KR20080052328A - 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법 및 장치 - Google Patents

광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치는 사전에 생성되는 데이터로 광선다발을 저장하는 광선 다발 저장부, 지오메트리 데이터에 대하여 삼각형을 이루는 각각의 정점 정보를 가진 지오메트리 삼각형 데이터를 저장하는 광선 다발 저장부, 공간 분할 및 바운딩 볼륨 계층구조 정보와 공간 분할 및 바운딩 계층구조 정보를 저장하는 계층구조 저장부, 상기 계층구조 저장부와 상기 지오메트리 데이터 저장부로부터 각각 상기 지오메트리 삼각형 데이터, 상기 공간 분할 및 바운딩 볼륨 계층구조 정보와 상기 바운딩 계층구조 정보를 입력받아 최종 종단 노드별로 지오메트리의 삼각형 데이터를 재정렬하여 삼각형 데이터를 생성하는 가상페이저, 삼각형들 별로 재정렬한 데이터를 수신하여 페이지 메모리 형식에 맞추어 각각의 삼각형들에 대응하는 페이지 메모리들을 형성하고 가상페이저의 출력인 삼각형 데이터를 페이지별로 저장하는 가상 페이지 메모리부, 페이지 데이터를 파이프라인 처리하며, 가상 페이지 메모리부의 페이지 메모리 중에서 충돌 검사하기 위한 페이지 메모리를 미리 저장하는 가상 페이지 캐시부, 가상 페이지 캐시에 저장된 페이지 메모리와 광선다발 저장부의 광선다발을 입력으로하여 광선과 삼각형의 충돌을 검사하는 광선-삼각형 충돌 처리부 및 광선-삼각형 충돌 처리부로부터 처리된 각각의 광선과 충돌이 일어난 삼각형에 대한 출력을 저장하는 결과 저장부로 구성되므로, 광선 추적법을 사용한 렌더링에서 고속을 광선과 삼각형 충돌 검사를 위한 것이며, 실시간 물리 시뮬레이션 등에 사용될 수 있다.
지오메트리 데이터 저장부, 계층구조 저장부, 가상 페이져, 가상 페이지 메모리부

Description

광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD OF RAY-TRIANGLE COLLISION DETECTION FOR RAY-TRACING}
본 발명은 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 광선 추적법에서 광선과 지오메트리 데이터간에 충돌을 빠르게 계산하고, 3차원 공간에서 충돌점, 충돌여부, 텍스쳐 좌표 등을 고속으로 계산하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-045-01, 과제명: 기능 확장형 초고속 랜더러 개발].
렌더링이란 완전한 3D객체로 계산되어있는 3차원 물체를 우리의 보통눈으로도 입체감을 느끼게 해주기 위해 모양-위치-광원-시점 등의 네가지 이상 정보를 입혀서 2차원 그림으로 그려내는 것을 말한다.
이런 렌더링은 당연히 3차원물체에 그림을 정교하게 입혀 2차원의 그림 한 장으로 만들어야하는 수고로운 알고리즘 덕에 한장 한장 그릴 때마다 시간이 무척 많이 걸리며, 우리가 흔히 아는 3D 애니메이션들은 바로 이렇게 해서 탄생한 그림 한장 한장을 다시 24장 이상씩 모아서 초단위로 편집해줌으로서 실제 움직이는 것처럼 보이게 되는 것이다.
그러나 그래픽 프로세서의 발전과 알고리즘의 개선으로 우리는 이런 영상의 세계를 '실시간렌더링'(3차원 물체를 2차원으로 그려내는 작업이 1초에 24장 이상씩 그려지는 상황)으로 일반인이 가지고 있는 데스크탑 컴퓨터를 통해 느낄 수 있게 되었다.
물론 이러한 실시간렌더링은 다양한 렌더링기법 중 '아주 실제적인 렌더링기법'보다는 '단순품격의 렌더링기법'을 쓰게 되는게 통상적이다.
이러한 단순품격의 렌더링 알고리즘으로는 Z버퍼알고리즘, 스캔라인알고리즘으로 대변되는 선제거기법(수많은 선으로 이뤄져있는 객체의 선을 미끈한 표면으로 정리해줌), 텍스처-범프-인바이런먼트맵핑으로 대표되는 표면매핑기법, 퐁과 블린모델로 대표되는 지역조명반사법(physically based local illumination modeling)이 있다.
