KR100684293B1 - 적응형 곡면 테셀레이션의 스트립화 방법 - Google Patents

Abstract

일반적으로 3차원 그래픽스 상에서 객체는 다각형혹은 삼각형으로 묘사되어 지고 있다. 이를 랜더링 파이프 라인에서는 화면에 나타내어 이미지를 생성하게 된다. 보다 정교하게 객체를 묘사하기 위해서는 보다 많은 다각형을 사용하여 묘사하게 되지만, 이는 현재 그래픽스 파이프라인 상에서의 병목현상을 유발시키게 되어 그를 증가시키게 되는 데에는 한계가 있다. 본 발명에서는 이러한 상황을 고려하여 다각형 혹은 삼각형을 직접 파이프라인에 보내지 않고 곡면으로 묘사된 함수로 객체를 묘사하여 곡면 정보만을 이용하여 그래픽 파이프라인에 전송하여 이를 이용하여 원하는 양만큼의 삼각형을 생성, 랜더링 하도록 하게 한다. 본 발명에서는 이 삼각형을 생성하는 단계에서 적응적으로 생성하되, 삼각형 그래프를 이용하여, 현재 그래픽 파이프라인에서 주로 가속화를 위해 사용되는 삼각형 스트립을 지원할 수 있도록 생성한다. 이를 통하여 보다 적은 비용으로 높은 질의 이미지를 생성할 수 있는 적응형 곡면 테셀레이션의 스트립화 방법에 관한 것이다.

그래픽 파이프라인, 테셀레이션, 삼각형 정점, 버퍼, 스트립

Description

적응형 곡면 테셀레이션의 스트립화 방법{Stripication method for Adaptive Tessellation of Curved Surfaces}

도 1내지도 4는 본 발명에 따른 적응형 곡면 테셀레이션의 스트립화 방법의 개략도.

도 5는 본 발명에 따른 순서도.

도 6은 본 발명에 따른 기본구조도.

일반적으로 3차원 그래픽스 상에서 객체는 다각형혹은 삼각형으로 묘사되어 지고 있다. 이를 랜더링 파이프 라인에서는 화면에 나타내어 이미지를 생성하게 된다.

보다 정교하게 객체를 묘사하기 위해서는 보다 많은 다각형을 사용하여 묘사하게 되지만, 이는 현재 그래픽스 파이프라인 상에서의 병목현상을 유발시키게 되어 그를 증가시키게 되는 데에는 한계가 있다.

본 발명에서는 이러한 상황을 고려하여 다각형 혹은 삼각형을 직접 파이프라인에 보내지 않고 곡면으로 묘사된 함수로 객체를 묘사하여 곡면 정보만을 이용하 여 그래픽 파이프라인에 전송하여 이를 이용하여 원하는 양만큼의 삼각형을 생성, 랜더링 하도록 하게 한다.

본 발명에서는 이 삼각형을 생성하는 단계에서 적응적으로 생성하되, 삼각형 그래프를 이용하여, 현재 그래픽 파이프라인에서 주로 가속화를 위해 사용되는 삼각형 스트립을 지원할 수 있도록 생성한다. 이를 통하여 보다 적은 비용으로 높은 질의 이미지를 생성할 수 있는 적응형 곡면 테셀레이션의 스트립화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 3차원 컴퓨터 그래픽에서 화면에 나타나게 되는 객체는 다양한 방법으로 나타낼 수 있다.

정점, 이미지, 볼륨등의 다양한 방법으로 묘사 될 수 있지만, 전통적으로 객체의 객체의 묘사는 그 표면만을 다각형, 특히 삼각형들로 묘사되고 있고 이에 대한 빠른 처리가 중점적으로 연구되어 왔고, 활용되어 왔다.

이 삼각형들을 구성하는 다양한 위치의 정점들이 그래픽 파이프 라인의 입력으로 하여, 여러 과정으로 통하여 다양한 효과를 통하여 최종적으로 화면에 나타내는 이미지를 생성하게 된다.

이러한 그래픽 파이프라인의 입력으로 제공되는 정점들은 보다 높은 질의 이미지의 생성을 위해서 보다 많은 정점들을 필요로 하고 있다.

이러한 정점들의 처리량은 현재 초당 수천만 개에 이르고 있다. 보다 더 많은 정점들의 처리는 보다 정밀한 객체의 묘사를 가능하게 되어 이미지의 질을 더 높일 수 있고, 이를 위한 다양한 가속기의 처리 구조가 연구되어 왔지만, 현재의 파이프라인의 아키텍쳐 구조를 통해서는 한가지 어려움이 있다.

처리 량의 증가는 가능하지만 정점을 입력으로 받아 들일 수 있는 입력 구조가 병목현상으로 되어 지고 있는 실정이다.

그리하여 이러한 병목현상을 피하기 위하여 단순히 정점을 증가시켜 이미지의 질을 높이는 방법 보다 그 외의 다른 효과를 통하여 이미지의 질을 높이는 방법이 많이 연구되고 발전되어 있는 상황이다.

이러한 여러 기법을 통하여 이미지의 질을 높이는 방법은 주로 화면에 나타낼 때 처리 되는 래스터라이제이션(Rasterization)효과를 높이게 되어 이미지의 질을 높인다.

또 다른 방법은 객체 묘사를 그를 나타내는 정점으로 직접 나타내는 것이 아닌, 다양한 방법을 통하여 객체에 대한 몇가지 정보- 일반적으로 조절 점(Control Point)- 를 그래픽 파이프라인의 입력으로 하여, 이를 통하여 그래픽파이프라인 상에서 직접적인 객체 묘사를 위한 정점을 생성하게 되는 방법을 사용하고 있다.

이러한 방법에는 Splin, NURBS와 같은 매개 변수 모델링(Parametric Surface Modeling), 서브디비젼 표면 모델링(Subdibision Surface Modeling), 돌출매핑 기법(Displacement Mapping Method)등이 있다.

이러한 방법은 그래픽 파이프 라인의 병목현상을 줄일 수 있다는 점 이외에 몇 가지 장점이 있다.

첫째, 객체들의 움직임을 나타내는 애니메이션을 조절점의 변형만을 통한 방법으로 가능하게 할 수 있어 이에 대한 처리를 보다 용이하고 빠르게 처리할 수 있 게 된다.

둘째는 객체들의 시각적 중요도에 따라 생성하는 정점의 수를 조절하여 LOD(Level-of-Detail)를 통하여, 보다 효율적인 장면 처리가 가능하게 된다.

본 연구에서는 후자에 언급된 방법을 주 목적으로 하여 이미지의 성능의 향상을 높이는 방법을 중점으로 하여 보다 연구를 진행하여 왔고, 이를 현재의 그래픽 파이프 라인에 보다 효과적으로 사용할 수 있는 방법을 연구 했다.

객체의 표면 정보 통하여 삼각형 메쉬를 생성하는 과정을 테셀레이션(Tessellation)이라 한다.

이러한 테셀레이션을 통하여 객체를 나타내는 메쉬내의 삼각형을 생성하고 이를 구성하는 정점들을 그래픽 파이프라인의 입력으로 한다. 이러한 방법에 대한 대표적인 기존의 연구는 아래와 같다.

(1) J. Bruijns, "드로우일 객체로서의 2차 베지어 삼각형(Quadratic Bezier triangles as drawing primitives)" , Proceedings of the 1998 EUROGRAPHICS/SIGGRAPH workshop on Graphics hardware, p.15-ff., August 31-September 01, 1998, Lisbon, Portugal

(2) Alex Vlachos , Jorg Peters , Chas Boyd , Jason L. Mitchell, "곡면 PN삼각형(Curved PN Triangles)" , Proceedings of the 2001 symposium on Interactive 3D graphics, p.159-166, March 2001

(3) Henry Moreton, "전향차분을 이용한 견실한 테셀레이션(Watertight tessellation using forward differencing)" , Proceedings of the ACM SIGGRAPH/EUROGRAPHICS workshop on on Graphics hardware, p.25-32, August 2001, Los Angeles, California, United States

(1)은 그래픽 파이프라인의 입력으로서 매개변수 모델을 처음으로 제시하였고, (2),(3)은 후에 병목현상의 제거를 위한 방법으로서 후에 제안되었다.

