Συντάχθηκε 13-03-2018 12:08
από Sofia Malandraki
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
ΝΙΚΟΛΑΟΥ ΞΕΝΟΦΩΝ ΜΑΡΙΑΝΟΥ
με θέμα
Αλγόριθμοι Απόδοσης Τρισδιάστατων Γραφικών με Πολλαπλά Επίπεδα Ανάλυσης με Χρήση Τεχνολογίας Ανίχνευσης Σημείου Εστίασης Βλέμματος για Περιβάλλοντα Εικονικής Πραγματικότητας
Foveated Rendering Algorithms using Eye-Tracking Technology in Virtual Reality
Πέμπτη 15 Μαρτίου 2018, 5:00 μ.μ.
145Π58, Κτίριο Επιστημών, Πολυτεχνειούπολη
Εξεταστική Επιτροπή
Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Αικατερίνη Μανιά (επιβλέπουσα)
Αναπληρωτής Καθηγητής Αντώνιος Δεληγιαννάκης
Καθηγητής Κωνσταντίνος Μπάλας
Περίληψη
Η ευρέως διαδεδομένη διαθεσιμότητα επικεφαλής οθονών εικονικής πραγματικότητας, έχει μεταμορφώσει την εικονική πραγματικότητα σε ένα εμπορεύσιμο προϊόν που είναι διαθέσιμο για καθημερινή χρήση. Με την αυξανόμενη χρήση οθονών 4K-8K Ultra High Definition και την ώθηση προς υψηλότερες πυκνότητες εικονοστοιχείων για οθόνες τοποθετημένες στο κεφάλι, η βιομηχανία πιέζεται να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις της αγοράς για εντατικό rendering σε πραγματικό χρόνο. Δεδομένου ότι οι σημερινοί επεξεργαστές δεν μπορούν να αντιμετωπίσουν τις αυξημένες απαιτήσεις ανάλυσης στις οθόνες που τοποθετούνται στο κεφάλι, πρέπει να εφαρμοστούν νέες τεχνικές rendering, οι λεγόμενες τεχνικές foveated rendering. Αυτές οι μέθοδοι επιδιώκουν να αυξήσουν την απόδοση του rendering μειώνοντας την ποιότητα της εικόνας στην περιφέρεια, διατηρώντας ταυτόχρονα την αντίληψη του χρήστη για rendering πλήρους ανάλυσης.
Η foveated rendering τεχνική που αναπτύχθηκε σε αυτή τη διπλωματική εργασία αποδίδει την εικόνα σε τρία διαφορετικά επίπεδα ανάλυσης. Εκτός από το foveal επίπεδο, το οποίο περιβάλλει την περιοχή που βλέπει ο χρήστης και έχει δυνατότητες πλήρους ανάλυσης HD, και το περιφερειακό επίπεδο, το οποίο περιέχει όλα όσα βρίσκονται στην περιφερειακή όραση του χρήστη και αποδίδει το 40% της πλήρους ανάλυσης, εφαρμόστηκε ένα ακόμα επίπεδο που λειτουργεί ως μεταβατικό επίπεδο μεταξύ τους. Αυτό το τελευταίο επίπεδο αποδίδει το 60% της πλήρους ανάλυσης και προστέθηκε έτσι ώστε ο χρήστης να μην αντιλαμβάνεται τη τεράστια διαφορά στην ανάλυση στα όρια μεταξύ των δύο άλλων επιπέδων.
Μια σειρά πειραμάτων πραγματοποιήθηκε για την σωστή εκτίμηση της απόδοσης του αλγορίθμου. Στα πειράματα αυτά έλαβαν μέρος 19 φοιτητές του ιδρύματος. Οι χρήστες κλήθηκαν να εισέλθουν σε έναν εικονικό κόσμο και να ολοκληρώσουν ένα μικρό παιχνίδι. Κατά τη διάρκεια αυτών των πειραμάτων καταγράφηκε μια μείωση κατά 57% στον αριθμό εικονοστοιχείων που έγιναν rendered. Τα περισσότερα από αυτά τα εικονοστοιχεία ανήκαν στο περιφερειακό επίπεδο. Η μείωση αυτή οδηγεί σε μέγιστη αύξηση κατά 18,3% όσον αφορά τον αριθμό των παραγόμενων frame ανά δευτερόλεπτο. Η αύξηση αυτή των FPS είναι ο θεμελιώδης στόχος αυτής της διπλωματικής.
Abstract
The wide-spread availability of consumer grade virtual reality head mounted displays, has transformed virtual reality to a commodity available for everyday use. With the increasing use of 4K-8K Ultra High Definition displays, the industry is pressured to meet market demands for intensive real-time rendering. Since the current processors cannot deal with the increased demands for excessive resolution on the HMDs, new techniques of rendering must be implemented. Perceptually lossless foveated rendering methods, seek to increase rendering performance by lowering image quality in the periphery, while maintaining the user’s perception of full HD rendering.
The foveated rendering technique developed in this thesis renders at three different layers of resolution. Apart from the foveal layer, which surrounds the area that the user is looking at and has full HD resolution capabilities, and the peripheral layer, which contains everything that is in the user’s peripheral vision and renders at 40% of the full HD resolution, another layer was also implemented, which functions as a transition layer between them. This last layer renders at 60% of the full HD resolution, and it was added so that the user doesn’t notice the massive difference in resolution at the border between the other two layers.
Several experiments were conducted in order to properly evaluate the algorithm involving 19 students from the institution. The users were asked to enter a virtual world and complete a small game. During these experiments, a 57% decrease in the number of pixels shaded was recorded. Most of these pixels belonged to the peripheral layer. This decrease leads to a maximum increase of 18.3% regarding the number of rendered frames per second. This increase in FPS is the fundamental objective of this dissertation.
