포톤 탐사법을 이용한 개선된 점진적 포톤 매핑

이상길,신병석 (사)한국컴퓨터그래픽스학회 2010 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.16 No.3

Photon mapping is a traditional global illumination method using many photons emitted from the light source for photo-realistic rendering. However, this method needs a lot of resources to perform tracing of millions of photons. Progressive photon mapping solves this problem. Typical progressive photon mapping performs ray tracing at first to find the hit points on diffuse surface of objects. Next, light source repeatedly emits a small number of photons in photon tracing pass, and power of photons in each sphere that has a fixed radius with the hit points in the center is accumulated. This method requires less resources than previous photon mapping, but it spends much time for gathering enough photons since each of photons progresses through a random direction and rendering high quality image. To improve the method, we propose photon probing that calculates variance of photons in the sphere and controls radius of sphere. In addition, we apply cone filter in radiance estimation step for reducing aliasing at the edges in result image. 포톤 매핑은 대표적인 전역 조명 방법으로써 광원에서 많은 수의 포톤을 방출하여 이를 이용해 사실적인 렌더링을 수행한다. 하지만 매우 많은 수의 포톤을 추적하기 때문에 실시간 렌더링이 힘들고 많은 양의 메모리를 사용하는 문제가 있다. 이러한 문제를 개선한 방법이 점진적 포톤 매핑이다. 기존의 점진적 포톤 매핑은 먼저 광선 추적법을 통해 각 광선과 물체와의 충돌 위치를 찾는다. 다음으로 포톤 추적 단계에서는 반복적으로 적은 수의 포톤을 방출하고, 충돌 위치를 중심으로 하며 고정된 반지름을 가지는 구 안에 들어오는 포톤으로 포톤의 밝기를 누적한다. 이 방법은 포톤 매핑보다 자원을 적게 소모하지만, 방출된 포톤이 임의의 방향으로 진행하기 때문에 충분한 포톤을 확보하고 부드러운 영상을 렌더링하기 위해 많은 시간이 필요하다. 이를 보완하기 위해 본 논문에서는 포톤 탐사 단계를 추가하여 구 안에 들어오는 포톤들의 분포를 계산하고 그에 따라 구의 반지름을 조절하는 방법을 제안한다. 또한 래디언스 추정 과정에 콘 필터를 적용하여 영상을 선명히 렌더링한다.

점진적 광자 매핑을위한 기울기 계산 기법

전동희,구정민,문보창 (사)한국컴퓨터그래픽스학회 2024 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.30 No.3

점진적 광자 매핑 방식은 복잡한 전역 조명 효과를 효율적으로렌더링할 수 있다. 그러나 샘플이유한한 경우, 반경 축소비율변수에 의해 분산과 편향 값이 크게 영향 받는다. 유한한 샘플을 사용한 렌더링 결과의 픽셀 오류 및 기울기를 추정하여 추정된 기울기를 기반으로 반경 축소비율을 결정하는 최적의 매개변수를 학습할 수 있다면, 렌더링 된 이미지의 오류를 줄일 수있을것이다. 본논문에서는점진적광자매핑방식을통한렌더링과매개변수학습이동시에될수있도록기울기를추정하고추정된 기울기를 유한 차분법을 통해 계산된 기울기와 비교하여 검증한다. 본 논문에서 추정된 기울기는 향후 점진적 광자매핑 방식의 렌더링과 매개변수 추정을 동시에 수행하는 온라인 학습 알고리즘에 적용될 수 있을 것으로 기대된다. Progressive photon mapping is a widely adopted rendering technique that conducts a kernel-density estimation on photons pro- gressively generated from lights. Its hyperparameter, which controls the reduction rate of the density estimation, highly affects the quality of its rendering image due to the bias-variance tradeoff of pixel estimates in photon-mapped results. We can minimize the errors of rendered pixel estimates in progressive photon mapping by estimating the optimal parameters based on gradient-based optimization techniques. To this end, we derived the gradients of pixel estimates with respect to the parameters when perform- ing progressive photon mapping and compared our estimated gradients with finite differences to verify estimated gradients. The gradient estimated in this paper can be applied in an online learning algorithm that simultaneously performs progressive photon mapping and parameter optimization in future work.

연기 파티클에 대한 포톤 매핑 기반의 렌더링 기법

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.

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.

메쉬상 모노필라멘트 직물의 미소면에 대한 화상분석과 포톤매핑

김종준 한국섬유공학회 2002 한국섬유공학회지 Vol.39 No.6

With the introduction of the image analysis techniques, various applications have been developed in the textile and clothing research area. The shape and construction of the individual fibers that comprise a polymeric yarn bundle have a strong influence on the fabric appearance properties. One of these properties is the fabric luster. Due to the fact that textile fabrics have immense diversify in texture or appearance, it is reasonable to observe the fabric optical properties, including the luster, with changing incident illumination at micro-sectors of the specimen. Together with the measurement using a CCD camera, 3-dimensional simulated models of a cylindrical monofilament and a mesh-type monofilament fabric were rendered using photon mapping. The change in the illumination condition was found to have a strong e(feet on the observed luster of the mesh type filament fabric specimen.

프리즘패널의 자연채광 성능 분석에 있어서 포톤맵 알고리즘이 적용된 RADIANCE 프로그램의 정확성 검증

이주윤(Lee Ju-Yoon),송규동(Song Kyoo-Dong) 한국태양에너지학회 2006 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.- No.-

Prismatic panels are used with windows to improve the uniformity ratio of illuminance and interior daylighting distribution under direct sunlit conditions. The prismatic panels admit skylight and sunlight, and reflects into deep interior space. The prismatic panel would have greater effect on the interior daylighting condition under clear sky which has both skylight and sunlight than overcast sky which has only skylight.<br/> The object of this study was to evaluate the effects of various prismatic panels' configurations on the interior daylighting condition under various sky conditions. The major variables related to the prismatic panels included prism's section angle, installation slope angle and the ratio of prismatic panel area to window frame area, the sun angle and the interior partitions. In this study, a series of parametric physical scale model measurements and RADIANCE simulations were conducted with the Photon Map algorithm. The results of this study will provide building designers with the design data at early design stages.

