακόμα πιο απαραίτητη στην σημερινή εποχή όπου το μέγεθος καθώς και η πολυπλοκότητα των ψηφιακών κόσμων, οι οποίοι μπορούν να μεταβληθούν δραστικά σε κάθε καρέ, έχει αυξηθεί δραματικά. Ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι να διερευνήσει τέτοιες μεθόδους που εμπίπτουν στον τομέα της φωτορεαλιστικής σύνθεσης εικόνας. Οι συνεισφορές μας επικεντρώνονται αποκλειστικά στην ανάπτυξη αποτελεσματικών αλγορίθμων ολικού φωτισμού σε γραφικά πραγματικού χρόνου καθώς και διαδραστικά, λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς που προκύπτουν σε δυναμικά περιβάλλοντα. Όσον αφορά την πρώτη κατηγορία (γραφικά πραγματικού χρόνου), η πλειονότητα των αλγορίθμων βασίζεται στη μέθοδο της σχεδίασης (rasterization), όπου η υποστήριξη δυναμικού περιεχομένου παρέχεται εγγενώς. Όμως, τα αυστηρά χρονικά όρια των εφαρμογών αυτών θέτουν και σημαντικούς περιορισμούς στην ακρίβεια και λειτουργία των υπολογιστικά απαιτητικών αλγορίθμων ολικού φωτισμού, επηρεάζοντας σοβαρά την ποιότητα των τελικών εικόνων. Οι πιο σημαντικές απλοποιήσεις επιβάλλονται από πολύ νωρίς; συνήθως, η γεωμετρική πληροφορία της σκηνής αντικαθίσταται είτε από (i) μία μερική και εξαρτώμενη από τη θέση του παρατηρητή, διακριτοποιημένη αναπαράσταση της σκηνής, ή από (ii) μία ολική μεν, αλλά αδρή, κανονική υποδιαίρεση της σκηνής, στις τεχνικές που δουλεύουν στον χώρο της εικόνας και ογκομετρικές μεθόδους, αντίστοιχα. Συμβάλλουμε στον τομέα αυτό προτείνοντας δύο νέες τεχνικές, οι οποίες επικεντρώνονται στη βελτίωση της οπτικής αστάθειας που προκύπτει από τις προσεγγίσεις που γίνονται στους αλγορίθμους αυτούς, καθώς και στην αποτελεσματικότητα των δομών που χρησιμοποιούνται. Η πρώτη μας μέθοδος, η οποία εφαρμόζεται στις κλασσικές μεθόδους εικόνας για παρεμπόδιση του έμμεσου φωτισμού, επικεντρώνεται στην γενική αντιμετώπιση του προβλήματος των οπτικών ατελειών που προκύπτουν από την εξάρτηση στην οπτική γωνία του παρατηρητή. Αυτό επιτυγχάνεται με την αξιοποίηση γεωμετρικής πληροφορίας από άλλες οπτικές γωνίες, χωρίς να υπάρχει περιορισμός στον αριθμό ή την τοποθεσία αυτών που είναι ήδη διαθέσιμες σε μία μηχανή γραφικών, όπως είναι οι εικόνες για την παραγωγή σκιών. Η δεύτερη μας μέθοδος ασχολείται με την βελτίωση της αποτελεσματικότητας της δομής καθώς και την οπτική σταθερότητα των ογκομετρικών μεθόδων ολικού φωτισμού, εισάγοντας την ιδέα της υποδειγματοληψίας της χρωματικότητας για την κατευθυντική συμπίεση της λαμπρότητας στο σφαιρικό πεδίο, ένα βελτιστοποιημένο σύστημα τοποθέτησης σημείων λαμπρότητας καθώς και μια προσεγγιστική τεχνική απόδοσης έμμεσων σκιάσεων ανεξαρτήτων από την εκάστοτε όψη. Στην κατηγορία των διαδραστικών γραφικών, η υποστήριξη δυναμικού περιεχόμενου από την ερευνητική κοινότητα έχει επικεντρωθεί σε μεγάλο βαθμό στη βελτίωση της αποτελεσματικότητας αλγορίθμων βασιζόμενοι στην παρακολούθηση ακτινών (ray tracing), το οποίο χρησιμοποιείται σχεδόν αποκλειστικά σε γραφικά μη πραγματικού χρόνου. Ωστόσο, το υπολογιστικό κόστος κατασκευής των απαιτούμενων