바운딩 메시를 사용한 광선 추적 하드웨어 기반 실시간 충돌 검사
Ray-tracing Hardware-based Real-time Collision Detection Using Bounding Mesh
- 주제어 (키워드) 실시간 , 충돌 검사 , 광선 추적 , 다각형 메시 , real time , collision detection , ray tracing , polygonal mesh , gpu
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 임인성
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 컴퓨터공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000076363
- UCI I804:11029-000000076363
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
주어진 대용량 다각형 메시(polygonal mesh) 간의 실시간 충돌 검사는 컴퓨터 그래픽스 분야에서 활발하게 진행되고 있는 연구 주제 중 하나이다. 특히 최근 사용자와 물체, 또는 물체와 물체 간의 상호작용을 실시간으로 현실감 있게 표현하기 위해 VR(Virtual Reality) 분야에서 중요하게 여겨지고 있다. 다각형 메시 간의 충돌 검사는 다각형을 구성하고 있는 삼각형들 간의 교차 검사를 통해 충돌 여부를 판단할 수 있다. 정밀한 충돌 검사를 위해서는 한 다각형 메시를 구성하는 모든 삼각형들에 대하여 충돌 대상이 되는 다각형 메시를 구성하는 모든 삼각형들과 교차 검사를 수행하면 되지만, 데이터의 크기가 커질수록 메시를 구성하는 삼각형의 개수가 매우 빠르게 증가하기 때문에 이를 실시간으로 수행하기에는 높은 계산 비용으로 인하여 한계가 있다. 본 논문에서는 대용량 다각형 메시를 대표하는 근사화한 바운딩 메시(bounding mesh)와 GPU 광선 추적 전용 하드웨어를 활용한 대용량 다각형 메시 간의 정밀한 실시간 충돌 검사 기법을 제안한다. 바운딩 메시는 기존 다각형 메시로부터 생성한 3차원 부호 거리장(signed distance field) 정보를 마칭큐브 알고리즘(marching cube)의 입력 데이터로 하여 기존 다각형 메시와 형태가 비슷하며 부피가 조금 큰 메시를 생성한 것이다. 충돌 검사 과정에서 한 메시의 바운딩 메시의 삼각형들과 충돌 대상 다각형 메시의 삼각형들 간의 1차 교차검사를 수행한 후, 교차한 바운딩 메시 삼각형들에 연결된 원본 삼각형들과 2차 교차검사를 수행한다. 이를 위해 먼저 생성한 바운딩 메시를 구성하는 삼각형 개수를 크게 줄여 1차 교차검사에서 발생하는 비용을 크게 줄였다. 그리고 바운딩 메시를 구성하는 삼각형들에 대하여 특정 거리 범위 내에 있는 원본 메시의 삼각형들을 매핑하여 진행하고자 했던 다각형 메시 간의 충돌 검사를 상대적으로 적은 범위에 대해 진행할 수 있게 된다. 또한 위 충돌 검사 과정에서 삼각형들 간의 교차 검사를 광선 추적을 통해 진행하였으며 광선 추적 방법에서 광선이 삼각형과 교차하는 과정을 GPU 광선 추적 전용 하드웨어를 활용하여 가속하였다. 이를 통해 대용량 다각형 메시 간의 정밀한 충돌 검사를 보장하면서도 성능을 향상시킬 수 있다.
more초록 (요약문)
Real-time collision detection between a given large-capacity polygonal mesh is one of the most active research topics in the field of computer graphics. In particular, it has recently been considered important in the field of virtual reality (VR). to express real-time interactions between users and objects, or between objects and objects. The collision detection between the polygonal meshes may determine whether there is a collision through intersection test between triangles constituting the polygonal mesh. For precise collision detection, all triangles constituting a polygonal mesh can be intersection tested with all triangles constituting a collision target polygonal mesh, but as the size of the data increases, the number of triangles constituting the mesh increases exponentially, so there is a limit to performing it in real time. In this paper, we propose a precise real-time collision detection technique between an approximated bounding mesh representing a large-capacity polygonal mesh and a large-capacity polygonal mesh using GPU ray tracing hardware. The bounding mesh is a mesh that is similar in shape to the original polygonal mesh and is a little larger generated by using 3D signed distance field information generated from the existing polygonal mesh as input data of the Marching Cube algorithm. During the collision detection process, the first intersection test between the triangles of the bounding mesh of one mesh and the triangles of the target polygonal mesh is performed, and then the second intersection test is performed with the original triangles connected to the intersected bounding mesh triangles. To this end, the number of triangles constituting the bounding mesh generated first was greatly reduced, greatly reducing the cost incurred in the first intersection test. And then, Mapping the triangles of the original meshes to the triangles constituting the bounding meshes within a specific distance range, so the collision detection between the polygonal meshes that was intended can be conducted for a relatively small range. In addition, in the above collision detection process, intersection test between triangles was performed through ray tracing, and the process of intersection test the ray with the triangle in the ray tracing method was accelerated using GPU ray tracing hardware. This ensures precise collision detection between large-capacity polygonal meshes while improving performance.
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