KR20160038640A

KR20160038640A - 가속 구조를 생성 및 탐색하는 방법

Info

Publication number: KR20160038640A
Application number: KR1020140132015A
Authority: KR
Inventors: 신용삼; 박정수; 이원종; 이재돈; 황석중
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-04-07
Also published as: EP3002732A3; JP6476090B2; CN105469440A; EP3002732B1; CN105469440B; EP3002732A2; JP2016071856A; US20160093090A1; KR102244619B1; US9965888B2

Abstract

일 실시 예에 따른 가속 구조 탐색 방법은 (a) 상기 가속 구조에서 광선 데이터와 교차하는 리프 노드를 탐색하는 단계; 및 (b) 상기 교차된 리프 노드의 상위 노드들 중에서 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드가 없으면 탐색을 종료하고, 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드가 있으면, 오버랩 되는 자식 노드를 추가로 탐색하는 단계를 포함한다.

Description

가속 구조를 생성 및 탐색하는 방법{Method for generating and traverse acceleration structure}

가속 구조를 생성 및 탐색하는 방법에 관한 것이다.

3D 렌더링은 3차원 객체 데이터를 주어진 카메라의 시점(view point)에서 보이는 영상으로 합성(synthesis)해주는 영상 처리 과정이다. 광선 추적 방법은 렌더링의 대상이 되는 씬 오브젝트(scene object)들과 광선이 교차되는 지점을 추적하는 과정이다. 광선 추적(ray-tracing)은 가속 구조(acceleration structure)의 탐색(traversal)과 광선-프리미티브(ray-primitive) 간의 교차 검사(intersection test) 과정을 포함한다. 이때, 탐색과 교차 검사 과정에서 많은 연산량(computation) 및 넓은 메모리 대역폭(memory bandwidth)을 필요로 한다.

추가적인 탐색을 줄여 가속 구조의 탐색을 조기에 종료하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 상기 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는데 있다. 본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

일 실시 예에 따른 가속 구조 생성 방법은 3차원 공간에 포함된 오브젝트들을 바운딩 박스(bounding box)들로 구분하는 단계; 노드들을 이용하여 상기 바운딩 박스들의 포함 관계를 나타내는 가속 구조를 생성하는 단계; 및 상기 노드들 중에서 오버랩 되는 노드들을 표시(mark)하는 단계를 포함한다.

플래그를 이용하여 바운딩 박스들의 오버랩을 표시하는 가속 구조를 생성할 수 있다.

바운딩 박스들의 오버랩 여부에 따라 추가 탐색 여부를 결정하여, 가속 구조의 탐색 과정을 줄일 수 있다.

도 1은 광선 추적을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 레이 트레이싱 코어를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 레이 트레이싱 코어가 광선 추적을 수행하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 광선 추적을 가속하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4의 광선 추적을 가속하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 가속 구조를 생성하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 오브젝트들을 바운딩 박스로 분할하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 가속 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 가속 구조 탐색 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 탐색 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 일 실시 예에 따른 가속 구조를 탐색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 탐색 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 일 실시 예에 따른 가속 구조를 탐색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 일 실시 예에 따른 가속 구조 생성 장치 및 레이 트레이싱 코어를 설명하기 위한 구성도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 실시 예들을 상세히 설명한다.

도 1은 광선 추적을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 3차원 모델링에서, 레이 트레이싱 코어는 시점(10)을 결정하고, 시점(view point)에 따라 화면(image, 20)을 결정한다. 시점(10)과 화면(20)이 결정되면, 레이 트레이싱 코어(ray tracing core)는 시점(10)으로부터 화면(20)의 각 픽셀(pixel)들에 대하여 광선을 생성한다.

도 1의 구성들을 설명하면, 시점(10)으로부터 1차 광선(primary ray, 30)이 생성된다. 1차 광선(30)은 화면(20)을 지나 씬 오브젝트(scene object, 70)와 교차된다. 1차 광선(30)과 씬 오브젝트(70)의 교차점에서는 반사 광선(reflection ray, 40) 및 굴절 광선(refraction ray, 50)이 생성된다. 또한, 교차점에서 광원(80)의 방향으로 쉐도우 광선(shadow ray, 60)이 생성된다. 이때, 반사, 굴절, 쉐도우 광선들(40, 50, 60)을 2차 광선이라고 한다. 씬 오브젝트(70)는 화면(20)에 대한 렌더링의 대상이 되는 오브젝트를 나타낸다. 씬 오브젝트(70)는 복수의 프리미티브들을 포함한다.

레이 트레이싱 코어는 1차 광선(30), 2차 광선들(40, 50, 60) 및 2차 광선들로부터 파생되는 광선들을 분석한다. 레이 트레이싱 코어는 분석 결과에 기초하여 화면(20)을 구성하는 픽셀들의 색상 값을 결정한다. 이때, 레이 트레이싱 코어는 씬 오브젝트(70)의 특성을 고려하여 픽셀들의 색상 값을 결정한다.

