MIRAGE: 다중 사용자간의 협력작업을 위한 다중 서버 지원 네트워크 툴킷

임권혁(Kwonhyuck Im),임인성(Insung Ihm) 한국정보과학회 1999 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.5 No.1

최근 들어 기존의 단일 사용자를 위해 개발되었던 소프트웨어 시스템을 네트워크를 이용하여 다중 사용자간의 협력 작업을 지원하는 시스템으로 확장하려는 연구가 활발히 진행중이다. 이러한 다중 사용자간의 협력 작업을 효과적으로 지원하기 위해서는 무엇보다도 참여자의 수가 증가함에 따라 나타나는 전체적인 시스템의 성능저하를 극복하기 위한 확장성의 문제와, 각 사용자가 공유하고 있는 정보가 항상 일치할 것을 요구하는 일관성 유지의 문제를 해결해야 한다. 본 연구에서는 클라이언트-서버모델에 기반 하여 다중 사용자간의 협력작업을 지원하는 MIRAGE라 명칭한 네트워크 툴킷을 개발하였다. 이 네트워크 툴킷은 단일 또는 다중 서버를 이용한 다중 사용자 협력 작업을 지원하는 응용 소프트웨어의 개발을 지원함을 목표로 하고 있다. 본 논문에서 제안하는 다중 서버 구조를 이용함으로써 지역적으로 떨어져 있는 다중 사용자들을 각각의 지역적인 서버에서 관리할 수가 있게 되며, 원거리 네트워크 연결의 수를 줄이고 서버들의 부담을 감소시켜 확장성의 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다. 또한 본 네트워크 툴킷에서는 잠금 기법을 기반으로 한 일관성 유지 방법에 기초하여, 다중 서버를 사용함에 따라서 나타나는 서버간의 추가적인 일관성 유지문제를 해결하기 위해 가장 최근에 어떤 정보에 대한 잠금 권리를 얻은 클라이언트를 관리하는 서버가 그 정보에 대한 잠금 허용 권한을 갖는 방식을 사용하고 있다. 본 연구에서 개발한 MIRAGE 툴킷의 효용성을 보이기 위하여 본 연구실에서 수년간 개발해온 단일 사용자용 렌더링 시스템을 다중 사용자간의 협력 작업을 지원하는 렌더링 시스템으로 확장하여 보았다. Recently, there have been many efforts to enhance single-user-based software systems to those supporting cooperative works between many users, connected via networks. To support multi-user collaboration effectively, such systems must solve, among other things, the scalability problem, for minimizing performance degradation, caused by the increasing number of participants, and the consistency problem, for keeping integrity of data shared by participating users. In this paper, we developed a network toolkit, based on the client-server model, for multi -user collaboration. This network toolkit, named MIRAGE, was designed to support development of application software for multi-user cooperation using both single-server and multi-server architectures. Our multi-server paradigm is effective in solving the scalability problem because we can reduce remote network connections and server's workload by having local servers manage local clients. The network toolkit handles the consistency problem primarily by adopting a locking technique. In order to resolve the additional consistency problem that occurs due to the introduction of the multi-server structure, the toolkit passes the lock control privilege of shared data to the server that manages the client that obtains the most recent privilege to the data. To show the effectiveness of our MIRAGE network toolkit, a single user graphics rendering system that we have developed, has been extended to a multi-user rendering system supporting cooperative works.

