Novel Extended Brickmap for Real-time Ray Tracing

Abstract

Lagring og tegning av storskala volumetrisk data kan være en utfordring. I denne avhandlingen kommer vi til å videreutvikle en datastruktur kalt \textit{brickmap} i fra 2015. Brickmapdatastrukturen leverer en praktisk metode for å lagre store mengder med voxel data på. Datastrukturen har også god støtte for å strålespores og manipuleres i sanntid. Vi skal se på hvordan denne strukturen kan bli implementert i Khronos sin grafikk API, og videreutvikle strukturen til å støtte fysisk basert materialdata. Den videreutviklede brickmapstrukturen skal også forbli praktisk for manipulering og strålesporing i sanntid.

Det ble bygd et system for å teste implementasjonen av brickmapstrukturen. Dette systemet gjorde det mulig å teste ytelse på tvers av maskinvare i et isolert miljø. Våre funn viser at GPUer I fra tidligere generasjoner er i stand til å tegne med strålesporing i sanntid gitt at de rette optimaliseringene er brukt. Det svakeste kortet vi testet var GTX 1650M. GTX 1650M viste lovende resultat, men den var ikke i stand til å skalere. GTX 1080 Ti ble også testet og viste gode resultat selv med mer stressende arbeidskrav. Mer moderne kort slik som RX 6800 XT ble ikke utfordret i testene som ble utført og var begrenset av CPU. Flere ideer for fremtidig arbeid vil også være inkludert.

Storage and rendering of large-scale volumetric data can be a challenge. In this thesis, we will expand on the features of a data structure called \textit{brickmap} from 2015. The brickmap data structure is a solution that delivers a practical method for storing large quantities of voxel data. It is suitable for manipulation and ray tracing in real-time. This thesis will explore how the structure can be implemented in Khronos's Vulkan compute API and extend to include physical-based material data while remaining practical in real-time applications for higher fidelity ray tracing and path tracing.

A benchmark system was created to test the performance of the brickmap implementation in a controlled environment across different hardware. The results generated from the benchmark system show that the previous generation's graphical processing units can ray trace in real-time when using the brickmap data structure if the correct optimizations are applied. The weakest card tested, the GTX 1650M, showed promise but failed to scale with the current solution, while other cards like the GTX 1080ti were able to perform in all our tests. Newer cards like the RX 6800 XT were not stressed in the benchmark and were bottlenecked by CPU overhead. The thesis also includes several ideas for future work.