The application of ray tracing to data acquisition for point cloud reconstruction

Usually, in computer graphics the scene is rendered from the point of view of a subject with an appropriate field of view. However, there are cases in which it is necessary to have a different point of view, such as a 360 degrees view of the entire scene. This is the case of toroidal rendering, where the subject is rendered along with the whole environment around it. The afore-mentioned technique can be useful to obtain information about the entire scene in order to recreate it as a point cloud. However, it is difficult to achieve toroidal rendering with traditional rasterization methods: instead, it can be easily obtained by means of a ray tracing application. Ray tracing is a rendering technique that renders the scene by finding the beams of light that reach the eye by tracing rays from the camera to the elements of the scene. This kind of rendering is more computationally demanding, and it became possible only in 2018, with the release of Nvidia GPUs featuring dedicated hardware accelerators for ray tracing, which made this technique available to the general public. In ray tracing, the origin and direction of each ray are decided by the developer. The purpose of this thesis is to demonstrate how ray tracing can therefore be used to achieve toroidal rendering to store the relevant information about a scene in order to recreate it as a point cloud.

Solitamente, nell’ambito della computer grafica la scena è renderizzata dal punto di vista di un soggetto con il corretto campo visivo. Tuttavia, ci sono casi in cui è necessario avere un punto di vista differente, per esempio nel caso in cui si voglia avere una visione a 360 gradi della scena. Un esempio è il rendering toroidale, in cui il soggetto è renderizzato insieme all’intero ambiente che lo circonda. Questa tipologia di rendering può essere utile per ottenere e salvare le informazioni rilevanti dell’intera scena, cosi da poterla ricreare in seguito come nuvola di punti. Tuttavia, il rendering toroidale è difficile da realizzare con i tradizionali metodi di rasterizzazione: al contrario, può essere facilmente ottenuto grazie a una applicazione facente uso del ray tracing. Il ray tracing è una tecnica di rendering che renderizza la scena trovando i fasci di luce che colpiscono l’occhio tracciando dei raggi dalla telecamera verso gli elementi che compongono la scena. Questa tipologia di rendering è, in generale, più onerosa da un punto di vista computazionale: infatti, è divenuta possibile solo dal 2018, con il rilascio da parte di Nvidia di alcune GPU dotate di acceleratori hardware dedicati al ray tracing, che hanno reso disponibile questa tecnica al grande pubblico. Lo scopo di questo lavoro di tesi è di dimostrare come il ray tracing, dal momento che l’origine e la direzione di ogni singolo raggio sono decise dallo sviluppatore, può essere usato per ottenere il rendering toroidale così da salvare le informazioni rilevanti di una scena per poterla ricreare come nuvola di punti.