KR102117932B1 - 사운드 트레이싱 장치 및 방법 - Google Patents

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KR102117932B1
KR102117932B1 KR1020180169213A KR20180169213A KR102117932B1 KR 102117932 B1 KR102117932 B1 KR 102117932B1 KR 1020180169213 A KR1020180169213 A KR 1020180169213A KR 20180169213 A KR20180169213 A KR 20180169213A KR 102117932 B1 KR102117932 B1 KR 102117932B1
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KR
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sound
acceleration structure
tracing
dynamic
acceleration
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KR1020180169213A
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박우찬
윤주원
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세종대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 사운드 트레이싱 장치 및 방법에 관한 것으로, 사운드 트레이싱 장치는 사운드 공간의 정적 장면에 대한 제1 가속구조를 생성하는 제1 가속구조 생성부, 상기 사운드 공간의 동적 장면을 구성하는 복수의 동적 오브젝트들 각각에 대하여 교차 테스트를 수행하여 사운드 전파 경로에 영향을 주는지 여부를 검출하는 교차 테스트 수행부, 상기 교차 테스트 결과 상기 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트를 선별한 후 상기 동적 장면에 대한 제2 가속구조를 생성하는 제2 가속구조 생성부 및 상기 제1 및 제2 가속구조들을 기초로 사운드 트레이싱을 수행하여 3차원 사운드를 생성하는 사운드 생성부를 포함한다.

Description

사운드 트레이싱 장치 및 방법{SOUND TRACING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 사운드 처리 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사운드 공간에 대한 가속구조를 동적으로 구축함으로써 사운드 렌더링을 효율적으로 수행할 수 있는 사운드 트레이싱 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 모바일 기술, 그래픽스 기술 및 감각의 입/출력 기술 등의 발달로 인해, 가상현실 기술에 대한 관심이 급격히 증가되고 있다. 대부분의 가상현실 관련 기술들은 시각적인 요소에만 집중되어 있으나, 현실감 있는 가상현실 환경을 지원하기 위해서는 시각적 공간감 이외에 청각적인 공간감의 재현이 필수적으로 요구된다. 청각적 공간감을 재현하기 위해 멀티채널오디오 시스템이나 머리전달함수 (HRTF: Head Related Transfer Function)를 이용한 3D 사운드 기술이 사용된다.
3차원 기하모델 기반의 사운드 렌더링 기술은 가상의 공간에서 청취자의 위치, 음원의 개수와 위치, 주변 물체와 재질을 반영하여 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 이를 통해 3차원 기하모델 기반의 사운드 렌더링 기술은 소리의 물리적인 특성인 반사, 투과, 회절, 흡수를 재현하므로 청각적 공간감을 사용자에게 제공할 수 있다. 하지만, 실시간으로 주변 물체와 재질에 대해 물리 기반의 사운드 시뮬레이션을 하려면 계산 비용이 많이 들고, 전력 소모 또한 높다.
한국등록특허 제10-1076807(2011.10.19)호
본 발명의 일 실시예는 사운드 공간에 대한 가속구조를 동적으로 구축함으로써 사운드 렌더링을 효율적으로 수행할 수 있는 사운드 트레이싱 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 동적 오브젝트의 선별 및 제2 가속구조의 생성을 반복적으로 수행함으로써 매 프레임마다 수행되어야 하는 가속구조 생성에 대한 부하를 줄일 수 있는 사운드 트레이싱 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 복수의 동적 오브젝트들 각각의 바운딩 박스와의 교차 테스트 결과가 트루인 동적 오브젝트만을 선별하여 동적 장면에 대한 가속구조를 생성할 수 있는 사운드 트레이싱 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 사운드 트레이싱 장치는 사운드 공간의 정적 장면(static scene)에 대한 제1 가속구조(AS, Accelleration Structure)를 생성하는 제1 가속구조 생성부, 상기 사운드 공간의 동적 장면(dynamic scene)을 구성하는 복수의 동적 오브젝트(object)들 각각에 대하여 교차 테스트를 수행하여 사운드 전파 경로에 영향을 주는지 여부를 검출하는 교차 테스트 수행부, 상기 교차 테스트 결과 상기 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트를 선별한 후 상기 동적 장면에 대한 제2 가속구조를 생성하는 제2 가속구조 생성부 및 상기 제1 및 제2 가속구조들을 기초로 사운드 트레이싱(sound tracing)을 수행하여 3차원 사운드를 생성하는 사운드 생성부를 포함한다.
