資訊工程學系
Permanent URI for this communityhttp://rportal.lib.ntnu.edu.tw/handle/20.500.12235/60
本系前身「資訊教育學系」成立於民國七十四年，首先招收大學部學生，民國九十年成立資訊工程研究所碩士班，而後於民國九十五年進行系、所調整合併為「資訊工程學系」；並於九十六年成立博士班。本系目前每年約招收大學部四十餘人，碩士班六十餘人，博士班約五人，截至民國一百零四年十一月止，總計現有大學部一百九十多人，碩士班一百二十多人，博士班二十三人，合計學生人數約為三百三十多位。
News
Browse
9 results
Search Results
Item 基於物理算圖的肥皂泡色彩模擬(2023) 王品荃; Wang, Pin-Chuan肥皂泡是一種生活中常見的物體，是由肥皂與水組成的薄膜包覆著空氣形成的，不僅形狀多變有趣、也因為在被光照射時會產生出鮮豔的色彩而被人們所喜愛。然而，要在計算機圖學中準確模擬肥皂泡並不容易。肥皂泡上的色彩，是由於光波的特性與薄膜互相作用下產生的干涉效應引起的，而如光的波動性這樣較不直觀的光學特性，在以往常常被忽略。近年來，基於物理的算圖逐漸在計算機圖學領域中得到廣泛的應用。這種方法能夠很好的模擬真實世界中的光，將光在環境中的吸收、傳播、反射與折射等性質考慮進去，因此，基於物理的算圖適合用於模擬肥皂泡的色彩。本文考慮了肥皂泡表面的反射、透射以及光的干涉現象，並結合其他與光波長相關的特性，如色溫、折射率變化等，提出一種基於物理，能夠模擬出接近現實的肥皂泡表面色彩的計算方法，提高計算機圖學中對於薄膜類型的物體與光線互動的真實性。Item 透過光子輔助的流形採樣來實現加速焦散繪製(2023) 李飛; Lee, Fei焦散、聚光的繪製一直是長期存在於光線傳輸模擬領域中的問題。這些複雜的照明效果是因為光線與具有接近Dirac Delta分布的雙向反射分佈函數(BRDF)之specular材料相互作用而產生。儘管光子映射類型的演算法可以有效地採樣這些困難的路徑，但代價是偏差。另一方面，許多無偏方法則是採用局部探索方法（如流形採樣）來解決此問題，這些方法利用specular表面的形成的流形性質來搜索其中可能的路徑，但需要時間讓其牛頓求解器進行迭代計算。在這篇論文中，我們提出了一種無偏的焦散採樣方法，稱為光子驅動的流形採樣 (Photon-driven Manifold Sampling)。與Specular Manifold Sampling類似，這種方法提供了一個從primary hit point通過流形採樣採樣焦散路徑的方法。但是與其使用隨機採樣specular interaction，我們使用鄰近區域中的光子路徑作為我們局部探索的初始猜測。這使我們能夠結合光子映射和流形採樣的優點，在相同時間內實現噪點減少和改善焦散採樣品質。Item 光譜算圖之進階採樣方法(2023) 潘慶; Pan, Ching隨著科技的發展，無論在遊戲或是模擬或是室內設計上，算出一張擁有正確光影特效的圖成為一件非常重要的事情。傳統上使用如path tracing等等可以收斂出正確結果的演算法往往會需要大量的時間。隨著GPU性能的增加，人們認為在不久的將來就可以見到遊戲等應用使用相關的技巧做及時的計算。然而，傳統的演算法如path tracing並沒有考慮到光的頻率波長等等，因此傳統上使用這類的方法無法得到包含色散等等的結果。雖然將演算法調整以支援波長的採樣並不是一件難事，然而，若是加入了波長相關的計算會因為多一個維度採樣的原因使得整體結果更加難以收斂。本篇論文的主要目標便是透過各種採樣的技巧嘗試降低波長採樣帶來的收斂減速效果，使得我們可以在一個合理的時間內得到一張包含色散效果的相對沒有太多雜訊的圖。