KR101661166B1 - 3차원 영상 시스템에서 광선 추적 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

3차원 영상 시스템에서 광선 추적 방법 및 장치에 관한 것으로서, 광선 추적 방법은, 각 픽셀 별로 픽셀의 네 꼭지점에 대하여 샘플링하는 과정과, 상기 각 픽셀 별로 픽셀의 중점에 대하여 샘플링하는 과정과, 상기 네 꼭지점과 중점에 대한 샘플링 결과를 이용하여 각 픽셀의 색상을 결정하는 과정을 포함하여, 에일리어싱(anti- aliasing) 현상이 발생되는 것을 최소화하면서 동시에 연상량을 최소화할 수 있다.

Description

3차원 영상 시스템에서 광선 추적 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RAY TRACING IN THREE-DIMENSION IMAGE SYSTEM}
본 발명은 3차원 영상 시스템에 관한 것으로서, 특히 안티 에일리어싱(anti- aliasing)을 위한 광선 추적(Ray-tracing) 방법 및 장치에 관한 것이다.
3차원 영상 시스템에서는 2차원 영상에 광원·위치·색상 등과 같은 외부의 정보를 고려하여 사실감을 불어넣어 3차원 영상을 만드는 렌더링 과정을 수행한다. 상기 렌더링의 일 예로 광선 추적 기법이 있다.
상기 광선 추적 기법은 관찰자 시점에서 화면의 각 픽셀에 대응하는 광선을 생성한 후, 이들 광선과 교차하는 프리미티브(primitive)에 따라 상기 각 픽셀의 색상을 결정하여 3차원 영상을 생성하는 기법이다. 즉, 상기 광선 추적 기법은 각 픽셀당 최소 하나 이상의 샘플링을 수행하여 해당 픽셀의 색상을 결정한다.
상기와 같은 광선 추적 기법에서 하나의 픽셀에 대해 하나의 광선을 생성하는 경우, 하나의 픽셀 내에 프리미티브의 경계가 걸치게 되면, 에일리어싱 현상이 발생하게 되어 비현실적인 영상이 생성되는 문제점이 발생된다. 이에 따라, 종래의 광선 추적 기법에서는 하나의 픽셀에 대해 복수의 광선을 생성하여 해당 픽셀에서 프리미티브가 차지하는 영역에 따라 상기 해당 픽셀의 색상을 결정함으로써, 상기 에일리어싱 현상이 발생되는 것을 감소시키는 안티 에일리어싱 기법을 제공하고 있다.
도 1은 종래의 광선 추적 기법에서 에일리어싱 현상과 안티 에일리어싱 기법을 도시하고 있다. 도 1(a)에 도시된 바와 같이 가상의 3차원 공간에 삼각형의 프리미티브가 존재하며, 이때 각 픽셀 별로 중점에 대한 하나의 광선을 생성하는 경우를 가정한다. 이 경우, 상기 하나의 광선과 삼각형이 교차하는 픽셀의 색상은 삼각형의 색상으로 결정되고, 상기 하나의 광선과 삼각형이 교차하지 않는 픽셀의 색상은 배경색으로 결정되어 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 사용자가 삼각형으로 인식하기 어려운 형태의 영상이 생성된다.
이에 따라 종래에는 상기 도 1(a)에서 각 픽셀 별로 프리미티브가 차지하는 영역을 고려하여 상기 각 픽셀의 색상을 결정함으로써, 상기 도 1(c)에 도시된 바와 같이 사용자가 삼각형으로 인식할 수 있는 형태의 영상을 생성하기 위한 기법을 제공하고 있다. 즉, 종래에는 각 픽셀 별로 복수의 광선을 생성한 후, 복수의 광선과 프리미티브의 교차 여부를 검사하여 교차한 프리미티브의 색상에 대한 가중치를 부여함으로써, 각 픽셀의 색상을 결정하는 방식을 제공하고 있다. 예를 들어, 종래에는 각 픽셀 내에 일정 간격으로 샘플링하는 슈퍼 샘플링, 각 픽셀을 복수 개로 분할하여 분할된 각 영역의 임의의 위치에 광선을 생성하는 통계적 샘플링 등의 방식이 사용되고 있다.