도 2는 레이 트레이싱 코어(ray tracing core, 100)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 레이 트레이싱 코어(100)는 광선 생성 유닛(110), TRV 유닛(120), IST 유닛(130) 및 쉐이딩 유닛(140)을 포함한다. 도 2에서는 TRV 유닛(120), IST 유닛(130)이 레이 트레이싱 코어(100)에 포함되는 것으로 도시되었으나, TRV 유닛(120), IST 유닛(130)은 별도의 하드웨어로 구현될 수 있다. 도 2에 도시된 레이 트레이싱 코어(100)는 본 실시 예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 2에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시 예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

레이 트레이싱 코어(100)는 생성된 광선들과 3차원 공간에 위치한 오브젝트들의 교차점을 추적하고, 화면을 구성하는 픽셀들의 색상 값을 결정한다. 다시 말해서, 레이 트레이싱 코어(100)는 광선들과 오브젝트들의 교차점을 찾고, 교차점에서의 오브젝트의 특성에 따라 2차 광선을 생성하고 교차점의 색상의 값을 결정한다.

레이 트레이싱 코어(100)는 가속 구조를 탐색하고 교차 검사를 수행할 때, 이전 탐색의 결과 및 이전 교차 검사의 결과를 이용할 수 있다. 다시 말하면, 레이 트레이싱 코어(100)는 이전 렌더링 과정에서 수행된 결과를 현재 렌더링 과정에 적용함으로써, 현재 렌더링을 보다 빠르게 수행할 수 있다.

광선 생성 유닛(110)은 1차 광선 및 2차 광선을 생성한다. 광선 생성 유닛(110)은 시점으로부터 1차 광선을 생성하고, 1차 광선과 오브젝트의 교차점에서 반사, 굴절, 또는 쉐도우 2차 광선을 생성한다. 광선 생성 유닛(110)은 또한 2차 광선과 오브젝트의 교차점에서 또 다른 2차 광선을 생성할 수 있다. 광선 생성 유닛(110)은 정해진 횟수 내에서 반사, 굴절, 쉐도우 광선을 생성하거나, 오브젝트의 특성에 따라 반사, 굴절, 쉐도우 광선의 생성 횟수를 결정할 수 있다.

TRV 유닛(120)은 광선 생성 유닛(110)으로부터 생성된 광선에 대한 정보를 수신한다. 생성된 광선은 1차 광선, 2차 광선 및 2차 광선에 의해 파생된 광선을 모두 포함한다. 예를 들어, 1차 광선의 경우, TRV 유닛(120)은 생성된 광선의 시점 및 방향에 대한 정보를 수신할 수 있다. 또한, 2차 광선의 경우, TRV 유닛(120)은 2차 광선의 출발점 및 방향에 대한 정보를 수신할 수 있다. 2차 광선의 출발점은 1차 광선이 히트된 지점을 나타낸다. 시점 또는 출발점은 좌표로 표현될 수 있으며, 방향은 벡터로 표현될 수 있다.

TRV 유닛(120)은 외부 메모리(250)로부터 가속 구조에 대한 정보를 독출(read)한다. 가속 구조는 가속 구조 생성 장치(200)에 의해 생성되고, 생성된 가속 구조는 외부 메모리(250)에 저장된다. 가속 구조는 3차원 공간의 오브젝트들의 위치 정보를 포함하고 있는 구조를 나타낸다. 예를 들어, 가속 구조는 KD-tree(K-Dimensional tree), BVH(Bounding Volume Hierarchy) 등이 적용될 수 있다.

TRV 유닛(120)은 가속 구조를 탐색하여, 광선이 히트(hit)된 오브젝트 또는 리프 노드(leaf node)를 출력한다. 예를 들어, TRV 유닛(120)은 가속 구조에 포함된 노드들을 탐색하여, 노드들 중 최하위 노드인 리프 노드들 중에서 광선이 히트된 리프 노드를 IST 유닛(130)으로 출력한다. 다시 말해서, TRV 유닛(120)은 가속 구조를 구성하는 바운딩 박스(Bounding Box)들 중에서 어느 바운딩 박스에 광선이 히트되었는지 판단하고, 바운딩 박스에 포함된 오브젝트들 중에서 어느 오브젝트에 광선이 히트되었는지 판단한다. 히트된 오브젝트에 대한 정보는 TRV 캐쉬에 저장된다. 바운딩 박스는 복수의 오브젝트 또는 프리미티브들을 포함하는 단위를 나타낼 수 있으며 가속 구조에 따라 다른 형태로 표현될 수 있다. TRV 캐쉬는 TRV 유닛(120)이 탐색 과정에서 사용하는 데이터를 일시적으로 저장하기 위한 메모리를 나타낸다.

TRV 유닛(120)은 이전 렌더링의 결과를 이용하여 가속 구조를 탐색할 수 있다. TRV 유닛(120)은 TRV 캐쉬에 저장된 이전 렌더링의 결과를 이용하여 이전 렌더링과 동일한 경로로 가속 구조를 탐색할 수 있다. 예를 들어, TRV 유닛(120)이 입력된 광선에 대한 가속 구조를 탐색할 때, TRV 유닛(120)은 입력된 광선과 동일한 시점 및 방향을 갖는 이전 광선이 히트된 바운딩 박스에 대한 탐색을 우선적으로 수행할 수 있다. 또한, TRV 유닛(120)은 이전 광선에 대한 탐색 경로를 참조하여 가속 구조를 탐색할 수 있다.

IST 유닛(130)은 TRV 유닛(120)로부터 광선이 히트된 오브젝트 또는 리프 노드를 수신하고, 외부 메모리(250)로부터 히트된 오브젝트에 포함된 프리미티브들에 대한 정보를 독출(read)한다. 독출된 프리미티브들에 대한 정보는 IST 캐쉬에 저장될 수 있다. IST 캐쉬는 교차 검색 과정에서 IST 유닛(130)이 사용하는 데이터를 일시적으로 저장하기 위한 메모리를 나타낸다.

