Image Rendering Using Ray-tracing on Graphics Card

Adam Hasík

Master's thesis

Abstract:

Tato diplomová práce se zaměřuje na optimalizaci metody rekuzivního sledování paprsku na grafické kartě. Popsal jsem motivaci, princip a algorithmus metody sledování parpsku. Prezentoval jsem hlavní nedostatky metody především náročnost na výpočetní výkon. Popsal jsem evoluci grafických a karet a jejich vhodnost pro implementaci metody sledování paprsku. Porovnal jsem metodu sledování paprsku se standartním zobrazovacím řetězcem. Popsal jsem aplikační rámec OpenCL, který je standard pro programovaní paralelní aplikací na různorodých platformách. Implementoval jsem aplikaci ray tracer v aplikačním rámci OpenCL. Aplikoval jsem několik výkonnostní optimalizací na implementovanou aplikaci. Provedl jsem výkonostní testy aplikace na testovacích scenách pro obě platformy CPU a GPU. Zkoumal jsem hlouběji výkonnost aplikace pomocí profilování aplikace. Prohlásil jsem na základě výsledku výkonnostní testů, že graphické karty nejsou vhodné pro realizaci metody sledování paprsku.

Abstract:

\EnglishAbstract{The focus of this thesis is to optimization of the ray tracing method for parallel execution on graphics hardware. I describe the motivation, the principles and the algorithm of the image rendering based on the ray tracing method. The work presents major disadvantages of the ray tracing method, especially its requirement for the computation power. It describes the evolution of a graphics processing unit (GPU) and its suitability for the implementation of ray tracing algorithm. In this paper I compare the ray tracing method with the standard rasterization method. I also provide description of the OpenCL framework, which is standard for programming parallel applications on heterogeneous platforms. I implement the ray tracer application in the OpenCL. Several performance optimizations were applied to the solution related to the graphics hardware. I carried out the benchmark of the implemented ray tracer on the sample scenes for both platforms, the central processing unit (CPU) and the graphics processing unit (GPU). The ray tracer performance was also analysed via the profiling technique. The main conclusion drawn from this work (analysis) is that the GPU is not a suitable hardware for rendering based on the ray-tracing method, because the benchmark result was insufficient.

Keywords

GPGPU, grafická karta, Metoda sledování paprsku, OpenCL, Paralelizace, Průchod paprsku, Srovnávací test, Standartní zobrazovací řetězec, Výkonnost, Zřetězení

Keywords

Benchmark, GPU, GPGPU, OpenCL, Parallelization, Pipeline, Rasterization, Performance, Ray tracer, Ray traversal, Profiling

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 5. 2012

Thesis defence

• Date of defence: 11. 6. 2013
• Supervisor: Jan Platoš
• Reader: Pavel Krömer

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Master programme / field:
Informační a komunikační technologie / Informatika a výpočetní technika