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픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치 및 방법

  • 기술번호 : KST2015083262
  • 담당센터 : 대전기술혁신센터
  • 전화번호 : 042-610-2279
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요약, Int. CL, CPC, 출원번호/일자, 출원인, 등록번호/일자, 공개번호/일자, 공고번호/일자, 국제출원번호/일자, 국제공개번호/일자, 우선권정보, 법적상태, 심사진행상태, 심판사항, 구분, 원출원번호/일자, 관련 출원번호, 기술이전 희망, 심사청구여부/일자, 심사청구항수의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 서지정보 표입니다.
요약 본 발명은 3차원 그래픽에서 그래픽 데이터를 실시간으로 렌더링 하기 위하여 광선 추적(ray-tracing) 기법을 사용하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 3차원 그래픽 데이터를 렌더링하여 이미지로 출력하기 위하여 그래픽 데이터는 장면(scene)으로 구성되어야 하는데, 본 발명에서는 장면을 동적인 물체와 정적인 물체로 나누고 각각에 대한 계층 혹은 트리 구조를 다르게 혹은 같이 사용하여 매 프레임마다 장면을 구성하는 데이터의 변화를 최소화하고 이미 구성된 계층 구조 및 트리 구조를 재활용하여 계층 구조 및 트리 구조의 생성 속도를 향상시킨다. 또한, 본 발명에 해당하는 장치와 외부 입력 장치간의 통신을 최소화하여 메모리 대역폭을 줄임으로써 광선 추적 속도를 향상시킬 수 있으며, 픽셀단위로 독립적인 연산을 수행하는 구조로서 병렬 연산을 통한 속도 이득을 얻을 수 있다.
Int. CL G06T 15/06 (2011.01)
CPC
출원번호/일자 1020070132853 (2007.12.17)
출원인 한국전자통신연구원
등록번호/일자 10-0924122-0000 (2009.10.22)
공개번호/일자 10-2009-0065353 (2009.06.22) 문서열기
공고번호/일자 (20091029) 문서열기
국제출원번호/일자
국제공개번호/일자
우선권정보
법적상태 소멸
심사진행상태 수리
심판사항
구분 신규
원출원번호/일자
관련 출원번호
심사청구여부/일자 Y (2007.12.17)
심사청구항수 26

출원인

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번호 이름 국적 주소
1 한국전자통신연구원 대한민국 대전광역시 유성구

발명자

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번호 이름 국적 주소
1 남승우 대한민국 대전 유성구
2 김도형 대한민국 대전 유성구
3 최진성 대한민국 경기 성남시 분당구
4 김현빈 대한민국 대전광역시 유성구

대리인

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번호 이름 국적 주소
1 장성구 대한민국 서울특별시 서초구 마방로 ** (양재동, 동원F&B빌딩)(제일특허법인(유))
2 김원준 대한민국 서울특별시 서초구 마방로 ** (양재동, 동원F&B빌딩)(제일특허법인(유))

