Quantum-Ray-Marching zur Neufassung der Lichttransportsimulation
Author
Venue
SIGGRAPH Asia 2023
Abstract
Der Einsatz von Quantencomputern in der Computergrafik hat in den letzten Jahren an Interesse gewonnen, insbesondere für die Anwendung im Bereich des Renderings. Der aktuelle Stand der Technik im Bereich des Quanten-Renderings stützt sich auf Grovers Suche zur Ermittlung von Strahlschnittpunkten in 𝑂(√𝑀) für 𝑀 Primitive. Dieser Quantenansatz ist schneller als der naive Ansatz von 𝑂(𝑀), jedoch langsamer als 𝑂(log 𝑀) des modernen Raytracing mit einer Beschleunigungsdatenstruktur. Darüber hinaus ist diese Quanten-Raytracing-Methode grundsätzlich darauf beschränkt, jeweils nur einen Strahl zu werfen, wodurch die Skalierung des Quanten-Renderings hinsichtlich der Strahlanzahl der von Nicht-Quanten-Algorithmen entspricht. Wir stellen eine neue Quanten-Rendering-Methode vor, das Quanten-Ray-Marching, das auf der Neuformulierung des Ray-Marching als Quanten-Zufallsweg basiert. Unsere Arbeit ist die erste vollständige Quanten-Rendering-Pipeline, die zur Simulation des Lichttransports fähig ist und asymptotisch schneller bleibt als ihre Nicht-Quanten-Pendants. Unser Quantum Ray Marching kann eine exponentielle Anzahl von Pfaden mit polynominalem Aufwand verfolgen und nutzt die quantenbasierte numerische Integration, um bei 𝑁 Schätzungen in 𝑂(1/𝑁) zu konvergieren, im Gegensatz zu nicht-quantenbasierten 𝑂(1/√𝑁). Diese Eigenschaften führten zum ersten Quanten-Rendering, das asymptotisch schneller ist als nicht-quantenbasiertes Monte-Carlo-Rendering. Wir haben unseren Algorithmus durch das Rendern von 2D- und 3D-Szenen numerisch getestet.
