Background. Rasterization of triangle geometry has been the dominating rendering technique in the real-time rendering industry for many years. However, triangles are not always easy to work with for content creators. With the introduction of hardware-accelerated ray tracing, rasterization-based lighting techniques have been steadily replaced by ray tracing techniques. This shift may signify the opportunity of exploring other, more easily manipulated, geometry-type alternatives compared to triangle geometry. One such geometry type is implicit surfaces.

Objectives. This thesis investigates the rendering speed, editing speed, and image quality of different implicit surface rendering techniques using a state-of-the-art, hardware-accelerated, path tracing implementation. Furthermore, it investigates how implicit surfaces may be edited in real time and how editing affects rendering.

Methods. A baseline direct sphere tracing algorithm is implemented to render implicit surfaces. Additionally, dense and narrow band discretization algorithms that sphere trace a discretization of the implicit surface are implemented. For each technique, two variations that provide potential benefits in rendering speed are also tested. Additionally, a real-time implicit surface editor that can utilize all the mentioned rendering techniques is created. Rendering speed, editing speed, and image quality metrics are captured for all techniques using different scenes created with the editor and an existing hardware-accelerated path tracing solution. Image quality differences are measured using mean squared error and the image difference evaluator FLIP.

Results. Direct sphere tracing achieves the best image quality results but has the slowest rendering speed. Dense discretization achieves the best rendering speed in most tests and achieves better image quality results compared to narrow band discretization. Narrow band discretization achieves significantly better editing speed than both direct sphere tracing and dense discretization. All variations of each algorithm achieve better or equal rendering and editing speed compared to their standard implementation. All algorithms achieve real-time rendering and editing performance. However, only discretized methods display real-time rendering performance for all scenes, and only narrow band discretization displays real-time editing performance for a larger number of primitives.

Conclusions. Implicit surfaces can be rendered and edited in real time while using a state-of-the-art, hardware-accelerated, path tracing algorithm. Direct sphere tracing degrades in performance when the implicit surface has an increased number of primitives, whereas discretization techniques perform independently of this. Furthermore, narrow band discretization is fast enough so that editing can be performed in real time even for implicit surfaces with a large number of primitives, which is not the case for direct sphere tracing or dense discretization.

Bakgrund. Triangelrastrering har varit den dominerande renderingstekniken inom realtidsgrafik i flera år. Trianglar är dock inte alltid lätta att jobba med för skapare av grafiska modeller. Med introduktionen av hårdvaruaccelererad strålspårning har rastreringsbaserade ljussättningstekniker stadigt ersatts av strålspårningstekniker. Detta skifte innebär att det kan finnas möjlighet för att utforska andra, mer lättredigerade geometrityper jämfört med triangelgeometri, exempelvis implicita ytor.

Syfte. Detta examensarbete undersöker rendering- och redigeringshastigheten, samt bildkvaliteten av olika renderingstekniker för implicita ytor tillsammans med en spjutspetsalgoritm för hårdvaruaccelererad strålföljning. Den undersöker även hur implicita ytor kan redigeras i realtid och hur det påverkar rendering.

Metod. En direkt sfärspårningsalgoritm implementeras som baslinje för att rendera implicita ytor. Även algoritmer som utför sfärstrålning över en kompakt- och smalbandsdiskretisering av den implicita ytan implementeras. För varje teknik implementeras även två variationer som potentiellt kan ge bättre prestanda. Utöver dessa renderingstekniker skapas även ett redigeringsverktyg för implicita ytor. Renderingshastighet, redigeringshastighet, och bildkvalité mäts för alla tekniker över flera olika scener som har skapats med redigeringsverktyget tillsammans med en hårdvaruaccelererad strålföljningsalgoritm. Skillnader i bildkvalité utvärderas med hjälp av mean squared error och evalueringsverktyget för bildskillnader som heter FLIP.

Resultat. Direkt sfärspårning åstadkommer bäst bildkvalité, men har den långsammaste renderingshastigheten. Kompakt diskretisering renderar snabbast i de flesta tester och åstadkommer bättre bildkvalité än vad smalbandsdiskretisering gör. Smalbandsdiskretisering åstadkommer betydligt bättre redigeringshastighet än både direkt sfärspårning och kompakt diskretisering. Variationerna för respektive algoritm presterar alla lika bra eller bättre än standardvarianten för respektive algoritm. Alla algoritmer uppnår realtidsprestanda inom rendering och redigering. Endast diskretiseringsmetoderna uppnår dock realtidsprestanda för rendering med alla scener och endast smalbandsdiskretisering uppnår realtidsprestanda för redigering med ett större antal primitiver.

Slutsatser. Implicita ytor kan renderas och redigeras i realtid tillsammans med en spjutspetsalgoritm för hårdvaruaccelererad strålföljning. Vid användning av direkt sfärstrålning minskar renderingshastigheten när den ytan består av ett stort antal primitiver. Diskretiseringstekniker har dock en renderingshastighet som är oberoende av antalet primitiver. Smalbandsdiskretisering är tillräckligt snabb för att redigering ska kunna ske i realtid även för implicita ytor som består stora antal primitiver.