KR101826123B1 - 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법은 비정렬 격자를 구성하는 셀 사이의 연결정보를 계산하는 단계, 상기 계산된 연결정보를 이용하여 상기 비정렬 격자를 화면 좌표계로 변환하고, 계산된 연결정보를 이용하여 교차목록을 생성하는 단계, 상기 화면 좌표계로 변환된 이미지 평면을 블록으로 나누어 복수의 광선들을 포함하는 광선 그룹을 생성하는 단계, 상기 광선 그룹 내의 하나의 광선을 투사하고, 상기 투사한 광선이 면을 만나면, 상기 면에 대해 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지하는 A 단계, 상기 A 단계를 상기 광선 그룹 내 광선들에 대해 반복하는 B 단계, 상기 일시 중지된 광선의 투사를 재개하고, 상기 A 단계 및 B 단계를 상기 그룹 내 광선들의 투사가 마무리 될 때까지 반복하는 단계를 포함한다.

Description

비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법 및 장치{Unstructured Grid Volume Rendering METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광선 그룹에 속한 광전들을 동시에 스텝 단위로 처리하여, 비정렬 격자를 볼륨 렌더링 함에 있어서, VDF의 활용률을 높인 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법 및 장치에 관한 것이다.
컴퓨터 그래픽스(Computer Graphics; CG) 분야 등에서 시뮬레이션의 결과로 얻어진 데이터를 이미지로 변환하는 일련의 과정을 렌더링(rendering)이라고 한다. 직물 등의 물체는 표면의 형상을 메쉬(mesh) 형태로 표현할 수 있으며, 이러한 메쉬에 기초하여 물체 표면을 이미지로 렌더링할 수 있다. 그러나 연기와 같이 표면이 불분명한 유체는 전혀 다른 방식의 렌더링 방법을 필요로 한다.
볼륨 렌더링(Volume Rendering)은 3차원 데이터를 2차원 영상으로 가시화 하는 기술로, 최근 컴퓨터 단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI) 또는 3D 프린터 등의 기술이 발달하며 각광받는 분야이다.
유체 유동 시뮬레이션에서 연기와 같은 볼륨 데이터(volume data)는 격자(grid) 형태로 저장되며, 이때 격자를 구성하는 기본 단위인 셀(cell)마다 밀도값이 실수 형태로 저장될 수 있다. 공간상에 정의되어 있는 이러한 볼륨 데이터를 렌더링하는 방법으로서, 대표적으로 볼륨 광선 투사법(ray marching method)이 있다 볼륨 광선 투사법은 특정 시점 또는 카메라의 위치로부터 공간상에 정의되어 있는 볼륨 데이터를 통과하여 가상의 광선을 진행시키면서, 일정 간격마다 광선이 지나는 지점의 볼륨 데이터를 추출한 후, 추출된 값들을 중첩하여 해당 픽셀의 값을 계산하는 방법이다. 이는 실제 연기가 사람의 눈에 보이거나 카메라에 촬영되는 방식을 거의 그대로 모방한 알고리즘이다.
볼륨 데이터에서 격자를 이루고 있는 각 셀마다 하나의 실수값으로 밀도가 저장되기 때문에, 렌더링 결과 생성된 이미지에서 하나의 셀은 단일한 색상으로 보여지게 된다. 따라서 연기의 모습을 세부적으로 표현하기 위해서는 많은 개수의 셀로 이루어진 격자를 사용하여야 한다. 격자에 포함되는 셀의 개수를 해상도(resolution)라는 용어로 표현하며, 해상도가 높을수록 더욱 정밀한 이미지를 생성할 수 있다.
한편, 비 정렬 격자의 볼륨 렌더링은 두 가지 방식으로 수행가능하다. 첫째는 비정렬 격자를 정형 격자로 변환한 후, 정형 격자를 위한 볼륨 렌더링 기법들을 사용하는 방법으로, 잘 연구된 정렬 격자의 볼륨 렌더링 알고리즘을 바로 적용 가능하다는 장점을 가진다. 하지만 정렬 격자 재구성(re-sampling) 과정에서 발생하는 오차에 의해 정확한 결과가 보장되지 않는 한계를 가진다. 또한, 비 정렬 격자를 정형격자로 변환 시 메모리의 부하가 크다는 단점을 가진다. 두번째 방법은 비정렬격자에 직접 볼륨 렌더링을 수행하는 방법으로, 첫번째 방식 대비 높은 정확도를 가지나, 볼륨 렌더링을 위한 연산의 부하가 크다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 연산의 부하를 줄이면서 더 효율적으로 비정렬 격자에 직접 볼륨 렌더링을 수행할 수 있도록 하는 비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법은 비정렬 격자를 구성하는 셀 사이의 연결정보를 계산하는 단계, 상기 계산된 연결정보를 이용하여 상기 비정렬 격자를 화면 좌표계로 변환하고, 상기 계산된 연결정보를 이용하여 교차목록을 생성하는 단계, 상기 화면 좌표계로 변환된 이미지 평면을 블록으로 나누어 복수의 광선들을 포함하는 광선 그룹을 생성하는 단계, 상기 광선 그룹 내의 하나의 광선을 투사하고, 상기 투사한 광선이 면을 만나면, 상기 면에 대해 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지하는 A 단계, 상기 A 단계를 상기 광선 그룹 내 광선들에 대해 반복하는 B 단계 및 상기 일시 중지된 광선의 투사를 재개하고, 상기 A 단계 및 B 단계를 상기 그룹 내 광선들의 투사가 마무리 될 때까지 반복하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 A 단계, 상기 B 단계 및 상기 일시 중지된 광선의 투사를 재개하는 단계는 복수의 스레드가 각각 할당된 광선 그룹에 대해 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 각 스레드는 고정된 크기의 지역 VDF(view dependent face) 버퍼를 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 A 단계는, 상기 면에 대해 기저장된 VDF 정보가 있으면 상기 정보를 이용해 연산을 수행하고, 기저장된 VDF 정보가 없거나 다른 면에 대한 VDF 정보가 저장되어 있으면 상기 면에 대한 VDF 정보를 연산해 저장하고, 상기 VDF 정보를 이용해 연산을 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 연결정보는 셀을 구성하는 사면체, 사면체의 각 면의 정보, 외곽 면의 정보를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 교차목록은 각 픽셀로 투사되는 광선과 만나는 외곽 면들의 정보인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광선 그룹 생성 단계는 상기 교차목록을 진입면 정보로 사용하고, 주어진 이미지 평면을 일정 개수의 블록으로 나누며, 각 블록에 속한 픽셀로 투사되는 광선들을 하나의 그룹으로 묶어, 광선그룹을 생성하는 것일 수 있다.
상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치는 비정렬 격자를 구성하는 셀 사이의 연결정보를 계산하고, 상기 계산된 연결정보를 이용하여 상기 비정렬 격자를 화면 좌표계로 변환한 뒤, 상기 계산된 연결정보를 이용하여 교차목록을 생성하고, 상기 교차목록을 이용해 상기 화면 좌표계로 변환된 이미지 평면을 블록으로 나누어 복수의 광선들을 포함하는 광선그룹을 생성하는 광선그룹 생성부 및 생성된 상기 광선그룹 별로 광선 투사를 수행하는 광선 그룹 처리부;를 포함하고, 상기 광선 그룹 처리부는, 상기 광선 그룹 내의 하나의 광선을 투사하고, 상기 투사한 광선이 면을 만나면, 상기 면에 대해 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지하는 A 단계, 상기 A 단계를 상기 광선 그룹 내 광선들에 대해 반복하는 B 단계, 상기 일시 중지된 광선의 투사를 재개하고, 상기 A 단계 및 B 단계를 상기 그룹 내 광선들의 투사가 마무리 될 때까지 반복해 광선투사를 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, VDF(View Dependent Face) 정보를 저장하고 상기 광선 그룹 처리부와 상기 광선 그룹 생성부에 상기 VDF 정보를 제공할 수 있는 VDF 버퍼를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광선 그룹 처리부는 상기 광선그룹을 광선투사를 수행할 복수의 스레드(Thread)를 포함하고, 상기 스레드는 상기 광선 투사 처리부로부터 할당 받은 블록에 속한 광선의 투사를 처리하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 각 스레드는 고정된 크기의 지역 VDF(view dependent face) 버퍼를 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광선 그룹 처리부는 상기 VDF 버퍼에 상기 면에 대해 기저장된 VDF 정보가 있으면 상기 정보를 이용해 연산을 수행하고, 기저장된 VDF 정보가 없거나 다른 면에 대한 VDF 정보가 저장되어 있으면 상기 면에 대한 VDF 정보를 연산해 저장한 뒤, 상기 VDF 정보를 이용해 연산을 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 연결정보는 셀을 구성하는 사면체, 사면체의 각 면의 정보, 외곽 면의 정보를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 광선 그룹 생성부는 상기 교차목록을 진입면 정보로 사용하고, 주어진 이미지 평면을 일정 개수의 블록으로 나누며, 각 블록에 속한 픽셀로 투사되는 광선들을 하나의 그룹으로 묶어, 광선그룹을 생성하는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 연산의 부하를 줄이면서 비정렬 격자에 직접 볼륨 렌더링을 수행할 수 있다.