Extending the photon mapping method for realistic rendering of hot gaseous fluids

Kang, Byungkwon,Ihm, Insung,Bajaj, Chandrajit John Wiley Sons, Ltd. 2005 Computer Animation and Virtual Worlds Vol. No.

<P>With the increased sophistication and use of heated gas, fire, and explosion simulations in computer graphics applications, there is a corresponding impetus to improve the visual realism in the rendering of such simulated phenomena. In visualizing these turbulent fluids, an appropriate incorporation of their incandescent properties into the rendering significantly enhances the realism of visual effects. In this paper, we effectively synthesize the light emission phenomena of hot gaseous fluids by extending the photon mapping global illumination method. In particular, we add two new photon maps to capture the thermal radiation effects. First, we define an emission photon map to store the photons emitted within hot gaseous fluids. Second, we utilize additional flash and flash reflection photon maps, which are effective in creating a visual effect of light that intensively and instantly propagates outside hot gaseous fluids, visually capturing shock waves. Our current technique, while based on the theory of blackbody radiation, is parameterized to enable an animator to generate a wide range of visual effects with fairly intuitive user control. We demonstrate the effectiveness of our new rendering technique and user-controlled generation of visual effects with several example pictures and animations. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.</P>

Photon Map 알고리즘을 적용한 RADIANCE의 애니돌릭 광덕트 시스템의 형상지수별 채광성능 평가

전나무(Na-Mu Jeon),송규동(Kyoo-Dong Song) 한국생활환경학회 2014 한국생활환경학회지 Vol.21 No.5

Various types of daylighting systems have been developed to save electric energy for interior illumination in modern buildings by effectively admitting natural light into the space. Among the daylight systems, anidolic lightduct systems are developed to admit direct sunlight at the light collector located on the side walls, normally southfacing wall, transport to the admitted sunlight through light duct with high-reflectance interior surfaces, and illuminate indoor spaces by light diffuser. The efficiency of anidolic light duct system is affected by various design variables including the aperture size of the light collector, geometric configuration and reflectance of the light guiding duct and the diffusing character of the light diffuser. In this study, the efficiency of illumination in terms of illuminance levels were tested by different geometric configuration of the light duct. The geometric configuration of light duct was expressed by LDI(Light Duct Index) which is the same as the Well Index of atrium spaces. The illuminance level were calculated for equinoxes and summer and winter solstices by the RADIANCE program with Photon map algorithm. Then, the illuminance classes defined by KS A 3011 were identified for the different LDIs. The result showed that for the LDI values from 2.17 to 26.00, when LDI was increased by 8.3% daylighting performance was reduced to 85%~95%. The simulation results also showed that for all the working hours during day times, except for 4 o’clock on the winter solstice, the light ducts having the LDI lower than 13 provided enough daylight for conference which requires illuminance class F.

N색 분산 포톤매핑을 이용한 빛의 스펙트럼 표현

곽용식,류승택 (사)한국컴퓨터그래픽스학회 2010 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.16 No.2

The color of object is a main role that people recognize outdoor entity with its shape. We can perceive the object due to the existence of light such as direct sunlight. Light is classified by wavelength into radio, microwave, infrared, the visible region we perceive as light, ultraviolet, X-rays and gamma rays. White light is all of the colors of light combined within the visible light spectrum. When white light is separated through a prism, we see the visible light spectrum. The various wavelengths of visible light are separated into colors. In this paper, we construct white light as the seven colors of rainbow and suggest the method of N-way color dispersion photon mapping to simulate the natural dispersion phenomenon. 물체의 색은 모양과 더불어 사람이 바깥세상의 사물을 알아보는데 중요한 역할을 한다. 이런 색상을 인식하는 것은 태양과 같은 빛이 존재하기 때문이다. 빛은 여러 파장들로 구성되어 있으며, 눈에 보이지 않는 적외선, 자외선의 영역과 색을 인식시켜 줄 수 있는 눈에 보이는 가시광선 영역 등으로 이루어져 있다. 이러한 모든 파장의 빛이 균등하게 혼합되면 그 빛은 흰 색을 띄게 되며, 이를 백색광이라고 한다. 백색광이 굴절이 이루어지면 그 구성되어져 있는 가시광선 영역이 여러 가지 색으로 갈라지는데 이것을 분산현상이라 한다. 본 논문에서는, 백색광을 무지개의 대표적인 일곱 가지 색상으로 구성하고 자연의 분상현상을 시뮬레이션하기 위해 N색 분산 포톤 매핑 방법을 제안하였다.

Detailed Study of the TE Band Structure of Two Dimensional Metallic Photonic Crystals with Square Symmetry

Aliasghar Sedghi,Soma Valiaghaie,Ahad Rounaghi Soufiani 한국물리학회 2014 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.65 No.7

By virtue of the efficiency of the Dirichlet-to-Neumann map method, we have calculated, for Hpolarization(TE mode), the band structure of 2D photonic crystals with a square lattice composedof metallic rods embedded in an air background. The rod in the unit cell is chosen to be circularin shape. Here, from a practical point of view, in order to obtain maximum band gaps, we havestudied the band structure as a function of the size of the rods. We have also studied the flat bandsappearing in the band structures and have shown that for frequencies around the surface plasmonfrequency, the modes are highly localized at the interface between the metallic rods and the airbackground.