우리가 지금 흔히 보는 최신 3D 게임들의 실시간 렌더링 즉 실시간 그래픽구사환경은 바로 위에 열거된 기법들에 의해 그래픽 프로세서가 자신의 하드웨어에 맞게 주어진 소프트웨어환경(DirectX 나 OpenGL 등의 API)을 가지고서 구현해내는 것인데, 그러나 3차원 그래픽 소프트웨어로 연출용 애니메이션이나 그림을 그려야할 경우는 당연히 실시간으로 구현할 필요가 없기 때문에 좀 더 고품격의 렌더링기법들을 쓰게 된다. 이러한 고품격 렌더링 기법 중에 하나가 전역조명렌더링 즉 Global illumination 모델링 기법으로, 광선추적법렌더링(Ray Tracing)과 난반사조 명구현법(Radiosity) 포톤맵광선추적법(Photon map ray tracing) 이 대표적이다.
이중 광선추적법 렌더링의 경우, 종래에는 광선과 지오메트리 데이터와 충돌 검사를 위하여 지오메트리 데이터를 계층구조(Hierarchical Structure or Bounding Volume Hierarchy) 혹은 공간분할(Space Subdivision) 형태의 구조로 만들어 충돌 검사의 속도를 높이고자 하였다.
그러나, 광선 추적법 렌더링의 경우 광선과 지오메트리 데이터의 충돌 검사를 하드웨어로 구현하는 경우 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 삼각형 메모리의 재사용성 고려하지 못하여 그 메모리의 가동율이 떨어지는 문제가 있다.
두 번째로 계층적 구조 및 공간분할에 의한 지오메트리 구조에 따른 메모리 구조를 사용하므로 광선과 삼각형의 충돌처리 이전에 처리할 수 없으므로 렌더링에 소요되는 시간이 길어지게 되는 문제점이 있다.
따라서, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 Advanced Micro Devices, Inc.가 출원한 미국특허 제US7012604호에 개시된 바와 같이, 다수개의 tracing Processor와 shading Processor를 사용하여 광선(Ray)의 계산과 화소의 컬러값 계산을 병렬로 처리하여 광선이 발생하는 부분에서 그 속도를 향상시키기고자 하였다. 하지만, 이와 같이 광선이 발생하는 부분에서 생성된 데이터에 대한 처리는 종래 기술에 의해 동일하게 처리되므로 실질적으로 광선추적법을 이용하여 렌더링시에 그 속도를 향상시켰다고 할 수 없다. 따라서, 그 광선의 처리시에도 빠르게 처리할 필요성이 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고 그 필요성을 충족시키기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 각종 계층적 구조를 이용하여 광선과 삼각형 메쉬 간에 충돌 속도를 높이는 알고리즘을 하드웨어로 구현하고자 할 때, 메모리 구조 및 캐시 구조를 효율적으로 구성한 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법 및 장치를 제공하는 데에 있는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 광선의 삼각형 메모리 재사용성을 고려하여 계층 구조상에 변환기(transformer)를 포함시켜 동적인(dynamic) 환경에서 데이터의 변화에 대하여 메모리에서 다시 읽지 않고 재사용할 수 있도록 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법 및 장치를 제공하는 데에 있는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 데이터를 최종 종단 노드별로 지오메트리의 삼각형 데이터를 재정렬하고, 이 재정렬된 데이터를 충돌 검사하여 데이터 입력을 효율적으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법 및 장치를 제공하는 데에 있는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 삼각형 데이터의 충돌을 처리하기 위하여 광선-삼각형 충돌 처리부를 가상페이저, 가상 페이지 메모리부, 가상 페이지 캐시부 및 결과 저장부와 병렬로 구성하여 그 전송 속도를 향상시킨 광선-삼각형 충돌 처리 방법 및 장치를 제공하는 데에 있는 것이다.
