Bachelor's Thesis

Visualization of Path-Tracing Algorithm in Blender for Education

Final Thesis 4.63 MB

Author of thesis: Matěj Černický

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Tomáš Milet, Ph.D.

Reviewer: Ing. Tomáš Chlubna, Ph.D.

Abstract:

This project introduces a robust Blender add-on developed to visualize the complex mechanics of path tracing algorithms for educational purposes.
Designed as an extensible sandbox, the tool allows users to explore diverse light transport scenarios.
It provides interactive visualizations of realistic optical effects, such as depth-of-field blur and anti-aliasing, through stochastic sampling and averaging.
Furthermore, the add-on demonstrates critical optimization strategies, including Next-Event Estimation, Bidirectional Path Joining, and Russian Roulette, while illustrating real-time material BSDF interactions.
By rendering the geometric paths of individual rays, the work serves as a versatile tool for classroom presentations and for the technical analysis of photorealistic computer simulations.

Keywords:

Path tracing, Ray tracing, Blender, Visualization tool, Interactive learning, Presentation, Computer graphics, Monte Carlo Optimization, Next-Event Estimation, Bidirectional Path Tracing, Optics, Blender Add-on

Date of defence

19.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm D.

Topics for thesis defence

  1. Vysvětlete význam šipek v obr. 3.1.
  2. Na str. 14 je v rovnici uvedena konstanta 0.8. Co značí? Jak byla odvozena?
  3. Jak konkrétně jsou geometricky reprezentovány paprsky a BRDF loby při vykreslování?
  4. Změřte a vyneste do grafu, jak parametry vizualizace ovlivní výpočetní výkon, např. jak se mění čas celkového výpočtu jednoho snímku vizualizace v závislosti na počtu všech paprsků ve scéně apod.
  5. Kolik lidí se účastnilo testování v každé skupině?
  6. Co bylo předmětem vašeho testování? Jak jste se studentů dotazoval?
  7. Která část práce byla designově nejnáročnější?

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

doc. Ing. Vítězslav Beran, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Martínek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Radek Hranický, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Veigend, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Orság, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Tomáš Milet, Ph.D.

Cíle práce byly splněny. Realizace je povedená. Student konzultoval spíše méně, ale kolem průměru. Hodnotím 75 body - dobře.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

Cílem práce je vytvořit vizualizační nástroj pro výuku v předmětu IZG. S realizací, kterou student vytvořil, jsem spokojen.

Práce s literaturou

Student využil doporučenou literaturu a dohledal si vlastní zdroje informací.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Student konzultoval nepravidelně, s většími mezerami. Ale na konzultacích dával pozor a poznámky si zapisoval a objevené nedostatky řešil.

Aktivita při dokončování

Student svou finální práci konzultoval spíše méně a na poslední chvíli. Ale její celkový obsah byl alespoň jednou zkonzultován.

Publikační činnost, ocenění

Výsledy práce budu využívat v předmětu IZG. A je možné, že jej využijí i jiní lektoři.

Points proposed by supervisor: 75

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Tomáš Chlubna, Ph.D.

Výsledný addon je zajímavý a splňuje cíle, kvalita textové zprávy je velmi nízká.


Z hlediska realizace je práce pěkná, sice má prostor pro vylepšení, ale dobře demonstruje algoritmus sledování paprsků a lze ji využít pro výuku, jak bylo stanoveno v zadání. Textová zpráva obsahuje mnoho nedostatků ve všech směrech, počínaje chybami na prvních stranách. Celkově tyto nedostatky snižují kvalitu textu z hlediska typografie i pochopitelnosti a zdá se, že autor textu nevěnoval dostatečné množství času.

Evaluation criteria Verbal classification Points
Náročnost zadání

Evaluation level: obtížnější zadání

Tvorba addonu, mimo seznámení se s prostředím Blenderu, zahrnuje geometrické výpočty a porozumění algoritmu sledování paprsků pro vykreslování.

Addon také vizualizuje optimalizační metody, další pomocné struktury a také podporuje animaci paprsků v čase s různým nastavením vzhledu a časového průběhu vizualizace.

Prezentační úroveň technické zprávy

Text dodržuje standardní strukturu jen částečně, chybí návrhová kapitola.

Absence návrhu kazí čitelnost, jelikož v implementaci dochází k míchání vysoko a nízkoúrovňového popisu realizace, přičemž některé koncepty nejsou dostatečně vysvětleny. Závěr je rozdělen nestandardně a zbytečně na dvě sekce a dále pak menší podsekce. Čitelnost je místy horší díky nejasnému vyjadřování (např. definice ray.py: A specialized data structure that... kdy se jedná o soubor s kódem a ne o jazykovou strukturu). Kapitola popisující ukázkové scény je pěkná a dobře popisuje využití výsledného addonu.

71
Formální úprava technické zprávy

Velké množství základních formálních chyb výrazně snižuje kvalitu textu.

