Aplicação de Reprojeção de Pixel na Região Periférica do Campo de Visão em Realidade Virtual
Resumo:
O fluxo de trabalho intensivo de emissões de raios (ray tracing) são cada vez mais utilizados em aplicações no contexto de Realidade Virtual (RV) para a criação de ambientes tridimensionais com iluminação simulada fisicamente, mas o custo atrelado a este método escala de acordo com a resolução e complexidade das cenas. Equipamentos autônomos de Realidade Virtual (RV) oferecem recursos computacionais consideravelmente menores que computadores de mesa e consoles de videogame, tornando a otimização do processo de renderização um requisito crítico. Este aspecto é acentuado quando é introduzido o fluxo intensivo de emissão de raios (ray tracing) para iluminação. Nesta dissertação, é proposta uma nova técnica de otimização para equipamentos para Realidade Virtual (RV) que explora a redundâcia binocular ao reutilizar pixels renderizados na vista do olho dominante na vista não-dominante respectiva ao longo da região central até periferia próxima do campo de visão. Uma Reprojeção de Pixel (Pixel Reprojection) é realizada utilizando uma distorção da imagem orientada pela profundidade a fim de preservar a consistência geométrica entre as vistas esquerda e direita. O método proposto é integrado ao fluxo do path tracing, economizando 56% das emissões de raios em um olho, de uma base de emissão de 1.94 milhões de raios por olho, e resultando em melhorias de taxa de quadros de até 35% em uma placa gráfica NVIDIA RTX 4090. Um estudo com usuários envolvendo 27 participantes de 324 casos de teste demonstraram que a otimização não foi detectada em 76,96% de todos os casos, e em 80,25% dos casos quando aplicado o método em uma angulação concentrica visual de 45° ou mais além da fóvea. Estes resultados indicam que a abordagem proposta pode reduzir significativamente a carga de emissão de raios em fluxos de ray tracing enquanto mantém um nível aceitavel de fidelidade visual para aplicações imersivas de Realidade Virtual (RV).
Abstract:
Ray tracing pipelines are increasingly used in Virtual Reality (VR) rendering to produce physically accurate lighting, but their costs scales with resolution and scene complexity. However, standalone Virtual Reality (VR) devices provide substantially fewer computational resources than desktop PCs and gaming consoles, making rendering optimization a critical requirement. In this work, we propose a novel ray tracing optimization technique for Head-Mounted Displays (HMDs) that exploits binocular redundancy by reusing rendered pixels from the dominant eye view in the corresponding view of the opposite eye within the near-peripheral region of the Field of View (FoV). Our pixel reprojection is performed using depth-aware image synthesis and warping to preserve geometric consistency between views. Unlike previous reprojection approaches that operate on the entire view, our method restricts reprojection to the near-peripheral region where the visual system is least sensitive to interocular discrepancies. Integrated into a path tracing pipeline, the proposed method reduces the number of emitted rays by up to 56% for the non-dominant eye, from a baseline of 1.94 million rays per eye, resulting in frame-rate improvements of up to 35% on an NVIDIA RTX 4090 GPU. A user study involving 27 participants and 324 evaluation trials demonstrated that the optimization was not detected in all eccentricity cases, and on the best scenario, not detected by 80.25% of the participants when applying the method at 45° visual eccentricity from the fovea and outwards. These results indicate that the proposed approach can significantly reduce ray tracing workload while maintaining an acceptable level of visual fidelity for immersive VR applications.
Banca examinadora:
Prof. Esteban Walter Gonzalez Clua, UFF
Prof. Anselmo Antunes Montenegro, UFF
Prof. Antônio Lopes Apolinário Júnior, UFBA