본 발명의 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치는, 사전에 생성되는 데이터로 광선다발을 저장하는 광선 다발 저장부, 지오메트리 데이터에 대하여 삼각형을 이루는 각각의 정점 정보를 가진 지오메트리 삼각형 데이터를 저장하는 지오메트리 데이터 저장부, 공간 분할 및 바운딩 볼륨 계층구조 정보와 공간 분할 및 바운딩 계층구조 정보를 저장하는 계층구조 저장부, 계층구조 저장부와 지오메트리 데이터 저장부로부터 각각 지오메트리 삼각형 데이터, 공간 분할 및 바운딩 볼륨 계층구조 정보와 바운딩 계층구조 정보를 입력받아 최종 종단 노드별로 지오메트리의 삼각형 데이터를 재정렬하여 삼각형 데이터를 생성하는 가상페이저, 삼각형들 별로 재정렬한 데이터를 수신하여 페이지 메모리 형식에 맞추어 각각의 삼각형들에 대응하는 페이지 메모리들을 형성하고 가상페이저의 출력인 삼각형 데이터를 페이지별로 저장하는 가상 페이지 메모리부, 페이지 데이터를 파이프라인 처리하며, 가상 페이지 메모리부의 페이지 메모리 중에서 충돌 검사하기 위한 페이지 메모리를 미리 저장하는 가상 페이지 캐시부, 가상 페이지 캐시에 저장된 페이지 메모리와, 광선다발 저장부의 광선다발을 입력으로하여 광선과 삼각형의 충돌을 검사하는 광선-삼각형 충돌 처리부와, 광선-삼각형 충돌 처리부로부터 처리된 각각의 광선과 충돌이 일어난 삼각형에 대한 출력을 저장하는 결과 저장부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법은, 광선을 발생시키고 광선을 지오메트리 계층구조를 따라 순회시키고 획득된 장면 데이터를 광선다발, 지오메트리 데이터의 계층구조 및 지오메트리 삼각형 데이터로 구분하여 광선다발 저장부, 계층구조 저장부 및 지오메트리 데이터 저장부에 각각 저장하는 저장단계와, 저장된 광선다발, 지오메트리 데이터의 계층구조 및 지오메트리 삼각형 데이터를 이용하여 장면 데이터를 충돌 검사하는 검사단계와, 충돌 검사한 그 결과값을 출력하고 출력된 값을 결과저장부에 저장하는 저장단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 광선 추적법을 이용한 렌더링에서 렌더링을 가속하기 위하여 가장 병목점이 되는 광선과 삼각형의 충돌 부분에서 가속할 수 있는 장치를 고안하고 계층적 구조(OBB-tree, KD-tree, Binary-tree, AABB-tree 등과 같은 bounding volume hierarchy)를 이용하여 광선과 삼각형 메쉬간에 충돌 속도를 높인 효과가 있다.
또한, 본 발명은 계층 구조상에 변환기(transformer)를 포함시켜 동적인 환경에서 데이터의 변화에 대하여 메모리에서 다시 읽지 않고 재사용할 수 있도록 하여 광선의 삼각형 메모리 재사용성을 높인 효과가 있다.
또한, 본 발명은 데이터를 최종 종단 노드별로 지오메트리의 삼각형 데이터를 재정렬하고, 이 재정렬된 데이터의 충돌을 검사하여 데이터 입력을 효율적으로 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 삼각형 데이터의 충돌을 처리하기 위하여 광선-삼각형 충돌 처리부를 가상페이저, 가상 페이지 메모리부, 가상 페이지 캐시부 및 결과 저장부와 병렬로 구성하여 그 전송 속도를 향상시킨 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 광선-삼각형 충돌 검사 장치에 대한 전체 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하여 보면, 먼저, 본 발명에 따른 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌처리 장치는 주메모리(Main Memory)(100), 광선 다발 저장부(Ray Bundle Memory ; RBM)(104), 지오메트리 데이터 저장부(Geometry Data Memory ; GDM)(108), 계층구조 저장부(Hierarchy Structure Memory ; HSM)(106), 가상페이저(virtual pager ; VP)(110), 가상 페이지 메모리부(Virtual Paged Memory ; VPM)(112), 가상페이지 캐시부(Virtual Paged Cache ; VPC)(114), 광선-삼각형 충돌처리부(Ray Triangle Collision Detection Pipe ; RTCDP)(116), 결과 저장부(Output Memory)(118) 및 컨트롤러(controller)(120)로 구성된다.
주메모리(100)는 광선 다발 저장부(104), 지오메트리 데이터 저장부(108), 계층구조 저장부(106)와 버스 인터페이스(102)를 통해 연결되어 있으며, 도시되지 않은 입력장치와 DSP 등에 의해 처리된 영상의 장면 데이터를 본 발명에 의해 광선 삼각형 충돌 처리된 영상 데이터 및 광선다발로 처리하기 위하여 실시간 또는 사전에 저장하고 있다.
