Ray tracing is an integral part of photorealistic imaging. Acceleration data structures such as bounding volume hierarchy (BVH) have proved to be important for the performance of ray tracers. Various BVH structures have been studied and compared to reduce the calculation time of ray-primitive intersection. This study compares the performance of six different BVH structures in a ray tracer and investigates how branching factor and spatial splits affect performance. The branching factors used were: two, four and eight. The binary BVH was implemented with inspiration from Wald et al. [1], the four branched implementation was taken from a later paper by Wald et al. [2] and the eight branched was taken from Ylitie et al. [3]. Each different branching variant had two implementations. One using the standard object split and the other using spatial splitting introduced by Stich et al. [4]. An existing ray tracer was modified to support all six BVH structures and was tested on six scenes with varying numbers of primitives and geometric distributions. The scenes were taken from previous work, containing Dabrovic Sponza, Hairball and the Amazon Lumberyard Bistro amongst others [5, 6]. The compressed wide BVH using spatial splits had the fastest render speed. A higher branching factor was associated with higher performance without a large impact on build time, where 8-branching BVH on average rendered a frame in 39% of the time a 2-branching BVH did. Spatial splits improved render time to on average 64% of the rendering time compared to its non-spatial counterpart. The effect of spatial splitting relied heavily on the scene. A higher number of spatial splits was not always associated with greater improvements in performance, suggesting that the characteristics of the prevented overlaps matter more for performance gains. There was a clear trade-off between build time and render speed when using spatial splits, whereas using spatial splits on a wide BVH on the largest scene increased build time by a factor of 23 for a 27% decrease in render time. Improving ray tracing performance may broaden both its commercial and scientific use cases. However, early adoption, most notably in the video game industry, may increase energy consumption having a negative impact on sustainable development in the form of a rebound effect. Comparing larger branching factors such as 16 and 32 and investigating the relation between build time and spatial splitting in regards to performance is suggested as future work.

Strålföljning är en väsentlig del i fotorealistisk bildgenerering. Accelerations-datastrukturer så som bounding volume hierarchy (BVH) har visat sig vara viktigt för att förbättra prestanda av ray tracers. Olika BVH-strukturer har studerats och jämförts för att reducera beräkningstiden för strål och primitiv-skärning. Denna studie jämför prestandan av six olika BVH-strukturer i en strålföljare och undersöker hur förgreningsfaktor och rumslig indelning påverkar prestanda. Förgreningsfaktorerna som användes var: två, fyra och åtta. Den binära BVH:n var implementaterad med inspiration av Wald et al. [1], den fyr-förgrenade implementationen togs från en senare artikel av Wald et al.[2] och den 8-förgrenade togs från Ylitie et al.[3]. Varje olika förgreningsvariant hade två implementationer. En som använde vanlig objektindelning och en annan som använde rumslig indelning introducerad av Stich et al.[4]. En existerande strålföljare modifierades för att stödja alla sex BVH-strukturer och testades på sex scener med varierande antal primitiver och geometrisk fördelning. Scenerna togs från tidigare studier, och innefattade Dabrovic Sponza, Hairball och The Amazon Lumberyard Bistro med flera [5, 6]. Komprimerad bred-BVH med rumslig indelning presterade bäst. En högre förgreningsfaktor associerades med högre prestanda utan stor påverkan på byggtid och 8-förgrening renderades i snitt på 39% av tiden jämfört med 2-förgrening. Rumslig indelning förbättrade renderingstid till i genomsnitt 64% jämfört med dess icke rumsliga motsvarighet. Rumslig indelningens påverkan berodde stort på scenen. Ett stort antal rumsliga indelningar var inte alltid associerat med stora förbättringar i prestanda, vilket tyder på att karaktärsdrag hos de förhindrade överlappen hade större betydelse för prestandaförbättringar. Ett tydligt utbyte mellan renderingshastighet och byggtid sågs när rumslig indelning användes. För den största scenen ökade byggtiden med en faktor 23 för en 27% minskning i renderingstid när rumslig indelning användes för en bred BVH. Förbättring av ray tracers prestanda kan bredda både kommersiella och vetenskapliga användingsområden. Tidig brukning, framför allt inom spelsindustrin, kan dock öka energi-förbrukningen och ha en negativ inverkan på hållbar utveckling. Jämförande av större förgreningsfaktorer så som 16 eller 32 samt att undersöka relationen mellan byggtid och rumslig indelning i förhållande till prestanda föreslås som vidare forskning.