본 연구는 액체의 광학, 역학적인 특징에 대해 알아보고 컴퓨터 그래픽스에서 액체를 구현하는 방식과 함께 높이맵을 기반으로 한 액체표현을 목표로 하고 있다. 빛은 액체와 만났을 때 반사, 굴절, 흡수 현상이 일어난다. 액체는 불순물이 많고 점성이 높을수록 반사율이 높으며 액체의 굴절률은 스넬의 법칙(snell's law)을 이용하여 구할 수 있다. 역학적으로 액체는 임의의 크기로 전단응력을 받을 때, 연속적으로 변형하는 물질이라 정의 내릴 수 있으며 액체에 적용되는 기본적인 운동법칙들은 고체에 적용하는 운동법칙과 접근방법에서는 유사하다. 본 연구에서 환경 맵과 프레넬의 법칙을 이용한 반사 굴절을 구현하였으며 부드러운 액체의 표면을 생성하고 sin, cos곡선을 이용하여 유체의 높낮이를 자연스럽게 구현하였다.

광선추적법(ray tracing)은 빛의 반사, 투과 등을 사실적으로 표현할 수 있는 대표적인 전역조명(global illumination) 기술이지만, 복잡한 계산과정으로 인해 실시간 활용에는 많은 제약이 존재한다. 이런 문제를 해결하기 위해 최근에는 GPU(Graphics Processing Unit) 기반의 광선추적법 알고리즘이 활발하게 개발되고 있으며, 본 논문에서는 J. Purcell 등이 제안한 광선추적법 기법을 구현하였다. 그리고 구현된 알고리즘을 인터렉티브 응용분야에 활용하기 위해 렌더링 성능을 개선하는 두가지 방법을 적용하였다. 먼저, 그래픽스 하드웨어에서 지원하는 래스터라이제이션(rasterization)을 적용해 초기 광선의 교차점을 효과적으로 구했다. 또한 대상 물체를 가속화(acceleration) 구조로 구성하여 광선과 물체간의 교차연산에 소요되는 계산시간을 단축하였다. GPU 기반의 광선추적법 렌더링에서 다양한 성능 개선 알고리즘을 적용하여 향상된 렌더링 결과를 구체적으로 분석한 기존 연구가 비교적 적었으며, 본 논문에서는 각 과정에 따른 개선 결과를 제시하였다. 구현된 렌더러와 GPU 기반의 환경 맵을 비교하였으며 이동형 개인 컴퓨터와 무선 센싱 장비를 이용한 무선 원격 렌더링 시스템을 구현하였다. 제안된 시스템은 실시간 합성, 증강현실(augmented reality), 가상현실 등의 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.