SLIDE 1
Real-‑Time ¡Volumetric ¡Shadows ¡ using ¡1D ¡Min-‑Max ¡Mipmaps ¡
Frédo ¡Durand ¡
1 ¡
Volumetric ¡scaNering ¡with ¡shadows ¡
Photo ¡by ¡Frédo ¡Durand ¡
2 ¡
Real-Time Volumetric Shadows using 1D Min-Max Mipmaps - - PowerPoint PPT Presentation
Real-Time Volumetric Shadows using 1D Min-Max Mipmaps - - PowerPoint PPT Presentation
Real-Time Volumetric Shadows using 1D Min-Max Mipmaps Jiawen Kevin Chen Ilya Baran Frdo Durand Wojciech Jarosz MIT CSAIL Disney Research
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Alan ¡Wake ¡by ¡Remedy ¡Entertainment ¡
3 ¡
SLIDE 4
4 ¡
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6 ¡
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SLIDE 8
Related ¡work ¡
- AnalyWcal ¡scaNering ¡models ¡
[Sun ¡et ¡al. ¡2005], ¡ [Pegoraro ¡et ¡al. ¡2009, ¡2010] ¡ ¡ – Sky ¡lighWng, ¡bloom ¡near ¡ light ¡sources, ¡aNenuaWon ¡ – Doesn’t ¡account ¡for ¡visibility ¡
Sun ¡et ¡al. ¡[2005] ¡
8 ¡
Pegoraro ¡et ¡al. ¡[2010] ¡
SLIDE 9
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- Max ¡[1986] ¡
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– Ray ¡marching ¡along ¡intervals ¡
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[2010] ¡
– Detect ¡disconWnuiWes, ¡ subsample ¡and ¡interpolate ¡
9 ¡
SLIDE 10
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- Billeter ¡et ¡al. ¡[2010] ¡
– Interpret ¡shadow ¡map ¡ as ¡a ¡height ¡field ¡ – Rasterize ¡height ¡field ¡ and ¡analyWcally ¡accumulate ¡ scaNering ¡integral ¡ – Vertex ¡and ¡ fragment ¡overhead ¡
- We ¡ray ¡trace ¡instead ¡
10 ¡
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Incremental ¡integraWon ¡[Baran ¡et ¡al. ¡2010] ¡
- Epipolar ¡recWficaWon ¡
- SVD ¡approximaWon ¡for ¡
smooth, ¡non-‑analyWc ¡ integrands ¡
- ParWal ¡sum ¡trees ¡
11 ¡
~ ¡
SLIDE 12
Overview ¡
- Review ¡of ¡epipolar ¡geometry ¡
and ¡visibility ¡integraWon ¡ ¡ ¡
- Min-‑max ¡mipmap ¡data ¡structure ¡
- Results ¡and ¡discussion ¡
SLIDE 13
Epipolar ¡recWficaWon ¡
L i g h t ¡ d i r e c W
- n
¡ Epipolar ¡slices ¡ Eye ¡
13 ¡
SLIDE 14
Epipolar ¡recWficaWon ¡
14 ¡
SLIDE 15
r ¡ d ¡
15 ¡
SLIDE 16
16 ¡
SLIDE 17
17 ¡
8 ¡ 5 ¡ 2 ¡ Brute ¡force ¡ complexity: ¡O(rd) ¡
SLIDE 18
18 ¡
Visibility ¡integraWon ¡revisited ¡
View ¡ray: ¡ y ¡= ¡5, ¡x ¡= ¡9 ¡
SLIDE 19
Height ¡field ¡intersecWon ¡
View ¡ray: ¡ y ¡= ¡5, ¡x ¡= ¡9 ¡
SLIDE 20
1D ¡Min-‑Max ¡Mipmap ¡
- Binary ¡tree ¡of ¡shadow ¡map ¡depths ¡
– Each ¡node ¡stores ¡min ¡and ¡max ¡of ¡children ¡
20 ¡