επιταχυντικών δομών εξακολουθεί να περιορίζει αυτές τις μεθόδους σε εν μέρει στατικό περιεχόμενο. Εναλλακτικά, πρόσφατες ερευνητικές προσπάθειες έχουν προσπαθήσει να εκμεταλλευτούν τη μέθοδο της σχεδίασης γραφικών, το οποίο υποστηρίζει εγγενώς δυναμικά περιβάλλοντα, για να επιτύχουν ποιότητα ταυτόσημη με την παρακολούθηση ακτινών. Παρόλα αυτά, οι υπάρχουσες λύσεις δεν είναι ακόμη σε θέση να υποστηρίξουν πλήρως έναν αλγόριθμο ολικού φωτισμού χωρίς να θέτουν περιορισμούς όσον αφορά είτε τη γεωμετρική αναπαράσταση ή τις πολλαπλές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του φωτός και των διαφόρων οπτικών μέσων. Στην κατηγορία των διαδραστικών γραφικών παρουσιάζουμε δύο μεθόδους που διερευνούν τη δυνατότητα του σύγχρονου μοντέλου σχεδίασης γραφικών να παρέχει μια εναλλακτική υπολογιστικά λύση στα ακριβά στάδια κατασκευής των επιταχυντικών δομών. Οι προτεινόμενες μέθοδοι μπορούν να αποδώσουν υψηλής ποιότητας διαδραστική παρακολούθηση ακτινών σε αυθαίρετης πολυπλοκότητας δυναμικά περιβάλλοντα, αφαιρώντας έτσι τους περιορισμούς των προηγούμενων μεθόδων που βασίζονται στη σχεδίαση γραφικών. Η πρώτη μας μέθοδος αξιοποιεί τεχνικές πολυ-επιπέδων για να αποθηκεύσει αποτελεσματικά και για πρώτη φορά, μία λεπτομερή αναπαράσταση όλου του περιβάλλοντος στην οποία ένας αλγόριθμος ολικού φωτισμού - όπως η παρακολούθηση μονοπατιού (path tracing) - μπορεί να υποστηριχθεί. Η παρακολούθηση ακτινών επιτυγχάνεται αποτελεσματικά αξιοποιώντας γρήγορη μεταπήδηση χώρων στο χώρο της εικόνας και προσεγγιστικούς ελέγχους τομών μεταξύ των ακτινών και των παραγόμενων τεμαχίων (fragments). Η προτεινόμενη λύση βελτιώνει δραματικά την ποιότητα αλλά και την ταχύτητα αλγορίθμων που βασίζονται στην παρακολούθηση ακτινών στο χώρο της εικόνας ενώ παράλληλα παρέχει μικρούς χρόνους κατασκευής, καθώς και κλιμακωτή απόδοση διάσχισης ακτινών. Ωστόσο, η συγκεκριμένη μέθοδος προσφέρει προσεγγιστική ποιότητα εικόνας, συγκριτικά με τις παραδοσιακές μεθόδους παρακολούθησης ακτινών, και μπορεί να έχει υψηλό κόστος μνήμης λόγω της αποθήκευσης δεδομένων για την φωτοσκίαση των τεμαχίων για όλη την σκηνή. Η δεύτερη μέθοδός μας, η οποία ολοκληρώνει την έρευνά μας, μεταφέρει την αναβαλλόμενη λογική της αποθήκευσης γεωμετρικής πληροφορίας από τους αλγορίθμους παρακολούθησης ακτινών στο μοντέλο σχεδίασης γραφικών. Με αυτόν τον τρόπο είμαστε σε θέση να δημιουργήσουμε μία δομή που βασίζεται σε γεωμετρία αντί για τεμάχια και να υποστηρίξουμε τρεις, αντικρουόμενους σε προηγούμενες ερευνητικές δουλειές, στόχους: (i) δυναμικά περιβάλλοντα με γρήγορους χρόνους κατασκευής, (ii) ποιότητα ταυτόσημη με τους αλγόριθμους παρακολούθησης ακτινών με ελέγχους τομών βασισμένους σε πολύγωνα και (iii) μειωμένες απαιτήσεις μνήμης. Επιπλέον, η προτεινόμενη μέθοδος βελτιώνει και γενικεύει περαιτέρω τον τομέα της παρακολούθησης ακτινών στο χώρο της εικόνας με την αξιοποίηση διαφόρων βελτιστοποιήσεων μεταπηδήσεων χώρου ώστε να υποστηρίξει αποτελεσματικά αναλυτικούς ελέγχους τομών μεταξύ ακτινών και πολυγώνων.