상기 제1 가속구조 생성부는 상기 사운드 트레이싱의 전처리(pre-processing) 단계에서 로컬 메모리에 저장된 기하 데이터(Geometry data)를 이용하여 상기 제1 가속구조를 생성할 수 있다.
상기 제1 가속구조 생성부는 상기 정적 장면을 구성하는 복수의 정적 오브젝트들을 기초로 트리(tree) 형태의 상기 제1 가속구조를 생성할 수 있다.
상기 교차 테스트 수행부는 상기 동적 오브젝트에 대한 바운딩 박스(bounding box)가 사운드 소스와 청취자 사이에 존재하는지를 검출함으로써 상기 교차 테스트를 수행할 수 있다.
상기 제2 가속구조 생성부는 상기 제2 가속구조를 상기 제1 가속구조와 동일한 트리 형태로 생성할 수 있다.
상기 제2 가속구조 생성부는 상기 교차 테스트 결과가 트루(true)인 경우 해당 동적 오브젝트를 상기 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트로서 선별할 수 있다.
상기 사운드 생성부는 상기 제1 및 제2 가속구조들을 하나로 통합한 후 상기 사운드 트레이싱을 수행할 수 있다.
상기 사운드 생성부는 상기 제1 및 제2 가속구조들과 동일한 형태의 트리로 통합한 후 상기 사운드 트레이싱을 수행할 수 있다.
실시예들 중에서, 사운드 트레이싱 방법은 (a) 사운드 공간의 정적 장면(static scene)에 대한 제1 가속구조(AS, Accelleration Structure)을 생성하는 단계, (b) 상기 사운드 공간의 동적 장면(dynamic scene)을 구성하는 복수의 동적 오브젝트들 각각에 대하여 사운드 전파 경로에 영향을 주는지 여부를 검출하기 위한 교차 테스트를 수행하는 단계, (c) 상기 교차 테스트 결과 상기 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트를 선별한 후 상기 동적 장면에 대한 제2 가속구조를 생성하는 단계 및 (d) 상기 제1 및 제2 가속구조들을 기초로 사운드 트레이싱을 수행하여 3차원 사운드를 생성하는 단계를 포함한다.
상기 사운드 트레이싱 방법은 각 프레임(frame)마다 상기 (b) 내지 (d) 단계를 반복적으로 수행할 수 있다.
상기 (b) 단계는 상기 동적 오브젝트에 대한 바운딩 박스(bounding box)가 사운드 소스와 청취자 사이에 존재하는지를 검출함으로써 상기 교차 테스트를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계는 상기 동적 오브젝트에 대한 바운딩 박스(bounding box)가 사운드 소스와 청취자 사이에 존재하는지를 검출함으로써 상기 교차 테스트를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는 상기 교차 테스트 결과가 트루(true)인 경우 해당 동적 오브젝트를 상기 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트로서 선별하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (d) 단계는 상기 제1 및 제2 가속구조들을 하나로 통합한 후 상기 사운드 트레이싱을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 트레이싱 장치 및 방법은 동적 오브젝트의 선별 및 제2 가속구조의 생성을 반복적으로 수행함으로써 매 프레임마다 수행되어야 하는 가속구조 생성에 대한 부하를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 트레이싱 장치 및 방법은 복수의 동적 오브젝트들 각각의 바운딩 박스와의 교차 테스트 결과가 트루인 동적 오브젝트만을 선별하여 동적 장면에 대한 가속구조를 생성할 수 있다.
도 1은 사운드 트레이싱의 파이프라인을 설명하는 도면이다.
도 2는 가상 공간 상에서 사운드 전파 경로의 종류를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 트레이싱 장치의 기능적 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 도 3에 있는 사운드 트레이싱 장치에서 수행되는 사운드 트레이싱 과정을 설명하는 순서도이다.
도 5는 도 3에 있는 사운드 트레이싱 장치에서 가속 구조 생성에 사용하는 kd-tree를 설명하는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 트레이싱 방법을 설명하는 흐름도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 사운드 트레이싱의 파이프라인을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 사운드 트레이싱(sound tracing) 파이프라인(pipeline)은 사운드 합성(sound synthesis), 사운드 전파(sound propagation), 사운드 생성(sound generation, auralization) 단계로 구성될 수 있다. 사운드 트레이싱 처리 단계 중에 사운드 전파 단계는 가상현실에 몰입감을 부여하는 가장 중요한 단계에 해당할 수 있고, 계산 복잡도가 높고 계산 시간이 가장 오래 걸리는 단계에 해당할 수 있다. 또한, 이 단계의 가속여부가 사운드 트레이싱의 실시간 처리를 좌우할 수 있다. 사운드 합성 단계는 사용자의 상호작용에 따른 사운드 효과를 생성하는 단계에 해당할 수 있다. 예를 들어, 사운드 합성은 사용자가 문을 두드리거나 또는 물건을 떨어뜨린 경우 발생하는 소리에 관한 처리를 수행할 수 있고, 기존 게임, UI등에서 일반적으로 사용되는 기술에 해당할 수 있다.
사운드 전파 단계는 합성된 사운드가 가상현실을 통해 청취자에게 전달되는 과정을 시뮬레이션 하는 단계로 가상현실의 음향적 특성(반사계수, 흡수계수 등)과 소리의 특성(반사, 흡수, 투과 등)을 가상현실의 기하적 특성(scene geometry)에 기반하여 처리하는 단계에 해당할 수 있다. 사운드 생성 단계는 전파 단계에서 계산된 소리의 특성값 (반사/투과/흡수 계수, 거리 감쇠 특성 등)을 이용하여 청취자 스피커의 구성을 바탕으로 입력 음향을 재생성하는 단계에 해당할 수 있다.
도 2는 가상 공간 상에서 사운드 전파 경로의 종류를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 직접 경로(Direct Path)는 청취자(Listener)와 사운드 소스(Sound source) 사이에 어떤 장애물(Obstruction)도 없이 직접적으로 전달되는 경로에 해당할 수 있다. 반사 경로(Reflection Path)는 사운드가 장애물과 충돌 후 반사되어 청취자에게 도달하는 경로에 해당하고, 투과 경로(Transmission Path)는 청취자와 사운드 소스 사이에 장애물이 있을 때, 사운드가 장애물을 투과하여 청취자에게 전달되는 경로에 해당할 수 있다.
사운드 트레이싱은 다수개의 사운드 소스들의 위치에서 음향 레이(acoustic ray)를 슈팅(shooting)하고 청취자 위치에서 음향 레이를 슈팅할 수 있다. 슈팅된 각각의 음향 레이는 자신과 충돌된 기하 구조 물체를 찾고, 충돌된 물체에 대하여 반사, 투과, 회절에 해당하는 음향 레이를 생성할 수 있다. 이러한 과정은 재귀적으로 반복 수행될 수 있다. 이렇게 사운드 소스들에서 슈팅된 음향 레이와 청취자에서 슈팅된 음향 레이들은 서로 만나게 될 수 있으며, 만나게 되는 경로를 사운드 전파 경로(Sound propagation path)라고 할 수 있다. 결과적으로, 사운드 전파 경로는 사운드 소스 위치에서 출발한 사운드가 반사, 투과, 흡수, 회절 등을 거쳐서 청취자에 도착하는 유효한 경로를 의미할 수 있다. 최종 사운드는 이러한 사운드 전파 경로들을 가지고 계산될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 트레이싱 장치를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 사운드 트레이싱 장치(300)는 제1 가속구조 생성부(310), 교차 테스트 수행부(330), 제2 가속구조 생성부(350), 사운드 생성부(370) 및 제어부(390)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 사운드 트레이싱 장치(300)는 내부 메모리를 포함하여 구현될 수 있고, 외부 메모리와 연동하여 동작하는 메모리부를 더 포함하여 구현될 수 있다. 메모리부는 메모리에 대한 데이터 저장과 읽기 동작을 제어할 수 있고, 메모리 영역에서 논리적으로 구분되고 독립적으로 동작하는 복수의 부분 메모리들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 사운드 트레이싱 장치(300)는 외부의 시스템 메모리와 내부의 로컬 메모리와 연동하여 동작할 수 있고, 시스템 메모리는 정적 장면에 대한 기하 데이터와 동적 장면에 대한 기하 데이터 및 음원인 사운드 데이터가 저장할 수 있으며, 로컬 메모리는 정적 장면에 대한 기하 데이터와 가속구조, 전체 동적 장면에 대하여 선택적으로 결정된 동적 장면에 대한 기하데이터와 가속구조 및 사운드 데이터를 포함할 수 있다.
