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유니티 발행물

유니티에서는 그래픽스, AI, 성능 등 다양한 연구를 수행합니다. 유니티는 토론, 회의, 학술지를 통해 이러한 연구 성과를 공유합니다. 최신 출판물은 아래를 참조하세요.

A Low-Distortion Map Between Triangle and Square

Eric Heitz - Tech Report 2019

We introduce a low-distortion map between triangle and square. This mapping yields an area-preserving parameterization that can be used for sampling random points with a uniform density in arbitrary triangles. This parameterization presents two advantages compared to the square-root param-eterization typically used for triangle sampling. First, it has lower distortions and better preserves the blue-noise properties of the input samples. Second, its computation relies only on arithmetic operations (+, *), which makes it faster to evaluate.

Paper
Computer Science
Graphics

GGX 가시 법선 분포 샘플링

Eric Heitz - JCGT 2018

가시 법선 분포(VNDF)를 사용하는 중요 샘플링 마이크로패싯 BSDF를 사용하면 몬테카를로 렌더링에서 배리언스를 획기적으로 줄일 수 있습니다. 이 문헌에서는 GGX 마이크로패싯 분포의 VNDF에서 효율적이고 정확한 샘플링 루틴을 설명합니다. 이 루틴에서는 GGX가 절단된 타원형의 법선 분포이며 GGX VNDF 샘플링은 이 절단 타원형의 2D 투영을 샘플링하는 것에 해당한다는 속성을 활용합니다. 이를 위해 절단 타원형을 반구로 매핑하는 선형 변환을 사용하여 문제를 단순화합니다. 선형 변환은 투영된 영역의 획일성을 보존하므로 반구 구성을 샘플링하고 샘플을 다시 타원형 구성으로 변환하면 GGX VNDF에서 유효한 샘플을 획득할 수 있습니다.

백서
Bib
샘플 코드

점광원에 임의로 배치된 타원면을 대하는 입체각의 분석적 계산

Eric Heitz -  Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 2018

임의로 배치된 타원면과 동일한 입체각 영역을 대하는 타원을 계산하기 위한 기하학적인 방법을 제시합니다. 이 방법을 사용하면 타원에 대한 기존의 분석적 입체각 계산을 타원면으로 확대할 수 있습니다. 이 방법의 착안점은 타원면에 선형 변환을 적용하여 동일한 입체각 영역을 덮는 원반을 계산할 수 있는 구로 변환하는 것입니다. 이를 증명하기 위해 이 원반에 역선형 변환을 적용하여 타원면과 동일한 입체각 영역을 대하는 타원을 구합니다. 알고리즘에 대한 MATLAB 구현을 제공하여 이를 수치적으로 검증합니다.

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비지수형 분포를 갖는 트랙 길이 샘플링에 대한 고찰

Eric Heitz, Laurent Belcour - Tech Report 2018

트랙 길이 샘플링은 거리 분포에 따라 임의의 구간을 샘플링하는 프로세스입니다. 즉, 트랙 길이 샘플링에서는 거리 분포에서 정해진 거리를 샘플링하는 대신, 가능한 거리의 구간을 생성합니다. 예상 구간이 목표 거리 분포일 경우 트랙 길이 샘플링 프로세스가 정확합니다. 즉 샘플링된 모든 구간의 평균은 이들의 수가 증가함에 따라 거리 분포로 수렴해야 합니다. 이 논문에서는 정해진 거리의 샘플링에 사용되는 거리 분포와 구간 샘플링에 사용되는 트랙 길이 분포가 일반적으로 동일하지 않다는 점을 강조합니다. 이 차이는 놀라운데, 그 이유는 지금까지 트랙 길이 샘플링은 거리 분포가 일반적으로 기하급수적인 운송 이론의 맥락에서 주로 연구되었기 때문입니다. 이 특수한 경우에서는 거리 분포와 트랙 길이 분포가 모두 동일한 지수 분포입니다. 하지만 거리 분포가 비지수적인 경우 일반적으로 두 분포가 동일하지 않습니다.