IST 유닛(130)은 광선과 프리미티브 간의 교차 검사를 수행하여, 광선이 히트된 프리미티브 및 교차점을 출력한다. TRV 유닛(120)으로부터 광선이 히트된 오브젝트가 무엇인지를 수신한 IST 유닛(130)은 히트된 오브젝트에 포함된 복수의 프리미티브들 중에서 어느 프리미티브에 광선이 히트되었는지를 검사한다. 광선이 히트된 프리미티브를 찾은 다음, IST 유닛(130)은 히트된 프리미티브의 어느 지점과 광선이 교차하였는지를 나타내는 교차점을 출력한다. 교차점은 좌표 형태로 쉐이딩 유닛(140)으로 출력될 수 있다.

IST 유닛(130)은 이전 렌더링의 결과를 이용하여 교차 검사를 수행할 수 있다. IST 유닛(130)은 IST 캐쉬에 저장된 이전 렌더링의 결과를 이용하여 이전 렌더링과 동일한 프리미티브에 대해 우선적으로 교차 검사를 수행할 수 있다. 예를 들어, 입력된 광선과 프리미티브에 대한 교차 검사를 수행할 때, IST 유닛(130)은 입력된 광선과 동일한 시점 및 방향을 갖는 이전 광선이 히트된 프리미티브에 대한 교차 검사를 우선적으로 수행할 수 있다.

쉐이딩 유닛(140)은 IST 유닛(130)으로부터 수신된 교차점에 대한 정보 및 교차점의 물질 특성에 기초하여 픽셀의 색상 값을 결정한다. 쉐이딩 유닛(140)은 교차점의 물질 기본 색상 및 광원에 의한 효과 등을 고려하여 픽셀의 색상 값을 결정한다.

레이 트레이싱 코어(100)는 외부 메모리(250)로부터 광선 추적에 필요한 데이터를 수신한다. 외부 메모리(250)에는 가속 구조 생성 장치(200)에 의해 생성된 가속 구조 또는 프리미티브들에 대한 정보를 나타내는 기하 데이터(geometry data)가 저장된다. 프리미티브는 삼각형, 사각형 등의 다각형일 수 있으며, 기하 데이터는 오브젝트에 포함된 프리미티브들의 정점 및 위치에 대한 정보를 나타낼 수 있다.

가속 구조 생성 장치(200)는 3차원 공간상의 오브젝트들의 위치 정보를 포함하는 가속 구조를 생성한다. 가속 구조 생성 장치(200)는 여러 가지 형태의 가속 구조를 생성할 수 있다. 예를 들어, 가속 구조는 3차원 공간이 계층적 트리로 분할된 형태일 수 있으며 가속 구조 생성 장치(200)는 BVH 또는 KD-tree를 적용하여 3차원 공간상의 오브젝트들의 관계를 나타내는 구조를 생성할 수 있다. 가속 구조 생성 장치(200)는 리프 노드의 최대 프리미티브의 수 및 트리 깊이(tree depth)를 결정하고, 결정에 기초하여 가속 구조를 생성할 수 있다.

도 3은 레이 트레이싱 코어가 광선 추적을 수행하는 동작을 설명하기 위한 도면이다. 레이 트레이싱 코어는, 예를 들어, 도 2에 도시된 레이 트레이싱 코어(100)의 구조를 가질 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 레이 트레이싱 코어(100)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 3의 광선 추적 방법에도 적용된다.

310단계에서, 레이 트레이싱 코어(100)는 광선을 생성한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 1차 광선, 2차 광선 및 2차 광선에 의해 파생된 광선들을 생성한다.

320단계에서, 레이 트레이싱 코어(100)는 외부 메모리(250)로부터 독출된 가속 구조를 탐색한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 생성된 광선들의 시점 및 방향에 기초하여 가속 구조(251)를 탐색하여 광선이 히트된 바운딩 박스를 검출하고, 히트된 바운딩 박스에 포함된 오브젝트를 중에서 광선이 히트된 오브젝트를 검출한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 히트된 오브젝트를 검출할 때까지 가속 구조(251)를 탐색하는 것을 반복하여 수행한다. 예를 들어, 레이 트레이싱 코어(100)는 어느 하나의 경로를 따라 가속 구조를 탐색하고, 탐색된 경로 상의 리프 노드에 광선이 히트되지 않았으면, 다른 경로로 가속 구조를 탐색한다.

레이 트레이싱 코어(100)는 모든 경로를 순차적으로 탐색할 수 있지만, 이전 광선의 탐색 정보에 기초하여 특정 경로를 우선적으로 탐색할 수 있다. 예를 들어, 이전 광선의 시점과 방향이 현재 광선의 시점과 방향과 동일 또는 유사한 경우, 레이 트레이싱 코어(100)는 이전 광선에서 히트된 리프 노드가 포함된 경로를 우선적으로 탐색할 수 있다.

330단계에서, 레이 트레이싱 코어(100)는 교차 검사를 수행한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 외부 메모리(250)로부터 독출된 프리미티브들의 기하 데이터(252)에 기초하여 교차 검사를 수행한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 히트된 프리미티브를 검출할 때까지 교차 검사를 반복하여 수행한다. 예를 들어, 레이 트레이싱 코어(100)는 어느 하나의 프리미티브에 대한 교차 검사를 하고, 프리미티브에 광선이 히트되지 않았으면, 다른 프리미티브에 대한 교차 검사를 한다.