버스 인터페이스(102)는 DMA(Direct Memory Access) 및 컨트롤러(120)에 등에 의해 제어되어 광선 다발 저장부(104), 지오메트리 데이터 저장부(108), 계층구 조 저장부(106) 중 어느 하나를 주메모리(100)와 연결하여 데이터를 송/수신할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명에서 사전에 생성되는 데이터는 삼각형 메쉬로 구성되는 지오메트리 데이터와 광선다발이다. 지오메트리 데이터와 광선다발은 각각 가상페이저(110) 및 광선-삼각형 충돌 처리부(116)의 입력으로 사용된다.
광선 다발 저장부(104)는 광선 추적법에서 광선을 한 개씩 읽을 경우 이를 처리하는 제어장치 및 인터페이스 버스(102) 등의 하드웨어에서 효율성이 떨어지므로 주메모리(100)로부터 1개 이상의 광선다발로 DMA의 제어를 받아 읽어 온다.
지오메트리 데이터 저장부(108)에서는 삼각형 형태의 데이터로 단순화된 장면 데이터에 대하여 삼각형을 이루는 각각의 정점 정보를 가진 지오메트리 삼각형 데이터를 저장하고 있다. 따라서, 이후에는 지오메트리 데이터 저장부(108)에 저장되는 데이터를 지오메트리 삼각형 데이터라고 지칭한다. 가상페이저(110)가 재정렬하여 구성한 삼각형 데이터는 계층구조 저장부(106)에서 저장된 지오메트리의 계층구조를 입력으로하고 지오메트리 저장부에 저장된 삼각형 메쉬를 이루는 버텍스들을 입력으로 하여 가상 페이지 메모리를 구성한다.
계층구조 저장부(106)에서는 광선다발과 지오메트리 삼각형 데이터와 관련된 공간 분할 및 바운딩 볼륨 계층구조 정보와 바운딩 계층구조 정보를 저장하고 있다.
가상페이저(110)는 계층구조 및 공간분할 정보를 담고 있는 계층구조 저장부(106)와 지오메트리 삼각형 데이터를 담고 있는 지오메트리 데이터 저장부(108) 로부터 입력을 받아 최종 종단 노드별로 지오메트리의 삼각형 데이터를 재정렬한다. 가상페이저(110)의 지오메트리 삼각형 데이터의 재정렬은 계층구조 저장부(106)의 계층구조를 입력으로 하여 지오메트리 데이터 저장부(108)의 지오메트리 삼각형 데이터를 종단 노드에 존재하는 삼각형들 별로 재정렬하는 것이다. 이와 같이 가상페이저에 의해 지오메트리 삼각형 데이터를 재정렬한 데이터를 삼각형 데이터라고 지칭하며 이를 가상 페이지 메모리부(112)로 전송한다.
재정렬에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 가상페이저(110)가 재정렬하여 구성한 삼각형 데이터는 계층구조 저장부에서 저장된 지오메트리의 계층구조를 입력으로하고 지오메트리 저장부에 저장된 삼각형 메쉬를 이루는 버텍스들을 입력으로 하여 가상의 페이지 메모리를 구성한다. 삼각형 데이터의 삼각형은 3개의 버텍스로 이루어지고, 가상의 페이지 메모리는 종단노드 한 개에 포함되는 삼각형들을 가상 페이지 메모리의 대응하는 한 페이지에 저장한다.
만약, 후술하는 물리적 메모리(113)라면 종단노드의 삼각형의 개수에 따라 한 페이지내 혹은 그이상의 페이지에 저장될 수 있으며, 물리 메모리(113)의 섹터에 순차적으로 저장된다.
가상 페이지 메모리부(112)는 삼각형들 별로 재정렬한 삼각형 데이터를 수신하여 페이지 메모리 형식에 맞추어 각각의 삼각형들에 대응하는 페이지 데이터들을 형성한다. 가상 페이지 메모리부(112)는 가상페이저(110)의 출력인 종단노드별로 정렬된 페이지 데이터를 페이지별로 저장한다.
