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Accelerating Probabilistic Volumetric Mapping using Ray-Tracing Graphics Hardware
Heajung Min(민혜정),Kyung Min Han(한경민),Young J. Kim(김영준) 한국컴퓨터그래픽스학회 2021 한국컴퓨터그래픽스학회 학술대회 Vol.2021 No.7
Probabilistic volumetric mapping (PVM) represents a 3D environmental map for an autonomous robotic navigational task. A popular implementation such as Octomap relies on an octree to represent a PVM and its main bottleneck lies in massive ray-shooting to determine the occupancy of the underlying volumetric voxel grids. In this paper, we propose GPU-based ray shooting to drastically improve the ray shooting performance in Octomap. Our main idea is based on the use of the recent ray-tracing RTX GPU. Our ray-shooting first maps leaf-level voxels in the given octree to a set of axis-aligned bounding boxes (AABBs) and employ massively parallel ray shooting on them using GPUs to find free and occupied voxels. These are fed back into the CPU to update the voxel occupancy and restructure the octree. In our experiments, we have observed more than three-orders-of-magnitude performance improvement in terms of ray shooting using ray-tracing GPU over a state-of-the-art Octomap CPU implementation, where the benchmarking environments consist of more than 77K points and 25K~34K voxel grids.
민혜정(Heajung Min),김영준(Young J. Kim) 한국컴퓨터그래픽스학회 2020 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.26 No.1
점집합을 매끄러운 다양체 표면으로 가시화하는 과정에서 전역 조명 기법을 사용하면 다양한 조명 효과로 사실적인 장면을 렌더링 할 수 있다. 광선 추적법에 대한 지속적인 요구와 그래픽스 하드웨어의 발전을 바탕으로 광선 추적법을 위한 전용 GPU와 프로그래머블 파이프 라인이 근래에 소개되었다. 본 논문에서는 광선 추적법의 가속을 지원하는 GPU와 렌더링 파이프라인을 사용하여 점집합 모델에 대한 실시간 전역 조명 렌더링을 수행하는 방법을 제시한다. 즉, 이동 최소 자승법을 적용하여 점집합을 부드러운 음함수 표면으로 근사한 후, GPU 기반 광선추적법을 이용하여 표면과의 광선 교차 검사를 수행하고 교차점에서 쉐이딩 효과를 적용하여 전역 조명 렌더링을 수행한다. 그 결과 오십만개 이상의 점으로 구성된 복잡한 점집합 모델이 포함된 장면을 실시간에 생성할 수 있다. In the process of visualizing a point set representing a smooth manifold surface, global illumination techniques can be used to render a realistic scene with various effects of lighting. Thanks to the continuous demand for ray tracing and the development of graphics hardware, dedicated GPUs and programmable pipeline for ray tracing have been introduced in recent years. In this paper, real-time global illumination rendering is studied for a point-set model using ray-tracing GPUs. We apply the moving least-squares (MLS) method to approximate the point set to a smooth implicit surface and render it using global illumination by performing massive ray-intersection tests with the surface and generating shading effects at the intersection point. As a result, a complicated point-set scene consisting of more than 0.5M points can be generated in real-time.