liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Pseudo-Marginal Metropolis Light Transport
Linköping University, Department of Science and Technology, Media and Information Technology. Linköping University, Faculty of Science & Engineering.
Division of Systems and Control, Department of Information Technology, Uppsala University.
Linköping University, Department of Science and Technology, Media and Information Technology. Linköping University, Faculty of Science & Engineering.ORCID iD: 0000-0002-7765-1747
2015 (English)In: Proceeding SA '15 SIGGRAPH Asia 2015 Technical Briefs, ACM Digital Library, 2015, 13:1-13:4 p.Conference paper (Other academic)
Abstract [en]

Accurate and efficient simulation of light transport in heterogeneous participating media, such as smoke, clouds and fire, plays a key role in the synthesis of visually interesting renderings for e.g. visual effects, computer games and product visualization. However, rendering of scenes with heterogenous participating with Metropolis light transport (MLT) algorithms have previously been limited to primary sample space methods or using biased approximations of the transmittance in the scene. This paper presents a new sampling strategy for Markov chain Monte Carlo (MCMC) methods, e.g. MLT, based on pseudo-marginal MCMC. Specifically, we show that any positive and unbiased estimator of the target distribution can replace the exact quantity to simulate a Markov Chain with a stationary distribution that has a marginal which is the exact target distribution of interest. This enables us to evaluate the transmittance function with recent unbiased estimators which leads to significantly shorter rendering times. Compared to previous work, relying on (biased) ray-marching for evaluating transmittance, our method enables simulation of longer Markov chains, a better exploration of the path space, and consequently less image noise, for a given computational budget. To demonstrate the usefulness of our pseudo-marginal approach, we compare it to representative methods for efficient rendering of anisotropic heterogeneous participating media and glossy transfer. We show that it performs significantly better in terms of image noise and rendering times compared to previous techniques. Our method is robust, and can easily be implemented in a modern renderer.

Place, publisher, year, edition, pages
ACM Digital Library, 2015. 13:1-13:4 p.
National Category
Computer Science Computer and Information Science
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-122586DOI: 10.1145/2820903.2820922ISBN: 978-1-4503-3930-8OAI: oai:DiVA.org:liu-122586DiVA: diva2:868265
Conference
The 8th ACM SIGGRAPH Conference and Exhibition, Asia Technical Briefs, 3-5 November, Kobe, Japan
Available from: 2015-11-10 Created: 2015-11-10 Last updated: 2015-11-10Bibliographically approved
In thesis
1. Physically Based Rendering of Synthetic Objects in Real Environments
Open this publication in new window or tab >>Physically Based Rendering of Synthetic Objects in Real Environments
2015 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

This thesis presents methods for photorealistic rendering of virtual objects so that they can be seamlessly composited into images of the real world. To generate predictable and consistent results, we study physically based methods, which simulate how light propagates in a mathematical model of the augmented scene. This computationally challenging problem demands both efficient and accurate simulation of the light transport in the scene, as well as detailed modeling of the geometries, illumination conditions, and material properties. In this thesis, we discuss and formulate the challenges inherent in these steps and present several methods to make the process more efficient.

In particular, the material contained in this thesis addresses four closely related areas: HDR imaging, IBL, reflectance modeling, and efficient rendering. The thesis presents a new, statistically motivated algorithm for HDR reconstruction from raw camera data combining demosaicing, denoising, and HDR fusion in a single processing operation. The thesis also presents practical and robust methods for rendering with spatially and temporally varying illumination conditions captured using omnidirectional HDR video. Furthermore, two new parametric BRDF models are proposed for surfaces exhibiting wide angle gloss. Finally, the thesis also presents a physically based light transport algorithm based on Markov Chain Monte Carlo methods that allows approximations to be used in place of exact quantities, while still converging to the exact result. As illustrated in the thesis, the proposed algorithm enables efficient rendering of scenes with glossy transfer and heterogenous participating media.

