Physically based rendering for embedded systems

Abstract

Physically Based Rendering (PBR) is a mainstay of offline and real-time rendering. The principles behind it were first implemented in offline renderers due to processing time not being an issue. Subsequently, real-time rendering began using the same principles especially in the medium of games. Transferring the methods to a real-time environment has led to increasing number of compromises in the physicality, but the principles remain the same. Some of the main goals include adherence to empirically measured reflectances that, among other issues, conserve light energy realistically.

With industries such as automotive manufacturers wanting to incorporate modern rendering techniques to their products, there is a need to investigate how such techniques perform in low-end devices. This thesis tests PBR in different devices, from low-end to high-end, to determine the specific performance impacts of PBR.

The implementation of PBR presented in this thesis is portable to different hardware platforms and provides approximately the same results in each device. PBR, as it is implemented in modern game engines, impacts the performance significantly. However, there are methodology components that can be applied to rendering pipelines with minimal cost.

Fysiikkaperusteinen renderöinti (PBR) on offline- ja reaaliaikaisen renderöinnin tärkeä osa. Sen takana olevat periaatteet otettiin ensin käyttöön offline-renderöinnissä eli elokuvagrafiikassa, koska siinä käsittelyaika ei ole ongelma. Reaaliaikaisessa renderöinnissä, etenkin peleissä, on alettu käyttämään samoja periaatteita. Menetelmien siirtäminen reaaliaikaiseen ympäristöön on lisännyt fyysisyyteen liittyviä kompromisseja, mutta periaatteet ovat pysyneet samoina. Päätavoitteena PBR:ssä on valon heijastumisen empiirisesti mitattujen seurauksien noudattaminen. Yksi tälläinen seuraus on muun muassa valon energian säilyvyys.

Teollisuudenaloilla, kuten autoteollisuudessa, valmistajat haluavat sisällyttää tuotteisiinsa nykyaikaista renderöintitekniikkaa. Tämä luo tarpeen selvittää, miten tällaiset tekniikat toimivat resurssiköyhissä laitteissa. Tämä diplomityö testaa PBR:n toteutusta eri laitteissa, pienitehoisesta suurempitehoiseen, PBR:lle erityisien suorituskykyvaikutusten määrittämiseksi.

Tässä diplomityössä esitettävä, testaukseen tarkoitettu, PBR:n toteutus on siirrettävissä eri laitteistoalustoille ja se tuottaa suunnilleen samat visuaaliset tulokset kussakin laitteessa. PBR, joka on toteutettu samalla tavalla kuin nykyaikaisissa pelimoottoreissa, vaikuttaa suorituskykyyn merkittävästi sulautetuissa järjestelmissä. PBR sisältää kuitenkin komponentteja, joita voidaan käyttää renderöintiin ilman suuria tehovaatimuksia.