Henjou-Renderer

レイトレ合宿 9で発表したレンダラーの紹介スライドです

技術的なトピックとして以下のことを簡単に解説しています
- ACES Tone Mapping
- Spherical Caps VND sampling
- Thin-Film Interference
- Meta-Material BTDF(Minus IOR)

レンダラーのリポジトリ
https://github.com/kinakomoti-321/Henjou-Renderer/tree/main

Transcript

1. レンダラー紹介 Henjou-Renderer Kinankomoti
2. Henjou-Renderer ・ Optix 7.7 , CUDA 12.1 ・ Multiple Importance Sampling ・ Optix Denoiser ・ Diney BRDF ・ACES Film Tone Mapping ・Spherical Caps VND sampling ・Thin-Film Interference(干渉薄膜) ・Metamaterial BTDF(負屈折率物質)
3. 目標 ・ リファクタリング ・ GGX周りの最適化 ・ Thin-Filmの実装 ・ Metamaterialの組み込み ・ Multi-Scattering GGXの実装（できなかった)
4. 実行できるようにす る！！！！！！！！！ ！！ ※前回、本番環境で動かなかった
5. レンダラーの名前 名前つけてみたい 仏教用語とか良さそう
6. レンダラーの名前 名前つけてみたい 仏教用語とか良さそう 「遍照(へんじょう)」
7. レンダラーの名前 名前つけてみたい 仏教用語とか良さそう 「遍照(へんじょう)」 意味 : あたりくまなく照らすこと
8. レンダラーの名前 名前つけてみたい 仏教用語とか良さそう 「遍照(へんじょう)」 意味 : あたりくまなく照らすこと GI感ある言葉なので採用 Henjou-Renderer
9. Scene テーマ 寺 + いつもの仏陀像 + 水(メタマテリアル) フルスクラッチ 3日で制作 どう見ても千と千尋の油屋
10. Scene 後光と台座の文字は梵語 お寺で使われる古代インドの文字 １文字で仏様を表したりする 五十音に対応した文字もある
12. れ
13. れ い
14. れ い と
15. れ い と れ
16. れ い と れ が
17. れ い と れ が し
18. れ い と れ が し つ
19. れ い と れ が し つ ゆ
20. れ い と れ が し つ ゆ く
21. レイトレ合宿!
22. ACES Film Tone Mapping ・ 映画とかに使われるコントラスト強めなTone Mapping ・ 和風ホラーっぽくしたかったので採用 ・ 以下のサイトのフィッティング関数を使用 https://knarkowicz.wordpress.com/2016/01/06/aces- filmic-tone-mapping-curve/ ACES Filmic Tone Mapping Curve
23. ACES Film Tone Mapping
24. ACES Film Tone Mapping
25. Spherical Caps VND sampling ・ 可視法線分布サンプリング ・ Sampling Visible GGX Normals with Spherical Caps ・ [Heitz 2018]の方法より3 ~ 7 %程度の高速化 ・ 頻繁に呼び出すのでうれしい最適化
26. Thin-Film Interference ・ 薄膜干渉 ・ 薄い膜の間で光が干渉し合う現象 ・ シャボン玉、油、 錆びた鉄がなんか変な色になるやつetc.
27. Thin-Film Interference BSDF ・ 一般に使われる薄膜干渉BSDFの手法 ・ A Practical Extension to Microfacet Theory for the Modeling of Varying Iridescence ・ 薄膜干渉におけるフレネル値を計算する ・ リアルタイムで計算可能
28. Thin-Film Interference BSDF ・ 上層 IOR ・ 薄膜 IOR、Thickness ・ 下層 複素屈折率 or IOR
29. Thin-Film Interference ・ 今回は軽量化のため、LUTを使用 ・ LUT生成 Unity アセットを制作 ・ フレネル値(0~1)のため、pngでも問題なく保存可能 https://github.com/kinakomoti-321/TFI_LUTCreator
30. Artist Friendly Metallic Fresnel ・ 複素屈折率の指定は非直感的 ・ Artist Friendly Metallic Fresnelを導入 ・ 2つの色から複素屈折率を算出してくれる
31. Thin-Film Interference 薄膜 屈折率 ・ ior = 3.5 下層 複素屈折率 ・ ior = (0.743506,0.99998,3.999995) ・ κ = (0.6687595,0.006324492,1264.042) AO MapをThickness Mapとして使用 thickness cosθ