(2)는 기존의 정점묘사만의 모델을 그대로 사용할 수 있다는 확장성이 있었고, (3)은 LOD(Level-of-Detail)기법이 가능한 정점 생성 방법과, 이를 가속기가 효과적으로 수행할수 있게할수 있는 전향테셀레이션(Forward Tessellation)을 사용하였다.

테셀레이션에서 삼각형이 많이 생성 될 수록 모델의 묘사는 정밀해 지고, 그 반대의 경우 단순한 모델을 나타내게 된다.

실시간 랜더링에서는 모델이 이미지내에서의 중요도에 따라 모델의 정밀도를 조절하는 LOD(Level-of-Detail)의 랜더링을 실시간으로 처리하는 것이 중요하다.

위와 같은 정규 테셀레이션은 실시간으로 정밀도의 조절이 쉽지 않기 때문에, 이미지내의 상황에 따라 메쉬를 생성하는 적응형 테셀레이션이 있다.

다양한 방법의 적응형 테셀레이션이 있는데, 본 발명에서 관심을 두는 테셀레이션은 생성된 삼각형이 주어진 에러값에 대하 충분한 가를 점검하는 변점검 테셀레이션이 있다.

이는 기본 메쉬의 각변의 중점점검을 통하여, 각변이 주어진 에러값에 따라 모델을 더 자세히 묘사하기 위해서 분리되는 경우, [도면 1]과 같은 템플릿을 이용하여 재귀적으로 적응적 테셀레이션을 하게 된다.
이 템플렛은 삼각형의 간선 분할 점검을 통하여 세변중 오직 한 변이 분할되어야 하는 경우는 [도면 1]의 오른쪽 위의 그림과 같이, 두변이 분할되는 경우 오른쪽 중앙 그림과 같이, 모든 변이 분할되어야 할 경우에는 오른쪽 아래 그림처럼 테셀레이션을 이루게 되며, 모든 변이 분할 될 필요가 없는 경우 그 삼각형은 그대로 랜더링되게 된다.

새로이 생성되는 삼각형들 역시 재귀적으로 점검을 통하게 된다. 이 경우 세변 모두 분리될 필요가 없는 경우 그 삼각형은 랜더링 된다.

이 방법은 주어진 에러값에 대하여 충분한 질의 이미지를 생성할 수 있는 이미지를 생성하는데 필요한 삼각형의 수를 적절하게 얻을 수 있게 한다.

하지만 이 방법은 기본적으로 재귀적인 방법을 사용하며, 이에 따른 스택의 사용으로 인하여, 하드웨어적인 가속이 어려우며, 현재 그래픽 파이프라인에서 삼 각형을 랜더링할 때 주로 사용되는 삼각형 스트립의 생성이 어려워, 개별적인 삼각형 랜더링을 하게 되어 그래픽 하드웨어의 성능을 높이 사용하기가 어렵다.

일반적으로 3차원 그래픽스 상에서 객체는 다각형혹은 삼각형으로 묘사되어 지고 있다. 이를 랜더링 파이프 라인에서는 화면에 나타내어 이미지를 생성하게 된다. 보다 정교하게 객체를 묘사하기 위해서는 보다 많은 다각형을 사용하여 묘사하게 되지만, 이는 현재 그래픽스 파이프라인 상에서의 병목현상을 유발시키게 되어 그를 증가시키게 되는 데에는 한계가 있다. 본 발명에서는 이러한 상황을 고려하여 다각형 혹은 삼각형을 직접 파이프라인에 보내지 않고 곡면으로 묘사된 함수로 객체를 묘사하여 곡면 정보만을 이용하여 그래픽 파이프라인에 전송하여 이를 이용하여 원하는 양만큼의 삼각형을 생성, 랜더링 하도록 하게 한다. 본 발명에서는 이 삼각형을 생성하는 단계에서 적응적으로 생성하되, 삼각형 그래프를 이용하여, 현재 그래픽 파이프라인에서 주로 가속화를 위해 사용되는 삼각형 스트립을 지원할 수 있도록 생성한다. 이를 통하여 보다 적은 비용으로 높은 질의 이미지를 생성할 수 있는 적응형 곡면 테셀레이션의 스트립화 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에서는 이러한 약점을 극복하여 삼각형 스트립을 생성할 수 있는 적응적 테셀레이션을 순차적인 방법으로 생성할 수 있는 발명을 제시한다

