Искать

Публикации Unity

Unity непрерывно исследует особенности и закономерности графики, алгоритмов ИИ, производительности и многих других явлений. Мы делимся результатами с сообществом путем докладов, конференций и статей в журналах. Предлагаем список наших последних публикаций.

A Low-Distortion Map Between Triangle and Square

Eric Heitz - Tech Report 2019

We introduce a low-distortion map between triangle and square. This mapping yields an area-preserving parameterization that can be used for sampling random points with a uniform density in arbitrary triangles. This parameterization presents two advantages compared to the square-root param-eterization typically used for triangle sampling. First, it has lower distortions and better preserves the blue-noise properties of the input samples. Second, its computation relies only on arithmetic operations (+, *), which makes it faster to evaluate.

Paper
Computer Science
Graphics

Демонстрация на OpenGL

Томас Делиот и Эрик Хейтц — GPU Zen 2

Хейтц и Нейрет недавно представили пример нового метода процедурного вычисления стохастических текстур, обычно применяемых для отрисовки природных объектов, таких как мох, гранит, песок, кора и т. д. [Heitz and Neyret 18]. Этот алгоритм использует небольшой пример текстуры для создания бесконечной поверхности,

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета
гистограммы, который предотвращает появление визуальных артефактов линейного смешивания. Таким образом, ключевым элементом предложенной
Статья

Analytical Calculation of the Solid Angle Subtended by an Arbitrarily Positioned Ellipsoid to a Point Source

Eric Heitz -  Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 2018

We present a geometric method for computing an ellipse that subtends the same solid-angle domain as an arbitrarily positioned ellipsoid. With this method we can extend existing analytical solid-angle calculations of ellipses to ellipsoids. Our idea consists of applying a linear transformation on the ellipsoid such that it is transformed into a sphere from which a disk that covers the same solid-angle domain can be computed. We demonstrate that by applying the inverse linear transformation on this disk we obtain an ellipse that subtends the same solid-angle domain as the ellipsoid. We provide a MATLAB implementation of our algorithm and we validate it numerically.

Publisher’s Version
Author's free print

A note on track-length sampling with non-exponential distributions

Eric Heitz, Laurent Belcour - Tech Report 2018

Track-length sampling is the process of sampling random intervals according to a distance distribution. It means that, instead of sampling a punctual distance from the distance distribution, track-length sampling generates an interval of possible distances.The track-length sampling process is correct if the expectation of the intervals is the target distance distribution. In other words, averaging all the sampled intervals should converge towards the distance distribution as their number increases. In this note, we emphasize that the distance distribution that is used for sampling punctual distances and the track-length distribution that is used for sampling intervals are not the same in general. This difference can be surprising because, to our knowledge, track-length sampling has been mostly studied in the context of transport theory where the distance distribution is typically exponential: in this special case, the distance distribution and the track-length distribution happens to be both the same exponential distribution. However, they are not the same in general when the distance distribution is non-exponential.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета

Combining Analytic Direct Illumination and Stochastic Shadows

Eric Heitz, Stephen Hill (Lucasfilm), Morgan McGuire (NVIDIA)  - I3D 2018 (short paper) (Best Paper Presentation Award)

In this paper, we propose a ratio estimator of the direct-illumination equation that allows us to combine analytic illumination techniques with stochastic raytraced shadows while maintaining correctness. Our main contribution is to show that the shadowed illumination can be split into the product of the unshadowed illumination and the illumination-weighted shadow. These terms can be computed separately — possibly using different techniques — without affecting the exactness of the final result given by their product. This formulation broadens the utility of analytic illumination techniques to raytracing applications, where they were hitherto avoided because they did not incorporate shadows. We use such methods to obtain sharp and noise-free shading in the unshadowed-illumination image and we compute the weighted-shadow image with stochastic raytracing. The advantage of restricting stochastic evaluation to the weighted-shadow image is that the final result exhibits noise only in the shadows. Furthermore, we denoise shadows separately from illumination so that even aggressive denoising only overblurs shadows, while high-frequency shading details (textures, normal maps, etc.) are preserved.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета
Дополнительно
Слайды
Код и демоверсия

Апериодическое заполнение с использованием процедурных функций генерации шумов

Александр Кириллов — HPG 2018

Функции процедурного шума часто используются в компьютерной графике, от синтеза текстур до симуляции атмосферных эффектов или построения геометрии ландшафта. Шум может быть заранее вычисленным или сохраненным в текстуре, либо может анализироваться непосредственно во время работы приложения. Такая гибкость позволяет подбирать оптимальное сочетание качества изображения, производительности и потребления памяти.