최종권리자

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번호 이름 국적 주소
1 한국전자통신연구원 대한민국 대전광역시 유성구
번호, 서류명, 접수/발송일자, 처리상태, 접수/발송일자의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 행정처리 표입니다.
번호 서류명 접수/발송일자 처리상태 접수/발송번호
1 [특허출원]특허출원서
[Patent Application] Patent Application		 2007.12.17 수리 (Accepted) 1-1-2007-0907763-25
2 선행기술조사의뢰서
Request for Prior Art Search		 2008.06.11 수리 (Accepted) 9-1-9999-9999999-89
3 선행기술조사보고서
Report of Prior Art Search		 2008.07.15 수리 (Accepted) 9-1-2008-0045557-39
4 의견제출통지서
Notification of reason for refusal		 2009.04.23 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2009-0169979-95
5 [거절이유 등 통지에 따른 의견]의견(답변, 소명)서
[Opinion according to the Notification of Reasons for Refusal] Written Opinion(Written Reply, Written Substantiation)		 2009.06.22 수리 (Accepted) 1-1-2009-0377825-05
6 [명세서등 보정]보정서
[Amendment to Description, etc.] Amendment		 2009.06.22 보정승인간주 (Regarded as an acceptance of amendment) 1-1-2009-0377823-14
7 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2009.08.04 수리 (Accepted) 4-1-2009-5150899-36
8 등록결정서
Decision to grant		 2009.10.19 발송처리완료 (Completion of Transmission) 9-5-2009-0430659-46
9 출원인정보변경(경정)신고서
Notification of change of applicant's information		 2015.02.02 수리 (Accepted) 4-1-2015-0006137-44
번호, 청구항의 정보를 제공하는 이전대상기술 뷰 페이지 상세정보 > 청구항 표입니다.
번호 청구항
1 1
렌더링이 수행될 이미지 데이터를 입력받아 저장하는 내부 공유 메모리와, 상기 이미지 데이터에 대하여 픽셀별 병렬로 광선 추적을 행하는 픽셀 처리 요소(PPE) 처리부와, 상기 광선 추적 결과에 따라 생성되는 각 픽셀의 컬러 값을 누적 계산하여 픽셀별 최종 컬러 값을 결정하는 쉐이딩 처리기 를 포함하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
2 2
제 1 항에 있어서, 상기 내부 공유 메모리로부터 입력되는 이미지 데이터 중 사용빈도가 많은 이미지 데이터를 저장하여 상기 픽셀 처리 요소 처리부로 제공하는 계층적 캐시를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
3 3
제 2 항에 있어서, 상기 계층적 캐시에 저장되는 입력 데이터는, 매 프레임 장면을 구성하는 물체, 장면을 구성하는 계층 구조 및 트리구조, 광선 샘플링을 위한 샘플링 테이블, 상기 물체의 재질 정보, 광원 정보 또는 카메라정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
4 4
제 1 항에 있어서, 상기 광선 추적 장치는, 상기 쉐이딩 처리기에서 결정된 픽셀별 컬러값을 저장하는 그래픽 메모리와, 상기 그래픽 메모리에 저장된 픽셀별 컬러값을 표시하는 디스플레이 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
5 5
제 3 항에 있어서, 상기 픽셀 처리 요소 처리부는, 상기 계층적 캐시로부터 입력된 샘플 테이블과 카메라 정보로부터 제1차 광선을 생성하는 제1차 광선 생성부와, 제1차 광선 생성부에서 출력된 제1광선과 장면 내에 물체와 충돌을 검사하는 전체 트리 및 계층 탐색부(total tree traversal)와, 상기 전체 트리 및 계층 탐색부에서 결정된 충돌 정보와 충돌한 물체의 재질을 이용하여 상기 제1차 광선에 의한 반사광, 굴절광 및 직접광을 제2차 광선으로 생성하는 제2차 광선 생성부 를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
6 6