제1 가속구조 생성부(310)는 사운드 공간의 정적 장면에 대한 제1 가속구조를 생성할 수 있다. 여기에서, 사운드 공간은 사운드 트레이싱의 대상이 되는 공간에 해당할 수 있고 객체, 사운드 소스 및 사운드 싱크를 포함할 수 있다. 객체는 능동적으로 움직일 수 없는 정적 객체(static object)와 능동적으로 움직일 수 있는 동적 객체(dynamic object)로 구분될 수 있고, 예를 들어, 3차원 영상에서 정적 객체는 배경 장면에 해당할 수 있고 동적 객체는 등장 인물에 해당할 수 있다. 사운드 소스는 사운드를 출력하는 장치에 해당할 수 있고, 예를 들어 스피커에 해당할 수 있다. 사운드 싱크는 사운드 소스에 대응되는 개념으로 사운드를 흡수하는 객체에 해당할 수 있고, 예를 들어 청취자(listener)에 해당할 수 있다.
즉, 제1 가속구조 생성부(310)는 사운드 공간을 구성하는 정적인 객체들을 기초로 해당 3차원 공간에 대한 제1 가속구조를 생성할 수 있다. 제1 가속구조는 사운드 트레이싱을 위해 필요한 가속구조(AS, Acceleration Structure)로서 시간의 흐름에 상관없이 고정적인 공간 정보에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 가속구조 생성부(310)는 사운드 트레이싱의 전처리(pre-processing) 단계에서 로컬 메모리에 저장된 기하 데이터(Geometry data)를 이용하여 제1 가속구조를 생성할 수 있다. 기하 데이터(Geometry data)는 해당 사운드 공간을 구성하는 삼각형 정보를 포함할 수 있고, 삼각형 정보는 삼각형을 구성하는 세 점에 대한 텍스처 좌표(texture coordinate)와 법선 벡터(normal vector)를 포함할 수 있다. 제1 가속구조는 사운드 트레이싱 과정에서 변동되는 값이 아니기 때문에 사운드 트레이싱이 수행되기 전단계에 해당하는 전처리 단계에서 제1 가속구조 생성부(310)에 의해 생성될 수 있다. 제1 가속구조 생성부(310)는 사운드 트레이싱 장치(300) 내부의 로컬 메모리에 기하 데이터를 기초로 생성된 제1 가속구조를 저장할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 가속구조 생성부(310)는 정적 장면을 구성하는 복수의 정적 오브젝트들을 기초로 트리(tree) 형태의 제1 가속구조를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 가속구조 생성부(310)는 제1 가속구조로서 kd-tree나 BVH(Bounding Volume Hierarchy) 같은 트리 형태를 사용할 수 있다. 사운드 트레이싱 장치(300)는 생성된 가속구조를 이용하여 음향 레이와의 교차 테스트를 수행할 필요가 있는 사운드 공간 상의 삼각형들에 빠르게 접근할 수 있다. 제1 가속구조로서 사용될 수 있는 kd-tree에 대해서는 도 5에서 보다 자세히 설명한다.
교차 테스트 수행부(330)는 사운드 공간의 동적 장면을 구성하는 복수의 동적 오브젝트들 각각에 대하여 교차 테스트(intersection test)를 수행하여 사운드 전파 경로에 영향을 주는지 여부를 검출할 수 있다. 동적 오브젝트에 관한 정보는 사전에 별도로 저장될 수 있고, 해당 오브젝트를 구성하는 삼각형 정보를 포함할 수 있다. 교차 테스트 수행부(330)는 동적 오브젝트에 대한 삼각형 정보를 기초로 교차 테스트를 수행함으로써 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트를 선별할 수 있다.
