Physically based rendering of animated point clouds

Point cloud 3D models are becoming more and more popular thanks to the diffusion of scanning systems employed in many fields, like autonomous vehicles and robotics. When used in rendering, point clouds are usually displayed with their original color acquired at scan-time without taking into consideration the lighting condition of the scene where the model is placed. This leads to a lack of realism in many contexts, especially in case of animated point clouds where it would be desired to have the model reacting to incoming light and integrating with the environment. This thesis proposes to apply the rendering technique known as Physically Based Rendering, widely used in Computer Graphics applications, to animated point cloud models to give them a photorealistic and physically accurate look under any lighting condition. An available animated point cloud model will be imported in Unity and rendered with a developed shader implementing Physically Based Rendering. Then, the point cloud using Physically Based Rendering will be compared to the same point cloud rendered with the standard, commonly used shader when placed in different environments characterized by different lighting conditions and it will be shown how, with Physically Based Rendering, a point cloud better integrates to the surrounding environment with respect to the counterpart using a basic, unlit shader. Moreover, it will be shown that with this rendering technique it is possible to render different kind of materials, by exploiting the features of Physically Based Rendering to use the point cloud as a perfect mirror reflecting the environment.

Le nuvole di punti 3D stanno diventando sempre più popolari grazie alla diffusione dei sistemi di scansione utilizzati in vari settori, come nei veicoli autonomi e nella robotica. Quando vengono usate nel rendering, le nuvole di punti vengono solitamente visualizzate con il loro colore originale ottenuto durante la scansione senza tenere in considerazione le condizioni di illuminazione della scena in cui il modello viene collocato. Ciò risulta in una mancanza di realismo in molti contesti, soprattutto nel caso di nuvole di punti animate dove sarebbe desiderabile che il modello reagisca alla luce incidente e si integri con l’ambiente. Questa tesi propone di utilizzare la tecnica di rendering nota come Physically Based Rendering, ampiamente utilizzata in applicazioni di Computer Grafica, sui modelli di nuvole di punti per conferire loro un aspetto fotorealistico e fisicamente accurato sotto qualsiasi condizione di illuminazione. Un modello di nuvola di punti animata verrà importato in Unity e renderizzato con uno shader che implementa il Physically Based Rendering. Successivamente, la nuvola di punti che utilizza il Physically Based Rendering verrà collocata in diversi ambienti caratterizzati da varie condizioni di illuminazione e confrontata con la stessa nuvola di punti renderizzata con lo standard shader tipicamente utilizzato, all’interno dello stesso ambiente. Verrà dimostrato come, utilizzando il Physically Based Rendering, una nuvola di punti si integra meglio con l’ambiente circostante rispetto alla controparte che utilizza uno shader base e non illuminato. Inoltre, verrà mostrato che con questa tecnica di rendering è possibile creare diversi tipi di materiali, sfruttando le caratteristiche del Physically Based Rendering per utilizzare la nuvola di punti come uno specchio perfetto che riflette l’ambiente circostante.