Для уменьшения визуального эффекта повторения можно использовать улучшенные алгоритмы тайлинга. Плитки Вана позволяют текстурировать плоскость апериодично, при этом используя относительно небольшой набор текстур. Плитки могут храниться в единой текстурной карте, позволяя ГП использовать алгоритмы аппаратной фильтрации.

В этой статье представлены модификации нескольких известных функций процедурной генерации шума, которые непосредственно создают текстурные карты из минимального набора плиток Вана. Результаты исследования, опубликованные в этой статье, позволяют реализовать апериодичное заполнение площади с помощью функций шума и соответствующих текстур как во время выполнения приложения, так и на этапе предварительного вычисления. Кроме того, эти результаты позволяют снизить повторяемость шумовых эффектов в компьютерно-сгенерированных изображениях с минимальным влиянием на производительность и с сохранением или даже снижением потребления памяти.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета

Дополнительно

High-Performance By-Example Noise using a Histogram-Preserving Blending Operator

Eric Heitz, Fabrice Neyret (Inria) - HPG 2018 (Best Paper Award)

We propose a new by-example noise algorithm that takes as input a small example of a stochastic texture and synthesizes an infinite output with the same appearance. It works on any kind of random-phase inputs as well as on many non-random-phase inputs that are stochastic and non-periodic, typically natural textures such as moss, granite, sand, bark, etc. Our algorithm achieves high-quality results comparable to state-of-the-art procedural-noise techniques but is more than 20 times faster

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета
Дополнительно
Слайды
Видео

Unsupervised Deep Single-Image Intrinsic Decomposition using Illumination-Varying Image Sequences

Louis Lettry (ETH Zürich), Kenneth Vanhoey, Luc Van Gool (ETH Zürich) - Pacific Graphics 2018 / Computer Graphics Forum

Intrinsic Decomposition decomposes a photographed scene into albedo and shading. Removing shading  allows to "delight" images, which can then be reused in virtually relit scenes. We propose an unsupervised learning method to solve this problem.

Recent techniques use supervised learning: it requires a large set of known decompositions, which are hard to obtain. Instead, we train on unannotated images by using time lapse imagery gained from static webcams. We exploit the assumption that albedo is static by definition, and shading varies with lighting. We transcribe this into a siamese training for deep learning.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета
Дополнительно
Дополнительный код

гистограммы, который предотвращает появление визуальных артефактов линейного смешивания. Таким образом, ключевым элементом предложенной
Слайды
 

Efficient Rendering of Layered Materials using an Atomic Decomposition with Statistical Operators

Laurent Belcour - ACM SIGGRAPH 2018

Мы разработали новую платформу для эффективного анализа и вычисления переноса света в слоистых материалах. Разработка велась в два этапа. На первом этапе перенос света был разложен на ряд элементарных операций, выполняемых с использованием данных направленной статистики потоков света. Из операторов используются отражение, преломление, рассеивание и поглощение, сочетания которых достаточно для описания статистики многократного рассеивания света в слоистых структурах. Мы показали, что первых трех векторных моментов (энергия, средняя величина и дисперсия) достаточно для точного обобщения данных. На втором этапе мы расширили метод сложения-удвоения для эффективной поддержки произвольных сочетаний этих операторов. В процессе шейдинга векторные моменты проецируются на лепестки ДФРС. Мы подтверждаем, что результирующая функция ДФРС весьма точно воспроизводит наблюдаемые в реальности явления, сохраняя при этом легкость и эффективность. В отличие от предыдущих, наш метод поддерживает произвольное количество текстурированных слоев, обеспечивает практичный и точный способ рендеринга слоистых материалов как в реальном времени, так и с предварительными вычислениями, не требуя вычислений для каждого материала по отдельности.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета
Дополнительно
Дополнительный код
гистограммы, который предотвращает появление визуальных артефактов линейного смешивания. Таким образом, ключевым элементом предложенной
Видео
Слайды