논문

분석적 직접 조명과 확률론적 섀도우의 결합

Eric Heitz, Stephen Hill(Lucasfilm), Morgan McGuire(NVIDIA)  - I3D 2018(단편논문)(최우수논문발표상)

이 논문에서는 정확성을 유지하면서 분석적 조명 기술과 확률론적 레이트레싱된 섀도우(Stochastic Raytraced Shadow)를 결합하는 직접 조명 방정식의 비추정량(ratio estimator)을 제안합니다. 이 논문의 요지는 섀도우된 조명을 그림자 광원을 섀도우되지 않은 조명과 조명 가중치가 적용된 섀도우의 곱으로 분할할 수 있다는 것을 보여주는 것입니다. 이들 항은 이들의 곱이 제공하는 최종 결과물의 정확성에 영향을 미치지 않으면서 서로 다른 기술을 사용하여 별도로 계산할 수 있습니다. 이 공식은 지금까지 섀도우를 포함하지 않아 회피되어 왔던 분석적 조명 기술의 효용성을 레이트레이싱 애플리케이션으로 확장합니다. 이 방법을 사용하면 섀도우되지 않은 조명 이미지에서 선명하고 노이즈 없는 셰이딩을 확보할 수 있으며 확률론적 레이트레이싱을 통해 가중치가 적용된 섀도우 이미지를 계산합니다. 확률론적 평가를 가중치가 적용된 섀도우 이미지로 제한하면 최종 결과물이 섀도우에서만 노이즈를 나타낸다는 이점이 있습니다. 또한 조명과 별개로 섀도우에서 노이즈를 제거하므로 강력한 노이즈 제거 시에도 섀도우만 오버블러(overblur)하고 고주파 쉐이딩 디테일(텍스처, 노멀 맵 등)은 보존됩니다.

논문
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코드 + 데모

절차적 노이즈 함수의 비주기적 타일링

Aleksandr Kirillov - HPG 2018

절차적 노이즈 함수는 텍스처 합성에서 대기 효과 시뮬레이션, 지형 지오메트리 사양에 이르기까지 컴퓨터 그래픽스 내에서 다양한 용도로 사용되고 있습니다. 노이즈는 사전 컴퓨팅한 다음 텍스처에 저장하거나, 애플리케이션 런타임에서 직접 평가할 수도 있습니다. 어떠한 선택을 하느냐에 따라 이미지 분산, 메모리 소비량, 성능이 달라질 수 있습니다.

고급 타일링 알고리즘을 사용하면 시각적 규칙성(visual repetition)을 줄일 수 있습니다. 왕(wang) 타일을 사용하면 비교적 소규모의 텍스처 세트를 사용하여 플레인을 비주기적인 방식으로 타일링할 수 있습니다. 타일을 단일 텍스처 맵으로 배열하면 GPU에서 하드웨어 필터링을 사용할 수 있습니다.

이 논문에서는 가장 적은 완전한 왕 타일셋을 포함하는 텍스처 맵을 직접 생성하는 몇 가지 보편적인 절차적 노이즈 함수에 대한 수정을 제시합니다. 이 논문에 제시된 결과를 사용하면 런타임 및 전처리 단계에서 이러한 노이즈 함수 및 이를 기반으로 하는 텍스처에 대한 비주기적 타일링을 사용할 수 있습니다. 또한 메모리를 동일한 수준 혹은 더 낮은 수준으로 소모하면서 약간의 성능만으로 컴퓨터에서 생성한 이미지에서 노이즈 기반 효과의 반복을 줄일 수 있습니다.

논문

첨부

히스토그램 보존 블렌딩 연산자를 이용한 고성능 예제별 노이즈

Eric Heitz, Fabrice Neyret(Inria) - HPG 2018(최고논문상)

확률론적 텍스처의 작은 예시를 입력으로 사용하고 같은 모양으로 무한 출력을 합성하는 새로운 예제별 노이즈 알고리즘을 제안합니다. 이 알고리즘은 모든 종류의 랜덤 위상 입력값뿐만 아니라 이끼, 화강암, 모래, 나무껍질 등의 전형적인 자연적 텍스처와 같이 확률론적이고 비주기적인 다수의 비랜덤 위상 입력값에서도 작동합니다. 이 알고리즘은 최첨단 절차적 노이즈 기술과 동등한 고품질의 결과물을 제공하면서 20배 이상 빠릅니다.

논문
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서로 다른 밝기의 이미지 시퀀스를 통한 비지도 심층 단일 이미지 내재적 분해

Louis Lettry(ETH Zürich), Kenneth Vanhoey, Luc Van Gool(ETH Zürich) - Pacific Graphics 2018 / Computer Graphics Forum

내재적 분해는 사진 씬을 알베도와 셰이딩으로 분해합니다. 셰이딩을 지우면 이미지를 "디라이팅"한 다음 가상으로 조명을 다시 비춘 씬에서 재사용할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위한 비지도 학습 방법을 제시합니다.

