Raytracing - Ich brauche neue Ideen was ich an den Bild noch verbessern kann
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Ok das mit diesen weißen Streusel ist mir auch schon aufgefallen und ich habe mich drüber gewundert^^ Ich nehms einfach erstmal in meine Liste der offenen Fragen/Fehler auf.
Klingt nach einer guten Idee sich an diesen Benchmarkt-Szenen zu testen. Die Cornellbox kenne ich natürlich aber ist mir jetzt gerade beim Verfassen von mein letzten Beitrag nicht sofort eingefallen.
Ich denke mal, bis ich diese ganzen 'Tests' geschaft habe, dürfte noch sehr viel Arbeit sein. Es geht hier ja nicht einfach nur um globale Beleuchtung sondern auch um das ganze Material-Zeug. Schön wärs noch, wenn ich auch noch gegen die Renderzeit arbeiten/vergleichen dürfte, nachdem der Bildvergleich geschaft ist.
Du hast mich mit dein Link für diese Blender-Datei noch auf eine weitere gute Idee gebracht. Ich könnte doch einfach mal anfangen mir Anzusehen, wie man den Raytracer von Blender benutzt und diesen dann nehmen, um Referenzbilder zu erzeugen. Bei Blender arbeiten doch Leute, die Ahnung haben^^
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du kannst auch deinen raytracer in blender einbinden.
hm, ja, mir klingt es als ob dein tracer recht langsam ist. vielleicht lohnt es sich daran zu arbeiten? Mit jeder verdopplung der geschwindigkeit wirst du doppelt so schnell progress machen beim entwickeln, weil du nur die haelfte wartest
installier dir CodeXL, starte deinen tracer und dann auf "profile" und dort "attach to process" und profile deinen tracer mal 2minuten
vielleicht hast du funktionen die langsam sind, die du nicht erwartet haettest und du kannst mit einem fingerschnippen viel zeit sparen.
ansonsten poste hier die top offenders und wir koennen vielleicht tipps geben.
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Das mit den Profiler kann ich gerne machen aber ich glaube kaum, dass ich da mit CodeXL arbeiten kann. Das ist ein reines C#-Projekt. Dafür kann ich bereits den Profiler von Visual Studio nutzen, um mir das mal anzusehen was da hängt.
Was ich z.B. mal rausgefunden habe ist, dass man bei der Vektor-Klasse sowas nicht machen darf:
class Vector { public float[] Numbers = new float[]{0,0,0}; }Macht man es stattdessen so, dann ist die Raytracingzeit halb so viel:
class Vector { public float X = 0; public float Y = 0; public float Z = 0; }D.h. einfach nur die Multiplikation + Addition von einer Adresse, um im Array auf ein Element zuzugreifen, macht das ganze schon so übelst langsamer.
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XMAMan schrieb:
Wenn denn spectrales Raytraing auch 'normale' Alltagsszene verbessern könnte, dann würde ich das ja machen. Was mich stört ist, dass es nur für ganz bestimmte unscheinbare Effekte gut zu sein scheint.
In einem "echten" Szenario könnte man Staubpartikel sehen, und auch jedes einzelne Teil gut erkennen.
Eine sehr wichtige Besonderheit dazu ist, dass die Sonne wandert.
Abhängig davon ändert sich die Farbe (wie auch der Schattenverlauf), also je gerader der Winkel, bzw. je stärker die Horizontnähe, desto farbiger (und dunkler).Manchmal ist die Sonne von Wolken verdeckt, und es kommt nur ein einzelner Lichtstrahl durch (welcher ebenfalls wandert).
(dieser Effekt wird z.T. gezielt genutzt (z.B. Stonehenge oder Pyramiden))Am Gesamtbild selbst: Beim ersten Eindruck hatte ich gedacht, da hängt ein Möbelstück an der Decke bzw. ein abstraktes Bild?
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An der Decke hängen nur die Lampen und zwei Ventilatoren.
Oder meinst du die Textur mit den schwarz/weißen Kacheln?
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XMAMan schrieb:
An der Decke hängen nur die Lampen und zwei Ventilatoren.
Oder meinst du die Textur mit den schwarz/weißen Kacheln?