한편, 광선-삼각형 충돌 처리부(116)에서 데이터를 파이프라인 처리하기 위 하여 가상페이지 캐시부(114)가 있다. 가상페이지 캐시부(114)는 가상 페이지 메모리부(112)에서 종단노드를 의미하는 페이지 데이터 중에서 충돌 검사하기 위한 페이지 데이터를 미리 저장하여 둔다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 광선-삼각형 충돌 검사 장치의 구성 중 파이프라인 처리를 설명하기 위한 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 2를 참조하여 보면, 파이프라인 처리는 가상 페이지 메모리부(112)에서 페이지 데이터를 제2 가상페이지 캐시부(114-2)에 쓰는 동안 제1 가상페이지 캐시부(114-1)의 데이터가 광선-삼각형 충돌처리부(116)로 입력되고 제1 가상페이지 캐시부(114-1)의 데이터를 모두 사용한 경우 제2 가상페이지 캐시부(114-2)의 데이터가 광선-삼각형 충돌 처리부(116)로 입력되는 동안 제1 가상페이지 캐시부(114-1)로 가상 페이지 메모리부(112)가 페이지 데이터를 쓰는 과정을 일컫는다.
광선-삼각형 충돌 처리부(116)는 광선 다발저장부(104)로부터 광선다발을 수신하여 광선다발을 재정렬한다. 지오메트리 삼각형 데이터는 병렬로 연결된 가상 페이지 메모리부(112)로부터 가상페이지 캐시부(114)를 통해 수신한다. 광선-삼각형 충돌 처리부(116)는 수신하여 재정렬시킨 광선다발 및 지오메트리 삼각형 데이터 충돌에 대하여 검사한다.
다시 도 1을 참조하여 보면, 지오메트리 삼각형 데이터의 충돌을 검사하기 위하여 광선-삼각형 충돌 처리부(116)를 가상페이저(110), 가상 페이지 메모리부(112), 가상 페이지 캐시부(114), 결과 저장부(118) 및 컨트롤러(120)와 병렬로 연결하고 컨트롤러(120)의 제어에 의해서 가상 페이지 메모리부(112)와 가상 페이 지 메모리부(112)로부터 종단 노드의 삼각형 데이터를 입력으로 수신한다.
광선-삼각형 충돌 처리부(116)에서의 출력은 광선다발과 지오메트리 삼각형 데이터의 충돌 결과로서 충돌점, 텍스처 좌표(u, v), 광선의 출발점(o)과 방향(d)으로 구성되는 벡터(v)에 대하여 충돌된 삼각형까지의 거리(t)를 연산한다.
또한, 광선-삼각형 충돌 처리부(116)는 삼각형 데이터를 가상 페이지 메모리부(112)에서 다시 읽어 오지 않기 위하여 변환기(transformer)를 포함한다.
결과 저장부(118)는 광선-삼각형 충돌 처리부(116)로부터 처리된 각각의 광선에 대하여 충돌이 일어난 삼각형에 대하여 충돌거리(t)가 가장 짧은 충돌거리값(t)과 그때의 텍스처좌표(u, v), 충돌점 등을 저장하며 또한 필요한 경우 출력장치 등을 통해 이를 출력한다.
한편, 도시된 광선-삼각형 충돌 처리부(116)를 가상페이저(110), 가상 페이지 메모리부(112), 가상 페이지 캐시부(114), 결과 저장부(118) 및 컨트롤러(120)와 병렬로 연결하고 다시 다른 광선-삼각형 충돌 처리부(116)를 병렬로 연결할 수 있다. 이 경우, 2개의 광선-삼각형 충돌 처리부(116)가 2개의 가상페이지 캐시부(114-1, 114-2)를 병렬로 상호 공유할 수도 있고, 각각 대응하여 1:1로 존재할 수도 있다. 이때, 두 경우에 있어 그 기록되는 데이터는 같은 것이다. 즉, 2개의 광선-삼각형 충돌처리부(116)의 입력은 동일하기 때문에 병렬로 처리할 때 가상 페이지 메모리부(112)에서 가상페이지 캐시(114-1, 114-2)로 읽어오는 곳이 병목이 되지 않는다. 다만 광선다발 저장부(106)에서 입력되는 광선이 각 파이프라인마다 다르다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 충돌 검사를 포함하는(혹은 충돌 검사로 구성되는) 광선추적법의 절차를 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하여 보면, 먼저 광선을 발생시킨다(S302). 이와 같이 발생된 광선은 후술하는 도 5a 및 도 5b에서와 같은 지오메트리 데이터의 계층구조로 구성시킬 수 있다.