레이 트레이싱 코어(100)는 모든 프리미티브들을 순차적으로 교차 검사할 수 있지만, 이전 광선의 교차 검사 정보에 기초하여 특정 프리미티브를 우선적으로 교차 검사할 수 있다. 예를 들어, 이전 광선과 현재 광선의 시점과 방향이 동일 또는 유사한 경우, 레이 트레이싱 코어(100)는 이전 광선에서 히트된 프리미티브에 대한 교차 검사를 우선적으로 수행할 수 있다.

340단계에서, 레이 트레이싱 코어(100)는 교차 검사에 기초하여 픽셀의 쉐이딩을 수행한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 340단계가 종료하면, 310단계로 진행한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 310 내지 340단계를 화면을 구성하는 모든 픽셀들에 대해 반복적으로 수행한다.

도 4는 광선 추적을 가속하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 제1화면(412)은 t=0일 때 렌더링된 화면을 나타내고, 제2화면(422)은 t=1일 때 렌더링된 화면을 나타낸다. 제1화면(412)과 제2화면(422)에서 토끼(433)만이 이동하고 사각형(431)과 삼각형(432)은 움직임이 없기 때문에, 제1화면(412)과 제2화면(422)은 거의 유사하다. 따라서, 레이 트레이싱 코어(100)는 제1화면(412)에 대한 렌더링 결과를 이용하여 제2화면(421)에 대한 렌더링을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1시점(410)과 제2시점(420)의 위치가 동일하고, 제1광선(411)과 제2광선(421)의 방향이 동일하다면, 레이 트레이싱 코어(100)는 제1광선(411)에 대한 광선 추적의 결과를 제2광선(421)의 광선 추적에 적용하여, 제2광선(421)의 광선 추적을 가속할 수 있다. 예를 들어, 레이 트레이싱 코어(100)의 TRV 유닛(120)은 제2광선(421)에 대한 탐색을 수행할 때, 제1광선(411)이 히트된 바운딩 박스를 우선적으로 탐색할 수 있다. 또한, 레이 트레이싱 코어(100)의 IST 유닛(130)은 제2광선(421)에 대한 교차 검사할 때, 제1광선(411)이 히트된 삼각형(432)에 대해 우선적으로 교차 검사를 수행할 수 있다.

도 5는 도 4의 광선 추적을 가속하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 가속 구조는 5개의 노드(1 내지 5)를 포함하고, 노드3 내지 노드5는 리프 노드를 나타낸다.

TRV 유닛(120)은 3가지 경로를 따라 가속 구조를 탐색할 수 있다. 첫째로, TRV 유닛(120)은 제1경로인 노드1, 노드2 및 노드3을 따라 가속 구조를 탐색할 수 있다. 둘째로, TRV 유닛(120)은 제2경로인 노드1, 노드2 및 노드4를 따라 가속 구조를 탐색할 수 있다. 셋째로, TRV 유닛(120)은 제3경로인 노드1 및 노드5를 따라 가속 구조를 탐색할 수 있다. 이때, TRV 유닛(120)이 제2광선(421)에 대한 탐색을 수행할 때, TRV 유닛(120)은 제1광선(411)이 히트된 삼각형(432)을 탐색하는 제2경로를 우선적으로 탐색한다. 따라서, TRV 유닛(120)이 제1경로 또는 제3경로를 탐색하는 과정을 생략할 수 있다.

도 6은 일 실시 예에 따른 가속 구조를 생성하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6을 참조하면, 가속 구조 생성 장치(200)는 오버랩 되는 노드들이 표시된 가속 구조를 생성할 수 있다.

단계 610에서, 가속 구조 생성 장치(200)는 노드를 루트 노드(root node)로 설정한다.

단계 620에서, 가속 구조 생성 장치(200)는 노드의 자식 노드(child node)들이 오버랩 되는지를 판단한다. 자식 노드는 노드의 최근접 하위 노드를 나타낸다. 노드들이 오버랩된다는 것은 노드들이 나타내는 바운딩 박스(bounding box)들이 서로 오버랩된다는 것을 의미한다. 만약, 노드의 자식 노드들이 오버랩 되면 620단계로 진행하고, 그렇지 않으면 630단계로 진행한다.

단계 630에서, 가속 구조 생성 장치(200)는 노드의 오버랩 플래그(overlap flag)를 0으로 설정한다. 오버랩 플래그가 0으로 설정된 노드는 오버랩 된 자식 노드들을 포함한다.

단계 640에서, 가속 구조 생성 장치(200)는 노드의 오버랩 플래그를 1로 설정한다. 오버랩 플래그가 1로 설정된 노드는 오버랩 되지 않은 자식 노드들을 포함한다.

단계 650에서, 가속 구조 생성 장치(200)는 노드를 다음 노드로 설정한다. 가속 구조 생성 장치(200)는 모든 노드에 대해 순차적으로 단계 620 내지 650단계를 수행한다.

단계 660에서, 가속 구조 생성 장치(200)는 노드가 마지막 노드인지 판단한다. 만약, 노드가 마지막 노드이면, 가속 구조의 생성을 종료한다. 그렇지 않으면 단계 620으로 진행한다.