Die Ventilatoren. Außerdem würden in einem Zimmer mit Ventilatoren (und dieser Fensterbreite) höchstwahrscheinlich Jalousien vor den Fenstern hängen.
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nachtfeuer schrieb:
XMAMan schrieb:
An der Decke hängen nur die Lampen und zwei Ventilatoren.
Oder meinst du die Textur mit den schwarz/weißen Kacheln?
Die Ventilatoren. Außerdem würden in einem Zimmer mit Ventilatoren (und dieser Fensterbreite) höchstwahrscheinlich Jalousien vor den Fenstern hängen.
jetzt stich nicht so auf sein innernarchitektenherz ein
ich hab wenig ahnung von C# optimierung. auf PSVita war das extrem langsam (ca 100x langsammer als c++ auf meinem handy), aber das schoben die leuete dem system zu.
Ich wuerde vermuten, dass du zumindestens an high level algorithmen optimieren kannst. z.B. wie partitionierst du die szene? AABBs? OcTree? kd-tree? grid? spheres?
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Für die Schnittpunktabfrage zwischen Strahl-Kugel/Dreieck/... nutze ich eine Bounding Intervall Hierachy https://en.wikipedia.org/wiki/Bounding_interval_hierarchy
Für die Photonmap ein KD-Baum.
Für die Beammap(Line-Line-Intersection) (Dort sind meine Godyrays) ein Reguläres Grid.
Ansonsten versende ich die Photonen bei der Lichtquelle nur in die Richtungen/Bereiche, wo auch was ist und verwende Importancesampling für Lighrareasampling und Brdf-Sampling.
Was mir bei C#-Projekten zumindest aufgefallen ist, dass sie mehr Hauptspeicher als C++ brauchen. Bei der Geschwindigkeit wäre ich auch nicht überrascht, wenn es spürbar langsamer ist.
Ich kann ja mal ein von den Renderverfahren nehmen und ihn einmal als C++ und einmal als C#-Projekt schreiben und versuchen beide Projekte vom Aufbau her möglichst gleich zu machen. Dann ist nur noch die Programmiersprache der Unterschied und dann sehe ich ja, wer schneller ist.
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BIH sind nicht ganz so toll (wenn sie auch viel gehypt wurden).
Fuer die beste performance solltest du etwas nutzen was den raum wirklich separiert (ohne ueberlappung) und adaptiv ist (also nicht sowas wie octree).z.B. kdtree oder bounding boxes die auch mit einer ebene den raum teilen.
der grund dass diese besser performen ist, dass du aufhoeren kannst du tracen, sobald du die erste node mit einem hit hast.
Das ist quasi dieselbe optimierung wie witty-raytracer bei schatten verwenden, wo das tracen abgebrochen wird beim ersten hit, weil dann klar ist dass die lichtquelle nicht erreicht wird.
bei split hierarchien ist auch klar, dass jede weitere 'node' weiter entfernt sein muss als die erste mit einem hit, weil nichts ueberlappt und du von vorne nach hinten traversierst.BIH auf der anderen seite, wenn du viele grosse ueberlappende polys hast (z.b. eben fussboden, waende und decke), hast du eventuell ein paar hierarchiestufen garkeinen gewinn durch die hierarchie, weil die ueberlappung bei 100% liegen kann.
http://www.flipcode.com/archives/Raytracing_Topics_Techniques-Part_7_Kd-Trees_and_More_Speed.shtml
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Der Link ist ne gute Idee, um Geschwindigkeit rauszuholen.
Ich habe die Funktion für die Schnittpunktabfrage zwischen Strahl und Dreieck mal testweise ersetzt.
Renderzeit meine Funktion: 52 Sekunden
Renderzeit Jacco Bikkers Funktion: Schwankt zwischen 48 und 51 SekundenEine kleine Verbesserung ist es ja zumindest. Mal sehen was sein KD-Baum bringt.
