KR101068324B1 - Rendering method on spherical coordinate system and system thereof - Google Patents

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Abstract

구좌표계 렌더링 방법 및 시스템이 개시된다. 개시된 구좌표계 렌더링 방법은 구좌표계로 표시되는 물체 모델의 정점에 대한 자료 구조를 생성하는 단계, 상기 물체 모델을 둘러싸는 경계구를 형성하는 단계, 물체 촬영 장치의 절두체를 설정하는 단계 및, 상기 절두체 내에 상기 경계구의 전체가 포함되면 컨벡스 헐을 구성하고, 상기 경계구의 일부가 포함되면 상기 절두체의 평면 방정식을 구하여 가시영역을 추출하고 렌더링하는 단계를 포함한다.A spherical coordinate system rendering method and system are disclosed. The disclosed spherical coordinate rendering method includes generating a data structure for a vertex of an object model represented by a spherical coordinate system, forming a boundary surrounding the object model, setting a frustum of an object photographing apparatus, and the frustum And if the entirety of the boundary is included, constructing a convex hull, and if a portion of the boundary is included, extracting and rendering a visible region by obtaining a plane equation of the frustum.

렌더링, 구좌표계, 절두체, 경계구 Rendering, spherical coordinates, frustums, boundaries

Description

구좌표계 렌더링 방법 및 시스템{RENDERING METHOD ON SPHERICAL COORDINATE SYSTEM AND SYSTEM THEREOF} RENDERING METHOD ON SPHERICAL COORDINATE SYSTEM AND SYSTEM THEREOF}

본 발명은 렌더링 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구좌표계를 이용한 렌더링 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a rendering method and system, and more particularly to a rendering method and system using a spherical coordinate system.

많은 데이터를 가진 장면을 실시간으로 렌더링하는 기술은 컴퓨터 그래픽 분야에서 매우 중요한 연구주제이다. 그래픽스 하드웨어 처리능력은 꾸준하게 발전하고 있지만, 렌더링하고자 하는 장면의 데이터 수도 증가하고 있으므로 실시간 렌더링의 성능 향상에는 한계가 있다. The technology of rendering scenes with a lot of data in real time is a very important research topic in the field of computer graphics. Graphics hardware processing power is steadily evolving, but as the number of scene data to be rendered increases, there is a limit to the performance improvement of real-time rendering.

이런 문제를 해결하기 위해 장면의 기하 데이터를 효율적으로 구성하는 공간자료구조(spatial data structure) 방법, 최종 영상의 정확도를 유지하면서 렌더링 과정에서 고려되는 모델의 데이터 수를 줄이는 방법, 카메라와의 거리에 따라 기하 표현을 조절하는 점진적 메쉬(progressive mesh) 방법 등이 제안되고 있다. In order to solve this problem, a spatial data structure method for efficiently constructing geometric data of a scene, a method of reducing the number of data of a model considered in the rendering process while maintaining the accuracy of the final image, and a distance from a camera Accordingly, a progressive mesh method for controlling a geometric representation has been proposed.

또한 실시간 처리를 위해 렌더링 성능을 향상시키기도록 주어진 시점에서 물체의 가시 기하 요소의 집합을 근사하여 결정하는 우선 순위 기반 계층적 투영(Prioritized Layered Projection: PLP) 방법도 제안된 바 있다. PLP 방법은 분할된 객체 공간 안에서 시점 기반의 가시성을 결정하므로 대부분의 결과 이미지에 대해 정확한 편이지만, 시점에 대해 근사하여 처리하기 때문에 영상의 품질을 보장하기 어렵다. 이런 문제를 보완할 수 있도록 CPLP(Conservative PLP) 등이 개발되었으나 렌더링 처리 성능이 저하되는 등의 단점이 있다.In addition, a priority-based layered projection (PLP) method has been proposed that approximates a set of visible geometric elements of an object at a given point in time to improve rendering performance for real-time processing. Since the PLP method determines the view-based visibility in the divided object space, it is accurate for most of the resulting images, but it is difficult to guarantee the quality of the image because it is approximated for the view. CPLP (Conservative PLP) has been developed to solve this problem, but there are disadvantages such as poor rendering performance.

본 발명의 일 실시예는 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 가시 영역만을 고려하여 렌더링의 속도를 향상시킬 수 있는 구좌표계 렌더링 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.One embodiment of the present invention has been made to improve the prior art as described above, to provide a spherical coordinate system rendering system and method that can improve the speed of rendering in consideration of only the visible region.

