KR102252375B1 - 광선-노드 교차검사를 수행하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

바운딩 박스의 좌표값 및 광선의 원점 좌표 값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받고, 입력받은 바운딩 박스의 좌표값과 원점 좌표값 사이의 차이값을 획득하고, 획득한 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득하고, 역수값은 부동 소수점(floating point)값인 광선-노드 교차검사를 수행하는 방법 및 장치가 개시된다.

Description

광선-노드 교차검사를 수행하는 방법 및 장치{THE METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING RAY-NODE INTERSECTION TEST}

광선-노드 교차검사를 수행하는 방법 및 장치에 관한다.

광선 추적(ray tracing)에서 공간적으로 분할한 가속구조 (Acceleration Structure)의 탐색(Traversal)시, 바운딩 박스(bounding box)는 각 좌표축에 대해 객체(object)를 포함하는 영역의 최소 좌표 값과 최대 좌표 값으로 구성한다. 바운딩 박스는 광선 추적(ray tracing)에서는 공간분할-가속구조 탐색 과정의 일부인 광선-노드 교차 검사 (ray-node intersection test)에 사용된다. 광선 추적과정에서, 광선-노드 교차검사를 할 때 부동소수점 연산을 이용하거나 고정소수점 연산을 이용할 수 있다.

광선-노드 교차검사를 수행하는 방법 및 장치에 관한다. 또한 하드웨어와 결합되어 상기 방법을 실행시키기 위하여 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램을 제공한다. 해결하고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

일 측면에 따른 객체에 대한 바운딩 박스의 좌표 값을 표현하는 방법은, 바운딩 박스의 좌표값 및 광선의 원점 좌표 값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받는 단계, 입력받은 바운딩 박스의 좌표값과 원점 좌표값 사이의 차이값을 획득하는 단계, 획득한 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득하는 단계를 포함하고, 역수값은 부동 소수점(floating point)값일 수 있다.

일 실시예에 따라 입력받는 단계는, 바운딩 박스의 좌표값중 최대값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받는 단계를 포함하고, 차이값을 획득하는 단계는, 입력받은 최대값과 원점 좌표값의 차이값을 획득하는 단계를 포함하고, 곱한 값을 획득하는 단계는, 획득한 최대값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라 입력받는 단계는, 바운딩 박스의 좌표값중 최소값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받는 단계를 포함하고, 차이값을 획득하는 단계는, 입력받은 최소값과 원점 좌표값의 차이값을 획득하는 단계를 포함하고, 곱한 값을 획득하는 단계는, 획득한 최소값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라 곱한 값을 획득하는 단계는, 역수 값의 가수 값에 기 설정된 값을 더하여 조정한 값을 획득하는 단계, 더한 값의 부호를 결정하는 단계 및 결정된 부호 값을 적용한 더한 값과 차이 값을 곱한 값을 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라 곱한 값을 기 설정된 자리수만큼 자리 이동하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라 기 설정된 값은, 부동 소수점값으로 표현된 역수 값의 가수부의 비트수를 이용하여 설정될 수 있다.

일 실시예에 따라 곱한 값을 획득하는 단계는, 역수 값의 부호 비트를 이용하여 부호를 결정할 수 있다.

일 실시예에 따라 자리 이동하는 단계는, 역수 값의 지수 값, 차이 값의 지수 값, 곱한 값의 지수 값 및 역수 값의 가수부의 비트수를 이용해서 자리이동할 수 있다.

일 실시예에 따라 자리 이동한 곱한 값은, 고정소수점 값인 광선-노드 교차검사를 수행할 수 있다.

일 측면에 따른 광선-노드 교차검사를 수행하는 장치는 바운딩 박스의 좌표값 및 광선의 원점 좌표 값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받는 입력부, 입력받은 바운딩 박스의 좌표값과 원점 좌표값 사이의 차이값을 획득하는 차이 값 획득부, 획득한 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득하는 곱한 값 획득부를 포함하고, 역수값은 부동 소수점(floating point)값일 수 있다.

일 실시예에 따른 입력부는, 바운딩 박스의 좌표값중 최대값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받고, 차이 값 획득부는, 입력받은 최대값과 원점 좌표값의 차이값을 획득하고, 곱한 값 획득부는, 획득한 최대값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득할 수 있다.