@Update:
Es gibt mindestens zwei Varianten wie man ein KD-Baum traversieren kann. Entweder rekursiv oder man hat eine eigene Stack-Variable, wo man dann ohne Rekursion auskommt. Diese Information habe ich von hier http://dcgi.felk.cvut.cz/home/havran/ARTICLES/cgf2011.pdf
Der Link, den du mir geschickt hast, implementiert die Stack-Variante aber er war nicht ganz so leicht zu lesen für mich. Ich habe dafür aber eine Rekursive Variante hier gefunden:
http://www.socher.org/uploads/Main/RenderingCompetitionSocherGranados/src/Kdtree.h
http://www.socher.org/uploads/Main/RenderingCompetitionSocherGranados/src/SAHKdtree.hDiesen Algorithmus habe ich nach C# übersetzt und lediglich die Funktion zum Clippen des Querry-Rays mit der Szenen-Bounding-Box habe ich von den Jacco Bikker genommen.
D.h. ich habe jetzt ein Rekursiven KD-Baum mit SAH-Splitplane-Berechnung, welchen ich vielleicht noch auf Iterativ oder weiteres erweitern kann. Ich werde dazu diesen Link hier: http://www.sci.utah.edu/~wald/PhD/wald_phd.pdf weiter durcharbeiten, da dass anscheinend eine gute Quelle ist, wo viele drauf verweisen.
Mein Bounding Intervall Hierachie mit Median-Splitplanes hat 18 Sekunden zum Rendern (+ Erstellung der BIH)gebraucht
Der Rekursive KD-Baum mit SAH-Splitplane hat 10 Sekunden zum Rendern(+ Erstellung des Baumes) gebraucht.
Es war etwas mühsam, da lauter so kleine fiese Fehler mir beim Übersetzen passiert sind aber es hat sich gelohnt. Der Renderzeit ist jetzt schon mit der 'einfachen' Variante besser.
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auf 50% bei einfachen szenen ist schonmal nicht schlecht. wobei es gerade bei komplexen szenen ist wo die guten algorithmen glaenzen.
rekursive und iterativ ist logisch recht gleich.
beim rekursiven springst du fuer den "nahen" knoten in die in die funktion, dabei legt der compiler fuer dich den anderen knoten auf den stack.
beim iterativen legst du den anderen knoten auf deinen stack und verwendest den "nahen" knoten als hauptknoten weiter.wenn du nun einen schnittpunkt findest, musst du bei der rekursiven variante zig hiearchystufen den stack hoch und jedesmal pruefst du "schon fertig? ach, na dann return".
beim iterativen springst du einfach einmal raus (return) und bist fertig. das kann sehr viel zeit sparen.zudem ist der stack ein wenig reddundant, denn das program weiss nicht 100% was du brauchst, sichert also eventuell sehr viel mehr daten und uebergibt gleichzeitig deine schon z.b. in registern existierenden daten an die aufzurufende funktion. das ist uU viel hin und her ohne wirklich nuetzliches zu machen.
iterativ koennte dir weitere 10%-20% bringen, denke ich. und an sich ist was sehr einfach.
stattbool Trace(Ray,Node) { RayLeft,RayRight; if(Node->IntersectTriangles(Ray)) return true; if(Node->NoChildren()) return false; Node->split(Ray,RayLeft,RayRight); NodeLeft = Node->Left(); NodeRight= Node->Right(); if(RayLeft.Distance(Ray)>RayRight.Distance(Ray)) { swap(RayLeft,RayRight); swap(NodeLeft,NodeRight); } if(Trace(RayLeft,NodeLeft)) return true; return Trace(RayRight,NodeRight); }machst du
bool Trace(Ray,Node) { //das kann man anders machen, aber erstmal den ray auf den stack zu schieben ist verstaendlicher NodeStack; RayStack; NodeStack.push(Node); RaySTack.push(Ray); while(NodeStack.size()>0) { Node = NodeStack.pop();//hier holen wir immer was noch abzuarbeiten ist Ray = RayStack.pop(); while(true) { if(Node->IntersectTriangles(Ray)) return true; //beim treffer ist uns der stack egal, wir springen sofort ganz raus if(Node->NoChildren()) break; // statt return false;, weil wir uns jetzt was vom stack holen muessen //bleibt gleich RayLeft,RayRight; Node->split(Ray,RayLeft,RayRight); NodeLeft = Node->Left(); NodeRight= Node->Right(); if(RayLeft.Distance(Ray)>RayRight.Distance(Ray)) { swap(RayLeft,RayRight); swap(NodeLeft,NodeRight); } //der unterschied NodeStack.push(NodeRight); // <- die seite die wir spaeter rekursiv abarbeiten wuerden RaySTack.push(RayRight); // schieben wir auf unseren stack Ray = RayLeft; // die die wir zuerst abarbeiten wuerden Node = NodeLeft; // bestimmen wir als die aktuelle }//endlos while }//stack loop return false; }
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Ich versuche gerade den iterativen Ansatz umzusetzen und ich komme mit einer Abbruchbedingung nicht klar.