본 발명의 일실시예에서는, 은면도 효율적으로 제거할 수 있어 렌더링 성능과 신뢰도를 향상시킬 수 있는 구좌표계 렌더링 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.In one embodiment of the present invention, to provide a spherical coordinate system rendering system and method that can effectively remove the hidden surface to improve the rendering performance and reliability.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 실시간으로 렌더링을 진행할 수 있는 구좌표계 렌더링 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.In addition, according to an embodiment of the present invention to provide a spherical coordinate system rendering system and method capable of rendering in real time.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 구좌표계로 표시되는 물체 모델의 정점에 대한 자료 구조를 생성하는 단계; 상기 물체 모델을 둘러싸는 경계구를 형성하는 단계; 물체 촬영 장치의 절두체를 설정하는 단계; 및 상기 절두체 내에 상기 경계구의 전체가 포함되면 컨벡스 헐을 구성하고, 상기 경계구의 일부가 포함되면 상기 절두체의 평면 방정식을 구하여 가시영역을 추출하고 렌더링하는 단계;를 포함하는 구좌표계 렌더링 방법이 제공된다.In order to achieve the above object and solve the problems of the prior art, the present invention comprises the steps of generating a data structure for the vertex of the object model represented by the spherical coordinate system; Forming a boundary surrounding the object model; Setting a frustum of the object photographing device; And constructing a convex hull when the entirety of the boundary is included in the frustum, and extracting and rendering a visible region by obtaining a plane equation of the frustum when a portion of the boundary is included. .

본 발명의 다른 일측에 따르면, 구좌표계로 표시되는 물체 모델의 정점에 대한 자료 구조를 생성하고, 상기 물체 모델을 둘러싸는 경계구를 형성하는 자료구조부; 및 물체 촬영 영상 장치의 절두체를 설정하고, 상기 절두체 내에 상기 경계구 의 전체가 포함되면 컨벡스 헐을 구성하고, 상기 경계구의 일부가 포함되면 상기 절두체의 평면 방정식을 형성하여 가시영역을 추출하고 렌더링하는 렌더링부;를 포함하는 구좌표계 렌더링 시스템이 제공된다.According to another aspect of the invention, the data structure for generating a data structure for the vertices of the object model represented by the spherical coordinate system, and forming a boundary surrounding the object model; And setting a frustum of an object photographing apparatus and constructing a convex hull when the entirety of the boundary is included in the frustum, and extracting and rendering a visible region by forming a plane equation of the frustum when a portion of the boundary is included. Provided is a spherical coordinate system rendering system comprising a rendering unit.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 가시 공간 내에 존재하는 물체의 구좌표계 범위를 정확히 구분할 수 있어 렌더링의 속도를 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the spherical coordinate range of the object existing in the visible space can be accurately distinguished, thereby improving the speed of rendering.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 물체가 가시 영역에 모두 포함되는 경우은면을 정확히 판단하고 제거할 수 있어 시스템 전체의 성능과 신뢰도를 향상시킬 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, when the objects are all included in the visible region, the plane may be accurately determined and removed, thereby improving performance and reliability of the entire system.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실시간으로 렌더링을 진행할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, rendering can be performed in real time.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 방법을 보이는 플로우 차트이다. 1 is a flowchart illustrating a method of rendering a spherical coordinate system according to an embodiment of the present invention.

물체 모델이 입력되면, 3차원 물체를 2차원 이미지로 형성하기 위한 렌더링 파이프라인이 실행된다. 렌더링 파이프라인은 일반적으로 응용 단계, 기하 단계, 레스터화 단계의 세 단계로 이루어진다. 본 발명에서는 기하 단계를 고려하며, 상기 렌더링 파이프라인에서 고려되는 정점의 개수 중 가시 영역의 정점의 개수만을 처리하므로 렌더링을 가속화시킬 수 있다. When the object model is input, a rendering pipeline for forming a three-dimensional object into a two-dimensional image is executed. The rendering pipeline generally consists of three phases: the application phase, the geometry phase, and the rasterization phase. In the present invention, a geometrical step is considered, and only the number of vertices of the visible region is processed among the number of vertices considered in the rendering pipeline, thereby rendering speed up.

본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 방법에서는 먼저, 구좌표계로 표시되는 물체 모델의 정점에 대한 자료 구조를 생성한다(S1). In the spherical coordinate system rendering method according to an embodiment of the present invention, first, a data structure for a vertex of an object model represented by the spherical coordinate system is generated (S1).