제 5 항에 있어서, 상기 제1차 광선 생성부는, 카메라 정보와, 샘플링 테이블을 이용하여 이미지 평면의 한 픽셀을 여러 개의 동일한 면적을 갖는 마이크로 픽셀로 나누는 마이크로-픽셀 분리기와, 상기 마이크로 픽셀 내의 한 점을 상기 샘플링 테이블을 이용하여 확률적 랜덤 샘플링을 행하고, 광선의 출발점으로부터 상기 마이크로 픽셀 내에 샘플링된 점과 이어지는 방향으로 광선의 방향 벡터를 결정하는 광선 계산부 를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
7 7
제 5 항에 있어서, 상기 제2차 광선 생성부는, 상기 제1차 광선이 상기 물체와 충돌하여 반사되는 반사광을 생성하는 반사광 생성기와, 상기 제1차 광선이 상기 물체와 충돌하여 굴절되는 굴절광을 생성하는 굴절광 생성기와, 상기 제1차 광선이 상기 물체와 충돌하는 지점에서 광원으로 향하는 직접광을 생성하는 직접광 생성기 를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
8 8
제 5 항에 있어서, 상기 전체 트리 및 계층 탐색부는, 상기 제1차 광선과 상기 물체의 계층 구조를 이루는 바운딩 볼륨과의 충돌을 검사하는 광선-바운딩 볼륨 충돌 처리기(RBI)와, 상기 제1차 광선과 상기 물체와의 충돌을 검사하여 충돌 정보를 저장하는 광선-물체 충돌 처리기(RTI)와, 상기 제1차 광선과 상기 바운딩 볼륨간 충돌시 상기 제1차 광선 및 제2차 광선에 대한 이진 트리 탐색을 수행하여 상기 바운딩 볼륨의 최종 종단 노드에서의 충돌인지를 판단하는 비교기 를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
9 9
제 8 항에 있어서, 상기 광선-물체 충돌 처리기는, 상기 비교기로부터 상기 제1차 광선과 상기 바운딩 볼륨간 최종 종단 노드에서의 충돌 정보를 입력받아 상기 광선과 물체간 충돌을 검사하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
10 10
제 8 항에 있어서, 상기 광선-바운딩 볼륨 충돌 처리기와, 광선-물체 충돌 처리기 및 비교기는, 상기 제1차 광선을 상기 광선과 충돌 검사할 바운딩 볼륨의 로컬 좌표로 변환하는 좌표 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
11 11
제 10 항에 있어서, 상기 광선-바운딩 볼륨 충돌 처리기는, 상기 좌표 변환기를 통해 바운딩 볼륨의 로컬 좌표로 변환한 제1차 광선 및 제2차 광선과 바운딩 볼륨간 충돌을 검사한 후, 상기 바운딩 볼륨에 대한 트리 및 계층 구조가 그대로 유지되도록 해당 광선에 대해 좌표 역변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
12 12
제 10 항에 있어서, 상기 광선-물체 충돌 처리기는, 상기 좌표 변환기를 통해 물체의 로컬 좌표로 변환한 제1차 광선 및 제2차 광선과 상기 물체간 충돌을 검사한 후, 상기 물체에 대한 트리 및 계층 구조가 그대로 유지되도록 해당 광선에 대해 좌표 역변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
13 13
제 5 항에 있어서, 상기 쉐이딩 처리기는, 상기 전체 트리 및 계층 탐색부에서 출력된 충돌정보를 이용하여 물체의 재질에 따른 쉐이딩 명령어 코드를 저장하는 메모리와, 쉐이딩 명령어 코드를 가져오는 명령어 패치부와, 상기 쉐이딩 명령어 코드를 디코딩하는 디코더와, 상기 쉐이딩 명령어 코드의 디코딩과정에서 발생하는 결과값을 저장하는 임시 저장 레지스터와, 광원에 대한 정보를 입력받아 상기 쉐이딩 명령어에 따른 쉐이딩 계산을 수행하여 픽셀별 컬러 값을 연산하는 연산 유닛(ALU)과, 상기 쉐이딩 계산에 사용되는 특별 계산 로그, 삼각함수 또는 파워를 계산하는 SFU 유닛과, 를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
14 14
제 13 항에 있어서, 상기 연산 유닛은, 상기 광원 정보와 충돌 정보를 통해 픽셀별 제1차과 제2차 광선 및 직접광으로부터 들어온 컬러값을 계산하고, 이를 누적하여 각 픽셀의 컬러값을 결정하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
15 15
제 14 항에 있어서, 상기 픽셀별 제1차 광선은, 1개 이상 생성되고, 제2차 광선은 각각의 제1차 광선에 대하여 1개 이상 생성되는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
16 16
제 15 항에 있어서, 상기 제1차 광선의 수가 N개인 경우, 광선 탐색깊이 I에서 상기 제1차 광선 또는 제2차 광선에 의하여 계산되는 충돌정보의 개수는 2i-1*N인 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 장치
17 17
픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 방법으로서, (a)매 프레임 단위로 렌더링 수행될 이미지 데이터를 입력받는 단계와, (b)상기 입력 데이터 중 사용빈도가 많은 데이터를 계층적 캐시에 저장하는 단계와, (c)상기 계층적 캐시에 저장된 매 프레임 단위의 이미지 데이터에 대하여 픽셀별 병렬로 광선 추적을 수행하는 단계와, (d)상기 광선 추적 결과에 따라 픽셀별 제1차 광선과 제2차 광선 및 직접광으로부터 들어온 컬러값을 계산하고, 이를 누적하여 각 픽셀의 컬러값을 산출하는 단계 를 포함하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 방법
18 18
제 17 항에 있어서, 상기 (b)단계에서, 상기 계층적 캐시에 저장되는 입력 데이터는, 매 프레임 장면을 구성하는 물체, 장면을 구성하는 계층 구조 및 트리구조, 광선 샘플링을 위한 샘플링 테이블, 상기 물체의 재질 정보, 광원 정보 또는 카메라정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 방법
19 19
제 17 항에 있어서, 상기 (c)단계는, (c1)상기 계층적 캐시로부터 입력된 샘플 테이블과 카메라 정보로부터 이미지 데이터 픽셀별 제1차 광선을 생성하는 단계와, (c2)상기 제1차 광선이 장면 내에 물체와 충돌하는지를 검사하는 단계와, (c3)상기 제1차 광선과 상기 물체의 충돌 시 상기 제1광선에 의한 제2차 광선으로 반사광, 굴절광 및 직접광을 생성하는 단계 를 포함하는 것을 특징으로 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 방법
20 20
제 19 항에 있어서, 상기 (c1)단계는, (c11)카메라 정보와, 샘플링 테이블을 이용하여 이미지 평면의 한 픽셀을 여러 개의 동일한 면적을 갖는 마이크로 픽셀로 나누는 단계와, (c12)상기 마이크로 픽셀 내의 한 점을 상기 샘플링 테이블을 이용하여 확률적 랜덤 샘플링을 행하고, 제1차 광선의 출발점으로부터 상기 마이크로 픽셀 내에 샘플링된 점과 이어지는 방향으로 제1차 광선의 방향 벡터를 결정하는 단계 를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 방법
21 21
제 19 항에 있어서, 상기 (c2)단계는, (c21)상기 제1차 광선과 상기 물체의 계층 구조를 이루는 바운딩 볼륨과의 충돌을 검사하는 단계와, (c22)상기 제1차 광선과 상기 물체와의 충돌을 검사하여 충돌 정보를 저장하는 단계와, (c23)상기 제1차 광선과 상기 바운딩 볼륨간 충돌시 상기 제1차 광선에 대한 이진 트리 탐색을 수행하여 상기 바운딩 볼륨의 최종 종단 노드에서의 충돌인지를 판단하여 상기 물체와의 충돌을 검사하는 단계 를 포함하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 방법
22 22
제 19 항에 있어서, 상기 (c3)단계는, (c31)상기 제1차 광선이 상기 물체와 충돌하여 반사되는 반사광을 생성하는 단계와, (c32)상기 제1차 광선이 상기 물체와 충돌하여 굴절되는 굴절광을 생성하는 단계와, (c33)상기 제1차 광선이 상기 물체와 충돌하는 지점에서 광원으로 향하는 직접광을 생성하는 단계 를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 방법
23 23
제 21 항에 있어서, 상기 (d)단계는, (d1)상기 충돌정보를 이용하여 물체의 재질에 따른 쉐이딩 명령어 코드를 읽어들이는 단계와, (d2)상기 쉐이딩 명령어 코드를 디코딩하는 단계와, (d3)광원에 대한 정보를 입력받아 상기 쉐이딩 명령어에 따른 쉐이딩 계산을 수행하여 픽셀별 컬러 값을 연산하는 단계 를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 방법
24 24
제 23 항에 있어서, 상기 (d3)단계는, (d31)상기 광원 정보와 충돌 정보를 통해 픽셀별 제1차 광선과 제2차 광선 및 직접광으로부터 들어온 컬러값을 계산하는 단계와, (d32)상기 광선에 따라 계산된 컬러값을 누적하여 각 픽셀의 컬러값을 결정하는 단계 를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 방법
25 25
제 24 항에 있어서, 상기 (d31)단계에서, 상기 픽셀별 제1차 광선은, 1개 이상 생성되고, 제2차 광선은 각각의 제1차 광선에 대하여 1개 이상 생성되는 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 방법
26 26
제 25 항에 있어서, 상기 제1차 광선의 수가 N개인 경우, 광선 탐색깊이 I에서 상기 제1차 광선 또는 제2차 광선에 의하여 계산되는 충돌정보의 개수는 2i-1*N인 것을 특징으로 하는 픽셀 단위 처리 요소 기반의 광선 추적 방법
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