IMPROVING FIELD PRODUCTION AND THE VALUE OF ASSETS THROUGH ENABLING REAL-TIME WORKFLOWS

2004 ◽  
Vol 44 (1) ◽  
pp. 575 ◽  
Author(s):  
B. Theuveny ◽  
J. Amedick ◽  
A. Kosmala ◽  
J.G. Flores ◽  
H. Soliman
Keyword(s):  
Real Time ◽  
Production Management ◽  
Management Practices ◽  
Oil And Gas ◽  
Selection Process ◽  
Time Frame ◽  
Oil Field ◽  
Legal Constraints ◽  
Diagnostic Applications ◽  
The Impact

Reservoir and production management practices can benefit from the use of information obtained in real-time. This paper focusses specifically on the gains obtained from the continuous monitoring of naturally flowing and artificially lifted wells.The deployment of real-time production workflows is an important enabler to improve the value of oil and gas assets. The impact is seen in areas such as:the improvement of production (well productivity), through the reduction of deferred production and increased productivity;reduction of operating costs (OPEX);reduction of repair time;reduction of capital expenses (CAPEX);capture of best (and worst) practices;increased operational flexibility; andimproved efficiency of workforce.Field examples over a range of applications covering both artificially lifted wells to naturally flowing wells demonstrate the value of real-time monitoring and relevant-time surveillance and diagnostic applications. Examples of permanent monitoring systems installed at subsurface and/or at surface illustrate how operators can optimise the value of new and existing assets. Although much of the technology has been available for years, deployment in actual field operation is still a challenge. Several best practices are suggested to improve implementation success. The human component in this oil field revolution is important and cannot be under-estimated. The success of real-time enabled workflows can only occur if the workforce fully cooperates and buys-in to the solution. The inertia of legacy practices can derail the change management process if not considered early in the implementation.This paper discusses several industry approaches to product and service delivery of real-time enabled production workflows, and the various possible implementations. The commercial and physical implementations of these production workflows can range from remotely hosted solutions with no footprint on the operator premises, to fully integrated solution using and integrating legacy system of the oil and gas company. A segmentation of these approaches facilitates the selection process depending on parameters such as the size of the asset, legal constraints, availability of expertise. The value of the benefits of each of these approaches also provides a better understanding of the probable gains that may be achieved in the short to long-term time frame.

scholarly journals A Novel Rail-Network Hardware Simulator for Embedded System Programming

Electronics ◽  
2020 ◽  
Vol 10 (1) ◽  
pp. 13
Author(s):  
Balaji M ◽  
Chandrasekaran M ◽  
Vaithiyanathan Dhandapani
Keyword(s):  
Embedded Systems ◽  
Embedded System ◽  
Real Time ◽  
Learning Outcomes ◽  
Real World ◽  
Time Constraints ◽  
Network Simulator ◽  
Practical Applications ◽  
Rail Network ◽  
Knowledge Enhancement

A Novel Rail-Network Hardware with simulation facilities is presented in this paper. The hardware is designed to facilitate the learning of application-oriented, logical, real-time programming in an embedded system environment. The platform enables the creation of multiple unique programming scenarios with variability in complexity without any hardware changes. Prior experimental hardware comes with static programming facilities that focus the students’ learning on hardware features and programming basics, leaving them ill-equipped to take up practical applications with more real-time constraints. This hardware complements and completes their learning to help them program real-world embedded systems. The hardware uses LEDs to simulate the movement of trains in a network. The network has train stations, intersections and parking slots where the train movements can be controlled by using a 16-bit Renesas RL78/G13 microcontroller. Additionally, simulating facilities are provided to enable the students to navigate the trains by manual controls using switches and indicators. This helps them get an easy understanding of train navigation functions before taking up programming. The students start with simple tasks and gradually progress to more complicated ones with real-time constraints, on their own. During training, students’ learning outcomes are evaluated by obtaining their feedback and conducting a test at the end to measure their knowledge acquisition during the training. Students’ Knowledge Enhancement Index is originated to measure the knowledge acquired by the students. It is observed that 87% of students have successfully enhanced their knowledge undergoing training with this rail-network simulator.

