Computer graphics : shading with dynamic lightmaps

Nowadays video-games industry is focused on providing video-games with astonishing graphic and realistic animations. In order to be able to further increase the quality of their graphics video-games are now hungry of computational resources especially from the graphic adapter. One of the most difficult and computationally expensive process in the graphical realization of a 3D scene was the computation of the correct distribution of light on the surfaces. In the early ’90s John Carmack and Michael Abrash where trying to get rid of some of the Gouraud Shading technique disadvantages to enhance the quality of their video-game Quake and developed a system called Lightmap. The lightmap system has been widely used for more then a decade thanks to it’s good results and extremely low resource consumption to recreate the light effect of almost every scene of every video-game until the graphic resources became powerful enough to fulfil the performance needs of better algorithms. Now lightmaps are still used, even if not as much as twenty years ago, to speed up the computation of some lights baking everything possible (e.g. Unreal Engine 4). In this thesis we will try to implement a system that will bypass one of the major disadvantages of the lightmaps: the fact of working only with static lights. We’ll try to provide a method that preserving the performance advantages of the common lightmap and the quality of other algorithms and will allow to use them on a specific subset of dynamic lights; lights that can’t not be moved by the player and that has fixed or looping path.

Oggigiorno l'industria dei videogame si impegna a produrre videogame con grafica fotorealistica e animazioni perfette. Per essere in grado di migliorare ulteriormente la qualità le case produttrici sono alla estenuante ricerca di maggiori capacità computazionali dalla scheda video. Una delle più difficili e costose operazioni durante la realizzazione di una scena 3D è la computazione della corretta distribuzione della luce sulle superfici. Nei primi anni 90 John Carmack e Michael Abrash stavano cercando di risolvere alcune delle limitazioni imposte dalla Gouraud Shading technique per migliorare la resa grafica del loro videogioco, Quake e svilupparono una tecnica chiamata Lightmap. Le lightmap sono state ampiamente utilizzate da li in poi per quasi un decennio grazie agli ottimi risultati a fronte di un minimo impiego di risorse computazionali. Le lightmap ricreavano gli effetti di illuminazione di tutte le scene 3D finché le schede grafiche non divennero sufficientemente potenti da poter svolgere tecniche più complesse. Ora le lightmap sono ancora usate, anche se non con la stessa intensità di vent'anni fa, per accelerare la computazione di alcune luci archiviando tutto il possibile (e.g. Unreal Engine 4). In questa tesi cercheremo di implementare un sistema che permetta di superare uno dei maggiori svantaggi delle lightmap: il fatto di funzionare solo su luci statiche. Cercheremo di fornire un metodo che preservi il vantaggio, dal punto di vista delle perofrmance, delle lightmap e che introduca ove possibile la qualità di diversi algoritmi su un insieme più ampio delle sole luci statiche.