Utilization of generic programming in Ray Tracing

Acknowledgements In the fi rst place I would like to thank Ing. Tomáš Davidovič for coming with the idea for this thesis and then closely supervising it. Next, I would also like to thank my family for their support during my studies, and my friends who helped me relax during tough times.Declaration I hereby declare that I have completed this thesis independently and that I have listed all the literature and publications used. I have no objection to usage of this work in compliance with the act §60 Zákona č. 121/2000Sb. (Copyright law), and with the rights connected with the copyright act including the changes in the act.Abstract Raytracing is today the most important rendering algorithm. Despite the years of research, it is still highly time-consuming and unfeasible for realtime applications. Th is thesis examines the eff ectivity of diff erent implementations of acceleration structure modularity in a C++ ray tracer. We split the acceleration structure into 3 parts: data storage, build, and intersection. Th ese parts have to be linked together in a way that allows easy change of any of them. We have implemented this by two instruments: by object-oriented programming (virtual calls) and by generic programming (templates). After that, we made several confi gurations combining both approaches, and tested their performance on six standardised scenes. Th ese tests were made for both implemented acceleration structures: uniform grid and BVH. We showed that the performance impact of virtual calls is non-negligible and, therefore, we should carefully consider using them if there exist workarounds. Abstrakt Sledování paprsku je nejdůležitější renderovací metoda současnosti. Navzdory rokům výzkumu je však stále tak výpočetně náročná, že není vhodná pro vykreslování v reálném čase. Tato práce se zabývá prozkoumáním efektivností implementací modularity akceleračních struktur ray traceru v jazyce C++. Akcelerační struktury jsme rozdělili na 3 části: skladování dat, stavbu a hledání průsečíku s paprskem. Spojení těchto částí tak, aby byla každá lehce vyměnitelná, jsme realizovali dvěma způsoby: pomocí prostředků objektově orientovaného programování (virtuální metody) a pomocí generického programování (templates). Nakonec jsme vybrali několik konfi gurací kombinujících oba přístupy, a na sérii šesti standardních testovacích scén jsme změřili výkonnostní rozdíly mezi nimi pro dvě implementované akcelerační struktury: pravidelnou mřížku a hierarchii obálek. Výsledky ukazují, že výkonnostní dopad virtuálních metod není zanedbatelný, a proto bychom každé jejich použití měli důkladně zvážit, pokud existuje způsob, jak se jim vyhnout.