Překlepy a chyby se v textu nenachází kromě použití českých uvozovek místo anglických. Nadměrné používání první osoby množného čísla kazí technický styl textu.

Na titulní straně je uveden předchozí rok 2025. V anglických klíčových slovech je navíc slovo Presentation, které se nenachází v české verzi a překlad Monte Carlo Optimization na Integrace Monte Carlo je nepřesný. Podobná chyba v překladu je i v abstraktu u překladu Bidirectional Path Joining na Bidirectional Path Tracing, kdy by bylo lépe v obou případech ponechat pouze druhou uvedenou verzi.

V úvodu jsou první dva odstavce odsazeny v jiném formátu než zbytek textu. V popisu kapitol na konci úvodu chybí klikací odkazy na dané kapitoly. Další nekonzistencí je vysázení prvních slov v seznamech tučně a jinde obyčejným písmem (např. seznamy v sekcích 2.5 a 2.6.1). Některé seznamy nejsou uvedeny větou v textu (např. v sekcích 3.1.1 či 3.1.2). Rovnice nejsou správně zasazeny do vět pomocí interpunkce (např. str 14). Vektorové a skalární veličiny jsou značeny v textu nekonzistentně (např. rovnice na str. 4 vs na str. 14). Na str. 10 se nachází velký nevyužitý prázdný prostor. Popisky obrázků jsou všechny vysázeny nestandardně tučně a žádný vysázený objekt, jako obrázek či algoritmus, není odkazován v textu pomocí referencí. Obrázek 4.4 je velmi tmavý a špatně čitelný.

51
Realizační výstup

Výsledný addon hezky vizualizuje sledování paprsků a je pěkným výukovým nástrojem.

Addon je snadno použitelný a poskytuje mnoho nastavení pro úpravu vzhledu vizualizace. Také využívá GPU akceleraci pro vykreslení paprsků přímo do prostředí Blenderu. Kód je čistý, vhodně strukturován do souborů a komentován.

Addon by bylo možno rozšířit o podporu generování 3D objektů pro pozdější rendering animací či o další vlastnosti materiálů. Ukázkové scény jsou dobře zvolené, pouze scéna Refraction způsobí při spuštění selhání Blenderu (v5.1.1 na Arch Linuxu). Zobrazení BRDF funkcí je pěkné, nicméně při zpomalení času animace je patrné, že se tato vizualizace objevuje příliš brzy, před dopadem paprsku na povrch geometrie.

84
Využitelnost výsledků

Nástroj je využitelný pro výukové účely a poskytuje mnoho zajímavých možností.

Realizace je založena na známých algoritmech a je spíše vizualizací než inovativním výpočetním řešením. Je však unikátní a rozšiřuje Blender o užitečné funkce pro demonstrační účely.

Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání splněno

Všechny body zadání byly splněny.

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: splňuje pouze minimální požadavky

Text popisuje pouze základní principy použité v práci bez hlubších detailů a návazností.

Dle nástroje FIT Thesis Checker je textová zpráva dlouhá 43 normostran. Základní informace o addonu a jeho funkcích jsou v textu popsány, avšak chybí další informace, např. jak je vytvořena geometrie BRDF vizualizace (je přítomen pouze matematický popis modelu), kolik lidí se účastnilo testování, nebo rozbor existujících řešení je omezen pouze na zmínku, že existují online videa na dané téma. Dále chybí výkonnostní měření a zhodnocení.

Práce s literaturou

V textu je citováno 20 zdrojů na relevantních místech, z toho 5 není vhodně zvoleno a u některých dalších nejsou citace úplné.

Zdroj u citací [1, 4] je uveden web semanticscholar.org, který však je pouze prostředníkem indexujícím dané publikace a ne přímým zdrojem. Zdroje [3, 6] jsou odkazy na populárně naučné blogy a bylo by lépe je nahradit odbornou literaturou. Zdroje [5, 15, 20] jsou odkazy na videa z platformy YouTube a nelze je považovat za odbornou literaturu. Zdroj [10] je neúplný. Volba zdrojů by také mohla být lepší, např. [1] citovaný u pojmu Russian Roulette není přímo na tuto optimalizaci podrobně zaměřen, raději měl být použit článek od stejných autorů s názvem Particle Transport and Image Synthesis.

63
Topics for thesis defence:
  1. Vysvětlete význam šipek v obr. 3.1.
  2. Na str. 14 je v rovnici uvedena konstanta 0.8. Co značí? Jak byla odvozena?
  3. Jak konkrétně jsou geometricky reprezentovány paprsky a BRDF loby při vykreslování?
  4. Změřte a vyneste do grafu, jak parametry vizualizace ovlivní výpočetní výkon, např. jak se mění čas celkového výpočtu jednoho snímku vizualizace v závislosti na počtu všech paprsků ve scéně apod.
  5. Kolik lidí se účastnilo testování v každé skupině?
Points proposed by reviewer: 61

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová