GPU상에서 동작하는 Ray Tracing을 위한 효과적인 k-D tree 탐색 알고리즘

강윤식,박우찬,서충원,양성봉 한국정보과학회 2008 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol. No.

This paper proposes an effective k-D tree traversal algorithm for ray tracing on a GPU. The previous k-D tree traverse algorithm based on GPU uses bottom-up searching from a leaf to the root after failing to find the ray intersected primitive in the leaf node. During the bottom-up search the algorithm decides the current node is visited or not from the parent node. In such a way, we need to visit the parent node which was already visited and the duplicated bounding box intersection tests. The new k-D tree traverse algorithm reduces the brother and parent duplicated visit by using an efficient method which decides whether the brother node is already visited or not during the bottom-up search. Also the algorithm take place bounding box intersection tests only for the nodes which is not yet done. As a result our experiment shows the new algorithm is about 30% faster than the previous. 본 논문은 GPU상에서 작동되는 ray tracing을 위한 효과적인 k-D tree 탐색 알고리즘을 제안한다. 기존의 k-D tree를 위한 GPU 기반 탐색 알고리즘은 임의의 단말노드에서 교차되는 primitive를 찾지 못한 경우, root 노드 방향으로 bottom-up 탐색하여 부모 노드에서 bounding box 교차검사를 이용해 형제 노드의 기 방문 여부를 판단한다. 이러한 방법은 이미 방문한 부모 노드의 방문과 bounding box 교차검사를 중복적으로 수행한다. 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 bottom-up 탐색을 수행 할 때 형제 노드가 이전에 방문했는지를 확인할 수 있는 효율적인 방법을 제시함으로써 형제노드 및 부모노드의 방문을 생략하도록 하고, 또한 아직 방문하지 않은 노드에 대해서만 bounding box 교차검사를 수행함으로써 중복된 연산을 피한다. 결과적으로 본 논문의 실험은 기존 알고리즘 대비 제안하는 알고리즘이 약 30%의 성능 향상이 있음을 보여 준다.

GPU상에서 동작하는 Ray Tracing을 위한 효과적인 k-D tree 탐색 알고리즘

강윤식(Yoon-Sig Kang),박우찬(Woo-Chan Park),서충원(Choong-Won Seo),양성봉(Sung-Bong Yang) 한국정보과학회 2008 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.35 No.3·4

본 논문은 GPU상에서 작동되는 ray tracing을 위한 효과적인 k-D tree 탐색 알고리즘을 제안한다. 기존의 k-D tree를 위한 GPU 기반 탐색 알고리즘은 임의의 단말노드에서 교차되는 primitive를 찾지 못한 경우, root 노드 방향으로 bottom-up 탐색하여 부모 노드에서 bounding box 교차검사를 이용해 형제 노드의 기 방문 여부를 판단한다. 이러한 방법은 이미 방문한 부모 노드의 방문과 bounding box 교차검사를 중복적으로 수행한다. 본 논문에서 제안하는 알고리즘은 bottom-up 탐색을 수행 할 때 형제노드가 이전에 방문했는지를 확인할 수 있는 효율적인 방법을 제시함으로써 형제노드 및 부모노드의 방문을 생략하도록 하고, 또한 아직 방문하지 않은 노드에 대해서만 bounding box 교차검사를 수행함으로써 중복된 연산을 피한다. 결과적으로 본 논문의 실험은 기존 알고리즘 대비 제안하는 알고리즘이 약 30%의 성능 향상이 있음을 보여 준다. This paper proposes an effective k-D tree traversal algorithm for ray tracing on a GPU. The previous k-D tree traverse algorithm based on GPU uses bottom-up searching from a leaf to the root after failing to find the ray intersected primitive in the leaf node. During the bottom-up search the algorithm decides the current node is visited or not from the parent node. In such a way, we need to visit the parent node which was already visited and the duplicated bounding box intersection tests. The new k-D tree traverse algorithm reduces the brother and parent duplicated visit by using an efficient method which decides whether the brother node is already visited or not during the bottom-up search. Also the algorithm take place bounding box intersection tests only for the nodes which is not yet done. As a result our experiment shows the new algorithm is about 30% faster than the previous.