본 발명은 적응형 테셀레이션 중 재귀적으로 하지 않고, 생성된 삼각형들을 삼각형 버퍼에 적응하면서, 그 변화 상황을 그래프로 저장한다.

테셀레이션은 그래프로 나타내 지며, 각 노드는 생성되어지는 삼각형을 나타내며 그를 구성하는 세 정점들의 정보에 대한 포인터를 갖고 있다. 정점들은 정점 버퍼에 저장된다.

각 노드는 삼각형을 나타내어 인접 노드의 포인터 3개를 갖게 된다. 이에 대하여 테셀레이터는 정점버퍼와 삼각형 버퍼를 유지하면서 필요에 따라서 랜더링하며, 삼각형을 분할 하게 된다. 다음은 기본적인 테셀레이션 방법이다.

최초로 기본삼각형을 시작으로 하여, 그래프는 하나의 노드를 갖고 시작하게 된다.

각 노드는 그 삼각형의 각 변들을 주어진 에러값에 의하여 점검을 한뒤 분할 되어질 필요가 있는 경우 위에서 주어진 템플릿에 따라 도 2와 같이 삼각형들은 분할 되어 지며, 그래프는 변형되어진다.

삼각형의 각변의 점검에서 모든 변들이 분할 되어질 필요가 없는 경우 그림과 같이 그 삼각형을 그래픽 파이프라인으로 보내어지게 되어 도 3과 같이 랜더링 되어진다.

한 변이 분할되어질 경우 그 변과 인접한 삼각형에게 그 변이 분할 되어진다는 정보를 제공하기 위하여, 인접변에 정보를 유지하여야 한다.

퇴화 삼각형은 실제로 랜더링이 되거나, 분할 점검을 하지 않는, 단지 인접 삼각형의 변이 이미, 분리점검을 끝냈다는 것을 의미하는바가 도 4 와 같다.

삼각형 버퍼에는 생성된 삼각형들이 중간 단계로서 저장되고, 랜더링 되어 더 이상 필요 없어진 경우 제거 된다.

또한 삼각형들을 이루는 정점들 역시 정점 버퍼에 저장되는 데, 이 역시 삼각형 생성시 그에 해당하는 정점들이 저장되고, 더 이상 참조가 필요 없는 경우 제거 된다. 이들은 중복을 제거하기 위하여 포인터로 연결된다.

이러한 방법을 통하여 재귀적인 방법을 순차적으로 바꾸게 되는데, 이 노드의 방문을 랜더링 되는 삼각형의 인접 삼각형노드를 이용하게 되면, 스트립의 장점을 사용할 수 있게 된다. 이러한 방법의 전체적인 방법은 도 5와 같다.

이상에서 설명한 바와 같이, 매개 변수 모델링에 대하여 적응적 테셀레이션을 통한 스트립을 생성할 수 있게 되었다.

본 발명을 통하여 가속기 상에서 보다 적은 비용을 통하여 이루어 질 수 있도록 하게 할수 있는 중요한 방법중의 하나로 사용되어 질 수 있고, 병목현상을 보다 효율적으로 제거할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 그래픽 파이프라인의 초기단계에서 테셀레이션을 수행할 때 유지되는 변환 흐름 구조와;

   삼각형과 정점 버퍼 구조 및 스트립 생성이 가능하게 되는 정점을 발생하는 테셀레이터 를 갖는 적응형 곡면 테셀레이션의 스트립화 방법.

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