또한, 메모리 소모를 줄이면서도, 기존 기술과 대등한 처리속도와 정확도를 가지는 비정렬 격자에 대한 병렬처리 기술을 제공할 수 있다.
또한, 메모리 효율적 비정렬 격자 병렬처리 볼륨렌더링 기술은 정렬 격자(structured grid)에 대한 볼륨 렌더링 기술로 확장이 가능하고, 광선투사를 이용하는 다른 종류의 연산들에 쉽게 적용할 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광선 그룹 생성 방법의 일 예시이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광선 투사 방법을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단계적 광선 투사 방법을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치의 블록도이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법과 기존 방법에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법의 VDF 버퍼의 Hit Ratio를 비교한 그래프를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법 및 장치'를 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다.
또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 함께 구현될 수도 있다.
또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 광선 그룹 생성 방법의 일 예시이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법은 이미지평면(101)을 블록(103)으로 구분 지을 수 있다. 상기 블록(103)은 바둑판 형태로 배열될 수 있다. 상기 블록(103)은 적어도 하나 이상의 픽셀(102)을 포함할 수 있다. 상기 픽셀(102)은 본 발명에서 광선을 투사하는 객체가 될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 광선을 투사하고 상기 광선이 만나는 각 면에 대한 정보를 처리해 볼륨 렌더링을 수행할 수 있다. 상기 각 블록(103)에 속하는 픽셀(102)로 투사되는 광선들을 하나의 그룹으로 묶어 광선 그룹을 생성할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 블록(103)들을 각각의 연산부 또는 스레드에 분배해 연산 부하를 줄일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 광선 투사 방법을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 볼륨 데이터(201)에 광선(202, 203, 204)을 투사해 볼륨 렌더링을 수행할 수 있다. 상기 볼륨 데이터(201)는 상기 블록(103) 단위로 구분될 수 있다. 상기 볼륨 데이터(201)는 3 차원 데이터일 수 있다. 상기 볼륨 데이터(201)는 적어도 하나 이상의 면을 포함할 수 있고, 상기 광선(202, 203, 204)이 투사되어 상기 면과 만나 상기 면에 관한 정보를 연산할 수 있다. 상기 투사는 상기 광선(202, 203, 204) 별로 각각 수행될 수 있다. 즉, 광선(202)의 투사가 진행되어 상기 볼륨 데이터(201)에 포함되는 면에 관한 정보를 연산하고, 상기 광선(202)의 투사가 완료된 후 상기 광선(203)의 투사를 수행하고, 상기 광선(203)의 투사가 완료된 후 광선(204)의 투사를 수행하는 방식으로 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법은 비정렬 격자를 구성하는 셀 사이의 연결정보를 계산하는 단계(S301)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법에서 생성하는 정보는 크게 시점 독립적 정보, 그리고 시점 종속적 정보로 구분 될 수 있다. 상기 시점 독립 정보는 셀 사이의 연결정보로 상기 셀을 구성하는 사면체와 사면체의 각 면의 정보, 그리고 외곽 면 정보를 포함할 수 있다. S301 단계에서, 셀을 구성하는 사면체와 사면체의 각 면의 정보, 외곽면 정보를 셀 사이의 연결정보로 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 계산된 연결정보를 이용하여 상기 비정렬 격자를 화면 좌표계로 변환하고, 상기 계산된 연결정보를 이용하여 교차목록을 생성하는 단계(S302)단계를 포함할 수 있다.