http://www.sci.utah.edu/~wald/PhD/wald_phd.pdf Seite 121 (107 Oben Rechts)
Rekursiver Ansatz:
// case three: traverse both sides in turn t_hit = RecTraverse(FrontSideSon(node),t_near,d); if (t_hit <= d) return t_hit; // early ray termination return RecTraverse(BackSideSon(node),d,t_far);Gleiche Seite Iterativer Ansatz:
// have a leaf now IntersectAllTrianglesInLeaf(node); if (t_far <= ray.t_closesthit) return; // early ray terminationBeim rekursiven Ansatz steht das hier
if (t_hit <= d) return t_hit;was ich noch verstehe. Wenn ich im vorderen Blattknoten was finde, dann brauche ich den hinteren Blattknoten nicht auch noch kontrollieren, da dort der Schnittpunkt ja weiter weg sein muss.
Beim iterativen Ansatz steht aber das hier:
if (t_far <= ray.t_closesthit)Wenn ich mich in ein Blattknoten befinde und t_far zeigt auf die hintere Ebene von diesen Knoten, warum gilt es dann Abbruch, wenn mein Schnittpunkt hinter der t_far-Linie liegt?
Wenn man
if (t_far <= ray.t_closesthit)durch
if (ray.t_closesthit < t_far)ersetzten würde, dann macht es für mich mehr Sinn. t_far ist die Splitplane vom Elternknoten.
Ich habe diese Ersetzung auch gemacht und komme mit dem iterativen Ansatz jetzt auf 12 Sekunden. Wenn ich diese Ersetzung nicht mache, dann brauche ich nur 2 Sekunden und das Bild ist fehlerhaft^^
Ich kann mir so schwer vorstellen, dass Ingo Wald da ein Fehler gemacht haben kann. Der Fehler muss bei mir liegen. Kann mir jemand sagen, warum iterativ langsamer ist, wenn ich es mit meiner Modifikation mache und warum fast alle Dreiecke im Bild fehlen, wenn ich es mit Ingo Walds Weg mache?
Hier ist meine Funktion nochmal im Ganzen:
ISchnittpunkt GetSchnittpunktStrahlKDBaumIterativ(Strahl ray, IIntersecableObject excludedObjekt, float time) { IntersectionPoint point = new IntersectionPoint(); float t_min, t_max; if (ClipRayWithBoundingBox(ray, this.topBox, out t_min, out t_max) == false) return null; Node node = this.root; KdStack stack = new KdStack(); while (true) { // traverse ’til next leaf while (node is InnerNode) { SplitPlane p = (node as InnerNode).p; float t_split = (p.pe - ray.Start[p.pk]) * (ray.Richtung[p.pk] == 0 ? float.MaxValue : 1.0f / ray.Richtung[p.pk]); // near is the side containing the origin of the ray Node near, far; if (ray.Start[p.pk] < p.pe) { near = (node as InnerNode).leftChild; far = (node as InnerNode).rightChild; } else { near = (node as InnerNode).rightChild; far = (node as InnerNode).leftChild; } if (t_split > t_max || t_split < 0) { node = near; } else if (t_split < t_min) { node = far; } else { stack.Push(far, t_split, t_max); node = near; t_max = t_split; } } // have a leaf now (node as LeafNode).traverse(ray, time, excludedObjekt, t_min, t_max, point); //if (t_max <= point.Distance) return point.Point; //early ray termination (Ingo Wald) if (point.Distance < t_max) return point.Point; //early ray termination (XMAMan) if (stack.IsEmpty()) return point.Point; // noting else to traverse any more... node = stack.Pop(out t_min, out t_max); } }
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ja, das
if (t_far <= ray.t_closesthit)schaut wie ein bug aus. zudem fehlt
t_far=d;am ende vom inner loop. (kannst ja mal profilen wieviel boost das bringt
an sich sollte dein code erstmal laufen.
