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.

정적인 장면을 위한 포톤 매핑 기반의 고품질 실시간 전역조명 기법

장병준(Byungjoon Chang),진봉준(Bongjun Jin),임인성(Insung Ihm) 한국정보과학회 2011 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.17 No.10

포톤 매핑 방법은 전역 조명 효과를 생성하기 위하여 널리 사용되는 렌더링 방법 중의 하나이다. 이 방법은 렌더링 시 사용하는 포톤의 수가 증가할수록 결과 영상의 화질은 향상되지만, 그에 비례하여 렌더링 시간 및 저장 공간에 대한 부담이 늘어나는 단점을 갖고 있다. 본 논문은 고정된 기하물체와 광원으로 구성된 정적인 장면을 광선 추적법을 사용하여 렌더링 하고자 할 때, 충분히 많은 수의 포톤 추적을 통해 고화질의 영상을 생성하면서 동적인 카메라 움직임을 효과적으로 처리해주는 전역 조명 생성기법을 제안한다. 또한 그림자 가시성 정보를 전처리를 통해 장면에 적용함으로써, 상당한 비용을 요구하는 그림자 광선에 대한 성능을 향상시킬 수 있는 효율적인 렌더링 방법을 제안한다. 이러한 노력을 통하여 기본적인 광선 추적법 정도의 비용만으로 정적인 장면에 대해 다루기 힘든 물체간의 간접 난반사를 포함하는 고화질의 전역 조명 효과를 효과적으로 생성할 수 있음을 보인다. Phton mapping is one of the most frequently applied rendering methods for generating global illumination effects. While the image quality improves as more photons are emitted during rendering, the requirement for the computation time and memory space increases proportionally to the number of used photons. This paper presents a global illumination technique suitable for ray-tracing a static scene with fixed geometry and lights, which effectively handles the dynamic camera motion while using enoughly many photons for producing high-quality rendering images. In addition, we suggest an efficient technique that considerably reduces the cost for tracing shadow rays by storing shadow visibility information into the static scene and exploiting it during rendering. Combining such efforts, we demonstrate that high-quality global illumination including the intractable diffuse inter-reflection between objects can be effectively produced for static scenes only at the expense of basic recursive ray tracing.

프로그래밍 가능한 그래픽스 하드웨어를 사용한 고품질 전역 조영 생성

차득현(Deukhyun Cha),장병준(Byungjoon Chang),임인성(Insung Ihm) 한국HCI학회 2008 한국HCI학회 학술대회 Vol.2008 No.2

최근 컴퓨터 그래픽스 분야에서 3차원 렌더링은 영화 제작, 광고, 인테리어 시뮬레이션, 의료 영상 등 많은 분야에서 중요하게 사용되고 있으며 기술의 발달로 인해 그 사실성이 매우 높아지고 있다. 또한 렌더링 기술의 발달과 하드웨어의 비약적인 발전에 의해 실시간 게임 등에도 물리 기반 3차원 렌더링 기법들이 응용되어 사실성을 더해 가고 있다. 그러나 영화 제작 등에 사용될 수 있는 정도의 고품질 영상을 생성하기위해 아직 적지 않은 시간을 필요로 하는 한계를 가지고 있다. 본 논문에서는 가상의 3차원 공간에 만들어진 복잡한 장면에 대하여 고품질 영상의 매우 중요한 요소 중의 하나인 물리 기반 전역 조영을 빠른 시간 안에 사실적으로 생성할 수 있는 렌더링 기법을 제안한다. 특정 제약 속에서 빠른 계산을 가능하게 하는 프로그래밍 가능한 그래픽스 하드웨어를 사용하여 물리 기반 전역 조영 알고리즘을 가속하고 포톤 매핑 기법을 적용한 광선 추적법 기반에서 효과적으로 동작할 수 있도록 렌더링 시스템의 구조를 최적화 하였다. 3D rendering is a critical process for a movie production, advertisement, interior simulation, medical and many other fields. Recently, several effective rendering methods have been developed for the photo-realistic image generation. With a rapid performance enhancement of graphics hardware, physically based 3D rendering algorithm can now often be approximated in real-time games. However, the high quality of global illumination, required for the image generation in the 3D animation production community is a still very expensive process. In this paper, we propose a new rendering method to create photo-realistic global illumination effect efficiently by harnessing the high power of the recent GPUs. Final gathering routines in our global illumination module are accelerated by programmable graphics hardware. We also simulate physically based light transport on a ray tracing based rendering algorithm with photon mapping effectively.