상기 시점 종속적 정보는 교차목록과 시점 종속적 면 정보를 포함할 수 있다. 상기 교차목록(Intersection List)은 투사된 광선과 만나는 외곽 면들의 정보일 수 있다. 상기 교차목록(Intersection List)은 각각의 픽셀 별로 유지될 수 있으면, 상기 픽셀로 투사된 광선의 진입 면(Entry Point) 정보로 활용될 수 있다. 상기 시점 종속적 면 정보(View Dependent Face Information, 이후 VDF)는 광선-면 교차 검사를 위해 필요한 면의 정보 중 시점에 따라 달라지는 정보 일 수 있다. 상기 VDF는 보간 계수를 포함할 수 있다. 광선-면 교차(Ray Face Intersection) 검사는 광선 횡단(Ray Traversal) 구현을 위한 기본 연산으로, 여러 광선들이 같은 면을 방문 할 경우 중복된 VDF 계산이 발생할 수 있다. 상기 VDF는 투사 수행 전에 모든 면에 대한 VDF를 계산해 저장해 놓을 수 있다. 상기 VDF는 투사 수행시 필요한 면의 VDF만 저장해 놓고 연산에 이용할 수 있다. 상기 VDF는 일부 면에 대한 VDF만을 유지해 메모리 소모를 줄일 수 있다. 상기 일부 면을 선정하는 기준은 광선 일관성(Ray Coherency)를 기준으로 할 수 있다. 상기 광선 일관성은 이웃한 픽셀에서 투사(Cast)된 광선들은 비슷한 횡단 과정을 거치며, 지나게 되는 면들도 유사하다는 특성을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법은 상기 화면 좌표계로 변환된 이미지 평면을 블록으로 나누어 복수의 광선들을 포함하는 광선 그룹을 생성하는 단계(S303)을 포함할 수 있다.
S303 단계에서, 상기 광선 일관성을 높이기 위해 최초 진입하는 가시 외곽 면(Visible Face)을 기준으로 광선 그룹을 생성할 수 있다. 즉, 상기 가시 외곽 면을 이미지 평면에 투사하고, 투사된 영역에 속하는 픽셀들로 투사되는 광선을 하나의 그룹으로 묶을 수 있다. 상기 그룹 생성의 기준이 된 가시 외곽 면은 상기 그룹에 속한 광선들의 진입 면이 될 수 있다.
S303 단계에서, 상기 교차목록을 진입면 정보로 사용하고, 주어진 이미지 평면을 일정 개수의 블록으로 나누며, 각 블록에 속한 픽셀로 투사되는 광선들을 하나의 그룹으로 묶어, 광선그룹을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법은 상기 광선 그룹 내의 하나의 광선을 투사하고, 상기 투사한 광선이 면을 만나면, 상기 면에 대해 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지하는 A 단계 (S304)를 포함할 수 있다.
상기 투사는 광선투사를 의미할 수 있다. 상기 광선 투사는 그룹 단위로 수행될 수 있다. 상기 그룹 내 광선들은 순차적으로 광선 투사를 수행할 수 있다. 상기 광선 투사가 시작되면, 광선-면 교차 검사가 발생할 수 있다. 상기 광선- 면 교차 검사가 발생하면, 상기 광선-면 교차가 발생한 면에 대한 VDF 정보가 있는지 확인할 수 있다. 이때, 상기 면에 대한 VDF 정복 저장되어 있다면 이를 활용해 연산을 수행할 수 있다. 상기 면에 대한 VDF 정보가 저장되어 있지 않다면 상기 면에 대한 VDF 정보를 계산하고 저장할 수 있다. 상기 저장된 또는 기저장된 VDF 정보는 한 광선 그룹을 처리하는 동안 유지될 수 있다. 한 광선 그룹 내 광선들에 대한 투사가 완료되면 상기 저장된 또는 기 저장된 VDF 정보는 삭제될 수 있다.
상기 광선 투사를 처리하는 과정은 병렬처리를 수행하는 스레드(Thread)들에 광선 그룹별로 균등하게 분배되어 처리될 수 있다. 상기 스레드들은 VDF 정보를 저장하는 VDF 버퍼를 포함할 수 있다. 상기 스레드는 개별적으로 VDF 버퍼를 포함할 수 있다. 상기 VDF 버퍼의 크기는 고정된 크기 또는 유동적 크기를 가질 수 있다.
S304 단계에서, 첫 번째로 투사가 수행되는 광선에 대해 처음으로 만나는 면에 대해 상기 광선이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 A 단계를 상기 광선 그룹 내 광선들에 대해 반복하는 B 단계(S305)를 포함할 수 있다.
S305 단계에서, 상기 S304 단계에서 일시 중지되면, 상기 광선이 속하는 그룹 내의 다른 광선에 대해 투사를 수행할 수 있다. 상기 다른 광선이 처음으로 만나는 면에 대해 상기 광선이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중단할 수 있다.
상기 광선 그룹 내에 중단된 상기 광선들 외에 나머지 광선이 있으면 나머지 광선이 없을 때까지 투사하고 처음 만나는 면에 대해 광선이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중단하는 과정을 반복할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 일시 중지된 광선의 투사를 재개하고, 상기 A 단계 및 B 단계를 상기 그룹 내 광선들의 투사가 마무리 될 때까지 반복하는 단계(S306)를 포함할 수 있다.