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Momentan bringt der iterativen Ansatz überhaupt kein Boost. Bei mein Hauptarbeitlaptop ist iterativ 1-2 Sekunden langsamer. Bei mein Ersatzlaptop sind beide Verfahren gleichschnell.
Ich muss zugeben, dass ich noch garnicht so recht verstanden habe, warum eine eigene Stackvariable schneller sein soll, als der Callstack vom .Net-Framework. Gibts beim Callstack mehr Overhead, da man neben den Funktionsargumenten auch noch die Rücksprungadresse mit auf den Stack legen muss?
Laut Profiler verbringe ich 60 Prozent der Rechenzeit im Blattknoten und 40% im Traversierungsknoten (Inner Node), wenn man jetzt nur den KD-Baum als 100% betrachtet.
Wenn ich im Hauptbildschirm vom PRofiler schaue, dann ist die Schnittpunktabfrage zwischen Strahl und Dreieck, das KD-Baum-Traversieren und die Get-Methode zum Zugriff auf X/Y/Z per Indize von der Vektorklasse das, was das Meiste an CPU-Zeit ausmacht.
@Edit:
Bei mein Rechner auf Arbeit sehen die Renderzeiten wie folgt aus:
Bounding-Intervall-Hierachie: 71 Sekunden
KD-Baum-Rekursiv: 47 Sekunden
KD-Baum-Interativ: 49 SekundenIch werde mich jetzt als nächstes mit der Surface Area-Heuristic näher beschäftigen. Vielleicht kann man da noch was rausholen.
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XMAMan schrieb:
Ich muss zugeben, dass ich noch garnicht so recht verstanden habe, warum eine eigene Stackvariable schneller sein soll, als der Callstack
weil du beim erfolgreichen "hit" den callstack nicht hoch traversieren musst, sondern einfach rausgehst aus der funktion.
vom .Net-Framework. Gibts beim Callstack mehr Overhead, da man neben den Funktionsargumenten auch noch die Rücksprungadresse mit auf den Stack legen muss?
nicht nur funktionsargumente, auch alles was in registern ist, wird temporaer auf dem stack "gesichert".
Laut Profiler verbringe ich 60 Prozent der Rechenzeit im Blattknoten und 40% im Traversierungsknoten (Inner Node), wenn man jetzt nur den KD-Baum als 100% betrachtet.
klingt normal. wenn der kd-tree schneller ist als dein BIH, kannst du eventuell feiner tesselieren und somit ein wenig arbeit vom leaf zu inner nodes verlagern.
Wenn ich im Hauptbildschirm vom PRofiler schaue, dann ist die Schnittpunktabfrage zwischen Strahl und Dreieck, das KD-Baum-Traversieren und die Get-Methode zum Zugriff auf X/Y/Z per Indize von der Vektorklasse das, was das Meiste an CPU-Zeit ausmacht.
ist das array mit den vektor objekten eine einzige allokation? oder ist jeder vector mit "new" allokiert?
Bei mein Rechner auf Arbeit sehen die Renderzeiten wie folgt aus:
Bounding-Intervall-Hierachie: 71 Sekunden
KD-Baum-Rekursiv: 47 Sekunden
KD-Baum-Interativ: 49 SekundenIch werde mich jetzt als nächstes mit der Surface Area-Heuristic näher beschäftigen. Vielleicht kann man da noch was rausholen.
versuch die allokation von deinem stack einmal vorher zu machen, statt dauernt neu zu allokieren. es kann sein, dass das die meiste zeit zieht, weil die stack groesser immer zu klein ist am anfang und dann der stack "resized" wird, was mehr allokieren und memcopy bedeutet.
(natuerlich ein stack pro thread
)
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Wenn ich den Stack mit einer Anfangsgröße von 40 Anlege, dann hat es keinen Einfluß auf die Renderzeit.