센서 네트워크에서 스트림 데이터 질의의 효율적인 처리를 위한 다중 질의 색인 기법

이민수(Lee Minsoo),김연정(Kim Yearn Jeong),윤혜정(Yoon Hyejung) 한국멀티미디어학회 2007 멀티미디어학회논문지 Vol.10 No.11

센서 네트워크는 스스로 감지하고 계산하고 무선으로 서로 통신할 수 있는 기능을 갖춘 센서들로 이루어진 네트워크이다. 센서 네트워크의 특정들로는 네트워크가 자체적으로 관리가 되어야 한다는 것과 배터리 전원이여서 전력의 효율성을 크게 고려해야 한다는 것이 있다. 센서 네트워크에서 생성되는 많은 양의 연속적인 데이터에 대하여 여러 개의 질의들을 동시에 처리해야 하는 경우에 전력의 효율성을 극대화시켜야 한다. 본 연구에서는 센서 네트워크에서 감시 목적의 미리 정의된 다중 질의들에 대해 색인을 두어 다중 질의 처리 성능을 높이고 메모리와 전력을 효율적으로 사용할 수 있는 기법을 제안한다. 공간 색인 기법 중에서 이진 탐색트리에 기반한 데이터 구조로서 각 레벨별로 차원이 반복되어 각 차원을 분할시키는 k-d 트리와, 공간을 계층적 구조로 자르며 겹침 관계를 줄인 R-트리의 변형인 R+-트리를 기반으로 하여 이들의 응용 및 융합을 통해 다중 질의를 색인하는 새로운 트리인 SMILE 트리를 제안한다. 질의들에 대한 SMILE 트리를 구성하여 센서 네트워크에서 생성되는 스트림 데이터에 대하여 관련된 질의를 탐색하도록 하면 질의를 순차 탐색하는 것과 비교하여 경우에 따라서는 평균 탐색시간을 약 50% 정도로 줄일 수 있다. A sensor network consists of a network of sensors that can perform computation and also communicate with each other through wireless communication. Some important characteristics of sensor networks are that the network should be self administered and the power efficiency should be greatly considered due to the fact that it uses battery power. In sensor networks, when large amounts of various stream data is produced and multiple queries need to be processed simultaneously, the power efficiency should be maximized. This work proposes a technique to create an index on multiple monitoring queries so that the multi-query processing performance could be increased and the memory and power could be efficiently used. The proposed SMILE tree modifies and combines the ideas of spatial indexing techniques such as k-d trees and R+-trees. The k-d tree can divide the dimensions at each level, while the R+-tree improves the R-tree by dividing the space into a hierarchical manner and reduces the overlapping areas. By applying the SMILE tree on multiple queries and using it on stream data in sensor networks, the response time for finding an indexed query takes in some cases 50% of the time taken for a Linear search to find the query.

GPU를 이용한 대량 삼각형 교차 알고리즘

경민호,곽종근,최정주 (사)한국컴퓨터그래픽스학회 2011 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.17 No.3

Computing triangle-triangle intersections has been a fundamental task required for many 3D geometric problems. We propose a novel robust GPU algorithm to efficiently compute intersections in a large triangle set. The algorithm has three stages:k-d tree construction, triangle pair generation, and exact intersection computation. All three stages are executed on GPU except, for unsafe triangle pairs. Unsafe triangle pairs are robustly handled by CLP(controlled linear perturbation) on a CPU thread. They are identified by floating-point filtering while exact intersection is computed on GPU. Many triangles crossing a split plane are duplicated in k-d tree construction, which form a lot of redundant triangle pairs later. To eliminate them efficiently, we use a split index which can determine redundancy of a pair by a simple bitwise operation. We applied the proposed algorithm to computing 3D Minkowski sum boundaries to verify its efficiency and robustness. 삼각형간의 교차 계산은 많은 3차원 기하 문제들을 해결하는데 있어서 기본적으로 요구되는 연산 과정이다. 본 논문에서는 대량의 삼각형 집합 안에서의 교차 계산을 효율적이며 강인하게 처리할 수 있는 GPU 알고리즘을 제안한다. 이알고리즘은 k-d 트리의 구성, 삼각형쌍 생성, 정확한 교차 계산을 모두 GPU에서 처리한다. 여기서 사용되는 k-d 트리에서는 분할 과정 중에 삼각형들의 복사가 많이 발생한다. 이렇게 복사된 삼각형들로 인하여 중복된 삼각형쌍들이 많이생성되는데,이러한중복삼각형쌍들을효율적으로제거하기위하여분할인덱스를도입하였다.분할인덱스는간단한논리곱연산만으로중복여부를효과적으로판단할수있다.수치적강인성을높이기위하여는부동소숫점필터링을통해불안전한삼각형쌍들을분리하고, CLP(controlled linear perturbation)를이용하여CPU쓰레드에서처리하도록하였다. 제안한 알고리즘은 기존의 민코스키합 알고리즘의 합삼각형 교차계산에 적용하여 효율성과강인성을입증하였다