S306 단계에서, 상기 광선 그룹 내에 속하는 광선들에 대해서 처음 만나는 면에 대해서 탐색 후 일시 중지가 되면, 상기 광선 그룹 내에 속하는 광선들에 대해 다음 면을 만날 때까지 탐색을 재개할 수 있다. 탐색을 재개해 처음 만나는 면이 나오면 S304단계를 반복할 수 있다. 이 후 상기 S305 단계를 반복할 수 있다. 상기 S304 단계와 S305 단계를 상기 광선 그룹 내의 광선들의 탐색이 마무리 될 때까지 반복할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 단계적 광선 투사 방법을 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 볼륨 데이터(401) 광선(402, 403, 404)을 투사해 볼륨 렌더링을 수행할 수 있다. 상기 볼륨 데이터(401)는 블록 단위로 구분되는 3차원 데이터일 수 있다. 상기 블록은 이미지 평면을 블록으로 나누어 구분 지을 수 있다.
도 4 (a)를 참조하면, 상기 광선(402)을 상기 볼륨 데이터(401)에 투사해 첫 면을 만나면 상기 광선(402)이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중단하고, 상기 광선(402)이 속하는 광선 그룹 내의 다른 광선(403)의 투사를 수행할 수 있다. 상기 광선(403)이 처음 만나는 면의 상기 광선(403)이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지할 수 있다. 이후 상기 광선(403)이 속하는 광선 그룹 내의 다른 광선(404)의 투사를 수행할 수 있다. 상기 광선(404)이 처음 만나는 면의 상기 광선(404)이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지할 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 도 4 (a)의 단계 이후 상기 광선(402, 403, 404)이 속하는 광선그룹 내에 다른 광선이 없다면 다시 상기 광선(402, 403, 404)의 투사를 재개할 수 있다. 즉, 일시 중지된 광선(402)의 투사를 재개하여 다음 면을 만나면 상기 광선(402)이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중단하고, 상기 광선(402)이 속하는 광선 그룹 내의 다른 광선(403)의 투사를 재개할 수 있다. 투사 재개 후 상기 광선(403)이 처음 만나는 면의 상기 광선(403)이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지할 수 있다. 이후 상기 광선(403)이 속하는 광선 그룹 내의 다른 광선(404)의 투사를 재개할 수 있다. 재개 이후 상기 광선(404)이 처음 만나는 면의 상기 광선(404)이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지할 수 있다.
도 4(c)를 참조하면, 상기 투사를 일시 중지하고 재개하는 과정을 상기 광선 그룹 내에 속하는 광선들(402, 403, 404)의 투사가 마무리 될 때까지 반복할 수 있다. 상기 광선 투사가 마무리 되면, 다음에 광선투사를 수행해야 하는 블록의 광선 투사를 수행할 수 있다. 상기 광선 투사를 수행해야 하는 블록은 순차적으로 또는 특정 규칙에 의해 결정될 수 있고, 복수의 스레드를 가지는 경우 다른 스레드와 중복되지 않도록 결정될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치는 광선들(501)을 포함할 수 있다.
상기 광선들(501)은 투사를 수행할 수 있는 모든 종류의 광선을 포함할 수 있다. 상기 광선들(501)은 자외선, 적외선, 가시광선, 레이저 등을 포함할 수 있고 이에 한정되지 않고 볼륨 렌더링을 수행할 수 있는 모든 종류의 광선을 포함할 수 있다. 상기 광선들(501)은 자연 발생적인 광선을 포함할 수 있고, 특정 장치를 이용해 발생되는 광선을 포함할 수 있다. 필요한 경우 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치는 광선 발생부(미도시)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치는 광선 그룹 생성 장치(502)를 포함할 수 있다. 상기 광선 그룹 생성 장치(502)는 상기 광선들(501)을 특정 기준에 따라 광선그룹(503)으로 생성할 수 있다. 상기 광선 그룹은 복수 개로 존재할 수 있다. 상기 광선 그룹 생성 장치(502)가 광선 그룹(503)을 생성하는 기준은 평면에 투사된 가시 외곽면의 영역일 수 있다. 상기 기준이 된 외곽 면이 진입면이 되어 추가적인 교차 목록 생성 없이 광선 투사를 시작할 수 있다. 상기 광선 그룹 생성 장치(502)는 이미지 평면을 블록으로 나누고, 각 블록에 속한 픽셀로 투사되는 광선들을 하나의 그룹으로 묶을 수 있다. 진입면이 상이하더라도 광선이 투사되는 픽셀이 인접한 경우 높은 광선 일관성을 가질 수 있다. 상기 이미지 평면을 블록으로 나누는 과정은 4x4, 5x5, 6x6 등의 바둑판식 배열을 이루는 형태로 나뉠 수 있다. 상기 진입면에 대한 정보는 기 생성해 둔 픽셀별 교차 목록으로부터 얻을 수 있다. 광선이 볼륨을 빠져 나왔을 때 교차 목록에서 다음 진입 면 정보를 얻음으로서 비 볼록 메시에 대해서도 정확한 광선 횡단이 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치는 광선 그룹 처리 장치(504)를 포함할 수 있다. 상기 광선 그룹 처리 장치(504)는 상기 광선 그룹 생성 장치(502)에서 생성된 상기 광선 그룹(503)을 이용해 광선 투사를 수행할 수 있다.