지오메트리 계층구조를 따라 전위순회(tree traverse)하여(S304), 그 각각의 장면 데이터를 광선다발, 지오메트리 데이터의 계층구조 및 지오메트리 삼각형 데이터로 구분하고 상기 각각의 정보를 광선다발 저장부(104), 계층구조 저장부(106) 및 지오메트리 데이터 저장부(108)에 각각 저장한다.
광선-삼각형 충돌 처리부(116)는 이와 같이 각각 저장된 광선다발, 지오메트리 데이터의 계층구조 및 지오메트리 삼각형 데이터를 충돌 검사한다(S306).
그리고, 광선-삼각형 충돌 처리부(116)는 충돌 검사한 그 결과값을 출력한다(S308). 이 출력된 값은 결과저장부(118)에 저장된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 계층구조 저장부와 지오메트리 데이터 저장부에서의 데이터구조를 보여주는 데이터 구조도이다.
도 4를 참조하여 보면, 계층구조 저장부(106)와 지오메트리 데이터 저장부(108)는 버스 인터페이스(102)를 통해 주메모리(100)와 컨트롤러(120)에 연결되어 있다. 버스 인터페이스(102)는 도시되지 않은 DMA의 제어 및 컨트롤러(120)의 제어를 받아 주메모리(100)에 접근하고 그 정보를 읽어 온다.
계층구조 저장부(106)는 다수의 계층구조 정보가 데이터열 형태로 저장되어 있다. 하나의 계층구조를 구성하는 데이터열을 살펴보면, 노드의 색인(Index of Node ; IN), 부모의 색인(Index of Parent ; IP), 아들의 색인(Index of Child ; IC)으로 구성된다. 노드의 색인은 계층을 구성하는 노드의 색인 정보를 코드화한 것이며, 일련 번호로 저장된다. 그리고, 부모의 색인은 부모 계층의 색인이 위치하는 계층 정보를 코드화한 것이다. 그리고, 아들의 색인은 아들 계층의 색인이 위치하는 계층 정보를 코드화한 것이다.
지오메트리 데이터 저장부(108)는 다수의 지오메트리 삼각형 데이터를 구성하는 다수의 데이터열로 구성되어 있다. 그 중 지오메트리 삼각형 데이터를 구성하는 하나의 데이터열을 살펴보면, 맨 앞에 위치한 페이지 번호(Page Number ; PN)가 할당되고, 그 다음 3개의 블록을 할당해서 삼각형의 색인0이 배치되고, 다음 3개의 블록을 할당해서 삼각형의 색인1이 배치된다. 마지막에는 삼각형의 색인(n-1)1/3이 배치되어 하나의 데이터열을 구성한다. 이와 같이 하나의 데이터열은 하나의 장면 데이터를 구성하게 된다. 이와 같은 다수의 장면 데이터가 합쳐서 에니메이션을 구성한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 계층구조 저장부와 지오메트리 데이터 저장부로부터 가상페이저가 가상 페이지 메모리부를 구성하는 예를 나나태는 데이터 구조도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하여 보면, 먼저 도 5a에서 어떤 한 장면(scene)을 다수의 삼각형으로 데이터화한 장면 데이터(scene data)를 계층구조화 시킨 예가 나타나 있다.
장면 데이터는 계층구조로 대응되고, 계층구조는 노드번호와 대응된다. 이와 같이 계층구조화된 장면 데이터는 계층구조 저장부(106)에 저장된다. 그리고, 장면 데이터를 삼각형으로 단순화시킨 지오메트리 삼각형 데이터의 각 정점, 즉 꼭지점의 좌표가 지오메트리 데이터 저장부(108)에 저장된다.
이와 같이 계층구조 저장부(106)에 저장된 계층구조 정보는 공간 분할 및 바운딩 볼륨 계층구조 정보와 바운딩 계층구조 정보를 저장하고 있다.