32. Meta-Material ・ 自然界の物質にはない性質を持つ人工物質 ・ 材料工学で色々考えられている ・ 代表的なのは負の屈折率を持つメタマテリアル
33. 負屈折率の反射 ・スネルの法則 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = 𝑛𝑜 sin 𝜃𝑜 ni , no ∶屈折率 𝜃𝑖 : 入射角, 𝜃𝑜 ∶ 屈折角 𝜃𝑖 𝜃𝑜 𝑛𝑖 𝑛𝑜
34. 負屈折率の反射 ・スネルの法則 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = 𝑛𝑜 sin 𝜃𝑜 ni , no ∶屈折率 𝜃𝑖 : 入射角, 𝜃𝑜 ∶ 屈折角 ・屈折率を負と考えると・・・? (𝑛𝑜 → −𝑛𝑜 ) 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = −𝑛𝑜 sin 𝜃𝑜 𝜃𝑖 𝑛𝑖 −𝑛𝑜
35. 負屈折率の反射 ・スネルの法則 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = 𝑛𝑜 sin 𝜃𝑜 ni , no ∶屈折率 𝜃𝑖 : 入射角, 𝜃𝑜 ∶ 屈折角 ・屈折率を負と考えると・・・? (𝑛𝑜 → −𝑛𝑜 ) 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = −𝑛𝑜 sin 𝜃𝑜 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = 𝑛𝑜 sin(−𝜃𝑜 ) 𝜃𝑖 ー𝜃𝑜 𝑛𝑖 −𝑛𝑜
36. 負屈折率の反射 ・スネルの法則 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = 𝑛𝑜 sin 𝜃𝑜 ni , no ∶屈折率 𝜃𝑖 : 入射角, 𝜃𝑜 ∶ 屈折角 ・屈折率を負と考えると・・・? (𝑛𝑜 → −𝑛𝑜 ) 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = −𝑛𝑜 sin 𝜃𝑜 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = 𝑛𝑜 sin(−𝜃𝑜 ) ・ 屈折角が入射方向に向くようになる 𝜃𝑖 ー𝜃𝑜 𝑛𝑖 −𝑛𝑜
37. 負屈折率の反射 ・スネルの法則 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = 𝑛𝑜 sin 𝜃𝑜 ni , no ∶屈折率 𝜃𝑖 : 入射角, 𝜃𝑜 ∶ 屈折角 ・屈折率を負と考えると・・・? (𝑛𝑜 → −𝑛𝑜 ) 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = −𝑛𝑜 sin 𝜃𝑜 𝑛𝑖 sin 𝜃𝑖 = 𝑛𝑜 sin(−𝜃𝑜 ) ・ 屈折角が入射方向に向くようになる ・ 面白そうなのでBTDFを考案してやってみた 𝜃𝑖 ー𝜃𝑜 𝑛𝑖 −𝑛𝑜
38. Meta-Material BTDF 物理学的にはFresnelはマイナス取ったiorと一緒 他も幾何的な部分は通常のIORと一緒 なので屈折角の計算以外はIdeal Refract BTDFと同様 𝑓 𝜔𝑖 , 𝜔𝑜 = 𝐹 𝜔𝑖 , 𝑛1 , 𝑛2 𝑛𝑖 2 𝑛𝑜 2 𝛿(𝜔𝑜 − 𝜔𝑇 ) cos 𝜃𝑜 𝜃𝑖 ー𝜃𝑜 𝑛𝑖 −𝑛𝑜 𝜔𝑖 𝜔𝑇
39. Meta-Material BTDF 屈折角の計算は一度、通常の屈折を計算して対称にするだけで問題ない 実装もこの対称操作を付けただけ 𝜔𝑇 = 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡(𝑟𝑒𝑓𝑟𝑎𝑐𝑡 𝜔𝑖 , 𝑁, 𝑛𝑖 , 𝑛𝑜 , −𝑁) 𝑛𝑖 −𝑛𝑜 𝜔𝑖 𝜔𝑇 𝑁 −𝑁 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑎𝑐𝑡
40. Meta-Material BTDF こんな見た目になる Meta-Material IOR = -1.5 通常のガラス IOR = 1.5
41. Meta-Material BTDF こんな見た目になる
42. Meta-Material BTDF こんな見た目になる Meta-Material IOR = -1.33 通常の水 IOR = 1.33
43. Meta-Material BTDF
44. Meta-Material BTDF
45. 余談 ・ 負屈折率物質は赤外線の範囲で一応実現している ・ 小さい回路で電磁波を操作して、疑似的にやってる ・ 超高解像度レンズなどに応用されることが期待されてる
46. 発表作品 1280 × 720 (HD) 10 fps 6 second 各フレーム 15spp
47. 所感 取りあえず提出できて、前回の雪辱を果たせたので良かった 1サンプルがかなり重かった (15sppで4秒ほどかかった) MetaMaterial は通常のやつより反射回数を増やす感じがある ReSTIRあたりの実装 マルチインスタンス Temporalな機能の追加 絵作り的な事もちょっと目指したい ColorGrading, PostEffect Motion
48. END