일반적으로 물체 모델은 직교 좌표계(x,y,z)에서의 정점과 각 정점들이 이루는 표면, 법선 벡터의 정보 등으로 구성된다. 물체 모델을 구좌표계(R,θ,Φ)로 전환하기 위해 고도각(zenith: θ=0~360°), 방위각(azimuth: Φ=0~180°) 그리고 구 중심에서 해당 지점까지의 거리(R) 변수를 수학식 1과 같이 도입한다. In general, the object model is composed of vertices in the Cartesian coordinate system (x, y, z), the surface of each vertex, the information of the normal vector, and the like. To convert the object model to the spherical coordinate system (R, θ, Φ), the altitude angle (zenith: θ = 0 to 360 °), the azimuth (Φ = 0 to 180 °), and the distance from the center of the sphere to that point ( R) A variable is introduced as in Equation 1.

Figure 112009066100512-pat00001
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Figure 112009066100512-pat00002
Figure 112009066100512-pat00002

도 2a는 물체 모델(주전자)을 보이는 도면이고, 도 2b는 도 2a의 물체 모델에 대한 구좌표계상의 표현을 보이는 도면이다.FIG. 2A is a diagram showing an object model (kettle), and FIG. 2B is a diagram showing a representation of a spherical coordinate system for the object model of FIG. 2A.

일반적으로 렌더링의 기본적인 기하 요소는 삼각형이다. 본 발명의 일 실시예에 구좌표계 렌더링 방법 중 자료 구조를 생성하는 단계(S1)에서, 상기 자료 구조를 물체 모델의 표면을 형성하는 삼각형의 무게 중심의 위치를 거리(R)와 각도(θ, Φ)에 따라 무게중심 맵에 저장하고, 같은 각도에 존재하는 여러 면들을 거리 정보에 따라 정렬한다. 이렇게 형성된 상기 무게중심 맵의 해당 각(θ, Φ)에 존재하는 삼각형들이 저장된 주소를 메모리 접근맵에 저장한다. In general, the basic geometric element of rendering is triangles. In the step (S1) of generating a data structure in a method of rendering a spherical coordinate system according to an embodiment of the present invention, the distance of the distance R and the angle θ, Φ) and store it in the center of gravity map, and arrange the faces that exist at the same angle according to the distance information. The triangles at the corresponding angles θ and Φ of the center of gravity map thus formed are stored in the memory access map.

즉, 촬영 장치(카메라 등)의 광선이 조사되는 가시 영역에 해당하는 삼각형들의 구좌표계의 고도 및 방위각을 결정하고, 상기 범위에 존재하는 삼각형을 OpenGL 정점 배열(array)을 이용해 렌더링 파이프라인으로 넘기고 그래픽스 처리장치(Graphics Processing Unit)을 이용해 렌더링한다.That is, the altitude and azimuth of the spherical coordinate system of the triangles corresponding to the visible region to which the ray of the photographing apparatus (camera, etc.) is irradiated are determined, and the triangles in the range are passed to the rendering pipeline using the OpenGL vertex array. Render using the Graphics Processing Unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 방법에서는 단계(S1)에서 무게중심 맵과 메모리 접근맵만을 이용하므로 메모리 공간을 절약할 수 있으며 전처리 속도와 성능을 향상시킬 수 있다. In the spherical coordinate system rendering method according to an embodiment of the present invention, since only the center of gravity map and the memory access map are used in step S1, memory space may be saved, and preprocessing speed and performance may be improved.

이와 같이 자료 구조가 생성되면, 상기 물체 모델을 둘러싸는 경계구(bounding sphere)를 형성한다(S2).When the data structure is generated as described above, a bounding sphere surrounding the object model is formed (S2).

도 3은 물체 모델을 둘러싼 경계구를 보이는 개념도이다. 물체 모델은 토끼 형상이며 물체 모델 전체를 감싸 경계구 밖으로 물체 모델의 외곽선이 교차하거나 돌출되지 않게 한다. 3 is a conceptual view showing a boundary surrounding an object model. The object model is rabbit-shaped and wraps around the object model so that the outline of the object model does not intersect or protrude out of the boundary.

본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 방법에서는 상기 경계구와 물체 촬영 장치의 절두체(frustum)와의 포함 여부가 중요하다. 따라서, 상기 경계구를 형성한 다음 절두체를 설정한다(S3). 절두체를 설정하는 단계(S3)에서, 원근 사영(perspective projection)을 위한 X축 및 Y축 뷰 각도(view angle), 근단면(near plane)의 거리, 원 단면(far plane)의 거리, 사영 중심(center of projection), 윈도우 중심 또는 업(up) 벡터를 이용한다.In the spherical coordinate rendering method according to an embodiment of the present invention, it is important to include the boundary sphere and the frustum of the object photographing apparatus. Therefore, the frustum is formed after the boundary is formed (S3). In step S3 of setting the frustum, the X and Y axis view angles for perspective projection, the distance of the near plane, the distance of the far plane, the projection center (center of projection), window center or up vector.