Item 以OpenCL實現蒙地卡羅光線追蹤之加速與探討(2021) 許廷宇; Hsu, Ting-Yu隨著硬體科技越來越進步，圖形處理器從固定的pipeline架構，到可以廣泛應用的通用型圖形處理器程式設計(GPGPU programming)越來越成熟，有許多開發平台都包含光線追蹤的功能，例如：DirectX Ray Tracing、OptiX、Embree 等等，利用平行化的優勢，解決光線追蹤需要的龐大計算量。 開發者在平行程式編寫上有 CUDA、OpenCL等便於平行化開發的框架，自由的開發環境使GPU kernel有多種編寫方式，在如何設計並優化GPU kernel上有許多研究，包括提升硬體利用率的方法或是同質性的計算流程等有利平行化的設計方式。 本研究以OpenCL為開發平台，探討基於物理渲染(Physically Based Rendering)的蒙地卡羅路徑追蹤法(Monte Carlo Path Tracing)具有的計算特性，並分析如何利用這些特性進一步提升平行化效率，同時考慮花費成本在追蹤的各個階段帶來的影響。Item 使用預先計算材質之GLSL光線追蹤優化(2014) 陳冠惟; Kuan-Wei Chen隨著GPU計算能力越來越強大，GPGPU的使用越來越成熟且廣泛，而除了CUDA和OpenCL之外 ，GLSL也是一種GPGPU的使用，光線追蹤演算法很適合實作在GLSL上做平行化，因為就GLSL來說，fragment shader是對每個像素做運算，所以可以藉由實作在GLSL來達到平行化的效果。因此，除了演算法本身的優化，搭配使用GLSL來對光線追蹤做平行化，整體效能會有所提升，逐漸改善光線追蹤耗時的問題。 在這篇論文中，我使用GPGPU的幫助，將光線追蹤實做在GLSL上以此達到平行化的效果。在過程中，就GLSL光線追蹤方面探討不同的資料處理方法，進而從中使用較適合且效能較好的方式來處理，並且對光線追蹤的演算法進行優化，提升整體的效能。最後，在同個場景和效果之下，我分析了GLSL光線追蹤與GLSL傳統光柵化之間效能的比較，整理出目前光線追蹤的效能較差的問題點，並且利用實驗的結果歸納出光線追蹤在使用GPGPU的發展趨勢，未來在GPU的發展下，光線追蹤和傳統光柵化的效能差距是有拉近的可能。Item 使用OpenCL實現互動式光子映射(2014) 林郁凱; Yu Kai Lin近年來圖形處理器運算能力大幅增加，其應用紛紛走向通用圖形處理器的發展模式，藉由圖形處理器多個計算單元平行化計算的能力，可使運算效率顯著的提升，在各家廠商的支持下亦發展了開放式計算語言平台，使得在圖形處理器上設計程式的功能便利許多，並能夠有效率地處理 3D 圖學所需的大量運算。 為了使 3D 場景的繪製達到更逼真的畫質，至今已經發展了許多不同的演算法以模擬真實環境的光照情形，其中，光線追蹤方法擁有數學運算的正確性並能夠直覺性地計算光照效果，若搭配光子映射所具備的環境照明資訊，則具備繪製出擬真畫質的潛力，但是，由於需要非常龐大的計算量，使用傳統的架構都有速度上的限制，因而必須對畫面品質與渲染速度做出抉擇。幸運地是，光線追蹤演算法具有容易平行化計算的特性，可對所渲染畫面中的每一個像素平行地計算出光照色彩，利用此一特性，配合最近蓬勃發展的通用圖形處理器之能力，可得到大幅度的效能提升。 本研究渲染的對象為靜態場景，利用 OpenCL 能夠在異質系統架構中平行且良好地運作之特性，我們在現今常用的裝置實現光線追蹤以及光子映射演算法，並將重點著重於可行性的探討與提升程式效能，針對所使用的平台進行實驗結果比較以及影響效能的相關探討，最後，我們將因應平台特性將演算法與之結合，試圖找出在多核心平行化架構下提升各平台程式效能的實驗依據，並且針對光子映射演算法進行改良，使其能更加符合平行化架構特性，快速渲染出具備全域照明品質的畫面。Item 光線追蹤應用程式介面整合OpenGL程式設計(2016) 賴威豪; Lai, Wei-Hao光線追蹤(ray tracing)是電腦圖學中一種重要的rendering技術，藉由模擬運算光的折射、反射…等光學現象來產生高品質畫面，但需要大量的運算與時間來滿足，因此在以前的硬體設備上想要達成即時(real-time)的效果幾乎不可能辦到。現今的GPGPU硬體設計架構使得GPU可被用來做自定義的平行化計算，因此許多學者提出運用CUDA或OpenCL實作光線追蹤或路徑追蹤(path tracing)…等physically based rendering的方法，期望藉由GPU高效率的平行計算使光線追蹤的效能大幅度提升。然而以光線追蹤方法仍難以受到主流遊戲開發業者採用，因為市場上的產品大部分都以光柵化(rasterization) rendering的設計為主，不容易在短期內發生改變，因此本篇論文想介紹一套類似於OpenGL API的整合設計，而底層rendering置換為光線追蹤或路徑追蹤…等physically based rendering的方法，幫助開發者使用現有的OpenGL應用程式原始碼並透過少許的修改就能獲得光線追蹤相關演算法rendering的畫面以及其帶來的好處。Item 光線追蹤在OpenCL平台下使用堆疊在加速結構中效能之探討(2017) 鄒毓偉; ZOU, Yu-Wei光線追蹤是一種在計算機圖學中用於繪圖的演算法，藉由以物理的光學為基礎，模仿光的自然現象，能讓渲染出的場景更具真實性，然而，提升真實性的代價，就是必須大量運算光線追蹤演算法中的數學公式，使得光線追蹤演算法相較於其他演算法渲染速度來的慢，為了改善此缺點，使用開放式計算語言(OpenCL)來進行多核心的平行化運算，並且將場景物件資訊建構成Bounding volume hierarchy (BVH) tree的加速結構，藉由以上的加速方法，能夠縮短完成渲染工作的時間。 使用OpenCL API後，將光線追蹤演算法中龐大的計算量做平行處理，但實際應用後，可以發現OpenCL的內核(kernel)在撰寫時會有許多限制，尤其是函式無法遞迴呼叫和本研究最為相關，論文程式中，有使用到樹狀的加速結構， 所以要有tree traversal的方法，在OpenCL有自己實作的記憶體空間，為了模擬陣列而宣告的stack在kernel函式中，要宣告於何種記憶體空間裡，是程式設計師可以選擇的，本論文就是研究在各個種類的OpenCL記憶體中以及改變一些參數來實作stack時，來觀察以及探討效能的表現與變化。Item 使用OpenCL實現蒙地卡羅路徑追蹤於Android手機平台(2015) 江冠儀; Chiang, Kuan-Yi隨著科技的發展手機的進步速度越趨明顯，手機遊戲也變成開發手機產品中一個不可或缺的角色。隨著手機晶片上的運算能力快速進步，讓手機遊戲可以從2D快速進入到3D的手機遊戲時代,而相對於畫面品質和效能也是越來越苛求。為了使3D場景的繪製達到更逼真的畫質，至今已經發展了許多不同的演算法以模擬真實環境的光照情形，其中以光線追蹤方法擁有物理運算的正確性並能夠直覺性地計算光照效果，但因光線追蹤的運算速度相對於其他手機遊戲渲染效果是較慢的所以幾乎沒有人將其運用於手機遊戲當中。 本研究搭配OpenCL異質系統架構中平行且良好地運作之特性，對於光線追蹤龐大的計算下平行處理能讓畫面的渲染速度更有效率且畫面品質將有不錯的效果。本渲染對象以動態場景為主，會分別對於場景的複雜度和其渲染速度上做效能分析，將重點著重於可行性的探討與提升程式效能，針對所使用的平台進行實驗結果比較以及影響效能的相關探討，最後，我們將因應平台特性將演算法與之結合，試圖找出在多核心平行化架構下提升各平台程式效能的實驗依據並以其研究出適合於手機平台上的光線追蹤演算法架構。