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# Standarteinstellungen
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Sphere-Tracing/Ray-Marching in C++

<small><sup>C++ User-Treffen in Aachen, 17. Mai 2018</sup></small>

<small><sup>Mirco Müller, macslow@gmail.com</sup></small>

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Was Euch erwartet

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① Motivation

② Geschichte

③ Grundlagen in 2D

④ Schritt nach 3D

⑤ Kernalgorithmus &amp; Objektdefinitionen

⑥ Beleuchtungsmodelle

⑦ Licht &amp; Schatten

⑧ Reflexionen &amp; Boolsche Operationen

⑨ Landschaften

⑩ Zusammenfassung, Aussicht auf Teil 2 &amp; Fragen

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Motivation
# * Vorteile bzw. Abgrenzung zu Polygongrafik
# * Analogie: Raymarching : Polygongrafik -> Vektorgrafik : Rastergrafik

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Geschichte
# * Einführung von Sphere Tracing durch John C. Hart 1996 Paper

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Grundlagen in 2D
--- [diagram-2-raymarching-2d.png]
# * Signed Distance Functions
# * Teilmenge impliziter Funktionen
# * 2D-only C++-Beispiel raymarcher-nongl

--- [bg-6.jpg][command=./demo-1.sh]
Demo

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Schritt nach 3D
--- [diagram-3-view-ray-creation.png]

--- [bg-8.jpg]
Raymarching-Algorithmus
--- [diagram-4-raymarching-in-3d.png]

--- [bg-9.jpg]
Beispiele für Objekte
--- [diagram-11-objects.png]

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Demo

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Beleuchtungsmodelle
--- [diagram-5-lambert-shading.png]
# * Johann Heinrich Lambert, schweizer Mathematiker , 1726 - 1777
# * ok, aber nicht wirklich komplett in physikalischer Realität verankert
--- [diagram-6-blinn-phong-shading.png]
# * Bùi Tường Phong, Jim Blinn, ca. 1975-1977
# * state-of-the-art ist aber PBR
# * PBR zu komplex -> eigener Vortrag
# * trotzdem zumindest demonstrieren

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Mehr Schatten als Licht
--- [diagram-7-shadows.png]

--- [bg-12.jpg]
Spieglein, Spieglein an der Wand
--- [diagram-8-reflection.png]

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Demo

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Boolsche Operationen
--- [diagram-9-booleans.png]

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Demo

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Von der Ebene zur Landschaft
--- [diagram-10-terrain.png]
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Demo

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Zusammenfassung
--- [bg-16.jpg][font=Ubuntu Normal 65px][text-align=left]
• Geschichte - 1996 von John C. Hart eingeführt

• Grundlagen in 2D - Signed Distance Functions

• Schritt nach 3D - matrizenlose 3D-Projektion

• Raymarching-Algorithmus

• Beleuchtungsmodelle - Lambert, Blinn-Phong, PBR

• wie man an Schatten kommt

• Reflexionen und Boolsche Operationen

• Erzeugung von Landschaften

• jede Menge Demos

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Aussicht auf Teil 2
# * mehr über Operatoren
# * Krümmung/Faltung/Wiederholung vom Raum
# * volumetrische Effekte: z.B. Wolken
# * Kontaktschatten/Ambient Occlusion
# * Tiefenunschärfe/Depth-of-field
# * Überstrahlung/Bloom
# * AA-Strategien
# * Bau von sehr komplexeren Objekten
# * bessere Materialien (Holz, Leder, Marmor, Blech, Plastik...)
# * spezielle Wünsche?

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Gibt's Fragen?

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Besten Dank für
Eure Aufmerksamkeit!

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① Vortrag, PDF, Sourcen
https://github.com/MacSlow/raymarching-vortrag

② Leseempfehlung: John C. Hart Paper von 1996
"a geometric method for the antialiased ray tracing of implicit surfaces"

③ Leseempfehlung: iq's Homepage
http://www.iquilezles.org

④ NVScene 2015 Vortrag von cupe
https://www.youtube.com/watch?v=s8nFqwOho-s

⑤ Leseempfehlung: Keinert et. al. Paper von 2014
"Enhanced Sphere Tracing"
http://erleuchtet.org/~cupe/permanent/enhanced_sphere_tracing.pdf

⑥ Leseempfehlung: Pharr, Jakob, Humphreys - Buch von 2016
"Physically Based Rendering - From Theory to Implementation"