음대수 함수를 이용한 회전체를 위한 곡면 설계 도구의 구현

박상훈,임인성,Park, Sanghun,Ihm, Insung 한국컴퓨터그래픽스학회 1996 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.2 No.1

주어진 제약조건을 만족시키는 부드러운 곡선과 곡면을 찾으려는 많은 시도와 노력이 계속되어 왔고, 보간과 근사 이론의 발달과 컴퓨터의 등장은 이러한 요구를 충족시키기 위한 중요한 역할을 하게 되었다. 곡선과 곡면을 모델링하는 지금까지의 많은 연구가 매개변수에 의한 방법에 집중되어 왔으나 모델링 시스템에서 물체를 표현할 때, 몇가지 문제에 직면하게 되었다. 따라서 최근에는 다항 방정식의 형태로 표현되는 음대수 곡선, 곡면에 대한 연구에 많은 관심을 갖게 되었고, 상대적으로 낮은 차수를 갖는 곡면을 만들 수 있게 되었다. 본 논문에서는 음대수 함수를 이용하여 표현된 곡선 및 곡면에 대한 기하학적 성질과 수학적인 계산 과정을 정리하고 이런 기본 배경을 바탕으로 여러 가지 방법을 이용하여 사용자가 원하는 곡선과 대칭성을 갖는 회전체 곡면을 쉽게 설계할 수 있는 도구의 구현에 대해 설명한다. 이렇게 구현된 회전체는 CAD나 CAM과 같은 실용적인 분야에서 대칭성을 갖는 복잡한 물체를 설계할 때, 중요한 역할을 할 수 있을 것이다. Many efforts for finding smooth curves and surfaces satisfying given constraints have been made, and interpolation and approximation theories with the help of computers have played an important role in this endeavour. Most research in curve and surface modeling has been largely dominated by the theory of parametric representations. While they have been successfully used in representing physical objects, parametric surfaces are confronted with some problems when objects are represented and manipulated in geometric modeling systems. In recent year, increasing attention has been paid to implicit algebraic surfaces since they are often more effective than parametric surfaces are. In this paper, we summarize the geometric properties and computational processes of objects represented using implicit algebraic functions and explain of the implementation of design tools which can design curves and surfaces of revolution. These surfaces of revolution are played an importance role in effective areas such as CAD and CAM.

전역 조명 알고리즘에서의 조화 평균 거리 계산의 분석

차득현(Deukhyun Cha),임인성(Insung Ihm) 한국정보과학회 2010 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.16 No.2

전역 조명(global illumination) 효과를 사실적으로 렌더링하기 위해서는 복잡한 경로를 통해 입사하는 빛의 정보 해당하는 직접 조명 및 간접 조명을 정확하게 계산해주어야 한다. 이 과정에서 주어진 물체 표면 지점에 대해 계산되는 간접 조명 정보는 주변 환경의 기하적인 형태에 큰 영향을 받게 된다. 조화 평균 거리(harmonic mean distance)는 3차원 공간상에서 주어진 한 지점에서 보이는 물체들과의 거리를 나타내는 척도로 많이 사용되는 수학적 도구로서, 광휘 캐시(irradiance/radiance cache)나 환경폐색(ambient occlusion) 등의 렌더링 효과를 생성하는데 주요하게 사용된다. 본 논문에서는 대표적인 고품질 전역 조명 렌더링 알고리즘인 최종 수집(final gathering) 방법 및 포톤 매핑(photon mapping) 기법을 통해 다양한 환경에서 계산되는 조화 평균 거리에 대한 근사값의 정확성에 대해 분석한다. 이러한 분석 결과를 기반으로 효과적인 조화 평균 거리 계산의 근사화 기법 개발에 있어서 고려해야 할 점들과 방향을 제시한다. In order to render global illumination realistically, we need to accurately compute the direct and indirect illumination that represents the light information incoming through complex light paths. In this process, the indirect illumination at given point is greatly affected by surrounding geometries. Harmonic mean distance is a mathematical tool which is often used as a metric indicating the distance from a surface point to its visible objects in 3D space, and plays a key role in such advanced global illumination algorithms as irradiance/radiance caching and ambient occlusion. In this paper, we analyze the accuracy of harmonic mean distance estimated against various environments in the final gathering and photon mapping methods. Based on the experimental results, we discuss our experiences and future directions that may help develop an effective harmonic mean distance computation method in the future.