상기 광선 그룹 처리 장치(504)는 광선그룹(503) 별로 광선 투사를 수행할 수 있다. 상기 광선 그룹 처리 장치(504)는 복수개의 스레드를 포함할 수 있다. 상기 광선 그룹 처리 장치(504)내에 포함되는 복수개의 스레드는 각각 병렬적으로 광선투사를 수행할 수 있다. 상기 스레드는 하나의 광선 그룹(503)에 대해 광선투사를 수행할 수 있다. 상기 광선 그룹(503)은 하나의 블록에 포함되는 픽셀에 투사되는 광선들의 집합일 수 있다.
상기 광선 그룹 처리 장치(504)는 광선을 상기 볼륨 데이터에 투사해 첫 면을 만나면 상기 광선이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중단하고, 상기 광선이 속하는 광선 그룹 내의 다른 광선의 투사를 수행할 수 있다. 상기 광선이 처음 만나는 면의 상기 광선이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지할 수 있다. 이후 상기 광선이 속하는 광선 그룹 내의 다른 광선의 투사를 수행할 수 있다. 상기 광선이 처음 만나는 면의 상기 광선이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지할 수 있다.
상기 광선 그룹 처리 장치(504)는 상기 일시 정지 이후 상기 광선이 속하는 광선그룹 내에 다른 광선이 없다면 다시 상기 광선의 투사를 재개할 수 있다. 즉, 일시 중지된 광선의 투사를 재개하여 다음 면을 만나면 상기 광선이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중단하고, 상기 광선이 속하는 광선 그룹 내의 다른 광선의 투사를 재개할 수 있다. 투사 재개 후 상기 광선이 처음 만나는 면의 상기 광선이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지할 수 있다. 이후 상기 광선이 속하는 광선 그룹 내의 다른 광선의 투사를 재개할 수 있다. 재개 이후 상기 광선이 처음 만나는 면의 상기 광선이 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지할 수 있다.
상기 광선 그룹 처리 장치(504)는 상기 투사를 일시 중지하고 재개하는 과정을 상기 광선 그룹 내에 속하는 광선들의 투사가 마무리 될 때까지 반복할 수 있다. 상기 광선 투사가 마무리 되면, 다음에 광선투사를 수행해야 하는 블록의 광선 투사를 수행할 수 있다. 상기 광선 투사를 수행해야 하는 블록은 순차적으로 또는 특정 규칙에 의해 결정될 수 있고, 복수의 스레드를 가지는 경우 다른 스레드와 중복되지 않도록 결정될 수 있다.
상기 광선 그룹 처리 장치(504)는 상기 광선 투사 과정을 통해 결과 이미지(506)를 생성할 수 있다. 상기 결과 이미지(506)는 3차원 데이터를 2차원 이미지로 변환한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치는 VDF 버퍼(505)를 포함할 수 있다.