Temporally Reliable Motion Vectors for Real‐time Ray Tracing

2021 ◽  
Vol 40 (2) ◽  
pp. 79-90
Author(s):  
Zheng Zeng ◽  
Shiqiu Liu ◽  
Jinglei Yang ◽  
Lu Wang ◽  
Ling‐Qi Yan
Keyword(s):  
Real Time ◽  
Ray Tracing ◽  
Motion Vectors

Spatiotemporal reservoir resampling for real-time ray tracing with dynamic direct lighting

2020 ◽  
Vol 39 (4) ◽  
Author(s):  
Benedikt Bitterli ◽  
Chris Wyman ◽  
Matt Pharr ◽  
Peter Shirley ◽  
Aaron Lefohn ◽  
...  
Keyword(s):  
Real Time ◽  
Ray Tracing

Multi-step real-time wind speed prediction based on convolution memory network

2021 ◽  
pp. 0309524X2199826
Author(s):  
Guowei Cai ◽  
Yuqing Yang ◽  
Chao Pan ◽  
Dian Wang ◽  
Fengjiao Yu ◽  
...  
Keyword(s):  
Feature Extraction ◽  
Wind Speed ◽  
Real Time ◽  
Wind Power ◽  
Spatial Correlation ◽  
Prediction Accuracy ◽  
Spatial Information ◽  
Spatial Association ◽  
Spatial Feature ◽  
Time Prediction

Multi-step real-time prediction based on the spatial correlation of wind speed is a research hotspot for large-scale wind power grid integration, and this paper proposes a multi-location multi-step wind speed combination prediction method based on the spatial correlation of wind speed. The correlation coefficients were determined by gray relational analysis for each turbine in the wind farm. Based on this, timing-control spatial association optimization is used for optimization and scheduling, obtaining spatial information on the typical turbine and its neighborhood information. This spatial information is reconstructed to improve the efficiency of spatial feature extraction. The reconstructed spatio-temporal information is input into a convolutional neural network with memory cells. Spatial feature extraction and multi-step real-time prediction are carried out, avoiding the problem of missing information affecting prediction accuracy. The method is innovative in terms of both efficiency and accuracy, and the prediction accuracy and generalization ability of the proposed method is verified by predicting wind speed and wind power for different wind farms.

scholarly journals A Set of Integral Grid-Coding Algebraic Operations Based on GeoSOT-3D

2021 ◽  
Vol 10 (7) ◽  
pp. 489
Author(s):  
Kaihua Hou ◽  
Chengqi Cheng ◽  
Bo Chen ◽  
Chi Zhang ◽  
Liesong He ◽  
...  
Keyword(s):  
Real Time ◽  
Spatial Information ◽  
Data Retrieval ◽  
Geospatial Data ◽  
Algebraic Operation ◽  
Real Time Processing ◽  
C Language ◽  
Time Processing ◽  
Binary Operations ◽  
Set Operations

As the amount of collected spatial information (2D/3D) increases, the real-time processing of these massive data is among the urgent issues that need to be dealt with. Discretizing the physical earth into a digital gridded earth and assigning an integral computable code to each grid has become an effective way to accelerate real-time processing. Researchers have proposed optimization algorithms for spatial calculations in specific scenarios. However, a complete set of algorithms for real-time processing using grid coding is still lacking. To address this issue, a carefully designed, integral grid-coding algebraic operation framework for GeoSOT-3D (a multilayer latitude and longitude grid model) is proposed. By converting traditional floating-point calculations based on latitude and longitude into binary operations, the complexity of the algorithm is greatly reduced. We then present the detailed algorithms that were designed, including basic operations, vector operations, code conversion operations, spatial operations, metric operations, topological relation operations, and set operations. To verify the feasibility and efficiency of the above algorithms, we developed an experimental platform using C++ language (including major algorithms, and more algorithms may be expanded in the future). Then, we generated random data and conducted experiments. The experimental results show that the computing framework is feasible and can significantly improve the efficiency of spatial processing. The algebraic operation framework is expected to support large geospatial data retrieval and analysis, and experience a revival, on top of parallel and distributed computing, in an era of large geospatial data.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document