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송기동,임인성 (사)한국컴퓨터그래픽스학회 2008 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.14 No.4
To realistically produce fluids such as smoke for the visual effects in the films or animations, we need two main processes: a physics-based modeling of smoke and a rendering of smoke simulation data, based on light transport theory. In the computer graphics community, the physics-based fluids simulation is generally adopted for smoke modeling. Recently, the interest of the particle-based Lagrangian simulation methods is increasing due to the advantages at simulation time, instead of the grid-based Eulerian simulation methods which was widely used. As a result, because the smoke rendering technique depends heavily on the modeling method, the research for rendering of the particle-based smoke data still remains challenging while the research for rendering of the grid-based smoke data is actively in progress. This paper focuses on realistic rendering technique for the smoke particles produced by Lagrangian simulation method. This paper introduces a technique which is called particle map, that is the expansion and modification of photon mapping technique for the particle data. And then, this paper suggests the novel particle map technique and shows the differences and improvements, compared to previous work. In addition, this paper presents irradiance map technique which is the pre-calculation of the multiple scattering term in the volume rendering equation to enhance efficiency at rendering time. 연기와 같은 유체의 모습을 영화나 애니메이션에서의 특수 효과에 활용하기 위해는 연기를 사실적으로 모델링하는 과정과 모델링 된 연기 내부에서의 빛의 흐름이 잘 반영된 렌더링 과정이 필요하다. 컴퓨터 그래픽스 분야에서는 연기 모델링의 사실성을 살리기 위해 물리 기반의 유체 시뮬레이션 기법을 많이 차용하고 있는데, 그 동안 시뮬레이션 기법으로 주로 연구되어 온, 격자 기반의 Euler 방법과는 근본적으로 다른, 파티클 기반의 Lagrange 방법이 시뮬레이션 단계에서 얻을 수 있는 장점 때문에 최근 관심이 높아지고 있다. 연기 렌더링은 연기 모델링 방법에 종속적일 수밖에 없으므로, 결과적으로 격자 기반의 시뮬레이션 결과에 대한 렌더링 방법 은 많이 연구되고 있는 데 비해, 파티클 형태로 산출된 연기 데이터에 대하여 사실적인 영상을 생성해주는 렌더링 기술에 대한 연구는 아직 부족한 상황이다. 이에, 본 논문에서는 Lagrange 기법을 적용하여 생성한 파티클 집합 형태의 연기 시뮬레이션 데이터를 사실적으로 렌더링하기 위해, 전역 조영을 위한 최신 렌더링 기술인 포톤 매핑 기법을 파티클 데이터에 맞게 변형 및 확장한 파티클맵 기법을 소개하고, 개선된 파티클맵 기법을 제시하여, 기존 연구와의 차이점을 보여준다. 또한 렌더링 과정에서 효율성을 높이기 위해 볼륨 렌더링 방정식의 다중 산란 항을 미리 계산하는 광도맵이라는 방법을 제시한다.
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정적인 장면을 위한 포톤 매핑 기반의 고품질 실시간 전역조명 기법
장병준(Byungjoon Chang),진봉준(Bongjun Jin),임인성(Insung Ihm) 한국정보과학회 2011 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.17 No.10
포톤 매핑 방법은 전역 조명 효과를 생성하기 위하여 널리 사용되는 렌더링 방법 중의 하나이다. 이 방법은 렌더링 시 사용하는 포톤의 수가 증가할수록 결과 영상의 화질은 향상되지만, 그에 비례하여 렌더링 시간 및 저장 공간에 대한 부담이 늘어나는 단점을 갖고 있다. 본 논문은 고정된 기하물체와 광원으로 구성된 정적인 장면을 광선 추적법을 사용하여 렌더링 하고자 할 때, 충분히 많은 수의 포톤 추적을 통해 고화질의 영상을 생성하면서 동적인 카메라 움직임을 효과적으로 처리해주는 전역 조명 생성기법을 제안한다. 또한 그림자 가시성 정보를 전처리를 통해 장면에 적용함으로써, 상당한 비용을 요구하는 그림자 광선에 대한 성능을 향상시킬 수 있는 효율적인 렌더링 방법을 제안한다. 이러한 노력을 통하여 기본적인 광선 추적법 정도의 비용만으로 정적인 장면에 대해 다루기 힘든 물체간의 간접 난반사를 포함하는 고화질의 전역 조명 효과를 효과적으로 생성할 수 있음을 보인다. Phton mapping is one of the most frequently applied rendering methods for generating global illumination effects. While the image quality improves as more photons are emitted during rendering, the requirement for the computation time and memory space increases proportionally to the number of used photons. This paper presents a global illumination technique suitable for ray-tracing a static scene with fixed geometry and lights, which effectively handles the dynamic camera motion while using enoughly many photons for producing high-quality rendering images. In addition, we suggest an efficient technique that considerably reduces the cost for tracing shadow rays by storing shadow visibility information into the static scene and exploiting it during rendering. Combining such efforts, we demonstrate that high-quality global illumination including the intractable diffuse inter-reflection between objects can be effectively produced for static scenes only at the expense of basic recursive ray tracing.
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