하지만, 이와 같이, 하나의 픽셀에 대하여 복수의 광선을 생성하는 방식은 하나의 픽셀에 대하여 하나의 광선을 생성하는 경우에 비해 많은 연산 량이 요구되는 문제점이 있다.
상술한 바와 같이, 상기 광선 추적 기법은 시뮬레이션하는 광선의 수가 많을수록 보다 사실적인 영상을 생성할 수 있는 장점을 가지는 반면, 그에 비례하여 많은 연산 량이 요구되는 단점을 가진다. 반대로, 상기 광선 추적 기법은 시뮬레이션하는 광선의 수가 작을수록 연산 량이 적은 장점을 가지는 반면, 에일리어싱이 발생하여 영상의 질이 낮아지는 단점을 가진다.
따라서, 상기 3차원 영상을 렌더링할 시, 각 픽셀에 대한 광선의 수를 제한하면서 상기 에일리어싱의 발생을 최소화하는 기법이 제공될 필요가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 3차원 영상 시스템에서 광선 추적 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 3차원 영상 시스템에서 에일리어싱(anti- aliasing) 현상이 발생되는 것을 최소화하면서 동시에 연상량을 최소화하는 광선 추적(Ray-tracing) 방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 3차원 영상 시스템에서 각 픽셀의 네 꼭지점과 중점에 대한 광선을 생성 및 추적하는 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 3차원 영상 시스템에서 광선 추적 방법은, 각 픽셀 별로 픽셀의 네 꼭지점에 대하여 샘플링하는 과정과, 상기 각 픽셀 별로 픽셀의 중점에 대하여 샘플링하는 과정과, 상기 네 꼭지점과 중점에 대한 샘플링 결과를 이용하여 각 픽셀의 색상을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 3차원 영상 시스템에서 광선 추적 장치는, 각 픽셀 별로 픽셀의 네 꼭지점과 중점에 대하여 샘플링하는 샘플링부와, 상기 네 꼭지점과 중점에 대한 샘플링 결과를 이용하여 각 픽셀의 색상을 결정하는 색상 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 각 픽셀 별로 네 꼭지점에 대한 광선과 중점에 대한 광선을 생성 및 추적함으로써, 에일리어싱(anti- aliasing) 현상이 발생되는 것을 최소화하면서 동시에 연상량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 광선 추적 기법에서 에일리어싱 현상과 안티 에일리어싱 기법을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 3차원 영상 시스템에서 광선 생성 위치를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 3차원 영상 시스템에서 광선을 추적하기 위한 블록 구성을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 3차원 영상 시스템에서 광선을 추적하는 절차를 도시하는 도면, 및
도 5는 본 발명에 따른 3차원 영상 시스템에서 중점에 대한 교차 검사가 필요한 픽셀을 도시하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 3차원 영상 시스템에서 광선 추적 방법 및 장치에 대해 설명하기로 한다. 이하 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 각 픽셀에 대해 1차 광선만을 생성하는 경우를 예로 들어 설명하나, 1차 광선이 교차하는 프리미티브의 속성 정보에 따라 추가 광선을 생성할 수 있으며, 이를 고려하여 해당 픽셀의 색상을 결정할 수 있음은 자명하다.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 영상 시스템에서 광선 생성 위치를 도시하고 있다. 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 각 픽셀 별로 네 개의 꼭지점과 중점에 대하여 샘플링을 수행한다. 즉, 상기 각 픽셀 별로 네 개의 꼭지점에 대한 광선과 중점에 대한 광선을 생성하여 각 광선이 프리미티브와 교차하는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 각 픽셀 별로 네 개의 꼭지점에 대하여 샘플링을 수행하더라도, 상기 네 개의 꼭지점은 인접한 픽셀들의 꼭지점과 중복되기 때문에, 종래의 광선 추적 기법들에 비해 적은 연산 량을 필요로 한다. 