전역 조명 지원 모바일 광선 추적 시스템의 개발 및 성능 프로파일링
Development and Performance Profiling of a Mobile Ray Tracing System Supporting Global Illumination
- 주제(키워드) 실시간 렌더링 , 광선 추적 , 모바일 , 전역 조명 , real-time rendering , ray tracing , mobile , global illumination
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 임인성
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 컴퓨터공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000082452
- UCI I804:11029-000000082452
- 본문언어 한국어
- 저작권 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록(요약문)
With recent advances in dedicated GPUs and hardware-accelerated APIs, ray tracing has become widely adopted in real-time rendering, including games. In particular, it has become possible to achieve real-time global illumination based on ray tracing on PC platforms. Meanwhile, as the mobile game market continues to grow and demand for high-quality graphics rises accordingly, hardware support for ray tracing is also being introduced to mobile devices. However, mobile environments are inherently limited in ray tracing performance and further constrained by factors such as memory, heat generation, and battery consumption, making it difficult to directly apply techniques developed for PC platforms. This study undertakes two approaches to overcome these limitations and to examine the feasibility of real-time global illumination on mobile platforms. First, the performance of classical ray tracing renderers is evaluated under various conditions in mobile environments to identify optimal implementation strategies. A full ray tracing renderer and a hybrid renderer based on rasterization-driven deferred rendering are designed using the Vulkan ray tracing pipeline and ray query extensions. Performance is analyzed with respect to shader structure, texture configurations, and the ordering of rasterization draw calls to identify the most efficient ray tracing rendering approach for mobile platforms. Second, global illumination is applied using a probe-based technique capable of handling dynamic environments, built upon NVIDIA’s Dynamic Diffuse Global Illumination (DDGI), and extended with a view-adaptive update scheme. Since performing ray tracing for all irradiance probes is prohibitively expensive in mobile environments, an adaptive technique is proposed that updates only probes that are important for the current viewpoint, along with a subset of probes selected for sequential updates under a fixed update budget. Through performance evaluation, this study demonstrates the practical feasibility of applying real-time global illumination in mobile environments.
more초록(요약문)
최근 전용 GPU와 하드웨어 가속 API의 지원으로 광선 추적 (ray tracing) 기술은 게임을 비롯한 실시간 렌더링 분야에 활발히 활용되고 있다. 특히 PC 환경에서는 광선 추적 기술 기반의 전역 조명 (global illumination)을 실시간으로 구현하는 것이 가능해졌다. 한편, 모바일 게임 시장의 규모가 지속적으로 확대되며 고품질 그래픽에 대한 수요가 증가하는 가운데, 모바일 기기에도 광선 추적 하드웨어 지원이 확대되고 있다. 그러나 모바일 환경은 광선 추적 성능이 매우 제한적이며, 메모리, 발열, 배터리 등의 제약으로 PC 환경의 기술을 그대로 적용하기 어렵다. 본 논문에서는 이러한 한계를 극복하고, 모바일 환경에서의 실시간 전역 조명 적용 가능성을 검증하기 위해 두 가지 접근을 수행하였다. 첫째, 모바일 환경에서 고전적인 광선 추적 렌더러의 다양한 상황별 성능을 평가함으로써 최적의 구현 방식을 탐색하였다. 이를 위해 Vulkan API의 광선 추적 파이프라인 및 광선 질의 (ray query) 확장을 활용하여 전체 광선 추적 렌더러와 래스터화 (rasterization) 기반 지연 렌더링 (deferred rendering) 형태의 혼합 (hybrid) 렌더러를 설계하였다. 또한 쉐이더 구조와 텍스춰 구성, 래스터화 드로우 함수 호출 순서 정렬 등에 따른 성능을 분석함으로써 가장 효율적인 광선 추적 렌더링 방식을 탐색하였다. 둘째, NVIDIA의 DDGI (Dynamic Diffuse Global Illumination)를 기반으로 동적 환경에 대응하는 조도 프로브 (probe) 방식의 전역 조명을 적용하고, 이를 시점 변화에 따른 적응적 갱신 방식으로 확장하였다. 장면 내의 모든 조도 프로브에서 광선 추적을 수행하는 것은 모바일 환경에 큰 부담이므로 전체 갱신 예산을 고려해 현재 시점에 중요한 프로브와 순차 갱신 대상인 일부 프로브만을 갱신하는 적응적 기법을 제안하였다. 더불어 이에 대한 성능 평가를 수행함으로써 모바일 환경에서의 실질적인 전역 조명 적용 가능성을 확인하였다.
more목차
제 1 장 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.1.1 PC 환경에서의 고품질 광선 추적 1
1.1.2 모바일 환경에서의 고품질 광선 추적 3
1.2 본 논문의 기여도 및 구성 4
제 2 장 관련 연구 6
2.1 광선 추적 기법(Ray tracing) 6
2.2 전역 조명(Global illumination) 기법 7
2.2.1 경로 추적(Path tracing) 7
2.2.2 복셀 원뿔 추적(Voxel cone tracing) 8
2.2.3 이미지 기반 조명(Image based lighting) 9
제 3 장 모바일 환경에서의 고전적인 광선 추적 렌더러 최적화 10
3.1 고전적인 광선 추적 기법 11
3.2 GPU 기반 실시간 광선 추적 12
3.2.1 PC 환경에서의 광선 추적 13
3.2.2 모바일 환경에서의 광선 추적 16
3.3 본 논문에서 구현한 고전적인 모바일 광선 추적 렌더러의 구성 17
3.4 모바일 환경에서의 광선 추적 렌더러 최적화 기법 19
3.4.1 광선 추적 파이프라인 확장 쉐이더 구성 20
3.4.2 광선 질의 확장의 활용 21
3.4.3 저용량 텍스춰의 활용 22
3.4.4 혼합 광선 추적 기하 단계 최적화 24
3.5 실험 결과 27
3.5.1 실험 환경 27
3.5.2 실험 장면 27
3.5.3 전체적인 최적화 수행 결과 29
3.5.4 광선 추적 파이프라인 확장 쉐이더 구성에 따른 결과 31
3.5.5 광선 질의 확장 활용에 따른 결과 31
3.5.6 저용량 텍스춰 적용 결과 32
3.5.7 혼합 광선 추적 기하 단계 최적화 적용 결과 34
제 4 장 모바일 환경에서의 전역 조명 렌더러 최적화 37
4.1 DDGI 기법 개요 38
4.2 DDGI 기법의 적용 42
4.3 적응적 프로브 갱신 기법 51
4.3.1 카메라 중심 다중 프로브 볼륨 구성 52
4.3.2 중요 프로브 선별 54
4.3.3 프로브 상태 분류 61
4.3.4 적응적 프로브 갱신 파이프라인 66
4.4 실험 결과 69
4.4.1 실험 환경 69
4.4.2 실험 데이터 69
4.4.3 DDGI 적용 결과 70
4.4.4 적응적 갱신 기법 적용에 따른 렌더링 성능 73
4.4.5 적응적 갱신 기법 적용에 따른 렌더링 품질 77
4.4.6 관련 연구와의 비교 분석 85
제 5 장 결론 87
5.1 결론 87
5.2 향후 연구 88
