A disszertációban bemutatott eredmények két fő terület köré szerveződnek: a kamerarendszerekben keletkező becsillanási lencsefényfoltok szellemkomponenseinek fizikailag megalapozott, valós idejű szimulációja, valamint mikroorganizmusok viselkedését indirekt módon reprezentáló szimulációs adatok háromdimenziós megjelenítése.

Munkánk első része a szellemkomponensek hatékony megjelenítésére fókuszál. Célunk egy olyan eljárás kidolgozása volt, amely egyidejűleg biztosít magas fizikai hitelességet és alacsony futási időt. Ennek érdekében egy csempézett raszterizációs megközelítést vezettünk be, amely a szellemek egyesével történő megjelenítése helyett egy lépésben összesíti az egyes szellemek képpontonkénti hozzájárulását. Így a pixelek nagy számú újraírását elkerülve sikerült jelentősen javítani a GPU-alapú végrehajtás áteresztőképességét. Létrehoztunk ugyanakkor egy polinomiális optikán alapuló szimulációs megközelítést, amellyel a költséges analitikus sugárkövetés helyett polinomok felhasználásával egy lépésben transzformáljuk a beeső fénysugarat a kimenő fénysugárrá.

A disszertáció második része egy kutatási együttműködés keretében fejlesztett vizualizációs keretrendszert mutat be, amelynek célja mikroorganizmusok viselkedését leíró szimulációs adatok háromdimenziós megjelenítése. Mivel az adatok indirekt módon írták le a mozdulatsorokat, így egy baricentrikus koordinátákon alapuló számítási modellt alkalmaztunk, amely a koordináta-rendszerek közötti konverzióra képes. A vizualizációra alkalmas adatok birtokában létrehoztunk egy olyan megjelenítő keretrendszert, amely számos analitikai eszköz biztosításával képes a hatékony és átlátható adatelemzésre.

The results presented in this dissertation are organized around two main research areas: the physically-based, real-time simulation of lens flare ghosts, and the three-dimensional visualization of simulation data that indirectly represents the behavior of microorganisms.

The first part of our work focuses on the efficient rendering of ghost components. Our goal was to develop a method that simultaneously ensures high physical fidelity and low computational cost. To achieve this, we introduced a tiled rasterization approach that aggregates the per-pixel contributions of the individual ghost components in a single step, instead of rendering them separately. By avoiding the large number of pixel overdraws, we significantly increased the throughput of the GPU-based execution. In addition, we developed a simulation approach based on polynomial optics, which replaces computationally expensive analytical ray tracing by transforming the incident light ray into the outgoing ray in a single step using polynomial systems.

The second part of the dissertation presents a visualization framework developed as part of a research collaboration. The goal of this framework is to provide a three-dimensional visualization of simulation data that describes the behavior of microorganisms. Since the data represented the motion sequences indirectly, we applied a computational model based on barycentric coordinates for the conversion between coordinate systems. We also designed and implemented a rendering framework that supports efficient and transparent data analysis through several analytical tools.