Physically Inspired Fast Lightning Rendering

물리적 특성을 고려한 빠른 번개 렌더링

In this paper, we propose an algorithm for generating lightning paths, which are more realistic than those of random tree based algorithm and faster than a physically based simulation algorithm. Our approach utilizes physically based Dielectric Breakdown Method (DBM) and approximates the electric potential field dramatically to generate the lightning path. We also show a guide path method for the lightning to avoid obstacles in a complex scene. Finally, our method renders fast and realistic lightning by considering physical characteristics for the thickness and brightness of the lightning stream. Our result of the lightning path shares similarity to natural phenomenon by having about 1.56 fractal dimensions, and we can generate the lightning path faster than a previous physically based algorithm. On the other hand, our method is difficult to apply on the real-time games yet, but our approach can be improved by performing the path generation algorithm with GPU in future.

본 논문에서는 번개의 물리적 특성을 고려하여 기존의 랜덤 트리 기반의 번개 경로 생성 알고리즘보다 사실적이며, 물리 기반 시뮬레이션 알고리즘보다 빠른 번개 경로 생성 알고리즘을 제시한다. 절연 파괴 현상을 물리적으로 접근한 Dielectric Breakdown Model을 사용하고, 전위장(Electric potential field)의 특징을 빠르게 근사하여 번개의 경로를 생성하는 알고리즘을 제시한다. 또한, 장애물이 있는 복잡한 장면에서 번개가 장애물을 회피하는 가이드 경로 방법을 제시한다. 마지막으로, 번개 잔가지의 두께와 밝기의 물리적 특성을 고려하여 빠르고 사실적인 번개를 렌더링한다. 본 논문에서 제시한 번개 경로는 약 1.56의 프랙탈 차원(Fractal dimension)을 가져 자연 현상의 번개와 유사한 결과를 보여주고, 기존의 물리 기반 알고리즘에 비해 월등히 빠르게 경로를 생성한다. 다만, 실시간 게임에 적용 가능한 성능을 위한 추가 적인 작업이 필요하고, 향후 GPU를 활용하여 번개 경로 생성 알고리즘을 개선하면 실시간 게임에 충분히 적용할 수 있을 것이라 판단한다.