Applications of interactive 3D graphics, including virtual reality (VR), must satisfy certain performance constraints. It is especially crucial to maintain a suitable frame rate and to respond to users as quickly as possible, disregarding the complexity of a virtual environment. In this thesis, we propose a novel approach - distributed hybrid rendering - on interactive rendering of large-scaled 3D scenes to satisfy these performance constraints. Our approach has two parts - preprocessing part and real-time part.
In preprocessing, we divide virtual worlds into hierarchical cells. For each cell, we calculate cell-to-object visibility. A new visibility preprocessing method we introduce efficiently computes potentially visible objects for the given cells. The proposed visibility method deals with general 3D polygonal models and invisible objects jointly blocked by multiple objects. The approach decomposes volume visibility into a set of point visibilities, and then computes point visibility using hardware-visibility queries. We carry out experiments on various large-scale scenes, and show the performance of our algorithm.
At real time, we perform a distributed hybrid rendering using preprocessed information. The distributed hybrid rendering performs hybrid rendering combining the traditional polygon-based rendering and a non-polygonal rendering, especially point-based rendering. Our approach uses rendering resources of networked multiple computers to enhance the rendering speed. Theoretically, the rendering cost of our approach does not depend on the complexity of the given 3D virtual worlds, and through experiments, we show that the actual performance of our system, in practice, does not.
가상현실을 포함한 실시간 인터렉티브 3차원 그래픽스 응용 프로그램들은 다양한 요구 사항들을 가지고 있다. 그 중 가장 중요한 것은 영상 생성 속도에 대한 요구 사상으로 가상환경의 복잡도에 상관없이 사용자의 인터렉션에 대해 최소한 30fps 이상의 영상 생성 성능을 보여야 한다는 것이다. 본 학위논문에서는 이러한 요구 사항을 만족시킬 수 있는 새로운 방법인 분산 하이브리드 렌더링 기법을 제안한다. 제안하는 접근법은 전처리 부분과 실시간 부분으로 구성된다. 전처리에는 먼저 주어진 가상환경을 셀 단위로 나누고 각 셀에 대해 가시성 검사를 수행한다. 가시성 검사를 통해 셀에 대한 각 오브젝트의 가시 유무를 계산하고 이를 저장한다. 본 논문에서는 이를 위한 새로운 가시성 전처리 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 셀에 대한 볼륨 가시성 문제를 점 가시성 문제들로 변환하고 점 가시성 문제를 하드웨어를 사용하여 효과적으로 계산하여 볼륨 가시성 문제를 해결한다. 일반적인 3차원 폴리곤 모델을 포함하는 다양한 대규모 환경에 대한 실험을 통해 제안하는 방법의 성능을 보인다.
실시간에는 전처리 단계에서 얻어진 정보를 이용하여 분산 하이브리드 렌더링을 수행한다. 하이브리드 렌더링은 전통적인 렌더링 기법인 폴리곤 기반 렌더링과 비 전통적 렌더링 기법을 혼합하여 영상을 생성한다. 본 논문에서는 비 전통적 렌더링 기법으로 점 기반 렌더링을 사용한다. 제안하는 분산 하이브리드 렌더링은 렌더링 속도를 향상시키기 위해 네트웍에 연결된 다수 컴퓨터의 렌더링 자원을 사용한다. 제안하는 접근법은 주어진 3차원 가상환경의 복잡도에 독립적인 렌더링 성능을 보일 수 있으며, 실험을 통해 이를 보인다.