일 실시예에 따른 입력부는, 바운딩 박스의 좌표값중 최소값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받고, 차이값 획득부는, 입력받은 최소값과 원점 좌표값의 차이값을 획득하고, 곱한 값 획득부는, 획득한 최소값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득할 수 있다.

일 실시예에 따른 곱한 값 획득부는, 역수 값의 가수 값에 기 설정된 값을 더한 값을 획득하고, 더한 값의 부호를 결정하고, 결정된 부호 값을 적용한 더한 값과 차이 값을 곱한 값을 획득할 수 있다.

일 측면에 따른 광선-노드 교차검사를 수행하는 장치는 곱한 값을 기 설정된 자리수만큼 자리 이동하는 자리 이동부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라 기 설정된 값은, 부동 소수점값으로 표현된 역수 값의 가수부의 비트수를 이용하여 설정될 수 있다.

일 실시예에 따른 곱한 값 획득부는, 역수 값의 부호 비트를 이용하여 부호를 결정할 수 있다.

일 실시예에 따른 자리 이동부는, 역수 값의 지수 값, 차이 값의 지수 값, 곱한 값의 지수 값 및 역수 값의 가수부의 비트수를 이용해서 자리이동할 수 있다.

일 실시예에 따라 자리 이동한 곱한 값은, 고정소수점 값일 수 있다.

일 실시 예에 따른 광선-노드 교차검사를 수행하는 방법은 부동소수점과 고정소수점을 혼합하여 비용을 줄이면서 정밀도의 성능 저하를 줄일 수 있다.

도 1a 내지 도1e는 광선 추적기를 포함하는 그래픽 처리 장치(GPU,Graphics Processing Unit)를 통해 광선추적 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1a에 도시된 공간분할-가속구조 탐색부에 포함된 광선-노드 교차 검사를 수행하는 장치의 일 예를 도시하기 위한 구성도이다.
도 3는 도 1a에 도시된 공간분할-가속구조 탐색부에 포함된 광선-노드 교차 검사를 수행하는 장치의 다른 예를 도시하기 위한 구성도이다.
도 4는 광선-노드 교차 검사를 수행하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 광선-노드 교차 검사를 수행하는 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따라 광선-노드 교차 검사를 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 다른 실시예에 따라 광선-노드 교차 검사를 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 실시 예들을 상세히 설명한다. 하기 실시 예는 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하지 않는다. 또한, 상세한 설명 및 실시 예로부터 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.

본 명세서에서 “3D 렌더링”은 3차원 객체 데이터를 주어진 카메라 시점에서 보이는 영상으로 합성해주는 영상 처리과정을 포함한다. 렌더링 방법은 3차원 객체를 화면에 투영(projection)하면서 영상을 생성하는 래스터화(rasterization) 방법과 카메라 시점에서 영상의 각 픽셀을 향한 광선을 따라 입사하는 빛의 경로를 추적하여 영상을 생성하는 광선 추적(ray tracing)을 포함한다.

도 1a 내지 도1e는 광선 추적기를 포함하는 그래픽 처리 장치(GPU,Graphics Processing Unit)를 통해 광선추적 방법을 설명하기 위한 도면이다. 그래픽 처리 장치(1)는 광선 추적기(100), 외부 메모리(125) 및 가속구조 구성부(130)를 포함할 수 있다.

광선 추적기(100)는 광선 생성부(105), 공간분할-가속구조 탐색부(110), 광선-프리미티브 간 교차 검사부(115) 및 셰이딩부(120)를 포함할 수 있다. 외부 메모리(125)는 가속구조(135) 및 기하 데이터(140)를 저장할 수 있다. 외부 메모리(125)는, 가속구조 구성부(130)에서 구성한 가속구조(135)를 저장할 수 있다. 외부 메모리(125)가 저장하는 가속구조(135)는 3차원 공간을 계층적 트리(tree)형태로 생성한 구조를 포함할 수 있다. 예를 들면, 가속구조(135)는 KD-트리, 바운딩 볼륨 계층 구조(BVH, Bounding Volume Hierarchy), 그리드(GRID)를 포함할 수 있다. KD-트리는 다차원 검색트리로 k차원 공간에서 점들을 통해 공간분할하는 트리 구조이다. 바운딩 볼륨 계층 구조는 기하학적 개체의 집합에 대한 트리 구조이다. 바운딩 볼륨 계층 구조에서, 모든 기하학적 객체는 트리의 리프노드를 형성하는 바운딩 볼륨들로 싸여진다. 그리드 구조는 2차원 공간을 교차하는 직선을 통해 표현한 구조이다. 외부 메모리(125)가 저장하는 기하 데이터(140)는 2차원 공간 객체를 표현한 데이터를 포함한다. 예를 들어, 기하 데이터(140)는 삼각형의 특성, 삼각형을 표현하는 방정식, 삼각형의 좌표에 대한 특성을 포함한다.

