La ricerca crea immagini più realistiche per la tecnologia di oggi e di domani

I ricercatori di Dartmouth, in collaborazione con partner del settore, hanno sviluppato tecniche software che rendono più realistica l’illuminazione nelle immagini generate al computer. La ricerca sarà presentata alla prossima conferenza ACM SIGGRAPH, la sede principale per la ricerca sulla computer grafica.

Le nuove tecniche si concentrano sulla grafica “in tempo reale” che deve mantenere l’illusione dell’interattività mentre le scene cambiano in risposta alle mosse dell’utente. Questi elementi grafici possono essere utilizzati in applicazioni come videogiochi, realtà estesa e strumenti di visualizzazione scientifica.

Entrambi i documenti dimostrano come gli sviluppatori possono creare effetti di luce sofisticati adattando una tecnica di rendering popolare nota come ray tracing.

“Negli ultimi dieci anni, il ray tracing ha aumentato notevolmente il realismo e la ricchezza visiva delle immagini generate al computer nei film in cui la produzione di un solo fotogramma può richiedere ore”, ha affermato Wojciech Jarosz, professore associato di informatica a Dartmouth che è stato il ricercatore senior per entrambi i progetti. “I nostri articoli descrivono due approcci molto diversi per portare l’illuminazione realistica con ray-tracing ai vincoli della grafica in tempo reale”.

Il primo progetto, sviluppato con NVIDIA, prevede le possibilità per i giochi futuri una volta che gli sviluppatori incorporeranno la piattaforma di ray-tracing RTX con accelerazione hardware di NVIDIA. I giochi recenti hanno iniziato a utilizzare RTX per ombre e riflessi fisicamente corretti, ma la qualità e la complessità dell’illuminazione sono attualmente limitate dal numero ridotto di raggi che possono essere tracciati per fotogramma.

La nuova tecnica, denominata ReSTIR (ReSTIR), crea luci e ombre realistiche da milioni di sorgenti di luce artificiale. L’approccio ReSTIR aumenta notevolmente la qualità del rendering sulla scheda grafica di un computer riutilizzando i raggi tracciati nei pixel adiacenti e nei fotogrammi precedenti.

La nuova tecnica può essere integrata nella progettazione di giochi futuri e funziona fino a 65 volte più velocemente delle precedenti tecniche di rendering.

“Questa tecnologia non è solo entusiasmante per ciò che può apportare alle applicazioni in tempo reale come i giochi, ma anche per il suo impatto nell’industria cinematografica e oltre”, ha affermato Benedikt Bitterli, Ph.D. studente a Dartmouth che è stato il primo autore di un documento di ricerca sulla tecnica.

Il secondo progetto, condotto in collaborazione con Activision, descrive come l’editore di videogiochi abbia incorporato nei suoi giochi effetti di luce sempre più realistici.

Tradizionalmente, i videogiochi creano sequenze di luci in tempo reale utilizzando quelle che vengono chiamate soluzioni “baked”: la complessa illuminazione ray-tracing viene calcolata solo una volta attraverso un processo che richiede tempo. L’illuminazione creata con questa tecnica può essere visualizzata facilmente durante il gioco, ma è vincolata ad assumere una configurazione fissa per una scena. Di conseguenza, l’illuminazione non può reagire facilmente al movimento dei personaggi e delle telecamere.

Il documento di ricerca descrive come Activision ha gradualmente evoluto il suo sistema “UberBake” dall’approccio statico a uno in grado di rappresentare sottili cambiamenti di illuminazione in risposta alle interazioni dei giocatori, come accendere e spegnere le luci o aprire e chiudere le porte.

Poiché UberBake è stato sviluppato nel corso di molti anni per funzionare sui giochi attuali, doveva funzionare su una varietà di hardware esistente, dai PC di fascia alta alle console di gioco della generazione precedente.

“I videogiochi sono utilizzati da milioni di persone in tutto il mondo”, ha affermato Dario Seyb, Ph.D. studente a Dartmouth che è stato co-primo autore del documento di ricerca. “Con così tante persone che interagiscono con i videogiochi, questa tecnologia può avere un impatto enorme”.

I ricercatori di Dartmouth su entrambi i progetti sono affiliati al Dartmouth Visual Computing Lab.

“Queste collaborazioni industriali sono state fantastiche. Consentono ai nostri studenti di lavorare su ricerche accademiche di base informate da problemi pratici nell’industria, consentendo al lavoro di avere un impatto più immediato e reale”, ha affermato Jarosz.

I documenti di ricerca saranno pubblicati in Transazioni ACM sulla grafica e presentato al SIGGRAPH 2020 che si svolgerà online durante l’estate.