예를 들어, 화면의 해상도가 x×y인 경우를 가정하면, 종래에 제공된 통계적 샘플링 기법은 하나의 픽셀에 대하여 임의의 영역에 네 개의 광선을 생성할 경우에 x×y×4 번의 샘플링을 수행해야 하지만, 본 발명은 x×y＋x＋y＋1 번의 샘플링만을 수행한다. 이때, 본 발명에서 각 픽셀 별로 네 개의 꼭지점에 대한 샘플링에 더하여 각 픽셀 별로 중점에 대한 샘플링을 수행하는 경우를 고려하면 본 발명의 샘플링 횟수는 2(x×y)＋x＋y＋1로서, 종래 기법에 따라 각 픽셀에 다섯 번의 샘플링을 수행하는 경우의 횟수인 x×y×5에 비해 그 연산 량이 매우 작은 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 각 픽셀의 네 꼭지점에 대한 샘플링 시에만 가속자료 구조를 이용한 검색을 수행하여 해당 픽셀의 색상을 결정하고, 상기 각 픽셀의 중점에 대해서는 상기 가속자료 구조를 이용한 탐색을 수행하지 아니한다. 즉, 상기 각 픽셀의 중점에 대해서는 상기 네 꼭지점의 샘플링 결과로 얻어진 프리미티브들과의 교차 검사를 수행한다. 이와 같이, 본 발명에서는 네 꼭지점에 대해서만 가속자료 구조를 이용한 검색을 수행함으로써, 모든 샘플링 위치에 대해 가속자료 구조를 이용한 검색을 수행하는 종래 기법에 비해 연산 량을 감소시킬 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에서는 각 픽셀의 네 꼭지점과 중점에 대해 샘플링을 수행하고, 하기 <수학식 1>과 같이 샘플링 결과에 따라 검색된 프리미티브의 색상에 대한 가중치를 부여하여 해당 픽셀의 색상을 결정한다. 물론, 상기 각 픽셀의 색상을 결정하는 방식은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 변경될 수 있음은 자명하다.
Figure 112010037861516-pat00001
여기서, C는 해당 픽셀의 색상을 나타내며, ci는 샘플링 결과 해당 픽셀의 다섯 광선 중에서 i번째 광선과 교차하는 것으로 검색된 프리미티브의 색상을 나타내며, wi는 i번째 광선과 교차한 프리미티브의 색상에 대한 가중치를 의미하며, 이때, wi의 합은 1이 된다.
그러면, 하기 도 3 및 도 4를 참조하여 상술한 바와 같이 각 픽셀의 네 꼭지점과 중점에 대한 샘플링을 수행하는 광선 추적 기법에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 3차원 영상 시스템에서 광선을 추적하기 위한 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 3차원 영상 시스템은 샘플링부(300), 색상 결정부(310), 저장부(320) 및 3D 영상 생성부(330)를 포함하여 구성된다.
상기 샘플링부(300)는 관찰자 시점에서 화면의 각 픽셀에 대한 네 꼭지점과 중점에 대한 광선을 생성한 후, 상기 네 꼭지점과 중점에 대한 광선을 추적하여 3차원 가상 공간에 존재하는 프리미티브와 교차하는지 여부를 검사한다. 상기 샘플링부(300)는 상기 광선이 프리미티브와 교차하는 경우, 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보를 획득한다. 이후, 상기 샘플링부(300)는 상기 광선과 프리미티브의 교차 정보와 상기 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보를 상기 색상 결정부(310)로 제공한다. 이때, 상기 샘플링부(300)는 상기 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보를 직접 획득하여 상기 색상 결정부(310)로 제공할 수도 있으며, 상기 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보가 저장되어 있는 저장부(320)의 참조 값을 획득하여 상기 색상 결정부(310)로 제공할 수도 있다. 또한, 상기 샘플링부(300)는 상기 광선과 프리미티브가 교차하지 않는 경우, 교차하지 않음을 나타내는 정보를 상기 색상 결정부(310)로 제공한다.