도 7은 오브젝트들을 바운딩 박스로 분할하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 바운딩 박스 ROOT는 최상위 바운딩 박스를 나타낸다. 바운딩 박스 ROOT는 모든 바운딩 박스들을 포함하며, 최근접 하위 바운딩 박스들로 바운딩 박스 R1과 바운딩 박스 L1을 포함한다. 바운딩 박스 R1과 바운딩 박스 L1은 오버랩 되지 않으므로, 바운딩 박스 ROOT를 나타내는 노드의 오버랩 플래그는 1로 설정된다.

바운딩 박스 L1은 바운딩 박스 R2 및 바운딩 박스 L2를 포함한다. 바운딩 박스 R2 및 바운딩 박스 L2는 오버랩 되지 않으므로, 바운딩 박스 L1을 나타내는 노드의 오버랩 플래그는 1로 설정된다.

바운딩 박스 L2는 바운딩 박스 R4 및 L4를 포함한다. 바운딩 박스 R4 및 L4는 서로 오버랩 되므로, 바운딩 박스 L2를 나타내는 노드의 오버랩 플래그는 0으로 설정된다.

바운딩 박스 R1은 바운딩 박스 R3 및 바운딩 박스 L3을 포함한다. 바운딩 박스 R3 및 바운딩 박스 L3은 오버랩 되지 않으므로, 바운딩 박스 R1을 나타내는 노드의 오버랩 플래그는 1로 설정된다.

바운딩 박스는 3차원 공간에 위치한 오브젝트들을 포함하는 육면체일 수 있다. BVH(Bounding Volume Hierarchy)를 이용하여 공간을 분할하는 방법을 이용하면 도 7과 같이 바운딩 박스들 사이에 오버랩이 발생할 수 있다.

가속 구조 생성 장치(200)는 바운딩 박스들의 오버랩이 표시(mark)된 가속 구조를 생성할 수 있다.

도 8은 일 실시 예에 따른 가속 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 가속 구조 생성 장치(200)는 오버랩 여부가 표시된 가속 구조를 생성할 수 있다. 도 8의 가속 구조는 도 7의 바운딩 박스들의 관계를 나타내고, 가속 구조는 각 노드마다 오버랩 플래그를 포함한다. 오버랩 플래그는 각 노드의 왼쪽에 숫자로 표시되어 있다.

노드 R은 ROOT 노드를 나타내며, 도 7의 바운딩 박스 ROOT를 나타낸다. 노드 R은 최상위 노드이며, 자식 노드 R1 및 자식 노드 L1을 포함한다. 노드 R1 및 노드 L1이 오버랩 되지 않으므로, 노드 R의 오버랩 플래그는 1이다.

노드 R1은 자식 노드 R2 및 자식 노드 L2를 포함한다. 노드 R2 및 노드 L2는 오버랩 되지 않으므로, 노드 R1의 오버랩 플래그는 1이다.

노드 L2는 자식 노드 R4 및 자식 노드 L4를 포함한다. 노드 R4 및 노드 L4는 서로 오버랩 되므로, 노드 L2의 오버랩 플래그는 0이다. 가속 구조 생성 장치(200)는 노드 L2의 오버랩 플래그를 0으로 설정하여, 자식 노드들이 서로 오버랩 되는 것을 표시한다.

노드 L1은 자식 노드 R3 및 자식 노드 L3을 포함한다 노드 R3 및 노드 L3은 오버랩 되지 않으므로, 노드 L1의 오버랩 플래그는 1이다.

도 9는 일 실시 예에 따른 가속 구조 탐색 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 9를 참조하면, 레이 트레이싱 코어(100)는 노드들의 오버랩 여부를 참조하여 가속 구조를 탐색할 수 있다.

단계 910에서, 레이 트레이싱 코어(100)는 가속 구조에서 광선 데이터와 교차하는 리프 노드(leaf node)를 탐색한다. 리프 노드는 트리 형태의 가속 구조에서 최하위 노드를 나타낸다. 레이 트레이싱 코어(100)는 교차된 리프 노드에 종속된 오브젝트들 중에서 광선 데이터와 교차된 오브젝트를 탐색할 수 도 있다.

레이 트레이싱 코어(100)는 루트 노드(ROOT node)부터 리프 노드로 경로를 따라 순차적으로 탐색한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 트리 형태의 가속 구조를 탐색할 때, 근접 노드(near node)부터 탐색하고, 파 노드(far node)에 대해서는 스택에 푸쉬(push)하고, 근접 노드를 탐색한 이후에 파 노드를 탐색할 수 있다.

단계 920에서, 레이 트레이싱 코어(100)는 교차된 리프 노드의 상위 노드들 중에서 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드가 있는지를 판단한다. 다시 말해서, 레이 트레이싱 코어(100)는 탐색된 노드들 중에서 오버랩 플래그가 0으로 설정되어 있는 노드가 있는지를 검색한다. 오버랩 플래그가 0으로 설정된 노드는 오버랩 된 자식 노드들을 포함한다. 탐색된 노드들 중에서 오버랩 플래그가 0으로 설정되어 있는 노드가 있으면 단계 930으로 진행하고, 그렇지 않고, 탐색된 경로의 노드들이 모두 오버랩 플래그가 1로 설정되어 있고, 최종 리프 노드에 속한 오브젝트들 중에 광선과 교차한 오브젝트가 있다면 이 시점에서 가속 구조의 탐색을 조기에 종료 한다.

단계 930에서, 레이 트레이싱 코어(100)는 오버랩 되는 자식 노드들을 추가로 탐색한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 교차된 리프 노드를 탐색하는 과정에서 탐색되지 않은 자식 노드에 대해서도 추가로 탐색을 수행한다.

