Предложены распределенные методы для реалистичной визуализации (рендеринга) трехмерных виртуальных объектов с использованием вычислительных возможностей современных графических процессоров (GPU). Идея рассматриваемых решений заключается в моделировании отражения света от поверхностей объектов виртуальной среды с приближенной имитацией физических свойств их материалов. Задание таких свойств осуществляется с помощью нескольких текстур специального формата. Данные из этих текстур используются в пиксельном шейдере на GPU при расчете отраженного света, который выполняется по оригинальной вычислительной модели. Последняя представляет модифицированную BRDF модель Кука – Торренса и позволяет моделировать в виртуальной среде несколько различных типов источников освещения, а также тени от объектов. Созданные методы и алгоритмы основаны на использовании распределенных вычислений на современных многоядерных графических процессорах и поддерживают визуализацию сложных высокополигональных виртуальных сцен в масштабе реального времени, что обеспечивает их применимость в системах виртуального окружения и имитационно-тренажерных комплексах. На основе предложенных в работе решений реализованы программные модули для систем визуализации трехмерных сцен, позволяющие выполнять реалистичный рендеринг объектов виртуальных пространств.
The paper proposes distributed methods for realistic rendering of three-dimensional virtual objects using computing abilities of modern graphics processors (GPU). The idea of the considered solutions is to simulate a light reflected from surfaces of virtual environment objects with approximate imitation of their materials’ physical properties. Specifying of such properties is done by means of several textures with special format. Data from these textures are used in pixel shader when reflected light is calculated on GPU by own illumination model. The proposed model is the modification of the Cook-Torrance BRDF model and allows simulating in virtual environment both different light source types and shadows cast by objects. Created methods and algorithms are based on using of distributed computing on modern multi-core GPUs and support real-time visualization of complicated high polygonal virtual scenes. This provides their applicability in virtual environment systems and simulation-training complexes. Based on proposed solutions, software modules for 3D scene visualization systems are created. The modules allow performing realistic rendering of virtual environment objects.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.