學位論文
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Item 互動速率蒙地卡羅路徑追蹤: 在包含鏡面鏈的光傳輸路徑中產生高頻效果(2025) 張嘉文; Jhang, Jia-Wun蒙地卡羅路徑追蹤演算法透過模擬真實環境中光的反射和折射來產生逼真的畫面，此技術在影視、遊戲、物理模擬、建築設計中皆有著舉足輕重的地位。近幾年隨著電腦硬體的進步，以及更多有效的路徑採樣和去雜訊方法被提出，已經可以在電腦上即時地產生低雜訊的路徑追蹤影像。我們發現，雖然低頻的直接照明和間接照明有明顯的改善，但高頻的鏡面成像和焦散依舊無法保持銳利甚至消失，主要是因為能產生高頻效果的「含有鏡面鏈的光傳輸路徑」難以被找到，因此即使再透過後處理的方法去雜訊，也無法在動態場景中即時產生清晰且正確的高頻效果。 低頻效果可以提升整體影像的層次感，但高頻效果往往是最能吸引眼球的部分，因此我們致力於研究針對高頻效果即時路徑追蹤的演算法。在本論文中，我們發明了新的尋找鏡面鏈的技術SMBS和PMS來降低路徑追蹤在高頻效果的雜訊，SMBS透過大擾動改善鏡面鏈路徑的搜索，PMS透過光子重用優化起始鏡面鏈路徑的選擇。對於後續的去噪，我們提出了針對高頻效果的去雜訊演算法IGD，透過再利用路徑追蹤的資訊來提升去雜訊的品質。對於整體的算圖流程，我們設計了一個利於手機的低計算量方法RMNEE，將鏡面鏈演算法透過延遲著色和重採樣來機率性地不計算較低顏色貢獻的鏡面鏈路徑。 與過去的方法相比，我們的方法在相同的採樣數下，大大提高了尋找鏡面鏈的成功率；等時比較下的高頻效果，路徑追蹤的雜訊更少、去雜訊後的誤差值更低；對於低算力的手機平台，更可以在畫面品質和執行速度上達到不錯的平衡。Item 基於視覺顯著度的低運算成本省電方法(2023) 楊富宇; Yang, Fu-Yu行動裝置的使用在近年來逐漸增加，而螢幕是行動裝置中耗電占比大的部分之一，在使用行種裝置時，需開啟螢幕來執行各項操作像是觀看影片和撰寫訊息等，這些情境使得螢幕的耗電情況不容忽視。為了降低螢幕的耗電量並兼顧使用者體驗，有研究針對應用程式介面提出省電架構，配合視覺顯著圖並利用元件檔案將圖片分割為多個區域，將各個區域以更低功耗的色彩呈現以達省電效果，然而此架構卻有數百秒的運算時間。本論文提供6個方法更改上述省電架構，使省電架構在同樣的條件限制下有更短的運算時間。實驗結果顯示，本研究使省電架構的運算時間範圍從278秒至731秒，下降至介於45秒至137秒。Item 基於感測器之行動裝置擴增實境省電研究(2023) 魏識恩; Wei, Shih-En近年來行動裝置中高效能處理器的進步與相機品質的提升，帶動著擴增實境產業的迅速發展，使用者不需付出高昂的成本即可人手一機享受擴增實境帶來的娛樂。然而，擴增實境應用程式所需的電量消耗在過去的研究顯示，遠高出一般非擴增實境應用程式許多，這歸因於圖形處理器與相機的大量使用。本研究提出一個針對行動裝置擴增實境程式的省電方案，藉由減少虛擬物件渲染幀率及螢幕刷新率與亮度的調整，達成節能的目標。本設計透過監聽低功耗的陀螺儀與加速度計慣性測量元件，分辨使用者目前的行為狀態與計算行動裝置的平移速度，藉此提供合適的節能方案。這些方案可能是降低物件渲染幀率來減少程式的運算量或是螢幕刷新率與亮度的調整，最後本研究在行動裝置Google Pixel 4 XL上實作該設計，評估其狀態辨識準確率及省電率。