도 4는 촬영 장치의 절두체를 보이는 도면이다. 촬영 장치에서 나오는 광선이 물체와 교차하는 부분으로 절두체가 형성된다. 도시된 바와 같이 절두체가 경계구의 일부를 포함하는 경우 8개의 꼭지점과 6개의 평면으로 구성된다. 촬영 장치 광선이 조사되는 부분이 시각적으로 보이는 영역이 된다. 4 is a view showing a frustum of the photographing apparatus. A frustum is formed where the light rays from the photographing device intersect the object. As shown, when the frustum comprises part of the boundary, it consists of eight vertices and six planes. The part to which the imaging device light beam is irradiated becomes a visually visible area.

본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 방법에서는 절두체와 물체의 교차 부분의 가시 영역만을 고려한다. 따라서, 상기 절두체 내에 상기 경계구의 전체가 포함되는 지를 판단한다(S4). In the spherical coordinate rendering method according to an embodiment of the present invention, only the visible region at the intersection of the frustum and the object is considered. Therefore, it is determined whether the entirety of the boundary sphere is included in the frustum (S4).

도 4와 같이 상기 경계구의 일부가 포함되면, 평면의 법선 벡터를 계산하고 법선벡터와 평면 위의 꼭지점을 이용하여 상기 절두체의 평면 방정식을 구한다(S6). 절두체를 이루는 평면과 물체의 경계구 중심과의 거리가 경계구의 반지름보다 작으면 서로 교차함을 의미하므로 이 기하 관계를 이용하여 물체와 절두체의 교차 여부를 파악할 수 있다. 그리고 각 평면과 구의 중심의 거리, 구의 반지름으로 평면에 포함되는 구 좌표 범위를 구한다. 또한, 물체의 구좌표계 기본(base) 축과 절두체를 생성하는 시선 방향의 각도를 구해 가시 범위에 해당하는 표면을 결정한다. When a part of the boundary is included as shown in FIG. 4, the normal vector of the plane is calculated and the plane equation of the frustum is obtained using the normal vector and the vertices on the plane (S6). If the distance between the plane forming the frustum and the center of the boundary of the object is smaller than the radius of the boundary, it means that they intersect. Therefore, the geometric relationship can be used to determine whether the object and the frustum intersect. The range of the coordinates of the sphere in the plane is obtained from the distance between each plane and the center of the sphere and the radius of the sphere. In addition, the surface corresponding to the visible range is determined by obtaining an angle between the base axis of the object and the visual direction for generating the frustum.

도 5는 경계구가 카메라 절두체에 일부 포함되는 경우 가시영역의 집합(PVS)과 실제 보이는 영역(RVS)을 보이는 도면이다.FIG. 5 is a view showing a set of visible areas PVS and an actual visible area RVS when the boundary is partially included in the camera frustum.

본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 방법에서 가시 영역의 집합을 PVS(Possible Visible Set), 물체의 모든 표면을 고려해 실제 보이는 표면을 RVS(Real Visible Set), 대상 물체의 전체 표면의 집합을 TOS(Total Object Set)으로 각각 정의하면, 다음의 수학식을 만족한다.In the spherical coordinate rendering method according to an embodiment of the present invention, the visible area is set to PVS (Possible Visible Set), and the actual visible surface is considered in consideration of all surfaces of the object, and RVS (Real Visible Set) is set to the entire surface of the object. If each is defined as TOS (Total Object Set), the following equation is satisfied.

Figure 112009066100512-pat00003
Figure 112009066100512-pat00003

즉, 가시영역은 전체 물체의 집합보다 작으며, 실제 보이는 것보다 적어서는 안되고 최소한 같거나 많아야 한다. 의학 및 과학 등 시각화 분야에서 렌더링의 처리 속도의 향상도 필요하지만, 지나치게 적은 기하 요소를 고려하면 발생하는 결과 이미지 품질이 저하될 수 있다. 따라서, 렌더링 성능을 유지하면서 대상 장면에 대한 실제 가시 영역을 적절히 선택할 수 있어야 한다. In other words, the visible area is smaller than the total set of objects and should not be less than what is actually visible, but at least equal to or greater than. In the field of visualization such as medicine and science, it is necessary to increase the processing speed of rendering. However, considering too few geometric elements, the resulting image quality may be degraded. Therefore, it should be possible to properly select the actual visible area for the target scene while maintaining rendering performance.

도 4 및 도 5와 같이 물체의 경계구가 절두체에 절반 이하로 포함되는 경우 수학식 2의 조건을 만족한다. 상기 절두체의 평면 방정식이 구해지면, 이를 이용하여 가시 영역을 추출(S7)하고, 가시 영역에 해당하는 삼각형들만 렌더링한다(S8).When the boundary of the object is included in the frustum less than half as shown in Figures 4 and 5 satisfy the condition of equation (2). When the plane equation of the frustum is obtained, the visible region is extracted using this (S7), and only the triangles corresponding to the visible region are rendered (S8).