특히, 상기 샘플링부(300)는 꼭지점 샘플링부(302)와 중점 샘플링부(304)를 포함하여 이들을 통해 각 픽셀의 네 꼭지점에 대한 샘플링과 중점에 대한 샘플링을 수행한다. 즉, 상기 꼭지점 샘플링부(302)는 관찰자 시점에서 각 픽셀 별로 네 꼭지점에 대한 광선을 생성한 후, 가속자료 구조를 통해 상기 네 꼭지점의 광선을 추적하여 프리미티브와 교차하는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 가속자료 구조는 가상의 3차원 공간을 복수의 하위 공간으로 분할하여 분할된 하위 공간 중에서 상기 광선이 교차하는 하위 공간에 포함된 프리미티브에 대해서만 광선과 프리미티브의 교차 검사를 수행하는 방식으로, 예를 들어 트리(tree) 형태의 가속자료 구조 기법이 있다. 본 발명에서는 종래에 알려진 다양한 가속자료 구조 기법을 이용할 수 있다. 상기 꼭지점 샘플링부(302)는 상기 네 꼭지점에 대해 가속자료 구조 기법을 이용하여 프리미티브와의 교차 검사를 수행한 결과, 상기 네 꼭지점 중에서 적어도 하나의 광선과 교차하는 프리미티브가 존재하는 경우, 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보를 획득하여 상기 색상 결정부(310)로 제공한다. 또한, 상기 꼭지점 샘플링부(302)는 상기 네 꼭지점 중에서 적어도 하나의 광선과 교차하는 프리미티브가 존재하는 경우, 교차하는 프리미티브들의 정보를 상기 중점 샘플링부(304)로 제공한다.
또한, 상기 중점 샘플링부(304)는 관찰자 시점에서 각 픽셀 별로 중점에 대한 광선을 생성한 후, 상기 생성된 중점의 광선과 프리미티브가 교차하는지 여부를 검사한다. 이때, 상기 중점 샘플링부(304)는 가속자료 구조를 통해 상기 중점의 광선을 추적하여 프리미티브 교차 검사를 수행할 수도 있으나, 상기 꼭지점 샘플링부(302)로부터 제공되는 교차 프리미티브들과 상기 중점의 광선이 교차하는지 여부를 검사할 수도 있다. 이는, 일반적으로 화면의 해상도에 따른 픽셀의 크기를 고려해볼 때, 픽셀 하나의 크기는 매우 작으므로 소정 픽셀에 대한 네 꼭지점의 광선과 교차하지 않은 임의의 프리미티브가 상기 소정 픽셀에 대한 중점의 광선과 교차할 가능성이 매우 희박하기 때문이다. 즉, 본 발명에서는 소정 픽셀에 대한 중점의 광선이 프리미티브와 교차한다면, 그 프리미티브는 상기 소정 픽셀에 대한 네 꼭지점의 광선 중 적어도 하나와 교차하는 프리미티브임을 가정하여, 상기 중점의 광선이 상기 네 꼭지점의 광선 중 적어도 하나와 교차하는 프리미티브들과 교차하는지 여부를 검사한다. 본 발명에서는 상기와 같이 상기 중점의 광선에 대해 가속자료 구조를 수행하지 않음으로써, 각 픽셀에 대해 동일한 수의 샘플링을 수행하는 종래의 기법들에 비해 연산 량을 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 여기서, 상기 중점 샘플링부(304)는 상기 중점의 광선에 대한 직선의 방정식과 상기 네 꼭지점의 광선 중 적어도 하나와 교차하는 프리미티브들에 대한 평면의 방정식을 이용하여 상기 중점의 광선과 상기 교차 프리미티브들의 교차 여부를 검사할 수 있을 것이다. 또한, 상기 중점 샘플링부(304)는 상기 중점의 광선과 교차하는 프리미티브가 존재하는 경우, 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보를 획득하여 상기 색상 결정부(310)로 제공한다.
또한, 상기 중점 샘플링부(304)는 상기 네 꼭지점의 광선이 교차하는 프리미티브가 존재하지 않는 경우, 상기 중점의 광선에 대한 교차 검사를 생략하고, 상기 중점의 광선에 교차하는 프리미티브가 존재하지 않음을 판단할 수 있다. 반대로, 상기 중점 샘플링부(304)는 상기 네 꼭지점의 광선 모두가 하나의 프리미티브와 교차하는 경우, 상기 중점의 광선에 대한 교차 검사를 생략하고, 상기 중점의 광선과 상기 하나의 프리미티브가 교차함을 판단할 수도 있다. 예를 들어, 중점 샘플링부(340)는 도 5에 도시된 바와 같이, 픽셀의 네 꼭지점과 교차하는 프리미티브가 존재하지 않거나 상기 네 꼭지점 모두가 하나의 프리미티브와 교차하는 경우, 해당 픽셀에 대한 중점의 교차 검사를 생략하고, 그 외의 픽셀에 대해서만 상기 중점의 교차 검사를 수행할 수 있다. 상기 도 5에서는 중점의 교차 검사를 수행하는 픽셀들을 x로 표시하고 있다.
