Um Pipeline Para Renderização Fotorrealística de Tempo Real com Ray Tracing para Realidade Aumentada

Abstract

A Realidade Aumentada é um campo de pesquisa que trata do estudo de técnicas para integrar informações virtuais com o mundo real. Algumas aplicações de Realidade Aumentada requerem fotorrealismo, onde os elementos virtuais são tão coerentemente inseridos na cena real que o usuário não consegue distinguir o virtual do real. Para a síntese de cenas 3D existem diversas técnicas, entre elas o ray tracing. Ele é um algoritmo baseado em conceitos básicos da Física Ótica, cuja principal característica é a alta qualidade visual a um custo computacional elevado, o que condicionava a sua utilização a aplicações offline. Contudo, com o avanço do poder computacional das GPUs este algoritmo passou a ser viável para ser utilizado em aplicações de tempo real, devido principalmente ao fato de ser um algoritmo com a característica de poder ser massivamente paralelizado. Levando isto em consideração, esta dissertação propõe um pipeline para renderização fotorrealística em tempo real utilizando a técnica ray tracing em aplicações de Realidade Aumentada. O ray tracer utilizado foi o Real Time Ray Tracer, ou RT2, de Santos et al., que serviu de base para a construção de um pipeline com suporte a sombreamento, síntese de diversos tipos de materiais, oclusão, reflexão, refração e alguns efeitos de câmera. Para que fosse possível obter um sistema que funciona a taxas interativas, todo o pipeline de renderização foi implementado em GPU, utilizando a linguagem CUDA, da NVIDIA. Outra contribuição importante deste trabalho é a integração deste pipeline com o dispositivo Kinect, da Microsoft, possibilitando a obtenção de informações reais da cena, em tempo real, eliminando assim a necessidade de se conhecer previamente os objetos pertencentes à cena real.