도 10은 탐색 과정을 설명하기 위한 도면이다. 제1 광선 데이터(1000)는 3차원 공간상에서 바운딩 박스들 및 오브젝트들과 교차한다. 도 11의 경우, 제1 광선 데이터(1000)는 바운딩 박스 ROOT, 바운딩 박스 L1, 바운딩 박스 R1, 바운딩 박스 R2, 바운딩 박스 L3와 교차한다. 또한, 제1 광선 데이터(1000)는 오브젝트 D 및 오브젝트 I와 교차한다.

도 11은 일 실시 예에 따른 가속 구조를 탐색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 11을 참조하면, 레이 트레이싱 코어(100)는 오버랩 플래그를 참조하여 가속 구조의 탐색을 조기에 종료할 수 있다. 도 11의 노드들은 도 10의 바운딩 박스들을 나타낸다.

레이 트레이싱 코어(100)는 루트 노드 R과 제1 광선 데이터(1000)의 교차 여부를 판단한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 바운딩 박스 ROOT와 제1 광선 데이터(1000)의 교차 여부를 판단하여, 루트 노드 R과 제1 광선 데이터(1000)의 교차 여부를 판단할 수 있다. 도 10을 참조하면, 바운딩 박스 ROOT와 제1 광선 데이터(1000)는 교차한다.

루트 노드의 자식 노드들 R1, L1이 오버랩 되지 않으므로, 루트 노드의 오버랩 플래그는 1로 설정된다. 레이 트레이싱 코어(100)는 루트 노드에서 근접 노드(near node)인 노드 R1으로 탐색을 진행한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 노드 L1을 스택에 푸시하여 저장한다. 이후에, 레이 트레이싱 코어(100)는 스택에 저장된 노드 L1를 팝(POP)하여, 노드 L1에 대한 탐색을 수행할 수 있다. 스택에 저장된 노드 L1를 팝(POP)한다는 것은 스택에 저장된 데이터를 독출하고, 삭제한다는 것을 의미한다. 다시 말해서, 스택에서는 데이터가 삭제되지만, 데이터 처리 유닛은 데이터를 수신하여 처리한다.

레이 트레이싱 코어(100)는 노드 R1과 제1 광선 데이터(1000)와의 교차 여부를 판단한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 바운딩 박스 R1와 제1 광선 데이터(1000)의 교차 여부를 판단하여, 노드 R1과 제1 광선 데이터(1000)의 교차 여부를 판단할 수 있다. 도 10을 참조하면, 바운딩 박스 R1과 제1 광선 데이터(1000)는 교차한다.

노드 R1의 자식 노드들 R2, L2가 오버랩 되지 않으므로, 노드 R1의 오버랩 플래그는 1로 설정된다. 레이 트레이싱 코어(100)는 노드 R1에서 근접 노드인 노드 R2로 탐색을 진행한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 노드 L2를 스택에 푸시하여 저장한다. 이후에, 레이 트레이싱 코어(100)는 스택에 저장된 노드 L2를 팝(POP)하여, 노드 L2에 대한 탐색을 수행할 수 있다.

레이 트레이싱 코어(100)는 노드 R2와 제1 광선 데이터(1000)와의 교차 여부를 판단한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 바운딩 박스 R2와 제1 광선 데이터(1000)의 교차 여부를 판단하여, 노드 R2와 제1 광선 데이터(1000)의 교차 여부를 판단할 수 있다. 도 10을 참조하면, 바운딩 박스 R2과 제1 광선 데이터(1000)는 교차한다.

레이 트레이싱 코어(100)는 오브젝트 A 및 오브젝트 D와 제1 광선 데이터(1000)와의 교차 여부를 판단한다. 도 10을 참조하면, 오브젝트 D와 제1 광선 데이터(1000)는 교차한다.

레이 트레이싱 코어(100)는 교차된 리프 노드 R2 및 교차된 오브젝트 D를 탐색하였으므로, 상위 노드들 중에서 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드가 있는지를 판단한다. 리프 노드 R2의 상위 노드는 노드 R 및 노드 R1이다. 레이 트레이싱 코어(100)는 오버랩 플래그가 0인 노드를 검색함으로써, 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드를 검색할 수 있다. 노드 R 및 노드 R1의 오버랩 플래그는 모두 1이므로, 리프 노드 R2의 상위 노드들 중에는 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드는 없다. 따라서, 레이 트레이싱 코어(100)는 더 이상 노드를 탐색하지 않고, 제1 광선 데이터(1000)에 대한 탐색을 종료할 수 있다. 레이 트레이싱 코어(100)는 제1 광선 데이터(1000)에 대한 탐색을 종료할 때, 스택에 저장된 노드들을 팝 하되, 탐색은 수행하지 않는다.

도 12는 탐색 과정을 설명하기 위한 도면이다. 제2 광선 데이터(1200)는 3차원 공간상에서 바운딩 박스들 및 오브젝트들과 교차한다. 도 12의 경우, 제2 광선 데이터(1200)는 바운딩 박스 ROOT, 바운딩 박스 L1, 바운딩 박스 R1, 바운딩 박스 R3, 바운딩 박스 R4, 바운딩 박스 L2 및 바운딩 박스 L4와 교차한다. 또한, 제2 광선 데이터(1200)는 오브젝트 E와 교차한다.