광선 생성부(105)는 카메라 정보로부터 스크린의 각 픽셀에 해당하는 가상적인 광선을 3차원 공간으로 생성할 수 있다. 도 1b는 광선 생성부(105)가 스크린의 픽셀들 중 하나의 픽셀(145)에서 가상적인 광선을 3차원 공간으로 생성하는 것을 도식화하여 나타낸 것이다. 공간분할-가속구조 탐색부(110)는 외부메모리(125)에 저장된 가속구조(135)에서 광선의 경로를 추적할 수 있다. 공간분할-가속구조 탐색부(110)는 가속구조 트리의 루트 노드로부터 하위 노드들에 대한 계층적 탐색을 통해 광선이 가장 먼저 방문하는 리프 노드를 찾을 수 있다. 루트 노드는 최상위 노드이고, 리프 노드는 최하위 노드이다. 도 1c는 공간분할-가속구조 탐색부(110)가 루트 노드(145)에서부터 리프 노드들(150)까지 탐색하는 과정을 도식화하여 나타낸 것이다. 공간분할-가속구조 탐색부(110)는 바운딩 박스를 사용하여 광선-노드 교차 검사를 통해 광선이 노드와 교차하였는지를 검사할 수 있다. 바운딩 박스는 각 좌표축에 대해 객체를 포함하는 영역의 최소 좌표 값과 최대 좌표 값으로 구성될 수 있다. 도 1f를 참조하면, 하나의 객체(165)에 대하여 생성된 바운딩박스의 좌표값은, x축에 대해 최소 좌표값(170), 최대 좌표값(175)을 포함하고, y축에 대해 최소 좌표값(170), 최대 좌표값(180)을 포함할 수 있다. 그리고 객체가 3차원 객체인 경우에는 z축에 대한 최소 좌표값과 최대 좌표값을 포함할 수 있다. 그래픽 처리 장치(1)는 바운딩 박스의 좌표값을 부동소수점 값으로 인코딩하는 경우, 공간분할-가속구조 탐색 과정의 일부인 광선-노드 교차 검사에 사용하는 연산기를 다른 연산기에 비해 상대적으로 면적이 큰 부동소수점 연산기로 구성한다. 그래픽 처리 장치(1)는 바운딩 박스의 좌표 값을 고정소수점 값으로로 인코딩하는 경우, 연산기는 부동소수점 연산기보다 면적이 작은 고정소수점 연산기로 구성한다. 광선-프리미티브 간 교차 검사부(115)는 광선에 인접한 객체의 가시성(visibility)을 검사한다. 도 1d는 광선에 인접한 객체(155)에 대해 광선-프리미티브 간 교차 검사부(115)는 리프 노드 내에 존재하는 프리미티브에 대해 광선과의 교차 검사를 수행한다. 프리미티브는 컴퓨터 그래픽이 처리할 수 있는 가장 단순한 기하학적 객체이다. 광선-프리미티브 간 교차 검사부(115)는 리프 노드 내에서 교차하는 프리미티브를 찾지 못했을 경우, 트리의 탐색을 계속하여 광선과 교차하는 프리미티브를 찾는다. 광선-프리미티브 간 교차 검사부(115)는 외부 메모리(125)에 저장된 기하 데이터(140)를 이용하여 프리미티브를 찾을 수 있다. 셰이딩부(120)는 눈에 보이는 객체의 표면의 색상을 계산할 수 있다. 셰이딩(shading)은 컴퓨터에 입력된 모델에 입체감을 부여하기 위해 각 면의 광원으로부터의 거리, 각도, 색채, 명암 등을 계산하여 입체 표면에 음영을 처리하는 것을 포함할 수 있다. 도1e는 셰이딩부(120)가 스크린상의 한 픽셀(145)에서 생성한 광선과 교차하는 객체(160)에 대하여 셰이딩을 하기 위해 광원으로부터의 거리, 각도 등을 계산하여 입체 표면에 음영을 처리하는 과정을 도시한 도면이다.