가상페이저(110)는 계층구조 및 공간분할 정보를 담고 있는 계층구조 저장부(106)와 지오메트리 삼각형 데이터를 저장하고 있는 지오메트리 데이터 저장부(108)로부터 계층구조 및 공간분할 정보와 지오메트리 삼각형 데이터를 입력으로 수신받아 최종 종단 노드별로 지오메트리의 삼각형 데이터를 재정렬한다. 가상페이저(VP)의 지오메트리 삼각형 데이터의 재정렬은 계층구조 저장부(HSM)의 계층구조를 입력으로 하여 지오메트리 데이터 저장부(GDM)의 삼각형 데이터를 종단 노드에 존재하는 삼각형들 별로 재정렬하는 것이다. 이와같이 재정렬한 삼각형 데이터를 가상 페이지 메모리부(112)로 전송하면, 가상 페이지 메모리부(112)에서 이를 페이지 데이터로 저장하고, 가상 페이지 캐시부(114) 및 광선-삼각형 충돌 처리부(116)와 함께 컨트롤러의 제어를 받아 파이프라인 처리한다.
가상 페이지 메모리부(112)는 우측에 표시된 물리 메모리(113)와 동일한 정보를 저장하지만, 그 구조는 상이하다. 이에 대해서는 도 6을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 페이지 메모리와 물리 메모리의 관계를 예시적으로 대비하여 나타낸 데이터 구조도이다.
도 6을 참조하여 보면, 가상 페이지 메모리의 각각의 삼각형들 별로 구분된 페이지 메모리는 각 삼각형의 계층구조 정보 및 페이지 데이터를 포함하고 있으므로 그 메모리의 크기가 다를 수 있다. 즉, 하나의 삼각형에 대응하는 하나의 페이지 메모리는 하나의 라인에 다른 용량을 가질 수도 있도록 저장할 수 있다. 그러나, 물리 메모리(113)에서는 각 섹터당 저장하는 용량이 한정되어 있으므로 해당 모든 물리 메모리(113) 내의 페이지 데이터는 각 섹터당 동일한 메모리 용량을 갖도록 저장된다.
도 1은 본 발명에 따른 광선-삼각형 충돌 검사 장치에 대한 전체 구성을 도시한 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1의 광선-삼각형 충돌 검사 장치의 구성 중 파이프라인 처리를 설명하기 위한 구성을 도시한 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 충돌 검사를 포함하는 (혹은 충돌 검사로 구성되는) 광선추적법의 절차를 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 계층구조 저장부와 지오메트리 데이터 저장부에서의 데이터구조를 보여주는 데이터 구조도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 계층구조 저장부와 지오메트리 데이터 저장부로부터 가상페이저가 가상 페이지 메모리부를 구성하는 예를 나타내는 데이터 구조도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가상 페이지 메모리와 물리 메모리의 관계를 예시적으로 대비하여 나타낸 데이터 구조도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
100 : 주메모리 102 : 버스 인터페이스
104 : 광선 다발 저장부 106 : 계층구조 저장부
108 : 지오메트리 데이터 저장부 110 : 가상페이저
112 : 가상 페이지 메모리부 113 : 물리메모리
114 : 가상페이지 캐시부 116 : 광선-삼각형 충돌처리부
118 : 결과 저장부 120 : 컨트롤러

Claims (14)

  1. 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치로서,
    사전에 생성되는 데이터로 광선다발을 저장하는 광선 다발 저장부;
    지오메트리 데이터에 대하여 삼각형을 이루는 각각의 정점 정보를 가진 지오메트리 삼각형 데이터를 저장하는 지오메트리 데이터 저장부;
    공간 분할 및 바운딩 볼륨 계층구조 정보와 바운딩 계층구조 정보를 저장하는 계층구조 저장부;
    상기 계층구조 저장부와 상기 지오메트리 데이터 저장부로부터 각각 상기 지오메트리 삼각형 데이터, 상기 공간 분할 및 바운딩 볼륨 계층구조 정보와 상기 바운딩 계층구조 정보를 입력받아 최종 종단 노드별로 지오메트리의 삼각형 데이터를 재정렬하여 삼각형 데이터를 생성하는 가상페이저;
    삼각형들 별로 재정렬한 데이터를 수신하여 페이지 메모리 형식에 맞추어 각각의 삼각형들에 대응하는 페이지 메모리들을 형성하고 상기 가상페이저의 출력인 삼각형 데이터를 페이지별로 저장하는 가상 페이지 메모리부;
    상기 페이지 데이터를 파이프라인 처리하며, 상기 가상 페이지 메모리부의 페이지 메모리 중에서 충돌 검사하기 위한 페이지 메모리를 미리 저장하는 가상 페이지 캐시부;
    상기 가상 페이지 캐시부에 저장된 페이지 메모리와, 상기 광선다발 저장부의 광선다발을 입력으로하여 광선과 삼각형의 충돌을 검사하는 광선-삼각형 충돌 처리부; 및