반면, 물체의 경계구가 절두체에 절반을 초과하여 포함될 때는 추출한 가시영역의 집합이 실제 보이는 영역의 집합보다 작게 된다.On the other hand, when more than half of the boundary of the object is included in the frustum, the set of extracted visible regions is smaller than the set of visible regions.

상기 절두체 내에 상기 경계구의 전체가 포함되면, 물체 내에서 가려지는 영역을 판단하기 위해 컨벡스 헐(convex hull)을 구성한다(S5). 수학적 의미에서 컨벡스 헐은 실수 벡터 공간에서 점 집합에 대한 볼록 포락선(envelope)으로 정의한다. 컨벡스 헐은 컴퓨터 그래픽의 렌더링 모델링 단계에서 널리 활용하고 있다. 컨벡스 헐을 구성하는 정점과 폴리곤의 수는 실제 물체보다 매우 적으므로 실시간 가시성 검사에 효율적이다. When the entirety of the boundary sphere is included in the frustum, a convex hull is configured to determine an area that is covered in the object (S5). In a mathematical sense, convex hull is defined as the convex envelope of a set of points in real vector space. Convex Hull is widely used in the rendering modeling phase of computer graphics. The number of vertices and polygons that make up a convex hull is much smaller than real objects, making it efficient for real-time visibility checking.

도 6은 3차원 컨벡스 헐을 구성하는 생성 의사 코드를 보인다. 3차원 컨벡스헐을 구성하는 알고리즘은 증가(incremental) 알고리즘을 이용할 수 있다. 3차원 물체에 대한 컨벡스 헐은 최소한 동일 평면 상에 존재하지 않는 4개 이상의 정점이 존재한다. 컨벡스 헐의 기본 모형은 4개의 정점으로 이루어지는 사면 체(tetrahedron)가 된다. 6 shows the generation pseudo code constituting the three-dimensional convex hull. The algorithm constituting the 3D convex hull may use an incremental algorithm. Convex hulls for three-dimensional objects have at least four vertices that do not exist on at least the same plane. Convex Hull's basic model is a tetrahedron consisting of four vertices.

도 7은 경계구가 카메라 절두체에 모두 포함되는 경우 가시영역의 집합(PVS)과 실제 보이는 영역(RVS)을 보이는 도면이다.FIG. 7 is a view showing a set of visible areas PVS and an actual visible area RVS when the boundary sphere is included in both camera frustums.

이 경우 컨벡스 헐의 구성 표면에 대한 일관성 검사를 실행한 다음, 시선 벡터에 직교하는 수직축을 중심으로 좌우 최장 측면 성분을 추출한다. 얻어진 두 지점에 대한 구좌표계의 방위각을 기준으로 각 방향으로 뒤에 존재하는 영역은 앞의 삼각형에 의해 가려지는 은면으로 처리한다. In this case, a consistency check on the constituent surface of the convex hull is performed, and then the left and right longest side components are extracted around a vertical axis orthogonal to the eye vector. Based on the azimuth angle of the spherical coordinate system with respect to the two points obtained, the area that exists later in each direction is treated as a silver plane covered by the preceding triangle.

다음의 수학식은 촬영 장치의 시점 기준으로 양방향으로 가장 긴 성분들을 추출하는 식이다. 이렇게 추출한 최장 성분을 이용해 구좌표계의 가시 영역을 추출하고(S7), 구좌표의 가시 영역에 존재하는 모델의 삼각형 표면들을 렌더링 파이프라인에 전달하여 가시 영역을 렌더링한다(S8). The following equation is for extracting the longest component in both directions with respect to the viewpoint of the photographing apparatus. Using the extracted longest component, the visible area of the spherical coordinate system is extracted (S7), and the triangular surfaces of the model existing in the visible area of the spherical coordinate are transferred to the rendering pipeline (S8).

Figure 112009066100512-pat00004
Figure 112009066100512-pat00004

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 방법을 이용하는 구좌표계 렌더링 시스템을 보이는 개념도이다.8 is a conceptual diagram illustrating a spherical coordinate system rendering system using a spherical coordinate system rendering method according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 시스템(10)은 구좌표계로 표시되는 물체 모델의 정점에 대한 자료 구조를 생성하고, 상기 물체 모델을 둘러싸는 경계구를 형성하는 자료구조부(11) 및, 물체 촬영 영상 장치의 절두체를 설정하고, 상기 절두체 내에 상기 경계구의 전체가 포함되면 컨벡스 헐을 구성하고, 상기 경계구의 일부가 포함되면 상기 절두체의 평면 방정식을 형성하여 가시영역을 추출하고 렌더링하는 렌더링부(12)를 포함한다.Referring to FIG. 8, the spherical coordinate system rendering system 10 according to an embodiment of the present invention generates a data structure for a vertex of an object model represented by a spherical coordinate system, and forms a boundary surrounding the object model. A data structure 11 and a frustum of an object imaging apparatus are set, and if the entirety of the boundary is included in the frustum, a convex hull is formed, and if a portion of the boundary is included, a plane equation of the frustum is formed to form a visible region. It includes a rendering unit 12 for extracting and rendering.