An Adaptive Parameterization for Material Acquisition and Rendering

Jonathan Dupuy and Wenzel Jakob (EPFL) - ACM SIGGRAPH Asia 2018

One of the key ingredients of any physically based rendering system is a detailed specification characterizing the interaction of light and matter of all materials present in a scene, typically via the Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF). Despite their utility, access to real-world BRDF datasets remains limited: this is because measurements involve scanning a four-dimensional domain at sufficient resolution, a tedious and often infeasible time-consuming process. We propose a new parameterization that automatically adapts to the behavior of a material, warping the underlying 4D domain so that most of the volume maps to regions where the BRDF takes on non-negligible values, while irrelevant regions are strongly compressed. This adaptation only requires a brief 1D or 2D measurement of the material’s retro-reflective properties. Our parameterization is unified in the sense that it combines several steps that previously required intermediate data conversions: the same mapping can simultaneously be used for BRDF acquisition, storage, and it supports efficient Monte Carlo sample generation.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета
Видео
Изотропный набор данных BRDF
Анизотропный набор данных BRDF
Подтверждение верности данных MERL
Код C++ и Python
База данных материалов

Стохастические тени

Эрик Хайтц, Стивен Хилл (Lucasfilm), Морган Макгуайр (NVIDIA) 

В этой статье рассматривается алгоритм оценки коэффициента для уравнения прямого освещения, который позволяет реализовать методы аналитического освещения со стохастическими тенями, полученными трассировкой лучей, с сохранением правильности. Основной вклад авторов состоит в демонстрации возможности разложения освещения с тенями на производное освещения без теней и тени, взвешенной по освещению. Эти элементы поддаются раздельному вычислению, возможно, разными методами, что не влияет на точность окончательного результата, получаемого их сочетанием.

Такой способ позволяет использовать методы аналитического освещения в приложениях с трассировкой лучей, которые ранее в этой области не использовались, поскольку они не включали расчет теней. Авторы используют эти методы для получения четких теней без побочных шумов на изображении с освещением без теней и вычисляют изображение со взвешенными тенями с помощью стохастической трассировки лучей. Преимущество ограничения стохастической оценки изображением со взвешенной тенью заключается в том, что окончательный результат имеет шумы только в тенях. Далее авторы уменьшают шумы в тенях отдельно от освещения, поэтому даже агрессивные алгоритмы удаления шумов размывают только тени, сохраняя качество деталей высокочастотного шейдинга (текстуры, карты нормалей и т. д.).

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета

Adaptive GPU Tessellation with Compute Shaders

Jad Khoury, Jonathan Dupuy, and Christophe Riccio - GPU Zen 2 (to appear)

GPU rasterizers are most efficient when primitives project into more than a few pixels. Below this limit, the Z-buffer starts aliasing, and shading rate decreases dramatically [Riccio 12]; this makes the rendering of geometrically-complex scenes challenging, as any moderately distant polygon will project to sub-pixel size. In order to minimize such sub-pixel projections, a simple solution consists in procedurally refining coarse meshes as they get closer to the camera. In this chapter, we are interested in deriving such a procedural refinement technique for arbitrary polygon meshes.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета
Программный код

Real-Time Line- and Disk-Light Shading with Linearly Transformed Cosines

Eric Heitz (Unity Technologies) and Stephen Hill (Lucasfilm) - ACM SIGGRAPH Courses 2017

We recently introduced a new real-time area-light shading technique dedicated to lights with polygonal shapes. In this talk, we extend this area-lighting framework to support lights shaped as lines, spheres and disks in addition to polygons.

Slides
Demo code
WebGL demo for quad, line and disk lights

Microfacet-based Normal Mapping for Robust Monte Carlo Path Tracing

Vincent Schüssler (KIT), Eric Heitz (Unity Technologies), Johannes Hanika (KIT) and Carsten Dachsbacher (KIT) - ACM SIGGRAPH ASIA 2017

Normal mapping imitates visual details on surfaces by using fake shading normals. However, the resulting surface model is geometrically impossible and normal mapping is thus often considered a fundamentally flawed approach with unavoidable problems for Monte Carlo path tracing: it breaks either the appearance (black fringes, energy loss) or the integrator (different forward and backward light transport). In this paper, we present microfacet-based normal mapping, an alternative way of faking geometric details without corrupting the robustness of Monte Carlo path tracing such that these problems do not arise.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета

A Spherical Cap Preserving Parameterization for Spherical Distributions

Jonathan Dupuy, Eric Heitz and Laurent Belcour - ACM SIGGRAPH 2017

We introduce a novel parameterization for spherical distributions that is based on a point located inside the sphere, which we call a pivot. The pivot serves as the center of a straight-line projection that maps solid angles onto the opposite side of the sphere. By transforming spherical distributions in this way, we derive novel parametric spherical distributions that can be evaluated and importance-sampled from the original distributions using simple, closed-form expressions. Moreover, we prove that if the original distribution can be sampled and/or integrated over a spherical cap, then so can the transformed distribution. We exploit the properties of our parameterization to derive efficient spherical lighting techniques for both real-time and offline rendering. Our techniques are robust, fast, easy to implement, and achieve quality that is superior to previous work.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета
Видео

A Practical Extension to Microfacet Theory for the Modeling of Varying Iridescence

Laurent Belcour (Unity), Pascal Barla (Inria) - ACM SIGGRAPH 2017

Thin film iridescence permits to reproduce the appearance of leather. However, this theory requires spectral rendering engines (such as Maxwell Render) to correctly integrate the change of appearance with respect to viewpoint (known as goniochromatism). This is due to aliasing in the spectral domain as real-time renderers only work with three components (RGB) for the entire range of visible light. In this work, we show how to anti-alias a thin-film model, how to incorporate it in microfacet theory, and how to integrate it in a real-time rendering engine. This widens the range of reproducible appearances with microfacet models.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета
Дополнительно
гистограммы, который предотвращает появление визуальных артефактов линейного смешивания. Таким образом, ключевым элементом предложенной
Видео
Программный код
Слайды

Linear-Light Shading with Linearly Transformed Cosines

Eric Heitz, Stephen Hill (Lucasfilm) - GPU Zen (book)

In this book chapter, we extend our area-light framework based on Linearly Transformed Cosines to support linear (or line) lights. Linear lights are a good approximation for cylindrical lights with a small but non-zero radius. We describe how to approximate these lights with linear lights that have similar power and shading, and discuss the validity of this approximation.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета

A Practical Introduction to Frequency Analysis of Light Transport

Laurent Belcour - ACM SIGGRAPH Courses 2016

Frequency Analysis of Light Transport expresses Physically Based Rendering (PBR) using signal processing tools. It is thus tailored to predict sampling rate, perform denoising, perform anti-aliasing, etc. Many method have been proposed to deal with specific cases of light transport (motion, lenses, etc). This course aims to introduce concepts and present practical application scenario of frequency analysis of light transport in a unified context. To ease the understanding of theoretical elements, frequency analysis will be introduced in pair with an implementation.

Course

Real-Time Polygonal-Light Shading with Linearly Transformed Cosines

Eric Heitz, Jonathan Dupuy, Stephen Hill (Ubisoft), David Neubelt (Ready at Dawn Studios) - ACM SIGGRAPH 2016

Shading with area lights adds a great deal of realism to CG renders. However, it requires solving spherical equations that make it challenging for real-time rendering. In this project, we develop a new spherical distribution that allows us to shade physically based materials with polygonal lights in real-time.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета
Слайды
MATLAB
Фабула и подтверждение
Сравнение с методом Technicolor
Демонстрация
WebGL-демонстрация
Сочетающийся с BRDF код
Видео

Additional Progress Towards the Unification of Microfacet and Microflake Theories

Jonathan Dupuy and Eric Heitz - EGSR 2016 (E&I)

We study the links between microfacet and microflake theories from the perspective of linear transport theory. In doing so, we gain additional insights, find several simplifications and touch upon important open questions as well as possible paths forward in extending the unification of surface and volume scattering models. First, we introduce a semi-infinite homogeneous exponential-free-path medium that (a) produces exactly the same light transport as the Smith microsurface scattering model and the inhomogeneous Smith medium that was recently introduced by Heitz et al, and (b) allows us to rederive all the Smith masking and shadowing functions in a simple way. Second, we investigate in detail what new aspects of linear transport theory enable a volume to act like a rough surface. We show that this is mostly due to the use of non-symmetric distributions of normals and explore how the violation of this symmetry impacts light transport within the microflake volume without breaking global reciprocity. Finally, we argue that the surface profiles that would be consistent with very rough Smith microsurfaces have geometrically implausible shapes. To overcome this, we discuss an extension of Smith theory in the volume setting that includes NDFs on the entire sphere in order to produce a single unified reflectance model capable of describing everything from a smooth flat mirror all the way to a semi-infinite isotropically scattering medium with both low and high roughness regimes in between.

имеющей вид, показанный на рисунке 1.1. Алгоритм представляет собой простую схему смешивания и заполнения, дополненную оператором учета
Слайды

We use cookies to ensure that we give you the best experience on our website. Click here for more information.