Mit Array und Vekor meine ich folgende Funktion:
[Serializable()] [StructLayout(LayoutKind.Explicit)] public class Vektor { [FieldOffset(0)] public float X; [FieldOffset(4)] public float Y; [FieldOffset(8)] public float Z; public float this[int key] { get //Diese Funktion hier macht fast 10% meiner CPU-Zeit beim Rendern aus { unsafe { fixed (float* f = &this.X) { return f[key]; } } } set { unsafe { fixed (float* f = &this.X) { f[key] = value; } } } }D.h. wenn jemand bei ein
Vektor v = new Vektor(1,2,3);auf
v[2]zugreift, dann dauert das recht lange. Jeder Eckpunkt von ein Dreieck hat sein eigenen mit new Vektor(..) angelegten Vektor. D.h. nicht die Vektor-Objekte bilden ein Array sondern seine X/Y/Z-Werte. In C würde man ein Union-Struct nehmen. Das hier ist mein Nachbau davon, da es sowas direkt in C# nicht gibt.
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Bist du sicher dass du Vektor als
classumsetzen willst? Ich würde meinen sowas wie ein 3D-Vektor schreit geradezu nachstruct...Und was den Indexer angeht würde ich mal versuchen nicht zu versuchen schlauer als der Compiler zu sein...
public float this[int key] { get { switch (((uint)key) & 3u) { case 0: return X; case 1: return Y; case 2: return Z; case 3: return 0; } } set ... }Würde mich nicht wundern wenn das viel schneller wäre. Bzw. alternativ könnte man noch probieren
public float this[int key] { get { switch (key) { case 0: return X; case 1: return Y; case 2: return Z; default: throw new BlubException(); } } set ... }
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Wenn ich das mit der Switch-Anweisung mache, dann braucht er auch 47 Sekunden zum rendern. D.h. genau so lange, wie mit der Pointerarritmethik. Das verwundert mich doch sehr, da 3 If-Anweisungen doch mehr Rechenzeit brauchen müssten, als eine Addition und Multiplikation.
Ich benutze die Vektor-Klasse auch um darin meinen Farbwert zu speichern. Wenn ein Strahl aber kein Objekt trifft, dann zeige ich über den Null-Wert an, dass bei diesen Pixel dort nichts ist. Ich darf an der Stelle noch keine Farbe vom Hintergrundbild zurück geben, da ich beim Tonemapping die Hintergrundfarbwerte nicht mit verrechnen will/darf.
Deswegen ist ist das eine Klasse, um es auf Null setzen zu können.
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das macht mich neugierig irgendwie, wie schnell es in c++ waere. Von jemand anderem die c++ version war ca 4mal schneller, aber das ist sicherlich sehr von fall zu fall abhaengig.
wenn unabhaengig vom code die laufzeit fast gleich bleibt, bist du vielleicht memory bound. ein if bzw switch kostet dich 1 bis 20 cycle, ein cache miss kann 100cycle+ sein.
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XMAMan schrieb:
Wenn ich das mit der Switch-Anweisung mache, dann braucht er auch 47 Sekunden zum rendern. D.h. genau so lange, wie mit der Pointerarritmethik. Das verwundert mich doch sehr, da 3 If-Anweisungen doch mehr Rechenzeit brauchen müssten, als eine Addition und Multiplikation.
Mich verwundert dass es mit switch nicht deutlich schneller ist. Denn fixed riecht für mich nach Pinning, und Pinning hätte ich für teuer gehalten. Aber vielleicht ist Pinning hauptsächlich hinderlich für den GC, wenn zu viel gleichzeitig gepinnt ist während ne Collection läuft. Hmmm...
Müsste man sich den generierten Code angucken.Und... die
switch (((uint)key) & 3u)Variante sollte er genau so optimieren können, mit dem einzigen kleinen Unterschied dass er dabei einor reg, immmehr braucht - was jetzt nicht die Welt kostet.XMAMan schrieb:
Ich benutze die Vektor-Klasse auch um darin meinen Farbwert zu speichern. Wenn ein Strahl aber kein Objekt trifft, dann zeige ich über den Null-Wert an, dass bei diesen Pixel dort nichts ist. Ich darf an der Stelle noch keine Farbe vom Hintergrundbild zurück geben, da ich beim Tonemapping die Hintergrundfarbwerte nicht mit verrechnen will/darf.
Deswegen ist ist das eine Klasse, um es auf Null setzen zu können.
Dann pack nen
boolzusätzlich mit rein. Ganz im Ernst. Hier nen Reference-Type zu verwenden ist doch geradezu das Textbook Example für Performance Killer.