최신 기술은 지도 학습을 사용하는데, 이는 확보하기 어려운 많은 양의 알려진 분해 세트를 필요로 합니다. 이 방법 대신 정적 웹캠에서 확보한 타임 랩스 이미지를 사용하여 주석 없는 이미지를 가지고 학습합니다. 이때 알베도가 기본적으로 정적이고, 셰이딩은 조명에 따라 변화한다는 가정을 활용합니다. 또한 이 가정을 시아미즈 학습으로 변환하여 딥 러닝에 활용합니다.

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통계적 오퍼레이터와 원자 분해를 사용한 효율적인 레이어드 머티리얼 렌더링

Laurent Belcour - ACM SIGGRAPH 2018

레이어드 머티리얼 내에서 광원 전송을 효율적으로 분석 및 계산하는 새로운 프레임워크를 도출합니다. 이 과정은 두 단계로 나누어집니다. 우선 광원 전송을 각각의 방향 통계를 기반으로 작동하는 원자 오퍼레이터 세트로 분해합니다. 구체적으로 오퍼레이터는 반사, 굴절, 산란, 흡수로 구성되며, 이 조합은 레이어드 구조 내에서 여러 차례 발생하는 빛의 산란의 통계를 나타내기에 충분합니다. 처음 세 가지 방향 모멘트(에너지, 평균, 분산)가 이미 정확한 요약을 제공한다는 것을 제시합니다. 그런 다음 합산-배가 방식을 확장하여 이러한 오퍼레이터의 임의의 조합을 효율적으로 지원합니다. 셰이딩 중에 BSDF 로브에 방향 모멘트를 매핑합니다. 그 결과로 나타나는 BSDF가 가볍고 효율적인 형식으로 실제와 긴밀하게 일치한다는 것을 검증합니다. 기존의 방법과는 달리 임의 개수의 텍스처된 레이어를 지원하며 머티리얼별 사전 계산이 없는 오프라인 및 실시간 구현 모두에 대해 실용적이고 정확한 레이어드 머티리얼 렌더링을 시연합니다.

논문
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머티리얼 확보 및 렌더링에 대한 적응형 매개변수화

Jonathan Dupuy and Wenzel Jakob (EPFL) - ACM SIGGRAPH Asia 2018

물리적 기반 렌더링 시스템의 핵심 요소 중 하나는 일반적으로 양방향반사도분포함수(BRDF)를 통해 씬 내의 모든 머티리얼의 광원과 물질의 상호 작용을 특성화하는 세분화된 사양입니다. 이것의 유용성에도 불구하고 실제 BRDF 데이터세트에 대한 액세스는 제한적입니다. 이는 측정을 위해 충분한 해상도의 4차원 도메인 스캐닝이 필요하고, 이 과정은 지루하고 시간이 오래 걸리며 불가능한 경우도 많기 때문입니다. 머티리얼의 동작에 자동으로 적응하는 새로운 매개변수화를 제시하여 대부분의 볼륨이 BRDF가 유의미한 값을 취하는 영역으로 대응하고 무의미한 지역은 고도로 압축하도록 기반 4D 도메인을 변형합니다. 이 변형을 위해서는 머티리얼의 역반사 속성에 대한 짧은 1D 또는 2D 측정만 필요합니다. 이 매개변수화는 기존에는 중간 데이터 변환이 필요했던 몇 가지 단계를 결합한다는 점에서 통합적입니다. BRDF 획득 및 저장에 동일한 매핑을 동시에 사용할 수 있으며 몬테카를로 샘플 생성을 효율적으로 지원합니다.

논문
동영상
등방성 BRDF 데이터세트
비등방성 BRDF 데이터세트
MERL 데이터베이스 검증
C++ 및 Python 코드
머티리얼 데이터베이스

확률론적 섀도우

Eric Heitz, Stephen Hill(Lucasfilm), Morgan McGuire(NVIDIA) 

이 논문에서는 정확성을 유지하면서 분석적 조명 기술과 확률론적 레이트레싱된 섀도우(Stochastic Raytraced Shadow)를 결합하는 직접 조명 방정식의 비추정량(ratio estimator)을 제안합니다. 이 논문의 요지는 섀도우된 조명을 그림자 광원을 섀도우되지 않은 조명과 조명 가중치가 적용된 섀도우의 곱으로 분할할 수 있다는 것을 보여주는 것입니다. 이들 항은 곱이 제공하는 최종 결과의 정확성에 영향을 미치지 않으면서 서로 다른 기술을 사용하여 별도로 계산할 수 있습니다.