자료구조부(11)와 렌더링부(12)에서 실행하는 각 기능은 도 1 내지 도 7에서 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 방법과 동일하다.Each function executed by the data structure unit 11 and the rendering unit 12 is the same as the method of rendering a spherical coordinate system according to an embodiment of the present invention described above with reference to FIGS. 1 to 7.

자료구조부(11)는 상기 물체 모델의 표면을 형성하는 삼각형의 무게 중심의 위치를 거리와 각도에 따라 저장한 무게중심 맵과 상기 무게중심 맵의 해당 각도에 존재하는 삼각형들이 저장된 주소를 저장한 메모리 접근맵으로 자료 구조를 생성한다.The data structure unit 11 stores a center of gravity map storing the position of the center of gravity of the triangle forming the surface of the object model according to distance and angle, and a memory storing an address where triangles existing at the corresponding angle of the center of gravity map are stored. Create a data structure with an access map.

렌더링부(12)는 원근 사영을 위한 뷰 각도, 근단면의 거리, 원단면의 거리, 사영 중심, 윈도우 중심, 업 벡터를 이용하여 상기 절두체를 설정한다. The rendering unit 12 sets the frustum using a view angle for perspective projection, a distance of a near end face, a distance of a distal plane, a projection center, a window center, and an up vector.

그런 다음, 렌더링부(12)는 상기 절두체 내에 상기 경계구의 전체가 포함되면,최소한 동일 평면 상에 존재하지 않는 네 개 이상의 정점으로 이루어지는 상기 컨벡스 헐을 구성한다. 그리고, 상기 컨벡스 헐을 구성하는 정점과 경계구와의 교차점 중 시선 벡터에 직교하는 수직축을 중심으로 좌우 최장 측면 교차점 성분을 추출하고, 상기 두 교차점 성분에 대한 구좌표계의 방위각을 기준으로 각 방향으로 뒤에 존재하는 영역은 앞의 삼각형에 의해 가려지는 은면으로 제거한다.Then, the rendering unit 12 constitutes the convex hull composed of four or more vertices that do not exist on at least the same plane when the entirety of the boundary is included in the frustum. Then, the left and right longest side intersection components are extracted around the vertical axis orthogonal to the line of sight vector among the intersection points between the vertices and the boundary spheres constituting the convex hull, and are later in each direction based on the azimuth angle of the spherical coordinate system for the two intersection components. Existing areas are removed by the silver surface obscured by the preceding triangle.

렌더링부(12)는 상기 경계구의 일부가 포함되면, 8개의 꼭지점과 6개의 평면을 가지는 절두체에서 평면의 법선 벡터와 꼭지점을 이용하여 상기 평면 방정식을 구하고, 각 평면과 구의 중심의 거리, 구의 반지름으로 평면에 포함되는 구좌표계 범위를 구하여 상기 가시 영역을 추출한다.When a part of the boundary is included, the rendering unit 12 obtains the plane equation using a normal vector and a vertex of a plane in a frustum having eight vertices and six planes, the distance between the center of each plane and the sphere, and the radius of the sphere. The range of spherical coordinates included in the plane is obtained to extract the visible area.

본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 방법 및 시스템은 구좌표계를 이용한 실시간 렌더링 알고리즘을 제안한다. A spherical coordinate system rendering method and system according to an embodiment of the present invention proposes a real-time rendering algorithm using the spherical coordinate system.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.In addition, the spherical coordinate system rendering method according to an embodiment of the present invention is implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means may be recorded on a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the present invention, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, which can be variously modified and modified by those skilled in the art to which the present invention pertains. Modifications are possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the claims set forth below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 구좌표계 렌더링 방법을 보이는 플로우 차트,1 is a flowchart showing a method of rendering a spherical coordinate system in an embodiment of the present invention;

도 2a는 물체 모델을 보이는 도면, 2a shows an object model,

도 2b는 도 2a의 물체 모델에 대한 구좌표계상의 표현을 보이는 도면,FIG. 2B shows a representation in the spherical coordinate system for the object model of FIG. 2A;