상기 색상 결정부(310)는 상기 샘플링부(300)로부터 각 픽셀의 네 꼭지점과 중점에 대한 샘플링 결과를 제공받고, 샘플링 결과를 이용하여 각 픽셀의 색상을 결정한다. 즉, 상기 색상 결정부(310)는 상기 각 픽셀의 네 꼭지점과 중점의 광선들 각각이 프리미티브와 교차하는지 여부와 교차하는 경우, 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보가 제공되면, 상기 수학식 1에 따라 상기 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보에 가중치를 부여하여 각 픽셀의 색상을 결정한다.
예를 들어, 소정 픽셀의 네 꼭지점과 중점의 광선을 각각 R1, R2, R3, R4 및 R5라 하고, R1이 프리미티브 P1과 교차하고, R2와 R3는 프리미티브와 교차하지 않으며 R4와 R5는 프리미티브 P2와 교차하는 경우를 가정하면, 상기 P1이 하나의 광선과 교차하였으므로, 상기 P1의 색상인 CP1에 가중치 1/5를 곱하고, 상기 P2가 두개의 광선과 교차하였으므로 상기 P2의 색상인 CP2에 가중치 2/5를 곱한 후, 이를 더하여 상기 소정 픽셀의 색상 값으로 결정할 수 있다.
또한, 상기 색상 결정부(310)는 소정 픽셀에 대한 네 꼭지점의 광선에 교차하는 프리미티브가 존재하지 않는 경우, 상기 소정 픽셀의 색상을 미리 설정된 배경색으로 결정한다.
상기 저장부(320)는 상기 3차원 영상 시스템의 전반적인 동작을 위한 각종 프로그램 및 데이터를 저장하며, 3차원 가상 공간에서 모델링된 프리미티브들에 대한 정보(예: 프리미티브의 형태, 위치, 색상 정보 등)를 저장한다.
상기 3D 영상 생성부(330)는 상기 색상 결정부(320)로부터 각 픽셀의 색상 정보를 제공받고, 상기 색상 정보에 따라 화면의 각 픽셀에 색을 입혀 3차원 영상을 생성한다.
도 4는 본 발명에 따른 3차원 영상 시스템에서 광선을 추적하는 절차를 도시하고 있다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 시스템은 401단계에서 관찰자 시점에서 화면의 각 픽셀 별로 네 꼭지점의 광선을 생성한 후, 403단계로 진행하여 상기 네 꼭지점의 광선과 교차하는 프리미티브를 검색한다. 여기서, 상기 시스템은 가속자료 구조를 통해 상기 네 꼭지점의 광선을 추적하여 가상의 3차원 공간에 존재하는 프리미티브와 교차하는지 여부를 검사한다. 여기서, 상기 가속자료 구조는 가상의 3차원 공간을 복수의 하위 공간으로 분할하여 분할된 하위 공간 중에서 상기 광선이 교차하는 하위 공간에 포함된 프리미티브에 대해서만 광선과 프리미티브의 교차 검사를 수행하는 방식으로, 본 발명에서는 종래에 알려진 다양한 가속자료 구조 기법을 이용할 수 있다.
이후, 상기 시스템은 405단계에서 상기 각 픽셀 별로 상기 네 꼭지점의 광선 중 적어도 하나의 광선과 교차하는 적어도 하나의 프리미티브가 존재하는지 여부를 검사한다. 상기 네 꼭지점의 광선 중 적어도 하나의 광선과 교차하는 프리미티브가 존재하지 않는 경우, 즉, 상기 네 꼭지점의 광선 각각에 대한 교차 검사 결과, 네 꼭지점의 광선 각각에 대하여 교차하는 프리미티브가 없는 경우, 상기 시스템은 419단계로 진행하여 해당 픽셀의 색상을 배경색으로 결정한 후, 하기 417단계로 진행한다.
