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.

구면조화함수 조명 기법은 실시간 환경에서 전역 조명을 나들고, 다시 비추거나, 화면에 나타내기 위해, 광원으로부터 3D 모델에서 빛을 계산하는 기술이다. 이 기술은 메모리에 미리 계산해 놓고 적분을 내적에 의해 단순하고 빠르게 수행함으로써 비용이 많이 드는 렌더링을 간단하게 해주기 때문에 PRT(Precomputed Radiance Transfer)라고 불려진다. 본 논문에서는 간단한 베이시스 함수인 르장드르 다항식과 체비체브 다항식을 이용함으로써 구면 조화의 한 종류를 표현하는 방법을 제안한다. 실험을 통해서 르장드르 다항식의 경우에는 베이시스 함수가 함수의 수가 적다면 부장드 르 다항식보다 더 나은 성능을 나따내며 전처리 렌더링 시간을 줄일 수 있다는 것을 확인했다.

워터 렌더링은 오래전부터 연구가 이루어져 왔고, 오늘날 중요한 연구 분야가 되었다. 특히 게임 분야에서 물 렌더 링은 현실 세계와 같은 환경을 나타내는데 중요한 부분이다. 본 논문에서는 바다의 물결을 여러 정현파의 중첩으로 표현할 수 있다는 원리를 기반으로 스펙트럼 모델을 사용한다. 바다의 전체적인 파도의 모습을 나타내는 저해상도의 대역과 작은 파도를 나타내기 위한 고해상도의 대역을 주파수 영역에서 합성함으로서 물 표면을 생성한다. 이전의 연 구에 비해 렌더링 속도는 떨어지지 않으면서 보다 밴드 합성으로 인해 넓은 대역의 주파수 밴드를 갖게 됨으로서 보 다 더 세밀한 바다 표면을 나타낼 수 있는 방법은 연구하였다. 이로서 넓은 대역폭으로 인해 바다의 큰 물결 뿐만 아니라 작은 물결까지도 보다 더 섬세하게 나타낼 수 있다.

본 연구에서는 색연필로 그린 듯한 게임 렌더링을 위한 컬러 연필 텍스처를 생성하는 기법을 제안한다. 이를 위해 서 흑백 연필 텍스처를 입력으로 받아 색의 삼원색인 청록색(cyan), 보라색(magenta), 노란색(yellow)의 연필 텍스처로 변환한 다음, 이 텍스처들을 중첩하여 다양한 색상의 텍스처를 생성한다. 그리고 직관적인 텍스처의 사용을 위하여 HSV(hue, saturation, value) 컬러 모델에 근거한 컬러 연필 텍스처 지도를 구성하는 방법을 제시한다. 기존에는 영상으 로부터 입력받은 색을 그대로 사용하여 연필 효과를 내는 연구가 있었으나, 임의의 컬러 연필 텍스처를 만드는 방법 을 시도한 연구는 없었다는 점에서 본 논문은 공헌이 있다. 그리고 실제 색연필로 색을 섞는 과정과 유사한 색의 표 현을 가능하게 하는 새로운 단순화된 감산모델을 구현하고, 이를 이용해서 디자이너가 직관적으로 컬러 연필 텍스처 의 색을 선택할 수 있도록 한다는 것이 본 논문의 장점이다.

본 논문에서는 연필 텍스처를 이용하여 게임 영상을 연필화로 표현하는 렌더링 기법을 제시한다. 연필 텍스처는 실 제 연필선을 입력으로 받아 생성된 연필 스트로크 텍스처 간의 합성을 통해 생성된다. 생성된 연필 텍스처는 게임 영 상의 톤과 연필 스트로크의 흐름을 기반으로 적용되어 풍부한 명암효과와 입체감 있는 영상을 얻는다. 더불어, 사용자 에게 게임 영상에 대한 이해성을 높이기 위해 영상의 윤곽선을 찾아 그리는 방법을 제안한다. 본 논문의 결과는 다양 한 사진에 대해 연필 텍스처를 적용하고 윤곽선을 그린 결과 영상을 보여준다

회화적 렌더링에서 대부분의 기술은 스트로크의 생성이나 화구의 텍스처를 표현하는데 집중되어 있으나 회화적 렌더링의 기술에 있어 다양한 색의 표현기술은 각각의 스트로크나 텍스처의 샘플링에 필수적인 기반 기술이다. 본 연구에서는 척 클로즈(Chuck Close)의 격자기반 색 분할 방법을 분석하고 이에 기반한 색 분할 기술을 개발하고 이를 다중 스트로크 형태로 회화적 렌더링에 적용한다. 또한 이를 기존의 랜덤한 노이즈를 추가하는 방법과 시각적인 결과를 비교해 본다.