    상기 광선-삼각형 충돌 처리부로부터 처리된 각각의 광선과 충돌이 일어난 삼각형에 대한 출력을 저장하는 결과 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 삼각형 데이터는 상기 계층구조 저장부에서 저장된 지오메트리의 계층구조를 입력으로하고 상기 지오메트리 저장부에 저장된 삼각형 메쉬를 이루는 삼각형 데이터의 삼각형을 구성하는 버텍스들을 입력으로 하여 상기 가상 페이지 메모리를 구성하는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    종단노드 한 개에 포함되는 삼각형들을 상기 가상 페이지 메모리의 대응하는 하나의 페이지에 각각 저장하는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광선 다발 저장부, 상기 지오메트리 데이터 저장부, 상기 계층구조 저장부와 버스 인터페이스를 통해 연결되어 있으며, 처리된 영상을 광선 삼각형 충돌 처리된 영상 데이터로 처리하기 위한 영상을 저장하는 주메모리를 더 포함하는 것 을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광선-삼각형 충돌 처리부는 상기 주메모리로부터 읽어온 삼각형 데이터를 재사용할 수 있도록 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파이프라인 처리는
    상기 가상 페이지 캐시를 이중화하여 제1 가상 페이지 캐시부와 제2 가상 페이지 캐시부로 구성하고, 상기 가상 페이지 메모리부의 페이지 메모리를 상기 제2 가상페이지 캐시부에 쓰는 동안 제1 가상페이지 캐시부의 데이터가 광선-삼각형 충돌처리부로 입력되고 제1 가상페이지 캐시부의 데이터를 모두 입력하면, 상기 제2 가상페이지 캐시부의 데이터를 상기 광선-삼각형 충돌 처리부의 입력으로 사용하는 동안 상기 제1 가상페이지 캐시부로 상기 가상페이지 메모리의 페이지 메모리를 쓰는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 파이프라인 처리를 제어하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광선-삼각형 충돌 처리부를 상기 가상페이저, 상기 가상 페이지 메모리부, 상기 가상 페이지 캐시부, 상기 결과 저장부 및 상기 컨트롤러와 병렬로 연결하고 상기 컨트롤러에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광선-삼각형 충돌 처리부에서의 출력되어 상기 결과 저장부에 저장되는 결과는 광선다발과 지오메이트리 삼각형 데이터의 충돌점, 텍스처 좌표, 광선의 출발점과 방향으로 구성되는 벡터에 대하여 충돌된 삼각형까지의 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 가상페이지 캐시부를 병렬로 상호 공유할 수도 있도록 상기 광선-삼각형 충돌 처리부에 병렬로 연결된 광선-삼각형 충돌 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 장치.
  11. 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법으로서,
    광선을 발생시키고 상기 광선을 지오메트리 계층구조를 따라 순회시키고 획 득된 장면 데이터를 광선다발, 계층구조 및 지오메트리 삼각형 데이터로 구분하여 광선다발 저장부, 계층구조 저장부 및 지오메트리 데이터 저장부에 각각 저장하는 저장단계와;
    저장된 광선다발, 지오메트리 데이터의 계층구조 및 지오메트리 삼각형 데이터를 충돌 검사하는 검사단계와;
    충돌 검사한 결과값을 출력하고 출력된 값을 결과저장부에 저장하는 저장단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 계층구조 정보는,
    데이터열 형태로 구성되며, 상기 데이터열은 노드의 색인, 부모의 색인, 및 아들의 색인으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 지오메트리 삼각형 데이터는,
    다수의 데이터열로 구성되며, 상기 데이터열은 맨 앞에 페이지 번호가 할당되고, 그 다음 3개의 블록당 하나의 삼각형의 색인이 순차적으로 배치되어 데이터열을 구성하는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 장면 데이터는 계층구조로 대응되고, 상기 계층구조는 노드번호와 대응되며, 상기 계층구조 정보는 공간 분할 및 바운딩 볼륨 계층구조 정보와 바운딩 계층구조 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 광선 추적을 위한 광선-삼각형 충돌 처리 방법.
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