본 논문에서는 BRDF를 이용한 재질 렌더링에서 적은 수의 샘플을 사용하면서 화소(pixel) 노이즈가 없는 렌더링 방법을 제안한다. BRDF를 이용한 재질 렌더링에서 이미지 품질을 결정하는데 가장 중요한 요소 중 한가지는 모든 방향으로부터 들어오는 빛의 양을 어떻게 적분할 것인가 이다. 일반적으로 이러한 적분에는 빛의 양을 샘플값들의 합으로 근사시키는 Monte Carlo 기법이 널리 사용된다. 이 방법은 샘플링 수를 늘릴수록 실제 물체의 재질에 가깝게 렌더링이 가능하지만 많은 렌더링 연산이 필요하고, 반대로 샘플링 수를 줄이면 심각한 화소 노이즈가 발생한다. 적은 수의 샘플을 사용하면서도 화소 노이즈가 없는 렌더링을 하기 위해서, 본 논문에서는 BRDF데이터에서 렌더링 결과에 미치는 영향을 고려하여 중요한 부분을 더욱 많이 샘플링 하는 중요 샘플링 기법을 응용하며, 시점 방향에 따른 샘플들을 위치 변화를 최소화한 후, 이 인접한 시점 방향의 샘플들을 엮어서 만든 샘플 쓰레드를 제안한다. 이 샘플 쓰레드는 반사광에 따라 변화하는 샘플들의 자취를 연결한 데이터로, 이는 시점 방향에 따라 연속적으로 변하는 샘플 집합을 갖는다. 따라서 샘플 기반의 렌더링이 기본적으로 가지고 있는 화소 노이즈 현상이 발생하지 않는다. 따라서 적은 수의 샘플 쓰레드로도 노이즈가 없는 만족할만한 렌더링 결과를 얻을 수 있으며, 샘플 쓰레드를 BRDF에 따라 미리 계산해 놓을 수 있어 그래픽 하드웨어를 통한 실시간 BRDF 렌더링이 가능하다.

본 논문에서는 가상환경에서 실세계 물체들의 사실적 시뮬레이션과 표현에 필요한 물체의 물리적 속성 정의를 위해서 물리 단위를 도입하는 방법을 설명한다. 표준화된 물리 단위 규격의 정의를 위하여 물리 단위는 SI 단위계(International System of Units)를 기본으로 하고 가상세계 데이터의 표준화된 규격을 위하여 웹3D 표준인 X3D(Extensible 3D)를 기반으로 하여 물리 단위 명세를 정의한다. 물리 단위를 X3D 규격 안에서 정의하는 과정에서 물리 단위의 적용을 받은 물체가 X3D 장면 안에서 사실적인 변화로 표현되기 위해서는 X3D 전체 스키마에 합당하게 정의되어야 한다. 실세계 물리 단위를 X3D 스키마에 확장하여 정의하고, 확장된 X3D 규격으로 구현된 브라우저에서 물리 단위를 포함하는 물체가 물리 단위 개념이 없었던 기존 X3D 물체가 어떻게 다른가를 물리 단위 예제를 이용하여 비교 분석한다.

본 논문에서는 실제 근육의 해부학적 특징에 근거한 모델을 설계하고, 근육의 모양이 골격의 움직임에 따라서 변화하는 실시간 시뮬레이션 기법을 제시한다. 근육 모델은 골격 혹은 다른 근육의 양 끝 점에 부착되는 위치와 방위에 따라서 부피가 유지되도록 변형된다. 근육 변형의 결과는 간단한 스키닝을 통해서 실제 피부 변형의 결과로 이어져 관찰된다. 실제 인체와 유사하게 모델링된 다관절 캐릭터의 수행 성능을 제시한다. 실험적 결과에 따르면 수십개의 모델링된 근육을 골격 운동에 따라서 실시간에 변형할 수 있다. 따라서 빠른 수행속도에 일정한 품질을 요구하는 게임 등과 같은 실시간 제어 환경에 등장하는 다관절 캐릭터를 제어하는데 효과적으로 사용될 수 있다.

직물을 모델링 할 때 사각 메쉬 기반의 파티클 시스템이 이미 제시된 바 있다. 그러나 일반적으로 삼각 메쉬를 사용하여 직물을 표현하므로 삼각 메쉬 기반의 직물 모델링이 필요하다. 삼각 메쉬를 이용한 직물 모델링은 보통 물질이 연속적이라고 가정하는 유한 요소법적인 방식을 사용한다. 본 논문은 파티클 시스템의 장점인 모델의 간단함, 구현의 용이성 등을 삼각 메쉬상에서도 살리기 위해 삼각 메쉬 기반의 파티클 시스템을 제안한다. 직물의 움직임은 메쉬 꼭지점들이 삼각 메쉬의 에지들을 통해 서로 상호작용하도록 모델링한다. 꼭지점들의 상호작용은 두 개의 구조, 즉 에지 연결 구조와 대각선 연결 구조를 이용하여 정의하고, 상호작용을 할 때 생성되는 변형 에너지는 탄성이론을 적용하여 모델링하였다. 사각 메쉬에 적용되었던 파티클 시스템의 장점 을 삼각 메쉬에 구현한 것이 본 논문의 공헌이다.

포톤 매핑은 대표적인 전역 조명 방법으로써 광원에서 많은 수의 포톤을 방출하여 이를 이용해 사실적인 렌더링을 수행한다. 하지만 매우 많은 수의 포톤을 추적하기 때문에 실시간 렌더링이 힘들고 많은 양의 메모리를 사용하는 문제가 있다. 이러한 문제를 개선한 방법이 점진적 포톤 매핑이다. 기존의 점진적 포톤 매핑은 먼저 광선 추적법을 통해 각 광선과 물체와의 충돌 위치를 찾는다. 다음으로 포톤 추적 단계에서는 반복적으로 적은 수의 포톤을 방출하고, 충돌 위치를 중심으로 하며 고정된 반지름을 가지는 구 안에 들어오는 포톤으로 포톤의 밝기를 누적한다. 이 방법은 포톤 매핑보다 자원을 적게 소모하지만, 방출된 포톤이 임의의 방향으로 진행하기 때문에 충분한 포톤을 확보하고 부드러운 영상을 렌더링하기 위해 많은 시간이 필요하다. 이를 보완하기 위해 본 논문에서는 포톤 탐사 단계를 추가하여 구 안에 들어오는 포톤들의 분포를 계산하고 그에 따라 구의 반지름을 조절하는 방법을 제안한다. 또한 래디언스 추정 과정에 콘 필터를 적용하여 영상을 선명히 렌더링한다.