The application of ray tracing to efficiently simulate fisheye lenses

In computer graphics, traditional rendering techniques assume that a triangle projected from a 3d space to a 2d screen remains a triangle. However there are cases in which this assumption does not hold and fisheye is one of them. Fisheye lenses are able to achieve extremely wide fields of view, but the images they produce show strong visual distortion, that turns straight lines, like the edges of a triangle, into curved lines. For this reason the simulation of fisheye lenses requires a complex procedure, where multiple renderings of the scene must be produced and combined in the final image at each frame. However another rendering method, called ray tracing, doesn't have this problem; this technique aims at finding the beams of light that reach the eye by tracing rays from the camera to the elements of the scene. The purpose of this work is to show how now ray tracing, which is usually very computationally expensive, can actually be more efficient than traditional methods in rendering a scene as seen through a fisheye lens. In fact, this is has become possible only recently, in 2018, when ray tracing was made available to the general public thanks to the release of GPUs featuring hardware accelerators specific for this purpose. In the last years real time ray tracing was subject of great development and this project aims to demonstrate that it not only produces better fisheye images, but that it also has better performance than other rendering methods.

Nell'ambito della computer grafica, le tecniche di rendering tradizionali presuppongono che un triangolo proiettato da uno spazio 3D a uno schermo 2D rimanga un triangolo. Tuttavia ci sono casi in cui questa assunzione non regge e il fisheye è uno di questi. Gli obiettivi fisheye sono caratterizzati da campi visivi estremamente ampi, ma le immagini che producono mostrano una forte distorsione ottica, che trasforma le linee rette, come i lati di un triangolo, in linee curve. Per questo motivo la simulazione degli obiettivi fisheye richiede una procedura complessa, in cui devono essere prodotti più rendering della scena e combinati nell'immagine finale ad ogni fotogramma. Tuttavia esiste un altro metodo di rendering, chiamato ray tracing, che non presenta questo problema; questa tecnica mira a trovare i fasci di luce che raggiungono l'occhio tracciando raggi dalla telecamera agli elementi della scena. Lo scopo di questo lavoro è mostrare come ora il ray tracing, che di solito è molto costoso dal punto di vista computazionale, possa effettivamente essere più efficiente dei metodi tradizionali nel produrre rendering di una scena vista attraverso un obiettivo fisheye. Questo è in fatti diventato possibile solo di recente, nel 2018, quando il ray tracing è stato reso disponibile al grande pubblico grazie al rilascio di GPU dotate di acceleratori hardware specifici per questo scopo. Negli ultimi anni il ray tracing in tempo reale è stato oggetto di grande sviluppo e questo progetto mira a dimostrare che non solo produce immagini fisheye migliori, ma che ha anche prestazioni migliori rispetto ad altri metodi di rendering.