국내 흑염소에서의 소결핵, 브루셀라, Q fever 유병률 연구

김효비,김성준,김기나,김별,장병준,최농훈,Kim, Hyobi,Kim, Seongjoon,Kim, Kina,Kim, Byeol,Chang, Byungjoon,Choe, Nong-Hoon 대한수의학회 2016 大韓獸醫學會誌 Vol.56 No.4

As the meat of black goats has become popular as a healthy food, domestic goat meat-related industries are steadily growing. However, previous studies are scarce of informations about the zoonotic disease originated from the black goat in Korea. In this study, we investigated Korean black goat's infectious diseases representing bovine tuberculosis, brucellosis, and Q fever. One hundred and eighty samples were collected from a local slaughter house located in Jeollanam-do. Three typical zoonotic diseases were separately examined by carrying out enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) and polymerase chain reaction (PCR). Histopathological test was additionally performed in tuberculosis. In case of tuberculosis, results of the PCR and histopathological test were negative but the ELISA results were positive in eight samples. In case of brucellosis, one out of the total samples was shown to be positive in the ELISA and none in the PCR. In case of Q fever, there were forty one positive in the ELISA and twenty positive in the real-time PCR. Those results indicate that the Korean black goat could be a natural reservoir in the possible chain-infections among human, cows and goats. Thus, further study needs in order to improve productivity as well as to prevent the zoonosis spreading and circulation of other livestock with the black goat in this country.

투영 등위 집합을 이용한 다면체 모델의 부분 매개 변수화

이연주(Yeonjoo Lee),차득현(Deukhyun Cha),장병준(Byungjoon Chang),임인성(Insung Ihm) 한국정보과학회 2007 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.34 No.11·12

컴퓨터 그래픽스를 비롯한 여러 응용 분야에서 3차원 다면체 모델에 대한 매개 변수화(parameterization) 기법이 중요하게 연구되어왔다. 매개 변수화에 대한 연구는 주로 3차원 다면체 모델을 2차원 평면으로 매핑 시켜주는 문제를 고려하는데, 이러한 매핑 과정에서 종종 다각형의 세밀한 형태를 제대로 표현하지 못하거나, 텍스처 매핑 등의 기법을 적용할 때 일부 왜곡이 발생하는 문제가 발생하고는 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 여러 가지 왜곡 처리 방법이 연구되었지만, 3차원 물체의 임의 영역에 대한 사각형 형태의 부분 매개 변수화(local parameterization)를 수행하기에는 종종 한계점을 가지고 있었다. 본 논문에서는 투영 등위 집합이라고 하는 수학적 도구를 사용하여 3차원 다면체 모델의 특정 지역을 효과적으로 매개 변수화 해주는 기법을 제안한다. 이 방법에서는 사용자가 지정한 임의의 영역에 대해 등간격의 곡선을 생성한 후, 이를 이용하여 사각형 형태의 영역에 대한 부분 매개 변수화 정보를 추출하는 방식을 취한다. 본 논문에서는 새로운 부분 매개 변수화 기법에 대하여 자세히 설명한 후 실험 결과를 기술하도록 한다. Parameterization has been one of very important research subjects in several application areas including computer graphics. In the parameterization research, the problem of mapping 3D polygonal model to 2D plane has been studied frequently, but the previous methods often fail to handle complicated shapes of polygonal surfaces effectively as well as entail distortion between the 3D and 2D spaces. Several attempts have been made especially to reduce such distortion, but they often suffer from the problem when an arbitrary rectangular surface region on 3D model is locally parameterized. In this paper, we propose a new local parameterization scheme based on the projection level set method. This technique generates a series of equi-distanced curves on the surface region of interest, which are then used to generate effective local parameterization information. In this paper, we explain the new technique in detail and show its effectiveness by demonstrating experimental results.

점 렌더링 기법을 사용한 입자 기반 물 데이터의 렌더링

이재학(Jaehak Lee),차득현(Deukhyun Cha),장병준(Byungjoon Chang),임인성(Insung Ihm),김장희(Janghee Kim),구본기(Bonki Koo) 한국HCI학회 2006 한국HCI학회 학술대회 Vol.2006 No.2