카툰 렌더링은 셀 애니메이션과 유사한 효과를 주기 때문에 사실적인 렌더링 기법과 비교해서 친근한 느낌을 준다는 장점을 가지고 있다. 이런 이유로 컴퓨터 게임이나 애니메이션에 많이 이용되고 있다. 카툰 렌더링은 윤곽선과 음영을 얼마만큼 효과적으로 표현할 수 있느냐에 따라 결과의 질이 달라진다. 본 논문에서는 기존 카툰 렌더링 기법의 한계를 극복하는 새로운 카툰 렌더링 기법을 제시하려 한다. 제시된 기법은 물체의 특성을 강조한 쉐이딩과 효과적인 라인 드로잉을 바탕으로 하고 있으며, 기존의 카툰 렌더링 기법과는 차별화되는 것으로 게임 분야에서 널리 사용될 것으로 예상된다.

본 논문에서는 윤곽선 그래프를 이용해서 게임 캐릭터의 동적인 모습에 비사실적 렌더링을 적용하는 기법을 제시한다. 윤곽선 그래프는 캐릭터의 신체 구조를 고려하여 윤곽선을 표현한 것으로 캐릭터의 다양한 자세에 대해서 각각어느 신체 구조의 윤곽선이 연결되고 있음을 알려준다. 이러한 정보를 이용해서 캐릭터에게 실감나는 윤곽선을 부여하는 방법이 제시되어 있다. 본 논문의 결과는 일반적인 쉐이딩 결과와 비교되며, 카툰 쉐이딩 결과와 비교되고 결합되어 새로운 렌더링 기법을 보여준다.

카툰 렌더링은 표현하고자 하는 물체의 내부를 2~3 단계로 나누어 단순화된 음영으로 처리하고, 모델의 윤곽선을 그려 마치 셀 애니메이션과 비슷한 효과를 내는 방법으로 아주 고전적인 기술이라 할 수 있다. 특히 컴퓨터 게임에서는 그 초기부터 카툰 렌더링이 사용되었고 현재에도 가장 많이 사용되는 기법이다. 역사적으로도 오래된 기법이므로 사용자에게 친근한 느낌을 주기 때문에 카툰 렌더링은 많은 캐주얼 게임의 성공에 중요한 역할을 하였다. 하지만 최근에는 많은 게임들이 카툰 렌더링을 사용함에 따라 그래픽 상으로 큰 차이를 낼 수 없게 되었다. 본 논문에서는 현재 사용되고 있는 카툰 렌더링 기술을 현황을 살펴보고, 이를 바탕으로 컴퓨터 게임을 위한 카툰 렌더링의 발전 방향에 대해 살펴보려 한다.

비사실적 렌더링 기술은 게임에서 렌더링 기법으로 가장 흔하게 사용되고 있다. 이는 게임에서 가장 중요한 특성인실시간 성능이라는 점에서 기인했다고 할 수 있다. 본 연구에서는 게임에 적용할 수 있는 비사실적 렌더링 기법에 대해 살펴보고, 현재 적용사례 및 이를 바탕으로 앞으로의 기술 발전 방향에 대해 살펴보고자 한다.

다수의 디스플레이 장치를 타일 형태로 구성하는 타일 기반 대규모 디스플레이 장치에 컴퓨터 게임과 같은 3D 어플리케이션을 표현하기 위해서는 일반적으로 이러한 디스플레이 장치에적절한 어플리케이션을 별도로 개발하거나 이를 목적으로 특별히 개발된 API를 사용해야 한다. OpenGL, Direct3D 등의 레가시 3D API 기반의 원격 렌더링 기술을 확장하여 원격 분할 렌더링 시스템의 구현한다면 추가적인 개발 없이 타일 기반 대규모 디스플레이 장치에 3D 게임을표현할 수 있다. 본 논문은 기 구현된 Direct3D 기반 원격 렌더링 시스템을 확장하여 원격 분할 렌더링 시스템을 구현한다. 이러한 원격 렌더링 시스템을 샘플 Direct3D 어플리케이션에 적용하여 몇가지 실험을 실시함으로써 기술적 실현 가능성을 확인한다.