상기 VDF 버퍼(505)는 VDF 정보를 저장할 수 있다. 상기 VDF 버퍼(505)는 저장된 VDF 정보를 상기 광선 그룹 처리 장치(504)가 투사를 수행할 때 제공할 수 있다. 상기 광선 그룹 처리 장치(504)는 상기 VDF 버퍼(505)에 기 저장된 정보를 이용해 광선 투사를 수행할 수 있다. 상기 광선 그룹 처리 장치(504)는 상기 VDF 버퍼(505)에 기 저장된 정보가 없는 경우, 정보를 연산 또는 생성해 저장할 수 있다. 상기 VDF 버퍼(505)는 상기 광선 처리 장치(504)에 포함되는 복수의 스레드에 개별적으로 분할되어 할당될 수 있다. 상기 VDF 버퍼(505)는 복수로 존재할 수 있고, 상기 광선 처리 장치(504)에 포함되는 복수의 스레드에 1 대 1 또는 다 대 1 또는 1 대 다로 대응 될 수 있다. 상기 VDF 버퍼(505)는 각각의 상기 스레드에 고정된 크기로 할당될 수 있고, 유동적 크기로 할당될 수 있다. 각각의 면들은 각각 할당된 VDF 버퍼 영역(Buffer Index)을 가질 수 있으며, 지역 VDF 버퍼는 광선의 횡단 과정 중 광선-면 교차 검사가 발생하면, 스레드는 상기 면에 할당된 영역에 상기 면에 대한 VDF 정보가 저장되어 있는지 확인할 수 있다. 상기 확인 결과 상기 면에 대한 정보가 있다면 상기 정보를 읽어서 활용할 수 있고, 상기 영역이 비어 있거나 다른 면에 대한 정보가 저장되어 있다면, 상기 면에 대한 정보를 계산하고 상기 영역에 저장할 수 있다. 상기 VDF 버퍼(505)는 볼륨 렌더링을 위한 시점이 변하기 전까지는 비워지지 않고 상기 스레드에 할당된 광선들 사이에 공유될 수 있다. 상기 VDF 버퍼(505)는 볼륨 렌더링을 위한 시점이 변하기 전까지는 비워지지 않고 상기 광선 그룹에 포함된 광선들의 광선투사에 공유될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 각 면이 사용할 상기 VDF 버퍼(505)의 공간은 해시 함수(Hash Function)를 통해 결정될 수 있다. 각 면이 사용할 상기 VDF 버퍼(505)의 공간은 각 면의 번호를 기준으로 버퍼 인덱스를 계산하는 해시 함수를 사용할 수 있다. 상기 주어진 면의 번호가
Figure 112017067687488-pat00001
인 경우, 상기 면의 인덱스는 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112017067687488-pat00002
상기 수학식 1을 통해 상기 VDF 버퍼(505)의 버퍼 공간은 균등하게 각 면에 분배될 수 있다. 또한 연속 방문될 가능성이 높은 근접한 면들 사이에 인덱스 충돌을 피할 수 있어, 버퍼의 크기가 작은 경우에도 효율적인 버퍼 사용이 가능할 수 있다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법과 기존 방법에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법의 VDF 버퍼의 Hit Ratio를 비교한 그래프를 도시한 것이다.
도 6 (a)와 도 7 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법으로 볼륨 렌더링을 수행한 결과 이미지의 예시를 볼 수 있다.
도 6 (b)와 도 7 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법과 기존의 볼륨 렌더링 방법으로 각각 볼륨 렌더링을 수행 했을 때 VDF 버퍼의 활용 효율(Hit Ratio)를 비교한 그래프이다. 상기 그래프를 보면 본 발명의 일 실시 예에 따른 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법이 기존 방법보다 VDF 버퍼의 활용 효율이 더 높게 측정되는 것을 확인할 수 있다. 상기 활용 효율은 VDF 버퍼의 사이즈(Size)가 16 내지 64 일 때 기존 방법 대비 우월한 효율을 가지는 것을 확인할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통 상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
101: 이미지 평면

Claims (14)

  1. 비정렬 격자를 구성하는 셀 사이의 연결정보를 계산하는 단계;
    상기 계산된 연결정보를 이용하여 상기 비정렬 격자를 화면 좌표계로 변환하고, 상기 계산된 연결정보를 이용하여 교차목록을 생성하는 단계;
    상기 화면 좌표계로 변환된 이미지 평면을 블록으로 나누어 복수의 광선들을 포함하는 광선 그룹을 생성하는 단계; 및
    상기 광선 그룹 내의 복수의 광선들에 대해 광선 투사를 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 광선 투사를 수행하는 단계는 스텝 단위로 순차적으로 수행되고, 상기 광선 투사를 수행하는 단계는,
    상기 광선 그룹 내 제1 광선이 제1 면을 만나면, 상기 제1 면에 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지하고, 상기 제1 광선을 제외한 상기 광선 그룹 내의 모든 광선들에 대해 상기 제1 면에 투사된 픽셀의 색상을 계산하는 제 1 스텝; 및
    일시 중지된 탐색을 재개하여, 상기 광선 그룹 내 상기 제1 광선이 제2 면을 만나면, 상기 제2 면에 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지하고, 상기 제1 광선을 제외한 상기 광선 그룹 내의 모든 광선들에 대해 상기 제2 면에 투사된 픽셀의 색상을 계산하는 제 2 스텝; 을 포함하는,
    비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광선 투사를 수행하는 단계는 복수의 스레드가 각각 할당된 광선 그룹에 대해 수행하는 것을 특징으로 하는,
    비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 스레드는 고정된 크기의 지역 VDF(view dependent face) 버퍼를 가지는 것을 특징으로 하는,
    비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 스텝은,
    상기 제1 면에 대해 기저장된 VDF 정보가 있으면 상기 정보를 이용해 연산을 수행하고, 기저장된 VDF 정보가 없거나 다른 면에 대한 VDF 정보가 저장되어 있으면 상기 제1 면에 대한 VDF 정보를 연산해 저장하고, 상기 VDF 정보를 이용해 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결정보는 셀을 구성하는 사면체, 사면체의 각 면의 정보, 외곽 면의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 교차목록은 각 픽셀로 투사되는 광선과 만나는 외곽 면들의 정보인 것을 특징으로 하는 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광선 그룹 생성 단계는 상기 교차목록을 진입면 정보로 사용하고, 주어진 이미지 평면을 일정 개수의 블록으로 나누며, 각 블록에 속한 픽셀로 투사되는 광선들을 하나의 그룹으로 묶어, 광선그룹을 생성하는 것을 특징으로 하는 비정렬 격자 볼륨 렌더링 방법.