일 실시예에서, 교차 테스트 수행부(330)는 동적 오브젝트에 대한 바운딩 박스(bounding box)가 사운드 소스와 청취자 사이에 존재하는지를 검출함으로써 교차 테스트를 수행할 수 있다. 교차 테스트 수행부(330)는 동적 오브젝트를 포함하는 바운딩 박스를 결정할 수 있고, 바운딩 박스의 위치를 기초로 교차 테스트를 수행할 수 있다. 즉, 동적 오브젝트에 대응되는 바운딩 박스의 위치가 사운드 소스와 청취자 사이에 존재하는 경우 해당 동적 오브젝트는 사운드 전파 경로에 영향을 줄 수 있는 오브젝트에 해당할 수 있다.
다른 실시예에서, 교차 테스트 수행부(330)는 바운딩 박스 내에 복수의 동적 오브젝트들이 존재하는 경우 1차적으로 바운딩 박스의 위치를 기초로 교차 테스트를 수행하고 2차적으로 바운딩 박스 내에 존재하는 복수의 동적 오브젝트들 중에서 실제 사운드 전파 경로에 영향을 주는 오브젝트를 검출하는 추가 연산을 수행할 수 있다.
제2 가속구조 생성부(350)는 교차 테스트 결과 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트를 선별한 후 동적 장면에 대한 제2 가속구조를 생성할 수 있다. 제2 가속구조는 사운드 트레이싱을 위해 필요한 가속구조로서 프레임마다 동적으로 변화하는 공간 정보에 해당할 수 있다. 즉, 제2 가속구조는 사운드 공간을 구성하는 복수의 동적 오브젝트들 중에서도 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트들에 관한 정보 만을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 가속구조 생성부(350)는 제2 가속구조를 제1 가속구조와 동일한 트리 형태로 생성할 수 있다. 제1 및 제2 가속구조들은 사운드 트레이싱을 위해서 하나로 통합될 필요가 있기 때문에 제2 가속구조 생성부(350)는 제1 가속구조의 형태와 동일하게 제2 가속구조를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 가속구조 생성부(350)는 제1 가속구조가 kd-tree인 경우 제2 가속구조를 kd-tree로서 생성할 수 있고, 제1 가속구조가 BVH인 경우 제2 가속구조를 BVH로서 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 가속구조 생성부(350)는 교차 테스트 결과가 트루(true)인 경우 해당 동적 오브젝트를 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트로서 선별할 수 있다. 교차 테스트 결과가 거짓(false)인 경우 제2 가속구조 생성부(350)는 해당 동적 오브젝트를 제외시킬 수 있고, 교차 테스트 결과가 트루(true)인 동적 오브젝트들 만을 기초로 제2 가속구조를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 교차 테스트 결과가 false이면 해당 동적 오브젝트는 사운드 소스와 청취자 사이에 위치하지 않아서 직접 경로(direct path)에 해당할 수 있고, 반사 및 회절 등의 간접 경로(indirect path)에 영향을 미칠 수 있는 확률이 낮을 수 있다. 교차 테스트 결과가 true이면 해당 동적 오브젝트는 직접 경로에 해당하지 않을 수 있고, 동적 오브젝트의 재질에 따라 투과성이 있을 경우 전파 경로(propagation path)에 해당할 수 있으며, 간접 경로에 영향을 미칠 수 있는 확률이 높을 수 있다.
사운드 생성부(370)는 제1 및 제2 가속구조들을 기초로 사운드 트레이싱을 수행하여 3차원 사운드를 생성할 수 있다. 제1 및 제2 가속구조들은 사운드 트레이싱 과정 중에서 생성된 음향 레이에 대한 교차 테스트를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 가속구조가 트리 형태로 구현된 경우 음향 레이에 대한 교차 테스트(intersection test)는 가속구조의 루트 노드(root node)로부터 하위 노드들에 대한 계층적 탐색을 수행하고, 방문한 리프 노드(leaf node) 내에 존재하는 삼각형들과의 교차 여부를 검사하며, 교차하는 삼각형을 찾지 못한 경우 트리 탐색을 계속하여 다음 리프 노드에 대해 동작을 반복함으로써 수행될 수 있다.