이 논문에서는 의료용 초음파 볼륨 데이터의 잡음을 효과적으로 제거하기 위한 방법을 제안 한다. 초음파 영상은 잡음이 심하여 필터링이 필요하다. 기존의 2차원 필터링은 인접한 슬라이 스 간 정보를 무시하고 기존의 3차원 필터링은 속도가 느리거나 잡음 제거 효과가 떨어지는 필 터를 적용하였고 또한 초음파 데이터의 샘플링 특성을 고려치 않아 균등하게 필터링 하지 않았 다. 이를 해결하기 위해 잡음제거에 효과적인 양방향 필터를 병렬로 빠르게 처리하고 필터 영 역에 따라 윈도우 크기를 달리하는 기법을 제안한다. 공간 필터의 합산영역 테이블을 이용하여 병렬로 빠르게 필터링하고 윈도우 크기는 필터 영역에 따라 비례적으로 결정한다. 실험은 평균 필터와 양방향 필터, 양방향 적응 필터를 적용한 초음파 볼륨 렌더링 영상에서 잡음 제거와 원 본 손실 정도를 비교한다. 이렇게 하여 양방향 필터링을 빠르게 수행하면서 기존 보다 균등하 게 필터링하여 잡음을 효과적으로 정확하게 제거할 수 있다.

고해상도의 지형 데이터는 용량이 크기 때문에 GPU메모리에 데이터 전체를 적재할 수 없다. 따라서 out-of-core기반의 방법이 많이 사용된다. 그러나 보조기억장치의 대역폭 한계로 인하여 실시간으로 지형을 렌더링하기 어렵기 때문에 GPU로 웨이블릿 변환을 수행하여 압축된 DEM 데이터를 전송한 후 압축 해제하여 렌더링 하는 방법이 사용된다. 하지만 이 방법은 텍스처로부터 주기적으로 값을 읽어와 정점을 변환하고 메쉬를 생성해야하므로 비효율적이다. 이 논문에서는 웨이블릿 압축된 근사 계수 값을 정점의 속성으로 저장하고 기하 쉐이더에서 압축을 해제해 지형을 효율적으로 렌더링 하는 기법을 제안한다. 제안하는 방법은 근사 계수 값을 정점의 속성으로 주어 지형 텍스처의 전송량을 줄일 수 있다. 또한 지형 텍스처로부터 별도의 업로드 과정 없이 메쉬의 생성이 가능하므로 오버헤드가 발생하지 않아 효율적인 렌더링이 가능하다.

대용량 지형 데이터는 전체를 CPU나 GPU메모리에 적재할 수 없기 때문에 하드디스크와 같은 보조기억장치에서 필요한 부분을 읽어와 렌더링하는 out-of-core기반의 방법이 사용된다. 하지만 out-of-core 기반의 방법은 하드디스크로부터 GPU메모리까지 데이터를 읽어올 때 대역폭한계로 인해 데이터의 전송시간이 길어진다. 이 논문에서는 Direct Compute를 이용하여 대용량 지형 데이터를 GPU에서 웨이블릿 기법으로 압축한 후 계수들을 이미지의 RGBA채널에 대응시켜 저장하고 렌더링 단계에서 이를 압축 해제하여 사용하는 방법을 제안한다. 이 방법은 GPU를 이용하여 압축된 지형 데이터를 빠르게 압축 해제해 사용함으로써 데이터의 전송량을 줄이고 웨이블릿 계산을 병렬적으로 수행하므로 전체 렌더링 시간을 단축할 수 있다.

This paper presents a robotic system that provides telepresence to the visually impaired by combining real-time haptic rendering with multi-modal interaction. A virtual-proxy based haptic rendering process using a RGB-D sensor is developed and integrated into a unified framework for control and feedback for the telepresence robot. We discuss the challenging problem of presenting environmental perception to a user with visual impairments and our solution for multi-modal interaction. We also explain the experimental design and protocols, and results with human subjects with and without visual impairments. Discussion on the performance of our system and our future goals are presented toward the end.

We present six-degree-of-freedom (6DoF) haptic rendering algorithms using translational (PDt) and generalized penetration depth (PDg). Our rendering algorithm can handle any type of object/object haptic interaction using penalty-based response and makes no assumption about the underlying geometry and topology. Moreover, our rendering algorithm can effectively deal with multiple contacts. Our penetration depth algorithms for PDt and PDg are based on a contact-space projection technique combined with iterative, local optimization on the contact-space. We circumvent the local minima problem, imposed by the local optimization, using motion coherence present in the haptic simulation. Our experimental results show that our methods can produce high-fidelity force feedback for general polygonal models consisting of tens of thousands of triangles at near-haptic rates, and are successfully integrated into an off-the-shelf 6DoF haptic device. We also discuss the benefits of using different formulations of penetration depth in the context of 6DoF haptics.