Performance of deferred and forward shading under different lighting conditions

Abstract

ABSTRACT: The field of 3D computer graphics deals with ways of generating 2D images from 3D scene representations. This process is called rendering and its performance is one of the central problems in the field. Understanding performance implications of 3D graphics algorithms and testing them in different scenarios enables professionals in game, film, scientific and military industries to make informed decisions on which algorithms are best suited for their problem. In this thesis a close look was taken at performance of two most popular rendering approaches in real-time 3D graphics – deferred shading and forward shading. We investigated four different scenarios: many small lights, many big lights, many big lights with shadows and a mixed case of many small lights along with several big shadow-casting lights. Deferred shading showed better performance than forward shading in all tests, with the biggest gain obtained in case of having high numbers of small lights. When shadow-casting lights were present, the difference in performance, although significant, was not as hugely different as in case of small lights alone. Keywords: 3D Computer Graphics, Rendering, Deferred Shading, Forward Shading

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ÖZ: 3B bilgisayar grafik çalışmaları, 3B görüntülerden 2B imgeler üretme yöntemleri üzerindedir. Bu işlem imge oluşturma olarak bilinmekte ve başarımı bu alandaki esas problemlerden birisi olarak kabul edilmektedir. 3B grafik algoritmalarının başarımlarının etkilerini anlamak ve farklı senaryolar için onları test etmek, oyun, film, bilimsel ve askeri endüstrilerde hangi algoritmanın en uygun olacağı konusunda daha bilinçli karar almaya olanak sağlamaktadır. Bu tezde gerçek zamanlı 3B grafik alanında iki popüler imge oluşturma yöntemi - erteleme tabanlı gölgelendirme ve ileri gölgelendirme yakından incelenmiştir. Dört farklı senaryo üzerinde çalışılmıştır: çoklu küçük ışık, çoklu büyük ışık, gölgeli çoklu büyük ışık ve çoklu küçük ışık ile birkaç gölge oluşturan ışık karışımı. Erteleme tabanlı gölgelendirme, tüm testlerde ileri gölgelendirme yöntemine göre daha iyi başarım göstermiş, en yüksek kazanımı da çoklu küçük ışık durumunda sağlamıştır. Gölge oluşturan ışıkların olduğu durumda, belirgin bir başarım farkı olmakla birlikte yalnızca küçük ışıkların kullanıldığı durumdaki gibi büyük olmamıştır. Anahtar Kelimeler: 3B Bilgisayar Grafiği, Imge Oluşturma, Erteleme Tabanlı Gölgelendirme, Ileri Gölgelendirme.