또한, 사운드 생성부(370)는 교차 테스트 후 충돌 지점을 계산할 수 있고, 충돌 지점에 대한 사운드 전파 시뮬레이션을 통해 충돌 응답을 생성할 수 있다. 사운드 생성부(370)는 충돌 응답을 기초로 사운드 렌더링을 수행하여 최종적으로 3차원 사운드를 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 사운드 생성부(370)는 제1 및 제2 가속구조들을 하나로 통합한 후 사운드 트레이싱을 수행할 수 있다. 사운드 생성부(370)는 로컬 메모리에 저장된 제1 및 제2 가속구조들을 하나로 통합할 수 있고, 이를 기초로 사운드 트레이싱을 수행할 수 있다. 예를 들어, 사운드 생성부(270)는 제1 및 제2 가속구조들 각각에 대한 교차 테스트를 수행하지 않고 제1 및 제2 가속구조들을 하나로 통합한 전체 가속구조에 대한 교차 테스트만을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 사운드 생성부(370)는 제1 및 제2 가속구조들과 동일한 형태의 트리로 통합한 후 사운드 트레이싱을 수행할 수 있다. 제1 및 제2 가속구조들 간의 통합을 위해서 제1 및 제2 가속구조들 각각은 동일한 형태로 구현되어야 하며, 만약 제1 및 제2 가속구조들이 모두 동일한 트리 형태로 구현된 경우 사운드 생성부(370)는 하나의 트리 형태의 가속구조를 최종 통합 결과로서 생성할 수 있고, 이후 사운드 트레이싱 과정에서 활용할 수 있다.
제어부(390)는 사운드 트레이싱 장치(300)의 전체적인 동작을 제어하고, 제1 가속구조 생성부(310), 교차 테스트 수행부(330), 제2 가속구조 생성부(350) 및 사운드 생성부(370) 간의 제어 흐름 또는 데이터 흐름을 관리할 수 있다.
도 4는 도 3에 있는 사운드 트레이싱 장치에서 수행되는 사운드 트레이싱 과정을 설명하는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 사운드 트레이싱 장치(300)는 제1 가속구조 생성부(310)를 통해 사운드 공간의 정적 장면에 대한 제1 가속구조를 생성할 수 있다(단계 S410). 사운드 트레이싱 장치(300)는 교차 테스트 수행부(330)를 통해 사운드 공간의 동적 장면을 구성하는 복수의 동적 오브젝트들 각각에 대하여 교차 테스트를 수행하여 사운드 전파 경로에 영향을 주는지 여부를 검출할 수 있다(단계 S430).
사운드 트레이싱 장치(300)는 제2 가속구조 생성부(350)를 통해 교차 테스트 결과 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트를 선별한 후 동적 장면에 대한 제2 가속구조를 생성할 수 있다(단계 S450). 사운드 트레이싱 장치(300)는 사운드 생성부(370)를 통해 제1 및 제2 가속구조들을 기초로 사운드 트레이싱을 수행하여 3차원 사운드를 생성할 수 있다(단계 S470).
일 실시예에서, 사운드 트레이싱 장치(300)는 각 프레임(frame)마다 단계 S430 내지 단계 S470을 순차적으로 반복 수행할 수 있다. 즉, 사운드 트레이싱 장치(300)는 사운드 트레이싱 전에 생성된 정적 장면에 대한 제1 가속구조와 프레임마다 생성되는 동적 장면에 대한 제2 가속구조를 이용하여 각 프레임별 사운드 트레이싱을 수행할 수 있고, 각 프레임에 대한 3차원 사운드를 생성하여 출력할 수 있다.
도 5는 도 3에 있는 사운드 트레이싱 장치에서 가속 구조 생성에 사용하는 kd-tree를 설명하는 예시도이다.
도 5를 참조하면, 사운드 트레이싱 장치(300)는 kd-tree를 가속 구조로서 생성할 수 있다. kd-tree는 공간 분할 트리(spatial partitioning tree)의 일종으로 분할한 공간에 대하여 계층적(hierarchy) 구조를 갖는 이진 트리(binary tree)에 해당할 수 있고, 교차 테스트를 위하여 사용될 수 있다. kd-tree는 탑 노드(Top node)를 포함하는 내부 노드(Inner node)와 리프 노드(Leaf node)로 구성될 수 있고, 리프 노드는 해당 노드와 교차되는 오브젝트들을 포함하고 있는 공간에 해당할 수 있다.