도 13은 일 실시 예에 따른 가속 구조를 탐색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 13을 참조하면, 레이 트레이싱 코어(100)는 오버랩 플래그를 참조하여 오버랩 된 노드를 추가로 탐색할 수 있다. 도 13의 노드들은 도 12의 바운딩 박스들을 나타낸다.

레이 트레이싱 코어(100)는 루트 노드 R, 노드 R1, 노드 L2를 거쳐 리프 노드 R4와 제2 광선 데이터(1200)의 교차 여부를 판단한다. 탐색되지 않은 노드들은 스택에 저장된다. 제2 광선 데이터(1200)는 루트 노드 R, 노드 R1, 노드 L2 및 노드 R4와 모두 교차한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 리프 노드 R4에 종속된 오브젝트 C 및 오브젝트 E와 제2 광선 데이터(1200)의 교차 여부를 검토한다. 제2 광선 데이터(1200)는 오브젝트 E와 교차한다.

레이 트레이싱 코어(100)는 교차된 리프 노드 R4의 상위 노드들 중에서 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드를 탐색한다. 레이 트레이싱 코어(100)는 리프 노드 R4의 상위 노드들의 오버랩 플래그를 통해 오버랩 여부를 판단할 수 있다. 리프 노드 R4의 상위 노드는 노드 L2, 노드 R1, 노드 R이다. 상위 노드들 중에서 노드 L2의 오버랩 플래그가 0이므로, 노드 L2의 자식 노드들 R4 및 L4가 오버랩 된다. 따라서, 레이 트레이싱 코어(100)는 리프 노드 L4와 제2 광선 데이터(1200)의 교차 여부를 판단한다. 제2 광선 데이터(1200)와 바운딩 박스 L4는 교차하지만, 제2 광선 데이터(1200)와 오브젝트 B는 교차하지 않는다. 더 이상 오버랩 된 노드는 없으므로, 레이 트레이싱 코어(100)는 탐색을 종료한다.

레이 트레이싱 코어(100)는 각 노드의 오버랩 플래그를 통해, 추가로 탐색할 노드가 있는지 판단할 수 있으며, 추가로 탐색할 노드가 없거나, 추가로 탐색할 노드를 모두 탐색한 이후에 제2 광선 데이터(1200)에 대한 탐색을 종료할 수 있다.

도 14는 일 실시 예에 따른 가속 구조 생성 장치 및 레이 트레이싱 코어를 설명하기 위한 구성도이다. 도 14를 참조하면, 가속 구조 생성 장치(200)는 가속 구조 생성부(210) 및 오버랩 표시부(220)를 포함한다.

가속 구조 생성부(210)는 3차원 공간에 포함된 오브젝트들을 바운딩 박스들로 구분하고, 노드들을 이용하여 바운딩 박스들의 포함 관계를 나타내는 가속 구조를 생성한다. 오브젝트들을 바운딩 박스들로 구분한다는 것은 적어도 하나의 오브젝트를 포함하는 바운딩 박스를 생성하고, 적어도 하나의 바운딩 박스를 포함하는 상위 바운딩 박스를 생성하는 것을 의미할 수 있다. 바운딩 박스는 육면체의 형태로 생성될 수 있다. 가속 구조는 바운딩 박스들의 포함 관계를 트리 형태로 나타낸 것을 의미한다.

오버랩 표시부(220)는 노드들 중에서 오버랩 되는 노드들을 표시한다. 오버랩 표시부(220)는 생성된 가속 구조의 각 노드들에 대해 플래그를 추가로 부여한다. 오버랩 표시부(220)는 노드의 자식 노드들이 오버랩 되는지 여부를 플래그에 표시한다. 다시 말해서, 오버랩 표시부(220)는 오버랩 되는 바운딩 박스들을 나타내는 노드들의 최근접 상위 노드에 오버랩 정보를 표시한다.

레이 트레이싱 코어(100)는 TRV 유닛(120)을 포함하며, TRV 유닛(120)은 스택을 포함한다.

TRV 유닛(120)은 가속 구조에서 광선 데이터와 교차하는 리프 노드를 탐색하고, 교차된 리프 노드의 상위 노드들 중에서 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드가 없으면 탐색을 종료하고, 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드가 있으면, 오버랩 되는 자식 노드를 추가로 탐색한다.

TRV 유닛(120)은 노드의 오버랩 플래그를 통해, 노드가 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는지를 확인할 수 있다. ,

TRV 유닛(120)은 오버랩 되는 자식 노드를 추가로 탐색할 때, 스택(121)에 저장된 노드들을 순차적으로 팝(pop)하여, 오버랩 되는 자식 노드를 추가로 탐색할 수 있다. TRV 유닛(120)은 스택(121)에서 팝 되는 노드들 중에서 오버랩 되는 노드가 아닌 노드는 탐색하지 않을 수 있다. 다시 말해서, TRV 유닛(120)이 교차된 리프 노드를 찾은 이후에, 스택(121)으로부터 팝 되는 노드들 중에서 오버랩 되는 노드가 아닌 노드에 대해서는 탐색하지 않고, 탐색을 조기에 종료한다.

TRV 유닛(120)은 탐색되지 않은 노드를 스택(121)에 푸쉬하여 저장한다. TRV 유닛(120)은 트리 형태의 가속 구조를 탐색할 때, 제1 경로를 선택함에 따라 탐색되지 않는 제2 경로의 노드를 스택(121)에 저장한다. 제1 경로의 노드에 대한 탐색 결과 및 제1 경로의 노드의 오버랩 여부에 따라, TRV 유닛(120)은 스택(121)에 저장된 노드에 대해 추가로 탐색하거나, 탐색을 종료할 수 있다.