계층적 자료구조와 그래픽스 하드웨어를 이용한 적응적 메쉬 세분화 데이타의 대화식 가시화

박상훈,Chandrajit Bajaj 한국정보과학회 2004 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.31 No.5

적응적 메쉬 세분화(AMR)는 여러 과학과 공학 분야에서 이용되는 보편적인 계산 시뮬레이션기법이다. AMR 데이타가 계층적인 다중해상도 데이타 구조로 이뤄져 있음에도 불구하고, 어떤 적절한 자료구조로의 변형 없이, 이 데이타를 광선추적법이나 스플래팅과 같은 전통적인 볼륨 가시화 알고리즘들을 이용하여 가시화 하는 것은 불가능하다. 본 논문에서는 AMR 데이타로부터 생성된 k-d 트리와 팔진트리를 이용하는 계층적 다중해상도 스플래팅에 대해 설명한다. 이 기법은 최신의 범용 PC 그래픽스 하드웨어를 이용하여 AMR 데이타의 가시화를 구현하는데 적합하다. 대화식으로 변환함수와 뷰잉 / 렌더링 파라메터를 설정할 수 있는 기능을 제공하는 사용자 인터페이스에 대해서도 설명한다. nVIDIA GeForce3 그래픽스 카드를 내장한 범용의 PC를 이용해 얻은 실험 결과로부터, 제안된 기법을 이용해 AMR 데이타를 대화식으로(초당 20프레임 이상의 속도로) 렌더링 할 수 있음을 보인다. 본 기법은 시간 가변 AMR 데이터의 병렬 렌더링에도 쉽게 적응될 수 있을 것이다. Adaptive mesh refinement(AMR) is one of the popular computational simulation techniques used in various scientific and engineering fields. Although AMR data is organized in a hierarchical multi-resolution data structure, traditional volume visualization algorithms such as ray-casting and splatting cannot handle the form without converting it to a sophisticated data structure. In this paper, we present a hierarchical multi-resolution splatting technique using k-d trees and octrees for AMR data that is suitable for implementation on the latest consumer PC graphics hardware. We describe a graphical user interface to set transfer function and viewing / rendering parameters interactively. Experimental results obtained on a general purpose PC equipped with an nVIDIA GeForce3 card are presented to demonstrate that the proposed techniques can interactively render AMR data(over 20 frames per second). Our scheme can easily be applied to parallel rendering of time-varying AMR data.

고정밀지도기반 자율주행을 위한 실시간 동적 라이다 데이터 추출 알고리즘

이재민(Jaemin Lee),한헌수(Hernsoo Hahn),한영준(Youngjoon Han) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6

The real-time LiDAR data-based object detection and classification algorithm for local path planning of autonomous driving is a important technology for autonomous driving. In general, the time complexity of these algorithms increases explosively as the number of LiDAR points increases. This paper proposes an algorithm for extracting dynamic point cloud data by efficiently removing static point cloud data on high Definition point map from LiDAR point cloud data received in real time. First, the proposed algorithm extracts local point cloud data from its current location from a high definition point map. At the same time, point cloud data is obtained from LiDAR sensors. Second, voxel grid filtering is applied on each of the acquired point cloud data and then a K-D tree is built. Finally, after the filtered local point map data is set to the target cloud data and the filtered LiDAR point cloud data to the input cloud data, removes static points of the input cloud data using nearest neighbor search algorithm from the target cloud data. This paper has been validated by self-driving experiments using IPG CarMaker simulator, solving the problem of recognizing frequently occurring road areas on uphill or downhill as obstacle, and effectively detecting dynamic objects that affect autonomous driving such as cars and pedestrians. It is expected that the proposed algorithm can be applied to indoor and outdoor security systems as well as autonomous vehicle, robot, and drone fields that use LiDAR.