도 2는 도 1a에 도시된 공간분할-가속구조 탐색부에 포함된 광선-노드 교차 검사를 수행하는 장치의 일 예를 도시하기 위한 구성도이다. 광선-노드 교차 검사를 수행하는 장치(200)는 입력부(210), 차이값 획득부(220) 및 곱한값 획득부(230)를 포함할 수 있다.

입력부(210)는 바운딩 박스의 좌표값 및 광선의 원점 좌표 값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받을 수 있다. 또한 입력부(210)는 바운딩 박스의 좌표값중 최대값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받을 수 있다. 입력부(210)는 바운딩 박스의 좌표값중 최소값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받을 수 있다. 또한 입력부(210)는 광선의 방향벡터의 역수값을 입력받을 수 있다.

차이값 획득부(220)는 입력받은 바운딩 박스의 좌표값과 원점 좌표값 사이의 차이값을 획득할 수 있다. 또한 차이값 획득부(220)는 입력받은 최대값과 원점 좌표값의 차이값을 획득할 수 있다. 차이값 획득부(220)는 입력받은 최소값과 원점 좌표값의 차이값을 획득할 수 있다.

곱한값 획득부(230)는 획득한 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득할 수 있다. 역수값은 부동 소수점(floating point)값일 수 잇다. 또한 곱한값 획득부(230)는 획득한 최대값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득할 수 있다. 또한 곱한값 획득부(230)는 획득한 최소값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득할 수 있다. 또한 곱한값 획득부(230)는 역수 값의 가수 값에 기 설정된 값을 더한 값을 획득할 수 있다. 기 설정된 값은, 부동 소수점값으로 표현된 역수 값의 가수부의 비트수를 이용하여 설정될 수 있다. 곱한값 획득부(230)는 더한 값의 부호를 결정할 수 있다. 곱한값 획득부(230)는 결정된 부호 값을 적용한 더한 값과 차이 값을 곱한 값을 획득할 수 있다.

광선-노드 교차 검사를 수행하는 장치(200)의 동작과 관련해서 도4를 참조하여 설명하겠다. 도 4는 광선-노드 교차 검사를 수행하는 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

입력부(210)는 바운딩박스의 좌표값 중 최소값(400) 및 바운딩박스의 좌표값 중 최대값(410)을 입력받을 수 있다. 이때 최소값(400)과 최대값(410)은 부동소수점 값일 수 있다. 또한 입력부(210)는 광선의 원점 좌표값(420)을 입력받을 수 있다. 이때 광선의 원점 좌표값(420)은 고정소수점 값일 수 있다. 차이값 획득부(220)는 바운딩박스의 좌표값 중 최소값(400)과 광선의 원점 좌표값(420)의 차이값을 획득(430)할 수 있다. 또한 차이값 획득부(220)는 바운딩박스의 좌표값 중 최대값(410)과 광선의 원점 좌표값(420)의 차이값을 획득(440)할 수 있다. 차이값 획득부(220)가 획득한 차이값들은 고정소수점값일 수 있다. 곱한값 획득부(230)는 바운딩박스의 좌표값 중 최소값(400)과 광선의 원점 좌표값(420)의 차이값(430)에, 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한값을 획득(460)할 수 있다. 곱한값 획득부(230)는 획득한 바운딩박스의 좌표값 중 최대값(440)과 광선의 원점 좌표값(420)의 차이값(440)에, 광선의 방향벡터의 역수값(450)을 곱한값을 획득(460)할 수 있다. 광선의 방향벡터의 역수값(450)은 부동소수점 값일 수 있다. 따라서 곱한값 획득부(230)는 부동소수점 값과 고정소수점 값을 곱하여 곱한값을 획득할 수 있다.

광선-노드 교차 검사에는 부동소수점 연산을 이용하는 방식과 고정소수점 연산을 이용하는 방식이 있다. 고정소수점 연산은 처리하는 값의 범위가 비교적 한정되어있는 경우 부동소수점 연산에 비하여 유사한 정밀도를 갖는 연산기를 낮은 비용으로 구현할 수 있다. 하지만 처리하는 값의 범위가 넓은 경우 고정소수점 연산기가 부동소수점 연산기 보다 구현 비용이 더 클 수 있다. 광선 추적에서 사용되는 광선-노드 검사에서 처리하는 여러 가지 값들은 값의 성질에 따라 처리가 필요한 값의 범위 다르다. 고정소수점 값과 고정소수점 값을 곱하는 데 필요한 연산기의 비용보다 고정소수점 값과 부동소수점 값을 곱하는데 필요한 연산기의 비용이 더 적다. 따라서 곱한값 획득부(230)는 부동소수점 값과 고정 소수점 값을 곱하므로, 고정 소수점 값과 고정소수점 값을 곱하는데 필요한 연산기보다 적은 비용이 소모될 수 있다.

