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Type: Dissertação
Title: ARRay-Tracing: a middleware to integrate real-time ray tracing and augmented reality
Author: Pereira, Lidiane Teixeira
First Advisor: Souza, Jairo Francisco de
Co-Advisor: Silva, Rodrigo Luis de Souza da
Referee Member: Vieira, Marcelo Bernardes
Referee Member: Apolinario Junior, Antonio Lopes
Resumo: Nos últimos anos percebemos o aumento e a popularização de aplicações de realidade aumentada. Entretanto, ´e comum que esses sistemas apresentem uma considerável discrepância visual entre elementos reais e virtuais, o que acarreta na falta de realismo, sendo esse um dos motivos que desencorajam o uso desse tipo de aplicação. Algoritmos baseados em física, como o ray tracing, geram renderizações com um alto grau de fotorrealismo e estão se popularizando após o recente desenvolvimento de aceleradores de hardware. Alguns trabalhos presentes na literatura combinam essas duas tecnologias, realidade aumentada e ray tracing, de forma rígida e sem modularização, tornando a solução dependente de frameworks específicos. Neste trabalho, propomos um middleware para integrar realidade aumentada e ray tracing em tempo real, através do mapeamento das coordenadas da câmera no framework de ray tracing e de um processo de composição de imagens. Além disso, o middleware funciona de forma modularizada, permitindo ao usuário escolher entre bibliotecas e frameworks existentes, os que melhor se adequem `as necessidades e competências do usuário. Construímos uma aplicação utilizando o middleware ARRay-Tracing para integrar dois frameworks de ray tracing, o Optix e o VKRay, a um framework de realidade aumentada, o artoolkitX, obtendo em tempo real reflexões e refrações mais realistas. Após a avaliação, concluímos que o ARRay-Tracing possibilita a integração modular sem acrescentar sobrecarga de processamento `a aplicação, atingindo a taxa de 30 quadros por segundo para a renderização de cenas de baixa complexidade.
Abstract: In recent years we saw the increase and popularization of augmented reality applications. However, in these systems, it is common to perceive a visual discrepancy between real and virtual elements, which leads to a lack of realism, that is one of the reasons that discourage the use of this type of application. Physically-based algorithms, like ray tracing, can generate renderings with a high degree of photorealism and are becoming popular after the recent development of hardware accelerators. Some works in literature combine these two technologies, augmented reality and ray tracing, but rigidly, without modularization, making the solutions dependent on specific frameworks. In this work, we propose a middleware to integrate augmented reality and real-time ray tracing by mapping the camera’s coordinates into the ray tracing framework, and performing an image composition process. Besides, the middleware works in a modularized way, allowing to choose between existing libraries and frameworks those that better fulfill the user’s needs and expertise. We build an application using the ARRay-Tracing middleware to integrate two ray tracing frameworks, the Optix and the VKRay, to an augmented reality framework, the artoolkitX, obtaining in real-time more realistic reflections and refractions. After the evaluation, we concluded that our middleware enables the modular integration without adding processing overhead to the application, achieving the frame rate of 30 fps for rendering less complex scenes.
Keywords: Realidade aumentada
Ray tracing
Fotorrealismo
Iluminação global
Augmented reality
Ray tracing
Photorealism
Global illumination
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2021/00328
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/13691
Issue Date: 24-Sep-2021
Appears in Collections:Mestrado em Ciência da Computação (Dissertações)



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