Reducing the required memory bandwidth is a main issue in 3D computer graphics. PN triangle solves the memory bandwidth problem by using curved surface representation and tessellation. It reconstructs a smooth and detailed 3D model from blocky one on graphics hardware and then reduces bandwidth consumption required for data transmission. But the existing PN triangle hardware tessellates a curved surface according to the user-defined and fixed Level Of Detail (LOD) and redundant geometric operations can be executed. In this paper, we insert adaptive LOD concept in PN triangle and propose several schemes for implementation and reducing visual artifacts. Simulation results show the reduced operation count and improved visual quality. Additionally we propose hardware architecture of PN triangle generation unit using adaptive LOD. The required hardware cost for PN triangle generation unit is not overhead to overall 3D graphics hardware.
현재 삼차원 그래픽스에서 메모리 대역폭 문제는 주요한 연구 주제 중의 하나이다. 삼차원 그래픽스의 연산에 필요한 두가지 입력 데이터인 버텍스와 텍스쳐는 시스템 메모리에서 그래픽스 메모리로 그래픽스 메모리에서 다시 그래픽스 프로세서로 전달된다. 그런데 현재 그래픽스 프로세서의 처리능력에 비해 이러한 데이터를 전달할 메모리 대역폭이 상당히 부족하기 때문에 전달되는 데어터의 양을 줄이는 기술이 필요하다. PN triangle은 이러한 메모리 대역폭 문제를 해결하기 위해 제안된 기법으로 삼각형 입력 데이터를 내부적인 하드웨어 가속을 이용하여 cubic Bézier triangular surface라는 곡면으로 복원한 뒤 다시 작은 삼각형으로 쪼갬으로써 버스를 통해 전달되어야하는 버텍스 데어터의 양을 줄이는 역할을 한다. 또 데어터의 양에 변화없이 물체의 외곽선을 부드럽게 표현하고 색의 현실성을 증가시킬 수 있다.
이때 작은 삼각형으로 쪼개는 과정을 모자이크 가공이라 하는데 PN triangle에서의 모자이크 가공은 개발자가 정의한 LOD라는 값에 의해 그 가공 횟수가 결정되며 LOD가 높을수록 더 많은 삼각형이 모자이크 가공을 통해 얻어진다. 기존 PN triangle 기법의 경우 개발자가 직접 LOD를 설정해야 했기 때문에 몇 가지 문제점을 가지고 있었다. 먼저 실시간 응용 프로그램들에서 물체의 위치가 지속적으로 변화함에도 불구하고 LOD의 값이 물체에 대해 한번만 설정 가능하기 때문에 그 설정 값을 정하는 것 자체가 어려웠고 또 하나의 값으로 설정했다 하더라도 물체의 이동에 따라 불필요한 기하 연산이 발생하여 기하 연산 프로세서의 부담이 되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 PN triangle에 적합한 적응 모자이크 가공 기법을 제안하였다. 제안된 적응 모자이크 가공 기법을 이용하면 LOD가 하드웨어에 의해 자동으로 설정되기 때문에 개발자의 설정 필요성이 사라지고 불필요한 기하 연산이 줄어드는 효과를 얻을 수 있다. 제안된 기법에서 LOD는 스크린에 그려지는 삼각형의 변의 길이에 따라 결정하여 화면에 작게 그려지는 물체에 대해 불필요하게 수행되는 기하 연산량을 줄였다. 그리고 적응 모자이크 기법에 필요한 변의 연결 과정에 수정 Bresenham 알고리즘을 제안하여 적용함으로써 출력 결과의 화질을 향상시켰다. 시뮬레이션 결과를 통해 적응 모자이크 가공 기법이 불필요한 기하 연산량을 최대 80% 가량 감소시키고 수정 Bresenham 알고리즘이 화질 향상에 기여하는 것을 확인할 수 있었으며 이러한 검증 결과를 바탕으로 적응 모자이크 가공을 적용한 PN triangle의 하드웨어 구조와 수정된 기하 연산 프로세서의 파이프라인을 제안하였다. 제안된 하드웨어 구조는 구체적인 검증과 구현 과정을 거칠 필요가 있으나 적은 양의 하드웨어를 추가하는 것만으로 실제 구현이 가능하다는 것을 보여준다.