도 3은 도 1a에 도시된 공간분할-가속구조 탐색부에 포함된 광선-노드 교차 검사를 수행하는 장치의 다른 예를 도시하기 위한 구성도이다. 광선-노드 교차 검사를 수행하는 장치(300)는 입력부(210), 차이값 획득부(220), 곱한값 획득부(230) 및 자리 이동부(310)를 포함할 수 있다.

입력부(210)는 바운딩 박스의 좌표값 및 광선의 원점 좌표 값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받을 수 있다. 또한 입력부(210)는 바운딩 박스의 좌표값중 최대값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받을 수 있다. 입력부(210)는 바운딩 박스의 좌표값중 최소값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받을 수 있다. 또한 입력부(210)는 광선의 방향벡터의 역수값을 입력받을 수 있다.

차이값 획득부(220)는 입력받은 바운딩 박스의 좌표값과 원점 좌표값 사이의 차이값을 획득할 수 있다. 또한 차이값 획득부(220)는 입력받은 최대값과 원점 좌표값의 차이값을 획득할 수 있다. 차이값 획득부(220)는 입력받은 최소값과 원점 좌표값의 차이값을 획득할 수 있다.

곱한값 획득부(230)는 획득한 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득할 수 있다. 역수값은 부동 소수점(floating point)값일 수 잇다. 또한 곱한값 획득부(230)는 획득한 최대값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득할 수 있다. 또한 곱한값 획득부(230)는 획득한 최소값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득할 수 있다. 또한 곱한값 획득부(230)는 역수 값의 가수 값에 기 설정된 값을 더한 값을 획득할 수 있다. 기 설정된 값은, 부동 소수점값으로 표현된 역수 값의 가수부의 비트수를 이용하여 설정될 수 있다. 곱한값 획득부(230)는 더한 값의 부호를 결정할 수 있다. 곱한값 획득부(230)는 결정된 부호 값을 적용한 더한 값과 차이 값을 곱한 값을 획득할 수 있다.

자리 이동부(310)는 곱한 값을 기 설정된 자리수만큼 자리 이동할 수 있다. 이때 자리 이동한 곱한 값은, 고정소수점 값일 수 있다. 또한 자리 이동부(310)는, 역수 값의 지수 값, 차이 값의 지수 값, 곱한 값의 지수 값 및 역수 값의 가수부의 비트수를 이용해서 자리이동할 수있다.

광선-노드 교차 검사를 수행하는 장치(300)와 관련해서 도 5를 참조하여 설명하겠다. 도 5는 광선-노드 교차 검사를 수행하는 방법의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

광선의 방향벡터의 역수값은 부동소수점 값이므로 지수부와 가수부로 나뉘어져 있다. 곱한값 획득부(230)는 광선의 방향벡터의 역수값의 가수값(500)에 기설정된 값을 더할 수 있다(510). 기 설정된 값은 광선의 방향벡터의 가수값(500)의 비트수를 이용하여 설정된 값일 수 있다. 곱한값 획득부(230)는 광선의 방향벡터의 역수값의 부호비트를 이용하여 광선의 방향벡터의 역수값의 부호를 결정할 수 있다. 곱한값 획득부(230)는 부호를 결정한 광선의 방향벡터의 역수값과 바운딩 박스의 좌표값과 원점 좌표값 사이의 차이값(530)을 곱하여 곱한값을 획득(540)할 수 있다. 자리 이동부(310)는 곱한 값을 자리이동(550)하여 자리 이동한 값을 획득할 수 있다(560). 자리 이동한 값이 의미하는 것은 결과 값인 고정소수점 값의 소수점 위치를 맞추는 것이다.

광선의 방향벡터의 역수값을 수식으로 표현하면 아래와 같다.

