Real-time 3D cloud animations using DCGAN

Background. Previous studies in the area of video generation using generative adversarial networks have shown limitations in perceived naturalism of the generated images. A previously proposed method of rendering and simulating clouds serves as the base for this thesis. Objectives. This thesis aims to propose a new method utilising machine learning in the context of generating 3D cloud animation in computer graphics. This aim is broken down into multiple objectives, with the primary ones being the following. The utilisation of a machine learning model includes the pre-processing of cloud images into cloud maps, training the model, as well as generating 2D cloud animations with it. 3D cloud animations are achieved by implementing the model into a pre-existing real-time cloud rendering framework. The performance of the implementation is measured and evaluated. Finally, a questionnaire is deployed and its results are analysed to evaluate the effectiveness of the proposed method. Methods. The image quality of the generated images is compared using an image quality assessment method which compares them to the data set used for training. Performance measurements are taken and compared between a base method reliant on Voronoi-noise and the proposed machine learning-based method. Finally, a questionnaire is deployed and then statistically analysed to evaluate the perceived naturalism of the base method and the proposed method. Results. The proposed method has a rendering time almost twice as long when compared to the base method when run in real-time. However, the results from the questionnaire showed that the proposed method achieves a higher level of perceived naturalism of the animation. Conclusions. The proposed method generates more natural animations than the base method at a higher cost in terms of time complexity.Bakgrund. Tidigare studier inom videogeneration med generativa motverkande nätverk har visat begränsningar kring den upplevda naturligheten av de genererade bilderna. En tidigare föreslagen metod för rendering och simulering av moln fungerar som grund för denna uppsats. Syfte. Denna uppsats siktar på att föreslå en ny maskinlärningsbaserad metod till kontexten att generera 3D-molnanimationer inom datorgrafik. Syftet bryts ner i flera mål, av vilka de primära är som följande. Användandet av en maskinlärningsmodell inkluderar förbehandlingen av molnbilder till molnkartor, träningen av modellen samt genereringen av 2D-molnanimationer via modellen. 3D-molnanimationer uppnås genom att implementera modellen i ett förexisterande ramverk för realtidsbaserat molnrendering. Prestandan av implementationen mäts och evalueras. Slutligen distribueras ett frågeformulär vars resultat analyseras för att evaluera effektiviteten av den föreslagna metoden. Metod. Bildkvaliten av de genererade bilderna jämförs, med hjälp av en metod för bildkvalitetsevaluering, med datamängden som användes vid träningen. Prestandan mäts och jämförs mellan den gamla Voronoi-brusbaserade metoden och den föreslagna maskinlärningsbaserade metoden. Slutligen kommer ett frågeformulär skickas ut och därefter bli statistiskt analyserat för att evaluera den upplevda naturligheten mellan den gamla metoden och den föreslagna metoden. Resultat. Den föreslagna metoden har en renderingstid nästan dubbelt så hög som den gamla metoden när de kör i realtid. Dock visar resultatet från frågeformuläret att animationen i den föreslagna metoden uppnår en högre nivå av upplevd naturlighet. Slutsatser. Den föreslagna metoden genererar mer naturliga animationer än den gamla metoden till en höjning i tidskomplexite