반면, 상기 네 꼭지점의 광선 중 적어도 하나의 광선과 교차하는 프리미티브가 존재하는 경우, 상기 시스템은 407단계로 진행하여 해당 픽셀들 각각에 대한 중점의 광선을 생성한다. 이후, 상기 시스템은 409단계에서 상기 해당 픽셀들 각각에 대하여 상기 생성된 중점의 광선과 해당 픽셀의 네 꼭지점의 광선 중 적어도 하나와 교차하는 프리미티브의 교차 검사를 수행한다. 여기서, 상기 시스템은 상기 중점의 광선에 대한 직선의 방정식과 상기 교차하는 프리미티브에 대한 평면의 방정식을 이용하여 상기 중점의 광선과 상기 교차 프리미티브의 교차 여부를 검사할 수 있을 것이다. 물론, 여기서 상기 시스템은 가속자료 구조를 통해 상기 중점의 광선에 대한 교차 검사를 수행할 수도 있다. 또한, 여기서 상기 시스템은 소정 픽셀에 대한 네 꼭지점의 광선이 모두 하나의 프리미티브와 교차한 경우, 상기 소정 픽셀의 중점의 광선에 대한 교차 검사를 생략하고, 상기 중점의 광선과 상기 하나의 프리미티브가 교차하는 것으로 결정할 수 있다.
이후, 상기 시스템은 411단계에서 상기 해당 픽셀들 각각에 대하여 상기 네 꼭지점의 광선과 중점의 광선 중 적어도 하나와 교차하는 프리미티브들의 색상 정보를 획득한다. 이때, 상기 시스템은 각각의 광선과 프리미티브가 교차한 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보를 직접 획득할 수도 있으며, 상기 교차한 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보가 저장되어 있는 저장부(320)의 참조 값을 획득할 수도 있다.
이후, 상기 시스템은 413단계에서 상기 각 픽셀 별로 상기 교차 검사된 프리미티브들에 대한 교차 횟수에 따라 상기 획득된 색상 정보에 대한 가중치를 결정하고, 415단계로 진행하여 상기 가중치에 따라 해당 픽셀의 색상을 결정한다. 즉, 상기 시스템은 상기 교차 검사된 프리미티브들 각각에 대해 몇 개의 광선이 교차하였는지에 따라 해당 프리미티브의 색상에 대한 가중치를 결정한 후, 상기 수학식 1과 같이 해당 픽셀의 색상을 결정한다. 예를 들어, 소정 픽셀의 네 꼭지점과 중점의 광선을 각각 R1, R2, R3, R4 및 R5라 하고, R1이 프리미티브 P1과 교차하고, R2와 R3는 프리미티브와 교차하지 않으며 R4와 R5는 프리미티브 P2와 교차하는 경우를 가정하면, 상기 P1이 하나의 광선과 교차하였으므로, 상기 P1의 색상인 CP1에 가중치 1/5를 곱하고, 상기 P2가 두개의 광선과 교차하였으므로 상기 P2의 색상인 CP2에 가중치 2/5를 곱한 후, 이를 더하여 상기 소정 픽셀의 색상 값으로 결정할 수 있다.