Am은 광선의 방향벡터의 역수값의 가수 (mantissa) 값일 수 있다. Ambw는 광선의 방향벡터의 역수값의 가수 값의 비트 길이로, 비트의 개수일 수 있다. As는 광선의 방향벡터의 역수값의 부호 (sign) 값일 수 있다. Ae는 광선의 방향벡터의 역수값의 지수 (exponent) 값일 수 있다. Ab는 광선의 방향벡터의 역수값의 지수 값의 바이어스 (bias) 값일 수 있다. 예를 들어, 부동소수점 값의 지수값이 -128부터 127까지 표현할 수 있다고 가정하자. 장치(300)는 지수부의 부호를 언제나 양수로 하여 표현하기 때문에 전체적으로 지수값에서 128을 더한 값인 0부터 255로 표현한다. 그러므로 실제 지수값은 표현된 값인 0부터 255에서 128을 삭제하여야 실제 지수값이 된다. 따라서 삭제해주어야 하는 128이이라는 숫자가 바이어스값이 된다.

바운딩 박스의 좌표값과 원점 좌표값 사이의 차이값은 아래 수식으로 표현할 수 있다.

위의 수식에서, Bi는 바운딩 박스의 좌표값과 원점 좌표값 사이의 차이값의 고정소수점값일 수 있고, Be는 바운딩 박스의 좌표값과 원점 좌표값 사이의 차이값의 지수 값일 수 있다.

곱한값 획득부(230)가 광선의 방향벡터의 역수값의 가수값(500)에 기설정된 값을 더하는 것(510)은 아래 수식으로 표현될 수 있다. 아래와 같은 수식의 의미는 부동소수점 표현에서 생략된 소수점 위 1값을 복원하는 것일 수 있다.

곱한값 획득부(230)는 광선의 방향벡터의 역수값의 부호비트를 이용하여 광선의 방향벡터의 역수값의 부호를 결정하는 것은 아래와 같은 수식으로 표현될 수 있다. 아래 수식의 의미는 부동소수점 값의 부호 값을 복원하는 것일 수 있다.

자리 이동부(310)가 곱한 값을 자리이동(550)하여 자리 이동한 값을 획득(560)할 때 자리 이동하는 값은 아래 아래 수식으로 표현될 수 있다. 자리 이동이란 곱한 값에 대해 좌측으로 자리 이동하여 고정 소수점 값의 소수점 위치를 맞추는 것일 수 있다. 아래 수식의 값이 음수인 경우, 해당 값의 절대 값 만큼 우측으로 자리 이동할 수 있다. 아래에서 Ce는 곱한 값의 지수 값일 수 있다. 곱한 값에서 아래 수식의 값에 대해 자리 이동한 값은 곱한 값의 고정 소수점 값일 수있다.

공간분할 가속구조의 노드가 AABB(Axis-Aligned Bounding Box, 축방향 정렬된 상자)로 이루어진 시스템에서 공간-노드 교차 검사에 대해 장치(300)가 AABB 기반의 광선-노드 교차 검사를 하는 것을 아래의 수식으로 표현할 수 있다.

위의 수식에서 {x,y,z}는 3차원 좌표계에서 각 축을 의미할 수 있다. LB는 AABB 각축의 최소 값일 수 있다. UB는 AABB 각축의 최대 값을 의미할 수 있다. O: 광선의 각축의 원점(origin)을 의미할 수 있다. W는 광선의 각축의 방향의 역수(inverse direction)를 의미할 수 있다. 위 수식에서 MMult는 장치(300)의 곱한 값 획득부에 해당할 수 있다. MinT가 MaxT 보다 작거나 같은 경우에는 광선과 노드가 교차할 수 있다.

광선 추적 시스템에서 AABB의 최대값, 최소 값 및 광선의 원점은 한정된 값의 범위를 가지도록 할 수 있다. 그러나 광선의 방향의 역수는 매우 넓은 범위의 값을 가질 수 있다. 따라서 넓은 범위의 값을 갖는 광선의 방향의 역수에 대해서 부동소수점 값을 취하고 나머지에 대해서는 고정소수점을 취하여, 부동소수점으로만 구성한 교차 검사기와 비교하여 낮은 비용으로 유사한 정밀도를 얻을 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따라 광선-노드 교차 검사를 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 표현 가능한 수의 범위를 조절하는 방법은 도 2에 도시된 장치(200)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 2에 도시된 장치(200)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도6의 방법에도 적용됨을 알 수 있다. 단계 S600에서, 바운딩 박스의 좌표값 및 광선의 원점 좌표 값을 고정 소수점 값으로 입력받을 수 있다. 단계 S610에서, 입력받은 바운딩 박스의 좌 표값과 원점 좌표값 사이의 차이값을 획득할 수 있다. 단계 S620에서, 획득한 차이값과 부동 소수점 값인 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득할 수 있다.

