본 논문에서는 굴절(refractive) 물체의 광학적 현상들을 실시간으로 표현하는 GPU(Graphics Processing Unit) 기반 렌 더링 알고리즘이 제안되었다. 일반적으로 굴절 물체에 대한 광학적 현상들을 렌더링할 때 포톤 매핑(Photon Mapping) 이 널리 쓰이지만, 포톤 매핑 방법은 계산량이 많기 때문에 게임 등과 같은 실시간 응용분야에는 적합하지 않다. 본 논문에서는 굴절 물체의 앞면, 뒷면의 깊이값의 차이와 굴절 레이(ray)를 이용해 탈출지점을 구하며, 탈출지점의 법선 벡터를 근사하여 빛이 굴절 물체를 통과하면서 발생하는 커스틱스(caustics)현상과 굴절현상을 렌더링한다. 굴절 물체의 반사(reflection) 현상은 프레넬 항(Fresnel term)을 근사(approximation)해서 효율적으로 표현하였다. 또한 HDRI(High Dynamic Range Image)로 환경맵을 구성하여 자연광이 굴절 물체를 통해 굴절되어 보이는 현상을 생성하였다.

본 논문에서는 컨벡스 헐을 이용한 구 좌표계 기반 실시간 렌더링 알고리즘이 제안되었다. OpenGL 렌더링 파이프라인은 물체의 모든 정점들을 고려하지만, 제안된 방법은 물체의 가시 삼각형들을 검사하여 보이는 정점들만을 고려한다. 본 논문에서는 구좌표계 표현에서의 물체의 가시 영역을 결정하기 위하여, 카메라 절두체를 이루는 6개의 평면 방정식과 물체의 경계구와의 기하 관계를 이용한다. 또한 대상 물체의 컨벡스 헐(convex hull)의 최대 측면 성분(maximum side factor)을 고려하여 은면(hidden surface)을 제거하는 효과적인 방법이 구현되었다. 실험결과로부터 결과 영상이 원본 영상과 거의 같고, 렌더링 성능이 크게 개선됐음을 확인하였다.

그래픽스 렌더링 파이프라인 (응용, 기하, 레스터화)은 컴퓨터 게임에서 가장 중요한 기능인 실시간 그래픽스 렌더링의 핵심이다. 일반적으로 그래픽스 렌더링은 CPU와 GPU의 두 장치의 협조에 의해 완성되며 이 협조 과정에서 병목이 발생할 수 있다. 본 논문에서는 CPU와 GPV 사이에 발생하는 병목현상을 줄이는 데 초점을 맞추어, 보통은 하나의 스레드로 처리되는 CPU 연산을 순수 CPU 연산과 GPV와 연관된 연산의 두 가지로 구분하여 서로 독립적인 스레드로 병렬처리 되게 함으로써 실시간 그래픽스 렌더링의 성능을 향상시키는 방법을 제안한다. 이 방법은 CPU와 GPV사이의 협조를 위한 전송 과정에서의 병렬성을 극대화한다. 실험을 통하여 제안하는 방법이 기존의 방법 보다 더 빠르게 그래픽스 렌더링을 수행함을 검증하였다. 또한 본 논문에서는 CPU와 GPU의 협조 과정에서 생기는 병목현상으로 인한 유휴시간을 잘 활용하여 렌더링 파이프라인의 균형을 맞추면서 렌더링의 질을 높이는 방법도 제안한다. 제안하는 방법들을 우리가 개발한 네트워크 게임 엔진에 적용하여 실제 시스템에서도 효과가 있음을 확인하였다.