Custom Vulkan Engine to Render Black Holes in Real Time Using Ray-Marching

Abstract

This report deals with the Narwhal Engine: an interactive Vulkan-based graphics engine we developed that renders black holes in real time. Our engine is focused on rendering Schwarzschild and Kerr black holes, which are the simplest types without any charge. We adapted an already existing Unity black hole renderer and ported it over to Vulkan. Our implementation improves on the original and manages to render a frame over 15 times faster. It also adds interactivity to the original implementation as it allows users to modify the black hole and camera parameters and have those changes instantly reflected. The visualisation shows different elements of the black hole such as the accretion disk, the Einstein ring or the photon sphere.

Aquest informe es centra en el Narwhal Engine: un motor gràfic interactiu basat en Vulkan que hem desenvolupat per renderitzar forats negres en temps real. El nostre motor es centra en renderitzar forats negres de Schwarzschild i Kerr, que són els tipus més simples sense cap càrrega. Hem adaptat un renderer de forats negres de Unity ja existent i l’hem portat a Vulkan. La nostra implementació millora l’original i aconsegueix renderitzar un frame més de 15 vegades més ràpid. També afegeix interactivitat a la implementació original, ja que permet als usuaris modificar els paràmetres del forat negre i de la càmera i que aquests canvis es reflecteixin instantàniament. La visualització mostra diferents elements del forat negre, com ara el disc d’acreció, l’anell d’Einstein o l’esfera de fotons.

Este informe se centra en Narwhal Engine: un motor gráfico interactivo basado en Vulkan que hemos desarrollado para renderizar agujeros negros en tiempo real. Nuestro motor se centra en la representación de agujeros negros de Schwarzschild y Kerr, que son los tipos más simples sin carga. Adaptamos un renderer de agujeros negros ya existente en Unity y lo trasladamos a Vulkan. Nuestra implementación mejora el original y logra renderizar un frame más de 15 veces más rápido. También añade interactividad a la implementación original, ya que permite a los usuarios modificar los parámetros del agujero negro y de la cámara y ver los cambios reflejados al instante. La visualización muestra diferentes elementos del agujero negro, como el disco de acreción, el anillo de Einstein o la esfera de fotones.