도 7은 다른 실시예에 따라 광선-노드 교차 검사를 수행하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 표현 가능한 수의 범위를 조절하는 방법은 도 3에 도시된 장치(300)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 3에 도시된 장치(200)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도7의 방법에도 적용됨을 알 수 있다.

단계 S600에서, 바운딩 박스의 좌표값 및 광선의 원점 좌표 값을 고정 소수점 값으로 입력받을 수 있다. 단계 S610에서, 입력받은 바운딩 박스의 좌 표값과 원점 좌표값 사이의 차이값을 획득할 수 있다. 단계 S620에서, 획득한 차이값과 부동 소수점 값인 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득할 수 있다. 단계 S700에서, 곱한 값을 기 설정된 자리수만큼 자리 이동할 수 있다.

본 실시 예들에 따른 장치는 프로세서, 프로그램 데이터를 저장하고 실행하는 메모리, 디스크 드라이브와 같은 영구 저장부(permanent storage), 외부 장치와 통신하는 통신 포트, 터치 패널, 키(key), 버튼 등과 같은 사용자 인터페이스 장치 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈 또는 알고리즘으로 구현되는 방법들은 상기 프로세서상에서 실행 가능한 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드들 또는 프로그램 명령들로서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체 상에 저장될 수 있다. 여기서 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체로 마그네틱 저장 매체(예컨대, ROM(read-only memory), RAM(random-access memory), 플로피 디스크, 하드 디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예컨대, 시디롬(CD-ROM), 디브이디(DVD: Digital Versatile Disc)) 등이 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템들에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 판독 가능한 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 매체는 컴퓨터에 의해 판독가능하며, 메모리에 저장되고, 프로세서에서 실행될 수 있다.

본 실시 예는 기능적인 블록 구성들 및 다양한 처리 단계들로 나타내어질 수 있다. 이러한 기능 블록들은 특정 기능들을 실행하는 다양한 개수의 하드웨어 또는/및 소프트웨어 구성들로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시 예는 하나 이상의 마이크로프로세서들의 제어 또는 다른 제어 장치들에 의해서 다양한 기능들을 실행할 수 있는, 메모리, 프로세싱, 로직(logic), 룩 업 테이블(look-up table) 등과 같은 직접 회로 구성들을 채용할 수 있다. 구성 요소들이 소프트웨어 프로그래밍 또는 소프트웨어 요소들로 실행될 수 있는 것과 유사하게, 본 실시 예는 데이터 구조, 프로세스들, 루틴들 또는 다른 프로그래밍 구성들의 조합으로 구현되는 다양한 알고리즘을 포함하여, C, C++, 자바(Java), 어셈블러(assembler) 등과 같은 프로그래밍 또는 스크립팅 언어로 구현될 수 있다. 기능적인 측면들은 하나 이상의 프로세서들에서 실행되는 알고리즘으로 구현될 수 있다. 또한, 본 실시 예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단”, “구성”과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 상기 용어는 프로세서 등과 연계하여 소프트웨어의 일련의 처리들(routines)의 의미를 포함할 수 있다.

본 실시 예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.

본 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (18)