  8. 비정렬 격자를 구성하는 셀 사이의 연결정보를 계산하고, 상기 계산된 연결정보를 이용하여 상기 비정렬 격자를 화면 좌표계로 변환한 뒤, 상기 계산된 연결정보를 이용하여 교차목록을 생성하고, 상기 교차목록을 이용해 상기 화면 좌표계로 변환된 이미지 평면을 블록으로 나누어 복수의 광선들을 포함하는 광선 그룹을 생성하는 광선 그룹 생성부; 및
    상기 광선 그룹 내의 복수의 광선들에 대해 광선 투사를 수행하는 광선 그룹 처리부;를 포함하고,
    상기 광선 그룹 처리부는 스텝 단위로 순차적으로 수행되고, 상기 광선 그룹 처리부는
    상기 광선 그룹 내 제1 광선이 제1 면을 만나면, 상기 제1 면에 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지하고, 상기 제1 광선을 제외한 상기 광선 그룹 내의 모든 광선들에 대해 상기 제1 면에 투사된 픽셀의 색상을 계산하는 제 1 스텝을 수행하고,
    일시 중지된 탐색을 재개하여, 상기 광선 그룹 내 상기 제1 광선이 제2 면을 만나면, 상기 제2 면에 투사된 픽셀의 색상을 계산한 후 탐색을 일시 중지하고, 상기 제1 광선을 제외한 상기 광선 그룹 내의 모든 광선들에 대해 상기 제2 면에 투사된 픽셀의 색상을 계산하는 제 2 스텝을 수행하는,
    비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광선 그룹 처리부는,
    VDF(View Dependent Face) 정보를 저장하고 상기 광선 그룹 처리부와 상기 광선 그룹 생성부에 상기 VDF 정보를 제공할 수 있는 VDF 버퍼;를 포함하는,
    비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광선 그룹 처리부는 상기 광선그룹을 광선투사를 수행할 복수의 스레드(Thread)를 포함하고,
    상기 스레드는 상기 광선 투사 처리부로부터 할당 받은 블록에 속한 광선의 투사를 처리하는 것을 특징으로,
    비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 각 스레드는 고정된 크기의 지역 VDF(view dependent face) 버퍼를 가지는 것을 특징으로 하는 비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 광선 그룹 처리부는 상기 VDF 버퍼에 상기 제1 면에 대해 기저장된 VDF 정보가 있으면 상기 정보를 이용해 연산을 수행하고, 기저장된 VDF 정보가 없거나 다른 면에 대한 VDF 정보가 저장되어 있으면 상기 제1 면에 대한 VDF 정보를 연산해 저장한 뒤, 상기 VDF 정보를 이용해 연산을 수행하는 것을 특징으로 하는,
    비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 연결정보는 셀을 구성하는 사면체, 사면체의 각 면의 정보, 외곽 면의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 광선 그룹 생성부는 상기 교차목록을 진입면 정보로 사용하고, 주어진 이미지 평면을 일정 개수의 블록으로 나누며, 각 블록에 속한 픽셀로 투사되는 광선들을 하나의 그룹으로 묶어, 광선그룹을 생성하는 것을 특징으로 하는,
    비정렬 격자 볼륨 렌더링 장치.
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