또한, 리프 노드는 기하 데이터(Geometry data)에 포함된 적어도 하나의 삼각형 정보를 포인팅하기 위한 삼각형 리스트(triangle list)를 포함할 수 있다. 삼각형 정보(Triangle information)는 삼각형의 세 점에 대한 정점 좌표(vertex coordinate), 법선 벡터(normal vector), 텍스쳐 좌표(texture coordinate)를 포함할 수 있다. 반면, 내부 노드는 바운딩 박스 기반의 공간 영역을 가질 수 있으며 이는 다시 2개의 영역으로 나뉘어서 두 개의 하위 노드에 할당될 수 있다. 결과적으로, 내부 노드는 분할 평면과 이를 통해 분할된 두 개의 영역의 서브 트리(sub-tree)로 구성될 수 있다. 공간을 분할하는 위치는 임의의 음향 레이와 충돌되는 삼각형을 찾기 위한 비용(노드 방문 횟수, 삼격형과 교차되는지 계산하는 횟수 등)이 최소가 되는 지점에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, 만일 기하 데이터에 포함된 삼각형 정보가 배열로 구현된 경우에는, 리프 노드에 포함된 삼각형 리스트는 배열 인덱스에 상응할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 사운드 트레이싱 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 사운드 트레이싱 장치(300)는 정적 장면에 대해 가속구조를 생성할 수 있다. 특히, 정적 장면에 대한 가속구조는 사운드 트레이싱이 수행되기 전의 전처리 단계에서 수행될 수 있으며, 제1 가속구조 생성부(310)에 의해 제1 가속구조로서 생성될 수 있고, 내부 로컬 메모리에 저장되어 사운드 트레이싱 전체 동작 과정에서 사용될 수 있다.
사운드 트레이싱 장치(300)는 동적 장면을 구성하는 복수의 동적 오브젝트들 각각에 대해 사운드 전파 경로에 영향을 미치는지 여부를 검사할 수 있다. 교차 테스트 수행부(330)는 동적 오브젝트에 대한 바운딩 박스(또는 bounding volume)가 음원의 위치와 청취자의 위치 사이에 있는지를 검출하기 위한 교차 테스트를 수행할 수 있다. 교차 테스트 결과가 false이면 해당 동적 오브젝트는 버려지고 true이면 해당 동적 오브젝트는 true에 해당되는 다른 오브젝트들과 함께 제2 가속구조 생성부(350)에 의해 동적 장면에 대한 제2 가속구조 생성에 사용될 수 있다.
사운드 트레이싱 장치(300)는 최종적으로 선택된 동적 오브젝트들에 대한 제2 가속구조와 정적 장면에 대한 제1 가속구조를 기초로 사운드 트레이싱을 수행하여 3차원 사운드를 출력할 수 있다. 사운드 트레이싱 장치(300)는 3차원 사운드 출력이 끝난 후 다음 프레임(frame)에 해당하는 동적 장면에 대한 교차 테스트를 수행함으로써 다음 프레임에 대한 사운드 트레이싱 과정을 반복적으로 수행할 수 있다. 즉, 사운드 트레이싱 장치(300)는 동적 장면을 구성하는 동적 오브젝트들에 대해 교차 테스트를 통한 선별 및 제2 가속구조의 생성을 반복적으로 수행함으로써 매 프레임마다 수행되어야 하는 가속구조 생성에 대한 부하를 줄일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
300: 사운드 트레이싱 장치
310: 제1 가속구조 생성부 330: 교차 테스트 수행부
350: 제2 가속구조 생성부 370: 사운드 생성부
390: 제어부

Claims (13)

  1. 복수의 프레임(frame)들 전체에 대한 사운드 트레이싱(sound tracing)의 전처리(pre-processing) 단계에서, 사운드 공간의 정적 장면(static scene)에 대한 제1 가속구조(AS, Acceleration Structure)를 생성하는 제1 가속구조 생성부;
    상기 사운드 공간의 동적 장면(dynamic scene)을 구성하는 복수의 동적 오브젝트(object)들 각각에 대하여 각 동적 오브젝트를 구성하는 삼각형 정보를 기초로 교차 테스트를 수행하여 사운드 전파 경로에 영향을 주는지 여부를 검출하는 교차 테스트 수행부;
    상기 교차 테스트 결과 상기 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트를 선별하여 해당 동적 오브젝트만을 포함하도록 상기 동적 장면을 갱신한 후 해당 동적 장면에 대한 제2 가속구조를 생성하는 제2 가속구조 생성부; 및
    상기 제1 및 제2 가속구조들을 기초로 사운드 트레이싱(sound tracing)을 수행하여 상기 복수의 프레임들 각각에 대한 3차원 사운드를 생성하는 사운드 생성부를 포함하는 사운드 트레이싱 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 가속구조 생성부는