1. 바운딩 박스의 좌표값 및 광선의 원점 좌표 값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받는 단계;
   상기 입력받은 바운딩 박스의 좌표값과 원점 좌표값 사이의 차이값을 획득하는 단계;
   상기 획득한 차이값과 상기 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득하는 단계를 포함하고,
   상기 역수값은 부동 소수점(floating point)값이고,
   상기 곱한 값을 획득하는 단계는,
   상기 역수 값의 가수 값에 기 설정된 값을 더하여 조정한 값을 획득하는 단계;
   상기 더한 값의 부호를 결정하는 단계; 및
   상기 결정된 부호 값을 적용한 상기 더한 값과 상기 차이 값을 곱한 값을 획득하는 단계를 포함하고,
   상기 기 설정된 값은, 부동 소수점값으로 표현된 상기 역수 값의 가수부의 비트수를 지수로 하는 2의 지수승 값인 광선-노드 교차검사를 수행하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 입력받는 단계는,
   상기 바운딩 박스의 좌표값중 최대값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받는 단계를 포함하고,
   상기 차이값을 획득하는 단계는,
   상기 입력받은 최대값과 원점 좌표값의 차이값을 획득하는 단계를 포함하고,
   상기 곱한 값을 획득하는 단계는,
   상기 획득한 최대값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 상기 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득하는 단계를 포함하는 광선-노드 교차검사를 수행하는 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 입력받는 단계는,
   상기 바운딩 박스의 좌표값중 최소값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받는 단계를 포함하고,
   상기 차이값을 획득하는 단계는,
   상기 입력받은 최소값과 원점 좌표값의 차이값을 획득하는 단계를 포함하고,
   상기 곱한 값을 획득하는 단계는,
   상기 획득한 최소값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 상기 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득하는 단계를 포함하는 광선-노드 교차검사를 수행하는 방법.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 곱한 값을 기 설정된 자리수만큼 자리 이동하는 단계를 더 포함하는 광선-노드 교차검사를 수행하는 방법.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 곱한 값을 획득하는 단계는,
   상기 역수 값의 부호 비트를 이용하여 상기 부호를 결정하는 광선-노드 교차검사를 수행하는 방법.
8. 제 5항에 있어서,
   상기 자리 이동하는 단계는,
   상기 역수 값의 지수 값, 상기 차이 값의 지수 값, 상기 곱한 값의 지수 값 및 상기 역수 값의 가수부의 비트수를 이용해서 자리이동하는 광선-노드 교차검사를 수행하는 방법.
9. 제 5항에 있어서,
   상기 자리 이동한 곱한 값은, 고정소수점 값인 광선-노드 교차검사를 수행하는 방법.
10. 바운딩 박스의 좌표값 및 광선의 원점 좌표 값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받는 입력부;
    상기 입력받은 바운딩 박스의 좌표값과 원점 좌표값 사이의 차이값을 획득하는 차이 값 획득부;
    상기 획득한 차이값과 상기 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득하는 곱한 값 획득부를 포함하고,
    상기 역수값은 부동 소수점(floating point)값이고,
    상기 곱한 값 획득부는,
    상기 역수 값의 가수 값에 기 설정된 값을 더한 값을 획득하고, 상기 더한 값의 부호를 결정하고, 상기 결정된 부호 값을 적용한 상기 더한 값과 상기 차이 값을 곱한 값을 획득하고,
    상기 기 설정된 값은, 부동 소수점값으로 표현된 상기 역수 값의 가수부의 비트수를 지수로 하는 2의 지수승 값을 이용하여 설정되는 광선-노드 교차검사를 수행하는 장치.
11. 제 10항에 있어서,
    상기 입력부는,
    상기 바운딩 박스의 좌표값중 최대값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받고,
    상기 차이 값 획득부는,
    상기 입력받은 최대값과 원점 좌표값의 차이값을 획득하고,
    상기 곱한 값 획득부는,
    상기 획득한 최대값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 상기 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득하는 광선-노드 교차검사를 수행하는 장치.
12. 제 10항에 있어서,
    상기 입력부는,
    상기 바운딩 박스의 좌표값중 최소값을 고정 소수점(fixed point)값으로 입력받고,
    상기 차이값 획득부는,
    상기 입력받은 최소값과 원점 좌표값의 차이값을 획득하고,
    상기 곱한 값 획득부는,
    상기 획득한 최소값과 원점 좌표값 사이의 차이값과 상기 광선의 방향벡터의 역수값을 곱한 값을 획득하는 광선-노드 교차검사를 수행하는 장치.
13. 삭제
14. 제 10항에 있어서,
    상기 곱한 값을 기 설정된 자리수만큼 자리 이동하는 자리 이동부를 더 포함하는 광선-노드 교차검사를 수행하는 장치.
15. 삭제
16. 제 10항에 있어서,
    상기 곱한 값 획득부는,
    상기 역수 값의 부호 비트를 이용하여 상기 부호를 결정하는 광선-노드 교차검사를 수행하는 장치.
17. 제 14항에 있어서,
    상기 자리 이동부는,
    상기 역수 값의 지수 값, 상기 차이 값의 지수 값, 상기 곱한 값의 지수 값 및 상기 역수 값의 가수부의 비트수를 이용해서 자리이동하는 광선-노드 교차검사를 수행하는 장치.
18. 제 14항에 있어서,
    상기 자리 이동한 곱한 값은, 고정소수점 값인 광선-노드 교차검사를 수행하는 장치.

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