그래픽스 하드웨어를 이용한 효과적 가시화 컬링 및 지형 그림자 생성 연구

Abstract

본 논문에서는 그래픽스 하드웨어(GPU)의 빠른 래스터라이제이션(rasterization) 기반의 효율적인 가시화 계산을 대용량 CAD 모델의 효과적인 렌더링을 위한 전역적 가시화 컬링(visibility culling) 알고리즘과 대용량 지형 모델의 그림자 맵(shadow map) 생성 알고리즘에 적용한 방법을 제시한다. 전역적 가시화 컬링 알고리즘은 수 백 만개 혹은 수 천 만개 이상의 삼각형으로 구성된 CAD 모델을 외부에서만 관찰할 때는 내부의 보이지 않는 삼각형은 렌더링 하지 않아도 된다는 점에 착안하여, 전역적 가시화 컬링 문제를 주어진 모델의 어레인지먼트(arrangement) 문제로 재구성하였다. 어레인지먼트의 효과적인 계산을 위하여, 본 논문에서는 주어진 모델의 유향 거리 장(directed distance field)을 GPU를 이용하여 구축하고, 이를 바탕으로 패스트 마칭 방법(fast marching method)을 적용하여 어레인지먼트의 최 외각 엔벌롭(outer envelope)의 근사치를 구하였다. 그리고 본 논문에서는 대용량 지형 모델의 자체 그림자(self-shadow)를 위한 그림자 맵의 빠른 생성을 위하여 GPU의 차폐 질의문(occlusion query)을 사용한 광선 추적법(ray-tracing) 적용 방법을 연구하였다. 본 논문에 제시된 전역적 가시화 컬링 알고리즘을 약 3백만 개 이상의 삼각형으로 구성된 CAD 모델에 적용하여, 70%이상의 가시화 컬링 효과를 거둘 수 있었고, 전체 계산 시간은 nVIDIA GeForce 7900GX2를 장착한 Dual AMD Athlon 64 2.6GHz PC에서 평균 6.5초의 시간이 소요되었다. 또한 1024×1024 크기의 높이 맵(height map)이 이용된 지형 그림자 맵 생성은 nVIDIA GeForce 6800을 장착한 AMD Athlon 64 2.2GHz PC에서 평균 7.32초가 소요되었다.;This dissertation addresses how one can exploit the fast rasterization and visibility functions available in graphics hardware (GPU) for efficient visibility culling for large CAD model and shadow generation for a large terrain model. The goal of our visibility culling is to remove the invisible triangles of a CAD model, consisting of millions of triangles, when the camera is located outside of the given model. We pose this problem as arrangement computation, and the arrangement of the given model is approximated by generating the directed distance field of the given model by using GPU and finding the outer envelope by fast marching method. From our experimentation, we could cull away more than 70% of hidden geometry by using our algorithm, taking 6.3 seconds on nVIDIA GeForce 7900GX2 for a large CAD model consisting of three millions of triangles. Furthermore, we also compute shadow map for a large terrain model by combining ray tracing with GPU-supported occlusion query. The shadow map generation took 7.31 seconds for 1024² height map on nVIDIA GeForce 6800.