스택(121)은 노드를 저장한다. 스택(121)은 TRV 유닛(120)의 요청에 따라 노드를 저장하거나, 저장된 노드를 출력한다. 스택(121)이 노드를 저장한다는 것은 노드에 해당하는 데이터를 저장한다는 것을 의미한다. 노드는 각 노드에 대응되는 바운딩 박스에 대한 데이터를 포함한다.

한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)를 포함한다.

100: 레이 트레이싱 코어
110: 광선 생성 유닛
120: TRV 유닛
130: IST 유닛
140: 쉐이딩 유닛
200: 가속 구조 생성 장치
210: 가속 구조 생성부
220: 오버랩 표시부

Claims

광선 추적에 사용되는 가속 구조(Acceleration Structure)를 생성하는 방법에 있어서,
3차원 공간에 포함된 오브젝트들을 바운딩 박스(bounding box)들로 구분하는 단계;
노드들을 이용하여 상기 바운딩 박스들의 포함 관계를 나타내는 가속 구조를 생성하는 단계; 및
상기 노드들 중에서 오버랩 되는 노드들을 표시(mark)하는 단계를 포함하는, 가속 구조를 생성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 표시하는 단계는,
상기 노드들에 플래그(flag)를 추가하고, 각 노드의 자식 노드들이 오버랩(overlap) 되는지를 상기 플래그에 표시하는 것을 특징으로 하는, 가속 구조를 생성하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 표시하는 단계는,
상기 오버랩 되는 바운딩 박스들을 나타내는 노드들의 최근접 상위 노드에 오버랩 정보를 저장하는, 가속 구조를 생성하는 방법.
가속 구조를 탐색하는 방법에 있어서,
(a) 상기 가속 구조에서 광선 데이터와 교차하는 리프 노드를 탐색하는 단계; 및
(b) 상기 교차된 리프 노드의 상위 노드들 중에서 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드가 없으면 탐색을 종료하고, 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드가 있으면, 오버랩 되는 자식 노드를 추가로 탐색하는 단계를 포함하는 가속 구조 탐색 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 (b)단계는,
노드의 오버랩 플래그를 통해, 노드가 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 가속 구조를 탐색하는 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 (a)단계는 탐색되지 않은 노드는 스택에 푸쉬하여 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속 구조를 탐색하는 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 (b)단계에서 오버랩 되는 자식 노드를 추가로 탐색할 때, 상기 스택에 저장된 노드들을 순차적으로 팝(pop)하여, 오버랩 되는 자식 노드를 추가로 탐색하는 것을 특징으로 하는 가속 구조 탐색 방법.
제 7 항에 있어서, 상기 (b)단계는,
상기 스택에서 팝 된 노드들 중에서 오버랩 되는 노드가 아닌 노드는 탐색하지 않는 것을 특징으로 하는 가속 구조 탐색 방법.
광선 추적에 사용되는 가속 구조를 생성하는 장치에 있어서,
3차원 공간에 포함된 오브젝트들을 바운딩 박스들로 구분하고, 노드들을 이용하여 상기 바운딩 박스들의 포함 관계를 나타내는 가속 구조를 생성하는 가속 구조 생성부; 및
상기 노드들 중에서 오버랩 되는 노드들을 표시하는 오버랩 표시부를 포함하는 가속 구조 생성 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 오버랩 표시부는 상기 노드들에 플래그를 추가하고, 각 노드의 자식 노드들이 오버랩 되는지를 상기 플래그에 표시하는 것을 특징으로 하는 가속 구조 생성 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 오버랩 표시부는 상기 오버랩 되는 바운딩 박스들을 나타내는 노드들의 최근접 상위 노드에 오버랩 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 가속 구조 생성 장치.
가속 구조를 탐색하는 레이 트레이싱 코어에 있어서,
상기 가속 구조에서 광선 데이터와 교차하는 리프 노드를 탐색하고, 상기 교차된 리프 노드의 상위 노드들 중에서 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드가 없으면 탐색을 종료하고, 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는 노드가 있으면, 오버랩 되는 자식 노드를 추가로 탐색하는 TRV 유닛(120)을 포함하고,
상기 TRV 유닛은 노드를 저장하는 스택을 포함하는 레이 트레이싱 코어.
제 12 항에 있어서,
상기 TRV 유닛은 노드의 오버랩 플래그를 통해, 노드가 오버랩 되는 자식 노드들을 포함하는지를 확인하는 것을 특징으로 하는 레이 트레이싱 코어.
제 12 항에 있어서,
상기 TRV 유닛은 탐색되지 않은 노드를 상기 스택에 푸쉬하여 저장하는 것을 특징으로 하는 레이 트레이싱 코어.
제 14 항에 있어서,
상기 TRV 유닛은 오버랩 되는 자식 노드를 추가로 탐색할 때, 상기 스택에 저장된 노드들을 순차적으로 팝(pop)하여, 오버랩 되는 자식 노드를 추가로 탐색하는 것을 특징으로 하는 레이 트레이싱 코어.
제 15 항에 있어서,
상기 TRV 유닛은 상기 스택에서 팝 된 노드들 중에서 오버랩 되는 노드가 아닌 노드는 탐색하지 않는 것을 특징으로 하는 레이 트레이싱 코어.