모바일 환경에서 광선 추적 기반 렌더링 기법의 성능 향상에 관한 연구
A Study on Performance Enhancement for Ray-Tracing-based Rendering Methods in Mobile Environments
- 주제(키워드) 광선 추적법 , 모바일 환경 , GPGPU
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 임인성
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 컴퓨터공학과
- UCI I804:11029-000000066215
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
컴퓨터 그래픽스 분야에서 효과적인 렌더링을 위하여 전통적으로 래스터화 기반 방법들이 널리쓰여왔으며 이를 고속으로 가속하기 위한 GPU가 개발되어왔다. 또한 래스터화 기반 방법의 구조적 한계를 극복하고 고품질의 이미지를 생성하기 위하여 광선 추적법이 연구되어왔다. 다양한 광선 추적법 응용 기술 개발과 GPU 하드웨어의 성능 향상의 결과로 현재 PC 환경에서는 보편적인 GPU 기능을 활용하거나 광선 추적 전용 모듈을 활용하여 실시간 성능 수준으로 렌더링이 가능한 상황이다. 하지만 모바일 환경에서는 프로세서의 발열과 배터리 문제로 인한 모바일 환경의 제한적인 성능과 기기에 탑재되는 디스플레이의 해상도 증가로 인하여 아직까지 광선 추적 기술을 모바일 환경에 적용하기에는 많은 어려움이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 일환으로 첫째, 단일 모바일 기기에서 동적 장면에 대한 효과적인 광선 추적 기반 렌더링 기법을 제시한다. 동적 장면에 효과적인 공간 가속 구조를 적용하고 이를 추가적으로 개선하기 위한 방법을 제안하며 전체 렌더링 성능을 향상시키기 위하여 모바일 기기의 CPU와 GPU를 효과적으로 활용할 수 있는 방법을 제안한다. 둘째, 단일 기기가 아닌 다수의 모바일 기기를 활용하여 클러스터를 구성함으로써 모바일 기기에서 다루기 어려운 대용량 장면에 대해서도 효과적으로 광선 추적 기반 렌더링이 가능한 시스템을 제안한다. 셋째, 렌더링을 위한 기하정보를 다면체 모델만이 아닌 RGB-D 카메라를 통해 생성되는 점 구름 기반 기하정보에 대해서 효과적인 광선 추적 기반 렌더링 기법을 제안하고 모바일 환경에서의 효과적인 렌더링 방법으로서의 가능성을 제시한다. 본 논문에서 제안하는 기법들은 향후 모바일 환경에서 다양한 렌더링 기법 및 광선 추적 응용 기술의 기반 기술로 유용하게 사용 될 수 있을 것이다.
more초록/요약
In computer graphics, conventional rasterization-based techniques have been widely used as rendering methods for which GPUs have been developed to accelerate such processes. In addition, the ray-tracing technique has been developed to overcome the structural limitations of rasterization-based methods and generate high-quality images. Because of the recent advancements in various ray-tracing application techniques and the improvement of GPU hardware performance, rendering can be performed in real time using a GPGPU or ray-tracing specialized hardware in a PC environment. However, the performance in the mobile environment is limited owing to processor overheating and battery issues, and the resolution of the mobile device display is increased. These limitations create problems in applying the ray-tracing technique in the mobile environment. In this paper, to resolve such issues, first, we present an effective ray-tracing-based rendering technique for a dynamic scene in a single mobile device. We propose a method for applying an effective spatial acceleration structure to dynamic scenes and improving it, and a method for utilizing the CPU and GPU of a mobile device to improve rendering performance. Second, we propose a system capable of ray-tracing-based rendering even for large-scale scenes that are difficult to handle on mobile devices by configuring a cluster using multiple mobile devices. Third, we propose an effective ray tracing-based rendering technique for point cloud data generated using RGB-D cameras. In the future, the techniques proposed in this paper can be successfully applied as a foundation for various ray-tracing-based rendering technologies in the mobile environment.
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