물리 기반 시점 의존 액체 애니메이션

김장희(Janghee Kim),임인성(Insung Ihm),차득현(Deukhyun Cha) 한국컴퓨터그래픽스학회 2005 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.11 No.2

시간 가변 해양 볼륨 데이터의 가시화

박상훈(Sanghun Park),임인성(Insung Ihm) 한국정보과학회 2004 한국정보과학회 학술발표논문집 Vol.31 No.1A

본 논문은 약 134 GB에 이르는 시간 가변 해양 볼륨 데이터를 효과적으로 가시화 하기 위한 두 가지 접근 방법을 제시한다. 첫 번째 방법은 고화질의 동영상을 생성하기 위한 오프라인 병렬 볼륨 렌더링 기법으로, 볼륨 광선추적법과 등가면 기법을 통합한 렌더링 알고리즘을 적용하여 고해상도의 영상을 생성할 수 있다. 두 번째 방법은, 그래픽스 하드웨어 가속기능을 통해 대화식 가시화가 가능한 멀티 파이프 렌더링을 구현하는 것으로, 복수개의 그래픽스 파이프라인과 3차원 텍스춰 맵핑 가속기능을 이용해 시간의 변화에 따른 해양의 변화를 효과적으로 가시화 하고 분석할 수 있다.

이미지 와핑을 이용한 실시간 그림자 생성 기법

강병권(Byungkwon Kang),임인성(Insung Ihm) 한국정보과학회 2002 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.29 No.5·6

컴퓨터 그래픽스에서 그림자는 장면의 사실성을 높이기 위하여 매우 중요한 요소이다. 전경을 렌더링 할 때 그림자의 모양이나 위치를 정확하게 나타내는 것도 중요하지만, 실제 세계에서 흔히 볼 수 있는 면적을 가지는 광원에 의한 부드러운 그림자를 효과적으로 표현하는 것도 중요하다. 그러나 현존하는 대부분의 그림자 생성 기법들은 사실적인 그림자를 실시간으로 생성해 내기에 어려움이 많다. 기존에 제안된 영상 기반 렌더링 기법을 이용하면 실시간으로 그림자를 생성해 내는데 유용하게 사용될 수가 있다. 하지만 이러한 방법에서는 일반적으로 그림자 지도의 크기가 지나치게 방대해지기 때문에, 텍스춰 메모리에 올리기에 무리가 따르게 되므로, 효율적인 압축기법이 필요하다는 단점이 있다. 이러한 그림자 지도의 크기와 압축의 부담으로 인해, 다양한 물체의 움직임을 표현하거나, 부드러운 그림자로의 확장에 어려움이 있을 수 있다. 이러한 점을 해결하고자, 본 논문에서는 영상 기반 렌더링 기법을 적용한 방법에 이미지 와핑 기법을 응용하여 그림자 지도의 크기를 대폭 줄일 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 이 방법에서는 물체가 움직이는 범위와 상관없이 매우 적은 개수의 그림자 지도만으로 그림자를 만들어 낼 수 있기 때문에, 부드러운 그림자를 만들기 위한 방법으로 쉽게 적용할 수 있다. 이 논문에서 개발한 기법은 3차원 게임이나 가상 현실 등 관련 분야에서 사실적인 영상을 실시간으로 생성해 내는 데 유용하게 쓰일 수 있을 것이다 Shadows are important elements in producing a realistic image. Generation of exact shapes and positions of shadows is essential in rendering since it provides users with visual cues on the scene. It is also very important to be able to create soft shadows resulted from area light sources since they increase the visual realism drastically. In spite of their importance, the existing shadow generation algorithms still have some problems in producing realistic shadows in real-time. While image-based rendering techniques can often be effectively applied to real-time shadow generation, such techniques usually demand so large memory space for storing preprocessed shadow maps. An effective compression method can help in reducing memory requirement, only at the additional decoding costs. In this paper, we propose a new image-based shadow generation method based on image warping. With this method, it is possible to generate realistic shadows using only small sizes of pre-generated shadow maps, and is easy to extend to soft shadow generation. Our method will be efficiently used for generating realistic scenes in many real-time applications such as 3D games and virtual reality systems.