Abstract [sv]

En av de största utmaningarna inom datorgrafik är att syntetisera, eller rendera, fotorealistiska bilder. Fotorealistisk rendering används idag inom många tillämpningsområden såsom specialeffekter i film, datorspel, produktvisualisering och virtuell verklighet. I många praktiska tillämpningar av fotorealistisk rendering är det viktigt att kunna placera in virtuella objekt i fotografier, så att de virtuella objekten ser verkliga ut. IKEA-katalogen, till exempel, produceras i många olika versioner för att passa olika länder och regioner. Grunden till de flesta bilderna i katalogen är oftast densamma, men symboler och standardmått på möbler varierar ofta för olika versioner av katalogen. Istället för att fotografera varje version separat kan man använda ett grundfotografi och lägga in olika virtuella objekt såsom möbler i fotot. Genom att på det här sättet möblera ett rum virtuellt, istället för på riktigt, kan man också snabbt testa olika möbleringar och därmed göra ekonomiska besparingar.

Den här avhandlingen bidrar med metoder och algoritmer för att rendera fotorealistiska bilder av virtuella objekt som kan blandas med verkliga fotografier. För att rendera sådana bilder används fysikaliskt baserade simuleringar av hur ljus interagerar med virtuella och verkliga objekt i motivet. För fotorealistiska resultat kräver simuleringarna noggrann modellering av objektens geometri, belysning och materialegenskaper, såsom färg, textur och reflektans.

För att de virtuella objekten ska se verkliga ut är det viktigt att belysa dem med samma ljus som de skulle ha haft om de var en del av den verkliga miljön. Därför är det viktigt att noggrant mäta och modellera ljusförhållanden på de platser i scenen där de virtuella objekten ska placeras. För detta använder vi High Dynamic Range-fotografi, eller HDR. Med hjälp av HDR-fotografi kan vi noggrant mäta hela omfånget av det infallande ljuset i en punkt, från mörka skuggor till direkta ljuskällor. Detta är inte möjligt med traditionella digitalkameror, då det dynamiska omfånget hos vanliga kamerasensorer är begränsat. Avhandlingen beskriver nya metoder för att rekonstruera HDR-bilder som ger mindre brus och artefakter än tidigare metoder. Vi presenterar också metoder för att rendera virtuella objekt som rör sig mellan regioner med olika belysning, eller där belysningen varierar i tiden. Metoder för att representera spatiellt varierande belysning på ett kompakt sätt presenteras också. För att noggrant beskriva hur glansiga ytor sprider eller reflekterar ljus, beskrivs också två nya parametriska modeller som är mer verklighetstrogna än tidigare reflektionsmodeller. I avhandlingen presenteras också en ny metod för effektiv rendering av motiv som är mycket beräkningskrävande, till exempel scener med uppmätta belysningsförhållanden, komplicerade  material, och volumetriska modeller som rök, moln, textiler, biologisk vävnad och vätskor. Metoden bygger på en typ av så kallade Markov Chain Monte Carlo metoder för att simulera ljustransporten i scenen, och är inspirerad av nyligen presenterade resultat inom matematisk statistik.

Metoderna som beskrivs i avhandlingen presenteras i kontexten av fotorealistisk rendering av virtuella objekt i riktiga miljöer, då majoriteten av forskningen utförts inom detta område. Flera av de metoder som presenteras i denna avhandling är dock tillämpbara inom andra domäner, såsom fysiksimulering, datorseende och vetenskaplig visualisering.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2015. 135 p.
Series
Linköping Studies in Science and Technology. Dissertations, ISSN 0345-7524 ; 1717
National Category
Signal Processing
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-122588 (URN)10.3384/diss.diva-122588 (DOI)978-91-7685-912-4 (print) (ISBN)
Public defence
2015-12-04, Domteatern, Visualiseringscenter C, Kungsgatan 54, Norrköping, 09:15 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2015-11-10 Created: 2015-11-10 Last updated: 2015-11-10Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

Other links

Publisher's full text

Search in DiVA

By author/editor
Kronander, JoelUnger, Jonas
By organisation
Media and Information TechnologyFaculty of Science & Engineering
Computer ScienceComputer and Information Science

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Altmetric score

Total: 108 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link