2 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 7 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡
9 ¡ 2 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 9 ¡
SLIDE 21
21 ¡
Mipmap ¡traversal ¡
View ¡ray: ¡ y ¡= ¡5, ¡x ¡= ¡9 ¡
SLIDE 22
Mipmap ¡traversal ¡
22 ¡
- View ¡ray: ¡y ¡= ¡5, ¡x ¡= ¡9 ¡
1 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 2 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 7 ¡ 9 ¡
9 ¡ 2 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 9 ¡
Sum ¡= ¡0 ¡
SLIDE 23
Mipmap ¡traversal ¡
23 ¡
- View ¡ray: ¡y ¡= ¡5, ¡x ¡= ¡9 ¡
y: ¡1 ¡≤ ¡5 ¡< ¡9 ¡
1 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 2 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 7 ¡ 9 ¡
9 ¡ 2 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 9 ¡
Sum ¡= ¡0 ¡
SLIDE 24
Mipmap ¡traversal ¡
24 ¡
- View ¡ray: ¡y ¡= ¡5, ¡x ¡= ¡9 ¡
y: ¡1 ¡≤ ¡5 ¡< ¡9 ¡
1 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 2 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 7 ¡ 9 ¡
9 ¡ 2 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 9 ¡
Sum ¡= ¡0 ¡
SLIDE 25
Mipmap ¡traversal ¡
25 ¡
- View ¡ray: ¡y ¡= ¡5, ¡x ¡= ¡9 ¡
y: ¡2 ¡≤ ¡5 ¡< ¡9 ¡
1 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 2 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 7 ¡ 9 ¡
9 ¡ 2 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 9 ¡
Sum ¡= ¡0 ¡
SLIDE 26
Mipmap ¡traversal ¡
26 ¡
- View ¡ray: ¡y ¡= ¡5, ¡x ¡= ¡9 ¡
y: ¡5 ¡< ¡9, ¡lit ¡
1 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 2 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 7 ¡ 9 ¡
9 ¡ 2 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 9 ¡
Sum ¡= ¡1 ¡
SLIDE 27
Mipmap ¡traversal ¡
27 ¡
- View ¡ray: ¡y ¡= ¡5, ¡x ¡= ¡9 ¡
y: ¡5 ¡> ¡2, ¡shadowed ¡
1 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 2 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 7 ¡ 9 ¡
9 ¡ 2 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 9 ¡
Sum ¡= ¡1 ¡
SLIDE 28
Mipmap ¡traversal ¡
28 ¡
- View ¡ray: ¡y ¡= ¡5, ¡x ¡= ¡9 ¡
y: ¡5 ¡> ¡3, ¡shadowed ¡
1 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 2 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 7 ¡ 9 ¡
9 ¡ 2 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 9 ¡
Sum ¡= ¡1 ¡
SLIDE 29
Mipmap ¡traversal ¡
29 ¡
- View ¡ray: ¡y ¡= ¡5, ¡x ¡= ¡9 ¡
y: ¡5 ¡< ¡6, ¡lit ¡
1 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 2 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 7 ¡ 9 ¡
9 ¡ 2 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 9 ¡
Sum ¡= ¡5 ¡
SLIDE 30