포톤 매핑 기법을 이용한 폭발 및 화염의 사실적인 렌더링 기법

강병권(Byungkwon Kang),임인성(Insung Ihm) 한국컴퓨터그래픽스학회 2004 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.10 No.3

GPU용 Kd-트리 탐색 방법의 성능 분석 및 향상 기법

장병준(Byungjoon Chang),임인성(Insung Ihm) 한국정보과학회 2010 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.16 No.2

광선-다각형 교차 계산은 광선 추적법 계산의 상당 부분을 차지하는 중요한 구성요소로서, 보편적으로 정적인 장면에 대해서는 kd-트리와 같은 공간 자료구조를 사용하여 교차 계산을 가속하여왔다. 최근 CPU에 비해 상대적으로 제한된 계산구조를 가지는 GPU에 적합하도록 변형된 kd-트리 탐색 기법이 몇 가지 제시되어 왔는데, 본 논문에서는 이러한 기존 방법을 보완할 수 있는 두 가지 구현 기법을 제안한다. 첫째, 트리 탐색을 위한 스택을 전역 메모리에 할당할 경우 전역 메모리 접근으로 인한 비용을 줄이고자 하는 캐쉬 적용 스택 방법과 둘째, 기존의 로프 방법의 문제점인 상당한 메모리 요구량을 줄이고자 하는 적은 깊이의 스택(short stack)을 사용한 로프 방법을 제시한다. 제안된 방법의 효용성을 보이기 위하여 기존의 GPU용 탐색 방법과의 성능 비교 분석을 수행한다. 이러한 실험 결과는 향후 GPU용 광선 추적법 소프트웨어 개발자들이 상황에 맞는 적절한 kd-트리 탐색 방법을 선택할 수 있도록 해주는 중요한 정보를 제공하게 될 것이다. Ray-object intersection is an important element in ray tracing that takes up a substantial amount of computing time. In general, such spatial data structure as kd-tree has been frequently used for static scenes to accelerate the intersection computation. Recently, a few variants of kd-tree traversal have been proposed suitable for the GPU that has a relatively restricted computing architecture compared to the CPU. In this article, we propose yet another two implementation techniques that can improve those previous ones. First, we present a cached stack method that is aimed to reduce the costly global memory access time needed when the stack is allocated to global memory. Secondly, we present a rope-with-short-stack method that eases the substantial memory requirement, often necessary for the previous rope method. In order to show the effectiveness of our techniques, we compare their performances with those of the previous GPU traversal methods. The experimental results will provide prospective GPU ray tracer developers with valuable information, helping them choose a proper kd-tree traversal method.

2차원 리샘플링에 기반한 광선추적법의 속도 향상 기법

이래경(Rae-Kyoung Lee),임인성(Insung Ihm) 한국정보과학회 2000 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.27 No.8