이후, 상기 시스템은 417단계로 진행하여 각 픽셀의 색상 정보에 따라 화면의 각 픽셀에 색을 입혀 3차원 영상을 생성한 후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
300: 샘플링부 302: 꼭지점 샘플링부
304: 중점 샘플링부 310: 색상 결정부
320: 저장부 330: 3D 영상 생성부

Claims (20)

  1. 3차원 영상 시스템에서 광선 추적 방법에 있어서,
    각 픽셀 별로 픽셀의 네 꼭지점에 대하여 샘플링하는 과정과,
    상기 각 픽셀 별로 픽셀의 중점에 대하여 샘플링하는 과정과,
    상기 네 꼭지점과 중점에 대한 샘플링 결과를 이용하여 각 픽셀의 색상을 결정하는 과정을 포함하고,
    상기 네 꼭지점에 대하여 샘플링하는 과정은,
    상기 네 꼭지점 각각에 대한 광선을 생성하는 과정과,
    가속자료 구조를 통해 상기 네 꼭지점 각각의 광선을 추적하여 3차원 가상 공간에 존재하는 프리미티브와 교차하는지 여부를 검사하는 과정을 포함하고,
    상기 픽셀의 중점에 대하여 샘플링하는 과정은,
    상기 픽셀의 중점에 대한 광선을 생성하는 과정과,
    상기 네 꼭지점에 대한 광선 중에서 적어도 하나와 교차하는 프리미티브와 상기 중점의 광선이 교차하는지 여부를 검사하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 네 꼭지점 각각의 광선 중 적어도 하나의 광선이 프리미티브와 교차하는 경우, 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보를 획득하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 색상 정보는, 상기 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 값 및 상기 색상 값이 저장된 메모리의 참조 값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 픽셀의 네 꼭지점에 대한 광선 중에서 적어도 하나와 교차하는 프리미티브가 존재하지 않는 경우, 상기 중점의 교차 검사를 생략하고, 상기 중점의 광선에 교차하는 프리미티브가 존재하지 않음을 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 픽셀의 네 꼭지점에 대한 광선들 모두가 하나의 프리미티브와 교차하는 경우, 상기 중점의 교차 검사를 생략하고, 상기 중점의 광선이 상기 하나의 프리미티브와 교차함을 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 중점의 광선이 프리미티브와 교차하는 경우, 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보를 획득하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 색상 정보는, 상기 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 값 및 상기 색상 값이 저장된 메모리의 참조 값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 각 픽셀의 색상을 결정하는 과정은,
    상기 샘플링을 통해 교차 검사된 프리미티브들에 대한 교차 횟수에 따라 상기 교차 검사된 프리미티브들 각각의 색상 정보에 대한 가중치를 결정하는 과정과,
    상기 가중치를 이용하여 각 픽셀의 색상을 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 3차원 영상 시스템에서 광선 추적 장치에 있어서,
    각 픽셀 별로 픽셀의 네 꼭지점과 중점에 대하여 샘플링하는 샘플링부와,
    상기 네 꼭지점과 중점에 대한 샘플링 결과를 이용하여 각 픽셀의 색상을 결정하는 색상 결정부를 포함하고,
    상기 샘플링부는,
    상기 네 꼭지점 각각에 대한 광선과 중점에 대한 광선을 생성하고, 가속자료 구조를 통해 상기 네 꼭지점 각각의 광선을 추적하여 3차원 가상 공간에 존재하는 프리미티브와 교차하는지 여부를 검사하고, 상기 네 꼭지점 각각의 광선 중에서 적어도 하나와 교차하는 프리미티브와 상기 중점의 광선이 교차하는지 여부를 검사하는 것을 특징으로 하는 장치.

  12. 삭제
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 샘플링부는, 상기 네 꼭지점 각각의 광선 중 적어도 하나의 광선이 프리미티브와 교차하는 경우, 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 샘플링부는, 상기 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 값 및 상기 색상 값이 저장된 메모리의 참조 값 중 적어도 하나를 포함하는 상기 색상 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 삭제
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 샘플링부는, 상기 픽셀의 네 꼭지점에 대한 광선 중에서 적어도 하나와 교차하는 프리미티브가 존재하지 않는 경우, 상기 중점의 교차 검사를 생략하고, 상기 중점의 광선에 교차하는 프리미티브가 존재하지 않음을 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 샘플링부는, 상기 픽셀의 네 꼭지점에 대한 광선들 모두가 하나의 프리미티브와 교차하는 경우, 상기 중점의 교차 검사를 생략하고, 상기 중점의 광선이 상기 하나의 프리미티브와 교차함을 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 샘플링부는, 상기 중점의 광선이 프리미티브와 교차하는 경우, 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 샘플링부는, 상기 교차 위치에 대응되는 프리미티브의 색상 값 및 상기 색상 값이 저장된 메모리의 참조 값 중 적어도 하나를 포함하는 상기 색상 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 색상 결정부는, 상기 샘플링을 통해 교차 검사된 프리미티브들에 대한 교차 횟수에 따라 상기 교차 검사된 프리미티브들 각각의 색상 정보에 대한 가중치를 결정하고, 상기 가중치를 이용하여 각 픽셀의 색상을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
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