    상기 사운드 트레이싱의 전처리(pre-processing) 단계에서 로컬 메모리에 저장된 기하 데이터(Geometry data)를 이용하여 상기 제1 가속구조를 생성하는 것을 특징으로 하는 사운드 트레이싱 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 가속구조 생성부는
    상기 정적 장면을 구성하는 복수의 정적 오브젝트들을 기초로 트리(tree) 형태의 상기 제1 가속구조를 생성하는 것을 특징으로 하는 사운드 트레이싱 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 교차 테스트 수행부는
    상기 동적 오브젝트에 대한 바운딩 박스(bounding box)가 사운드 소스와 청취자 사이에 존재하는지를 검출함으로써 상기 교차 테스트를 수행하는 것을 특징으로 하는 사운드 트레이싱 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 가속구조 생성부는
    상기 제2 가속구조를 상기 제1 가속구조와 동일한 트리 형태로 생성하는 것을 특징으로 하는 사운드 트레이싱 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 가속구조 생성부는
    상기 교차 테스트 결과가 트루(true)인 경우 해당 동적 오브젝트를 상기 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트로서 선별하는 것을 특징으로 하는 사운드 트레이싱 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 사운드 생성부는
    상기 제1 및 제2 가속구조들을 하나로 통합한 후 상기 사운드 트레이싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 사운드 트레이싱 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 사운드 생성부는
    상기 제1 및 제2 가속구조들과 동일한 형태의 트리로 통합한 후 상기 사운드 트레이싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 사운드 트레이싱 장치.
  9. (a) 복수의 프레임(frame)들 전체에 대한 사운드 트레이싱(sound tracing)의 전처리(pre-processing) 단계에서, 사운드 공간의 정적 장면(static scene)에 대한 제1 가속구조(AS, Accelleration Structure)을 생성하는 단계;
    (b) 상기 사운드 공간의 동적 장면(dynamic scene)을 구성하는 복수의 동적 오브젝트들 각각에 대하여 각 동적 오브젝트를 구성하는 삼각형 정보를 기초로 사운드 전파 경로에 영향을 주는지 여부를 검출하기 위한 교차 테스트를 수행하는 단계;
    (c) 상기 교차 테스트 결과 상기 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트를 선별하여 해당 동적 오브젝트만을 포함하도록 상기 동적 장면을 갱신한 후 해당 동적 장면에 대한 제2 가속구조를 생성하는 단계; 및
    (d) 상기 제1 및 제2 가속구조들을 기초로 사운드 트레이싱을 수행하여 상기 복수의 프레임들 각각에 대한 3차원 사운드를 생성하는 단계를 포함하는 사운드 트레이싱 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 사운드 트레이싱 방법은
    각 프레임(frame)마다 상기 (b) 내지 (d) 단계를 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 사운드 트레이싱 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 (b) 단계는
    상기 동적 오브젝트에 대한 바운딩 박스(bounding box)가 사운드 소스와 청취자 사이에 존재하는지를 검출함으로써 상기 교차 테스트를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사운드 트레이싱 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 (c) 단계는
    상기 교차 테스트 결과가 트루(true)인 경우 해당 동적 오브젝트를 상기 사운드 전파 경로에 영향을 주는 동적 오브젝트로서 선별하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사운드 트레이싱 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    상기 제1 및 제2 가속구조들을 하나로 통합한 후 상기 사운드 트레이싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 사운드 트레이싱 방법.

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