볼륨 데이타에 대한 팔진트리와 같은 계층 자료구조를 사용하는 광선 추적법은 모든 광선이 계층구조를 순회하는 것으로 인한 중복된 계산을 포함하고 있으며, 좋은 화질의 영상을 얻기 위한 3차원 보간으로 인하여 많은 계산 비용을 요구한다. 본 논문은 볼륨 데이타의 계층구조에 대한 중복된 방문을 피하고, 오직 한 번만 계층구조를 방문하면서 효과적으로 광선의 리샘플링 지점을 결정하여 색상과 투명도를 구하는 볼륨 렌더링 알고리듬을 제안한다. 이 방법은 물체 순서로 광선 추적법을 수행하면서, 각 복셀주위에서의 리샘플링 지점을 점진적으로 찾아가면서 각 슬라이스 상에서의 2차원 보간에 기반을 둔 리샘플링을 수행한다. 또한 물체 순서 렌더링에서는 조기 광선 종결과 같은 최적화 기법을 구현하기 힘든데, 영상공간에서의 동적 자료구조를 이용하여 이를 효과적으로 해결하였다. 본 논문이 제안한 방법은 구현하기 쉽고 속도 향상을 위하여 추가적으로 요구되는 메모리가 매우 적기 때문에 광선 추적법과 쉬어 와핑 방법 사이의 성능 차이를 메워주는 효과적인 방법으로 사용될 수 있을 것이다. The standard volume ray-tracing, optimized with octree, needs to repeatedly traverse hierarchical structures for each ray that often leads to redundant computations. It also employs the expensive 3D interpolation for producing high quality images. In this paper, we present a new ray-casting method that efficiently computes shaded colors and opacities at resampling points by traversing octree only once. This method traverses volume data in object-order, finds resampling points on slices incrementally, and performs resampling based on 2D interpolation. While the early ray-termination, which is one of the most effective optimization techniques, is not easily combined with object-order methods, we solved this problem using a dynamic data structure in image space. Considering that our new method is easy to implement, and need little additional memory, it will be used as very effective volume method that fills the performance gap between ray-casting and shear-warping.

효율적인 피사계 심도 생성을 위한 두 가지 기법

서영선(Young-Seon Suh),임인성(Insung Ihm) 한국컴퓨터그래픽스학회 2008 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.14 No.3

피사계 심도란 카메라에서 초점이 맞은 지점을 전후로 초점이 맞은 것과 유사한 선명도를 가지는 영역을 말한다. 이 영역을 벗어난 물체들은 아웃 포커싱 되어 흐릿하게 보이게 된다. 렌더링 한 이미지에 피사계 심도 효과를 내게 되면 그렇지 않은 이미지에 비해 훨씬 사실적인 영상을 얻을 수 있다. 렌더링에서 피사계 심도 효과를 내기 위한 기존 연구는 크게 두가지로 나눌 수 있다. 먼저 분산 광선 추적법은 한 픽셀에 대해 주어진 렌즈 영역을 샘플링 하는 방법이다. 이 방법은 샘플링 횟수가 많아질수록 노이즈가 없는 정확한 영상을 얻게 되지만 그러기 위해서는 시간이 매우 많이 걸린다. 반면 후처리 방법은 광선 추적법 등을 이용하여 얻은 핀홀 카메라 이미지와 깊이 정보를 이용하여 피사계 심도 효과를 내는 것인데 분산 광선 추적법 만큼 정확하지는 않지만 훨씬 빠른 속도로 유사한 결과를 얻을 수 있어 많은 연구가 진행되어 왔다. 그러나 후처리 방법은 핀홀 카메라에서 생성된 이미지만을 이용하므로 실제 렌즈에서 보이는 모든 정보를 알 수 없다는 한계가 존재한다. 본 논문에서는 이러한 두 가지 형태의 방법을 각각 발전시켜 후처리 기반 피사계 심도 계산의 정확도를 높이는 방법과 분산 광선 추적법의 계산 속도를 향상 시키는 방법을 제시한다. The depth of field is the range that the objects inside of this range treated to be focused. Objects that are placed out of this range are out of focus and become blurred. In computer graphics, generating depth of field effects gives a great reality to rendered images. The previous researches on the depth of field in computer graphics can be divided into two major categories. One of them is the distributed ray tracing that samples the lens area against each pixel. It is possible to obtain precise results without noise if enough number of samples are taken. However, to make a good result, a great number of samples are needed, resulting in an enormous timing requirement. The other approach is the method that approximates depth of field effect by post-processing an image and its depth values computed using a pin-hole camera. Though the second technique is not that physically correct like distributed ray tracing, many approaches which using this idea have been introduced because it is much faster than the firstapproach. But the post-processing have some limitations because of the lack of ray information. In this paper, we first present an improvement technique that corrects the previous post-processing methods and then propose another one that accelerates the distributed ray tracing by using a radiance caching method.