30 ¡
Textured ¡lights ¡and ¡aNenuaWon ¡
1 ¡ 0.9 ¡ 0.8 ¡ 0.6 ¡ 0.5 ¡ 0.4 ¡ 0.3 ¡
Light ¡ aNenuaWon ¡
0.3 ¡
Light ¡texture ¡
0.8 ¡ 0.1 ¡ 0.5 ¡ 0.3 ¡ 0.2 ¡ 1 ¡ 0.8 ¡ 0.4 ¡
SLIDE 31
Textured ¡lights ¡using ¡prefix ¡sums ¡
31 ¡
1 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 2 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 6 ¡ 9 ¡ 7 ¡ 9 ¡
9 ¡ 2 ¡ 1 ¡ 3 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 7 ¡ 9 ¡
0.8 ¡ 0.1 ¡ 0.5 ¡ 0.3 ¡ 0.2 ¡ 1 ¡ 0.8 ¡
Light ¡texture ¡
0.4 ¡
6 ¡ 9 ¡
Range: ¡[4,8) ¡
0.8 ¡ 0.9 ¡ 1.4 ¡ 1.7 ¡ 1.9 ¡ 2.9 ¡ 3.7 ¡
Light ¡CDF ¡
4.1 ¡ 0 ¡
SLIDE 32
SVD ¡approximaWon ¡
~ ¡ A ¡ U ¡ SVT ¡ = ¡ + ¡ + ¡ + ¡
32 ¡
SLIDE 33
Min-‑Max ¡Mipmap ¡vs. ¡ ParWal ¡Sum ¡Tree ¡[Baran ¡et ¡al. ¡2010] ¡
33 ¡
2 ¡ 9 1 ¡ 3 6 ¡ 9 7 ¡ 9 1 ¡ 9 6 ¡ 9 1 ¡ 9
9 2 1 3 9 6 7 9
2 1 1 2 2 4
1 1 1 1
- StaWc ¡
- Stores ¡shadow ¡map ¡
structure ¡
- Dynamic ¡
- Stores ¡interval ¡sums ¡
computed ¡so ¡far ¡
SLIDE 34
Equal ¡Wme ¡comparison: ¡Sibenik ¡
34 ¡
Our ¡method ¡at ¡11 ¡ms ¡ Ray ¡marching ¡at ¡11 ¡ms ¡
Screen ¡resoluWon: ¡1280 ¡x ¡960 ¡ Shadow ¡map ¡resoluWon: ¡4096 ¡x ¡4096 ¡ NVIDIA ¡GeForce ¡480 ¡GTX ¡
SLIDE 35
Performance ¡comparison ¡(lower ¡is ¡beNer) ¡
DirecWonal ¡light, ¡4K ¡shadow ¡map ¡
113 ¡ 286 ¡ 43 ¡ 39 ¡ 78 ¡ 31 ¡ 43 ¡ 29 ¡ 11 ¡ 24 ¡ 7 ¡ 0 ¡ 50 ¡ 100 ¡ 150 ¡ 200 ¡ 250 ¡ 300 ¡ 350 ¡ Sibenik ¡ Trees ¡ Terrain ¡ Run1me ¡(ms) ¡ Ray ¡marching ¡ [Engelhardt ¡and ¡ Dachsbacher ¡2010] ¡ [Baran ¡et ¡al. ¡2010] ¡ Our ¡method ¡
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36 ¡
Performance ¡vs. ¡Billeter ¡et ¡al. ¡[2010] ¡
Spotlight, ¡4K ¡shadow ¡map ¡
26 ¡ 93.2 ¡ 28.1 ¡ 12.5 ¡ 38.2 ¡ 9 ¡ 0 ¡ 10 ¡ 20 ¡ 30 ¡ 40 ¡ 50 ¡ 60 ¡ 70 ¡ 80 ¡ 90 ¡ 100 ¡ Sibenik ¡ Trees ¡ Terrain ¡ Run1me ¡(ms) ¡ [Billeter ¡et ¡al. ¡2010] ¡ Our ¡method ¡
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37 ¡
SLIDE 38
Discussion ¡
- Compared ¡to ¡Billeter ¡et ¡al. ¡[2010] ¡
– Do ¡not ¡need ¡explicit ¡ height ¡field ¡geometry ¡ – One ¡fragment ¡per ¡pixel ¡ – No ¡processing ¡for ¡occluded ¡ light-‑shadow ¡transiWons ¡
¡
- Compared ¡to ¡Baran ¡et ¡al. ¡[2010] ¡
– StaWc ¡data ¡structure ¡ – Parallel ¡queries ¡ – Pixel ¡shaders ¡only ¡
38 ¡ 38 ¡ 38 ¡
1 ¡ 9 ¡ 1 ¡ 9 ¡ 2 ¡ 9 ¡
9 2
1 ¡ 3 ¡
1 3
6 ¡ 9 ¡ 6 ¡ 9 ¡
9 6
7 ¡ 9 ¡
7 9
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Conclusions ¡and ¡future ¡work ¡
- Volumetric ¡shadows ¡ ¡
pracWcal ¡for ¡games ¡
- GPU ¡algorithm ¡design ¡
tradeoffs ¡
- Inhomogeneous ¡media ¡
39 ¡
Photo ¡by ¡Flickr ¡user ¡visualparadox ¡