도 3은 물체 모델을 둘러싼 경계구를 보이는 개념도,3 is a conceptual diagram showing a boundary surrounding an object model,

도 4는 촬영 장치의 절두체를 보이는 도면,4 is a view showing a frustum of a photographing apparatus;

도 5는 경계구가 카메라 절두체에 일부 포함되는 경우 가시영역의 집합(PVS)과 실제 보이는 영역(RVS)을 보이는 도면,5 is a view showing a set of visible areas (PVS) and an actual visible area (RVS) when a boundary is partially included in a camera frustum;

도 6은 3차원 컨벡스 헐을 구성하는 생성 의사 코드,6 is a generating pseudo code constituting a three-dimensional convex hull,

도 7은 경계구가 카메라 절두체에 모두 포함되는 경우 가시영역의 집합(PVS)과 실제 보이는 영역(RVS)을 보이는 도면,7 is a view showing a set of visible areas (PVS) and an actual viewable area (RVS) when the boundary is included in the camera frustum.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구좌표계 렌더링 방법을 이용하는 구좌표계 렌더링 시스템을 보이는 개념도.8 is a conceptual diagram showing a spherical coordinate system rendering system using a spherical coordinate system rendering method according to an embodiment of the present invention.

Claims (13)

구좌표계로 표시되는 물체 모델의 정점에 대한 자료 구조를 생성하는 단계;Generating a data structure for a vertex of an object model represented by a spherical coordinate system; 상기 물체 모델을 둘러싸는 경계구를 형성하는 단계; Forming a boundary surrounding the object model; 물체 촬영 장치의 절두체를 설정하는 단계; 및Setting a frustum of the object photographing device; And 상기 절두체 내에 상기 경계구의 전체가 포함되면 컨벡스 헐을 구성하고, 상기 경계구의 일부가 포함되면 상기 절두체의 평면 방정식을 구하여 가시영역을 추출하고 렌더링하는 단계; Extracting and rendering a visible region by constructing a convex hull when the entirety of the boundary is included in the frustum, and obtaining a plane equation of the frustum when a portion of the boundary is included; 를 포함하는 구좌표계 렌더링 방법.Spherical coordinate system rendering method comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자료 구조를 생성하는 단계에서,In generating the data structure, 상기 물체 모델의 표면을 형성하는 삼각형의 무게 중심의 위치를 거리와 각도에 따라 저장하는 무게중심 맵과, 상기 무게중심 맵의 해당 각도에 존재하는 삼각형들이 저장된 주소를 저장하는 메모리 접근맵으로 상기 자료 구조를 생성하는 구좌표계 렌더링 방법.The data as a center of gravity map which stores the position of the center of gravity of the triangle forming the surface of the object model according to distance and angle, and a memory access map which stores an address where triangles existing at the corresponding angle of the center of gravity map are stored; How to render a spherical coordinate system that creates a structure. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절두체를 설정하는 단계에서,In setting the frustum, 원근 사영을 위한 뷰 각도, 근단면의 거리, 원단면의 거리, 사영 중심, 윈 도우 중심 또는 업 벡터를 이용하여 상기 절두체를 설정하는 구좌표계 렌더링 방법.A method of rendering a spherical coordinate system for setting the frustum using a view angle for perspective projection, a distance between a near end face, a distance between a far-end face, a projection center, a window center, or an up vector. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 렌더링하는 단계에서,In the rendering step, 최소한 동일 평면 상에 존재하지 않는 네 개 이상의 정점으로 상기 컨벡스 헐을 구성하는 구좌표계 렌더링 방법.A method of spherical coordinates rendering the convex hull with at least four vertices that do not exist on at least the same plane. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 렌더링하는 단계는, The rendering step, 상기 절두체 내에 상기 경계구의 전체가 포함되면, 상기 컨벡스 헐을 구성하는 정점과 경계구와의 교차점 중 시선 벡터에 직교하는 수직축을 중심으로 좌우 최장 측면 교차점 성분을 추출하고, 상기 두 교차점 성분에 대한 구좌표계의 방위각을 기준으로 각 방향으로 뒤에 존재하는 영역은 앞의 삼각형에 의해 가려지는 은면으로 제거하는 구좌표계 렌더링 방법.When the entirety of the boundary is included in the frustum, the left and right longest side intersection components are extracted from the intersections between the vertices constituting the convex hull and the boundary sphere with respect to the vertical axis orthogonal to the eye vector, and the spherical coordinate system for the two intersection components is extracted. Spherical coordinate system rendering method in which the region existing behind each direction based on the azimuth of is removed by the hidden surface obscured by the preceding triangle. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 렌더링하는 단계에서, In the rendering step, 상기 경계구의 일부가 포함되면, 8개의 꼭지점과 6개의 평면을 가지는 절두체에서 평면의 법선 벡터와 꼭지점을 이용하여 상기 평면 방정식을 구하고, 각 평 면과 구의 중심의 거리, 구의 반지름으로 평면에 포함되는 구좌표계 범위를 구하여 상기 가시 영역을 추출하는 구좌표계 렌더링 방법.When a part of the boundary is included, the plane equation is obtained using a normal vector and a vertex of a plane in a frustum having eight vertices and six planes, and is included in the plane by the distance of the center of each plane and the sphere and the radius of the sphere. A sphere coordinate system rendering method of extracting the visible region by obtaining a sphere coordinate range. 구좌표계로 표시되는 물체 모델의 정점에 대한 자료 구조를 생성하고, 상기 물체 모델을 둘러싸는 경계구를 형성하는 자료구조부; 및A data structure unit for generating a data structure for a vertex of an object model represented by a spherical coordinate system, and forming a boundary surrounding the object model; And 물체 촬영 영상 장치의 절두체를 설정하고, 상기 절두체 내에 상기 경계구의 전체가 포함되면 컨벡스 헐을 구성하고, 상기 경계구의 일부가 포함되면 상기 절두체의 평면 방정식을 형성하여 가시영역을 추출하고 렌더링하는 렌더링부; A rendering unit for setting a frustum of an object photographing apparatus, and constructing a convex hull when the entirety of the boundary is included in the frustum, and forming a plane equation of the frustum to extract and render a visible area. ; 를 포함하는 구좌표계 렌더링 시스템.Spherical coordinate system rendering system comprising a. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 자료구조부는 상기 물체 모델의 표면을 형성하는 삼각형의 무게 중심의 위치를 거리와 각도에 따라 저장한 무게중심 맵과 상기 무게중심 맵의 해당 각도에 존재하는 삼각형들이 저장된 주소를 저장한 메모리 접근맵으로 자료 구조를 생성하는 구좌표계 렌더링 시스템.The data structure unit stores the center of gravity of the triangle forming the surface of the object model according to distance and angle, and a memory access map storing an address storing triangles existing at corresponding angles of the center of gravity map. A spherical coordinate rendering system for generating data structures. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 렌더링부는 원근 사영을 위한 뷰 각도, 근단면의 거리, 원단면의 거리, 사영 중심, 윈도우 중심, 업 벡터를 이용하여 상기 절두체를 설정하는 구좌표계 렌더링 시스템.And the rendering unit sets the frustum using a view angle for perspective projection, a distance of a near end face, a distance of a distal plane, a projection center, a window center, and an up vector. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 렌더링부는 최소한 동일 평면 상에 존재하지 않는 네 개 이상의 정점으로 이루어지는 상기 컨벡스 헐을 구성하는 구좌표계 렌더링 시스템.And the rendering portion constitutes the convex hull of at least four vertices that do not exist on at least the same plane. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 렌더링부는 상기 절두체 내에 상기 경계구의 전체가 포함되면, 상기 컨벡스 헐을 구성하는 정점과 경계구와의 교차점 중 시선 벡터에 직교하는 수직축을 중심으로 좌우 최장 측면 교차점 성분을 추출하고, 상기 두 교차점 성분에 대한 구좌표계의 방위각을 기준으로 각 방향으로 뒤에 존재하는 영역은 앞의 삼각형에 의해 가려지는 은면으로 제거하는 구좌표계 렌더링 시스템.When the entirety of the boundary is included in the frustum, the renderer extracts the left and right longest side intersection components around the vertical axis orthogonal to the eye vector among the intersection points between the vertices and the boundary constituting the convex hull, Spherical coordinate system rendering system that removes the region existing behind each direction with respect to the azimuth angle of the spherical coordinate system. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 렌더링부는 상기 경계구의 일부가 포함되면, 8개의 꼭지점과 6개의 평면을 가지는 절두체에서 평면의 법선 벡터와 꼭지점을 이용하여 상기 평면 방정식을 구하고, 각 평면과 구의 중심의 거리, 구의 반지름으로 평면에 포함되는 구좌표계 범위를 구하여 상기 가시 영역을 추출하는 구좌표계 렌더링 시스템.The rendering unit obtains the plane equation from a frustum having eight vertices and six planes by using a normal vector and a vertex of a plane, and the distance between the center of each plane and the sphere and the radius of the sphere. A spherical coordinate rendering system for extracting the visible region by obtaining an included spherical coordinate range. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항의 구좌표계 렌더링 방법을 수행하기 위한 명령어를 수록한 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium containing instructions for performing the spherical coordinate rendering method of any one of claims 1 to 6.
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