Item OLED行動裝置針對應用程式介面元件進行轉換顏色的節能方案(2021) 蘇育正; Su, Yu-Zheng行動裝置的螢幕屬於高功耗硬體，用電量佔比高。在使用行動裝置時，螢幕開啓的頻率極高，例如撰寫電子訊息時、觀看影片時，均會保持螢幕開啓，在前述情境中螢幕用電平均達裝置總用電的15%以上。為了降低螢幕用電量，研究者提出局部降低亮度、關閉螢幕像素的發光通道，以及節能色彩的轉換等。前述各項方法均修改了呈現畫面，因此可能對使用者體驗造成負面影響，為了能在達到省電效果的同時，也兼顧使用者體驗，本研究提出一個依據使用者視覺注意力模型，對應用程式介面元件逐一進行節能色彩轉換的方法。本方法將整個應用程式介面拆分為各個介面元件，對各個元件分別採取不同的色彩轉換策略，並因應視覺注意力的分佈變化持續重新安排色彩，直至能達成省電效果，同時將視覺注意力變化保持在設定好的範圍區間，維持良好的使用者體驗。本系統適用於長時間停留於單一畫面的應用程式中，經過實驗驗證，本方法於預設設定下平均省電比率範圍為12%~35%，並觀察發現視覺顯著性變化和省電效果間存在關聯性，依據此關聯性提供設計省電色彩轉換規則的建議。Item 在行動裝置上達成複雜場景之互動性基於物理高品質成像(2021) 張嘉文; Jhang, Jia-Wun過去因為手機在計算速度與記憶體容量上的限制，遊戲中為了達到即時互動的效果，大多只是將場景與人物以貼圖的方式顯示在畫面上，或是使用光柵化（Rasterization）的方法產生陰影與直接光照的效果，但很難有反射、折射、散射等讓玩家有臨場感的逼真畫面。 如今電腦上實時光線追蹤技術已趨於成熟，手機將不可避免地成為下一個目標。在此篇論文中，我們使用 OpenGL Compute Shader，利用手機 GPU 的平行計算能力來實現路徑追蹤（Path Tracing）；此外我們編寫了加速結構（BVH Tree with SAH 、Huffman Tree）來減少找尋三角片交叉的耗時，並使用「無堆疊」的方法作遍歷，因此可以在SIMT架構的GPU上高效運行，更實驗了不同的光線追蹤方法（Bidirectional Path Tracing、Metropolis Light Transport）來加速收斂場景中的顏色；如最後的成果所呈現，即使是擁有豐富材質的複雜場景，我們的程式依舊可以在很短的時間內畫出雜訊少又逼真的圖。Item 行動OLED顯示器針對應用於即時攝影的節能技術(2020) 蔡昇達; Tsai, Sheng-Da隨著OLED行動裝置迅速發展，如今行動裝置搭配OLED顯示器的情況已越來越受到市場青睞。但是在行動裝置電量有限的情況下，OLED顯示器仍然是最耗電的元件之一。因此也越來越多人開始針對OLED顯示器進行了電源管理，造就了許多OLED顯示器在省電議題上的相關研究。本論文探討了稱之為CURA框架的圖像像素縮放技術，基於該框架我們提出了Fast-CURA加速策略，該策略引入了一個新的視覺注意力模型，還用到的平行運算和機器學習的技術，目的是讓影像分析的執行時間縮短，讓Fast-CURA能夠推廣到需要即時處理的應用上。因此我們在搭載Android系統的智慧型手機上，開發了一個透過手機攝像機即時攝影的應用程式，該程式能夠錄製在OLED顯示器中播放的節能影片，降低影片播放時的功率消耗。經實驗證明該策略保留了CURA在視覺體驗及手機省電的效果，而且還讓執行時間變快了37至47.1倍。