Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/11648
Tipo: Dissertação
Título: Traçado de raios para superfícies de Bézier em GPU
Autor(es): FELIPE MACHADO DA SILVA
Primeiro orientador: Paulo Aristarco Pagliosa
Resumo: Superfícies paramétricas são representações de superfícies que utilizam funções de base paramétricas para interpolar sobre um conjunto pré-determinado de pontos no espaço, chamados de pontos de controle. Objetos tridimensionais com silhueta curva e cantos arredondados são representados com maior fidelidade por essas superfícies quando comparados à tradicional malha de triângulos. Portanto, elas são amplamente utilizadas em design assistido por computador (CAD) e na indústria de animação cinematográfica. Recentemente, elas têm sido alvos de estudos no contexto de análise isogeométrica. Dada a importância de visualizar estas representações, este trabalho estuda utilizar o algoritmo de traçado de raios para sintetizar imagens de cenas contendo objetos compostos por superfícies de Bézier, também chamados de retalhos de Bézier, um tipo clássico de superfície paramétrica. Visto que é possível extrair retalhos de Bézier a partir de superfícies como NURBS, T-Spline e superfícies de subdivisão Catmull-Clark utilizando um operador de extração de Bézier definido por uma matriz, o traçado de raios de retalhos de Bézier pode ser estendido para traçar também tais superfícies. O traçado de raios foi implementado em GPU, mais especificamente em CUDA, a fim de utilizar a grande quantidade de núcleos disponibilizados pela placa de vídeo para paralelizar o algoritmo, e em CPU, para fins de comparação. Adaptações para executar o programa em GPU foram descritas, incluindo a travessia da estrutura de aceleração sem pilha. Dois métodos para intersecção entre um raio de luz e um retalho de Bézier foram implementados: subdivisão recursiva e recorte de Bézier. Testes de desempenho mostraram que o traçado de raios em GPU com o método de recorte de Bézier para intersecção raio/retalho foi ao menos oito vezes mais rápido que em CPU.
Abstract: Parametric surfaces are surface representations defined by basis functions that interpolate a predetermined set of points located on the space, called control points. Tridimensional objects with a curved silhouette and round borders are represented with greater fidelity by parametric surfaces compared to triangle meshes. Thus, they are widely used in computer-aided design (CAD) and the animation industry. Lately, they have been studied in the context of isogeometric analysis. Given the importance of being able to visualize these representations, this work aims to use the ray tracing algorithm to synthesize images of scenes containing objects comprised of Bézier surfaces, also called Bézier patches, a classical parametric surface type. Since it is possible to extract Bézier patches from surfaces like NURBS, T-Spline, and Catmull-Clark subdivision surfaces by utilizing a Bézier extraction operator defined by a matrix, the Bézier patch ray tracer can be extended to operate on these surface types. The ray tracer was implemented for GPU, using CUDA, aiming to harness the parallel computation power of its many available cores, and it was also implemented for CPU, for comparison purposes. Adaptations for running the program in GPU have been described, including stackless acceleration structure traversal. Two intersection methods between a light ray and a Bézier patch have been implemented: recursive subdivision and Bézier clipping. Performance tests have shown that GPU ray tracing using Bézier clipping as a ray/patch intersection technique was, at least, eight times faster than the CPU implementation.
Palavras-chave: Traçado de raios
superfícies de Bézier
GPU
País: Brasil
Editor: Fundação Universidade Federal de Mato Grosso do Sul
Sigla da Instituição: UFMS
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.ufms.br/handle/123456789/11648
Data do documento: 2025
Aparece nas coleções:Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação

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