Background. Modern video games rely on advanced rendering techniques to simulate realistic lighting. Probe-based global illumination systems relying on ray tracing like DDGI, a modern and dynamic approach introduced by Z. Majercik et al., can suffer from aliasing artifacts, particularly in scenes with small, bright emissive light sources. These artifacts arise from inconsistent and insufficient sampling of the environment around probes, leading to jarring visual patterns that degrade image quality and artistic flexibility.

Objectives. This thesis aims to address the aliasing artifacts in DDGI by developing a novel technique called Multisampling Dynamic Diffuse Global Illumination (MS-DDGI). The primary goals are to investigate existing methods for artifact mitigation, design a dynamic importance sampling strategy for ray allocation, and evaluate the proposed solution's effectiveness in terms of visual quality, performance, and robustness.

Methods. The research combines a literature review of Monte Carlo importance sampling and related rendering techniques with the implementation of MS-DDGI in the proprietary Snowdrop engine. The proposed system dynamically redistributes probe rays based on light importance, using probability density functions (PDFs) and cumulative distribution functions (CDFs) to prioritize high-impact directions. The evaluation includes qualitative visual comparisons, quantitative error analysis against reference renders, and performance profiling.

Results. MS-DDGI significantly reduces aliasing artifacts, producing smoother and more consistent lighting in scenes with small emissive sources. Quantitative tests demonstrate lower mean squared error (MSE) compared to baseline DDGI, and domain experts confirm its visual improvements. However, the technique introduces a modest performance overhead in frame time and memory usage, with temporal delay as a notable trade-off.

Conclusions. The study confirms that importance sampling can mitigate aliasing artifacts effectively for DDGI, enhancing visual fidelity and artistic usability. While the implementation incurs performance costs, the benefits justify its application in real-time rendering pipelines. Future work could optimize performance further and address temporal responsiveness.

Bakgrund. Moderna spel förlitar sig på avancerade renderingstekniker för att simulera realistisk belysning. System för global ljussättning som förlitar sig på strålspårning som DDGI, en modern och dynamisk teknik introducerad av Z. Majercik et al., kan lida av aliasingartefakter, särskilt i scener med små, kraftfulla emissiva ljuskällor. Dessa artefakter uppstår på grund av ojämn och otillräcklig sampling av data i omgivningen, vilket leder till oönskade visuella mönster som försämrar visuell kvalitet och begränsar konstnärlig flexibilitet.

Syfte. Detta examensarbete syftar till att åtgärda aliasingartefakterna i DDGI genom utvecklingen av en ny teknik: Multisampling Dynamic Diffuse Global Illumination (MS-DDGI). De primära målen är att undersöka befintliga metoder i bruk för att åtgärda liknande artefakter, bygga en ny, mer dynamisk samplingsstrategi för strålspårning, samt utvärdera den nya lösningens effektivitet i mån av visuell kvalitet, prestanda, och stabilitet.

Metod. Forskningen kombinerar en litteraturöversikt kring relaterade renderingstekniker samt Monte Carlo importance sampling med implementationen av MS-DDGI i den företagsägda Snowdrop-motorn. Våran teknik omfördelar strålresurser dynamiskt baserat på existerande ljusfördelning, med hjälp av sannolikhetstäthetsfunktioner (PDF) och kumulativa distributionsfunktioner (CDF) för att prioritera riktningar med större påverkan. Utvärderingen omfattar kvalitativa visuella jämförelser, kvantitativ felanalys mot referensrenderingar, och prestandamätningar.

Resultat. MS-DDGI minskar avsevärt inverkan av aliasingartefakter, vilket ger jämnare och mer konsekvent belysning i scener med små emissiva ljuskällor. Kvantitativa tester visar lägre medelkvadratfel (MSE) jämfört med tidigare teknik, och domänexperter understryker de visuella förbättringarna. Tekniken medför dock en mätbar prestandakostnad i mån om beräkningstid och minnesanvändning, tillsammans med märkbar tidsmässig tröghet.

Slutsatser. Studien bekräftar att importance sampling kan tillämpas för att åtgärda aliasingartefakter effektivt för DDGI, vilket förbättrar det visuella resultatet och breddar den konstnärliga användbarheten. Implementationen medför prestandakostnader, men fördelarna understryker samtidigt starkt dess användbarhet för modern grafik. Framtida arbete kan innefatta optimering av prestandan ytterligare, och åtgärder för tidsmässig responsivitet.