Real-time ray tracing of volumetric data

Abstract

As hardware development advances, ray tracing becomes more and more viable for real-time. Even ray tracing for volumetric data is possible with interactive frame rates. The molecular visualization program VMD is about to be extended to use volumetric ray tracing to enhance the image quality. In this thesis I show the implementation of a volumetric ray tracer that achieves interactive frame rates. The NVIDIA OptiX framework is used as the foundation for the ray tracing. OptiX is a programmable ray tracing framework designed to help developers to build ray tracing applications. Volumetric ray tracing is implemented using direct volume rendering via ray marching. The problems of intersecting geometry and translucency are solved by casting further rays and good image quality is achieved using a local approximation for ambient occlusion. The results show that interactive frame rates are possible for standard desktop PCs. But with activated ambient occlusion only offline rendering can be used.

Mit der fortschreitenden Hardware-Entwicklung wird es immer praktikable Raytracing in Echtzeit durchzuführen. Auch für die volumetrische Daten ist es möglich, interaktiven Bildraten zu erzeugen. Das molekulare Visualisierungsprogramm VMD soll erweitert werden volumetrisches Raytracing zu verwenden, um die Bildqualität zu verbessern. In dieser Arbeit zeige Ich die Implementierung eines volumetrischen Raytracer, welcher interaktive Bildraten erreicht. Das NVIDIA OptiX Framework wird als Grundlage für das Raytracing eingesetzt. OptiX ist ein programmierbarsr Raytracing Framework, welches um Entwicklern hilft, Raytracing-Anwendungen zu erstellen. Volumetrisches Raytracing wurde über das direkte Volumen Rendering Verfahren namens Ray Marching implementiert. Die Probleme von überschneudender Geometrie und Transparanez wurden durch das Erzeugen weiterer Strahlen gelöst und eine gute Bildqualität wurde durch eine lokale Näherung für Ambient Occlusion erreicht. Die Ergebnisse zeigen, dass für Standard-Desktop-PCs interaktive Bildraten möglich sind. Mit aktiviertem Ambient Occlusion kann jedoch nur offline Rendering verwendet werden.