이 공식은 지금까지는 섀도우를 포함하지 않아 회피되어 왔던 레이트레이싱 적용 분야로 분석적 조명 기술의 효용성을 확장합니다. 이 방법을 사용하면 섀도우되지 않은 조명 이미지에서 선명하고 노이즈 없는 셰이딩을 확보할 수 있으며 확률론적 레이트레이싱을 통해 가중치가 적용된 섀도우 이미지를 계산합니다. 확률론적 평가를 가중치가 적용된 섀도우 이미지로 제한하면 최종 결과물이 섀도우에서만 노이즈를 나타낸다는 이점이 있습니다. 또한 조명과 별개로 섀도우에서 노이즈를 제거하므로 강력한 노이즈 제거 시에도 섀도우만 오버블러(overblur)하고 고주파 쉐이딩 디테일(텍스처, 노멀 맵 등)은 보존됩니다.

논문

컴퓨트 셰이더를 통한 적응형 GPU 테셀레이션

Jad Khoury, Jonathan Dupuy 및 Christophe Riccio - GPU Zen 2(공개 예정)

GPU 래스터라이저는 프리미티브가 수 픽셀 이상으로 투사될 경우 가장 효율적입니다. 이 한도 아래에서는 Z-버퍼가 앨리어싱되기 시작하고 셰이딩 비율이 크게 감소하므로[Riccio 12] 기하학적으로 복잡한 씬에서는 비교적 거리가 먼 폴리곤이 픽셀 이하 크기로 투사되어 렌더링이 어려워집니다. 이러한 픽셀 미만 투사를 최소화하기 위해 간단한 솔루션을 통해 거친 메시가 카메라에 가까워짐에 따라 이를 절차적으로 개선합니다. 이 챕터에서는 임의의 폴리곤 메시에 대한 이러한 절차적 개선 기술을 도출하는 데 중점을 두겠습니다.

논문
코드

선형 변환 코사인을 통한 실시간 라인 및 디스크 광원 셰이딩

Eric Heitz(Unity Technologies) 및 Stephen Hill(Lucasfilm) - ACM SIGGRAPH Courses 2017

최근 다각형 모양이 있는 광원 전용의 새로운 실시간 영역 광원 셰이딩 기술을 도입했습니다. 이 강연에서는 이 영역 광원 프레임워크를 확장하여 다각형뿐만 아니라 선형, 구형, 디스크형 광원을 지원합니다.

슬라이드
데모 코드
WebGL 데모:쿼드, 선형디스크 광원

강력한 몬테카를로 경로 추적용 마이크로패싯 기반 법선 매핑

Vincent Schüssler(KIT), Eric Heitz(Unity Technologies), Johannes Hanika(KIT) 및 Carsten Dachsbacher(KIT) - ACM SIGGRAPH ASIA 2017

법선 매핑은 가짜 쉐이딩 법선을 사용하여 표면의 시각적 디테일을 모방합니다. 하지만 결과로 나타나는 표면 모델은 기하학적으로 불가능하며 따라서 법선 매핑은 근본적으로 결함이 있는 접근법으로 간주되었습니다. 이 모델은 몬테카를로 경로 추적에 피할 수 없는 문제점이 있는데, 그것은 외형(검은 균열, 에너지 손실) 또는 통합자(다른 전방 및 후방 광원 전송)가 손상된다는 것입니다. 이 논문에서는 몬테카를로 경로 추적의 강력함을 유지하면서 기하학적인 세부 사항을 모방하여 이러한 문제가 발생하지 않는 대안이 되는 마이크로패싯 기반 법선 매핑을 제시합니다.

논문

구형 분포에 대한 구형 캡 보존 매개변수화

Jonathan Dupuy, Eric Heitz and Laurent Belcour - ACM SIGGRAPH 2017

구형 내부에 위치한 피벗이라는 지점을 기반으로 하는 구형 분포에 대한 새로운 매개변수화를 소개합니다. 피벗은 입체각을 구의 반대쪽에 매핑하는 직선 투사의 중심 역할을 합니다. 이 방법으로 구형 분포를 변환함으로써 단순한 클로즈드 폼 표현식을 사용하여 원본 분포에서 평가하고 중요성을 샘플링할 수 있는 새로운 매개변수적 구형 분포를 도출합니다. 또한 원본 분포를 구형 캡에서 샘플링 및/또는 통합할 수 있을 경우 변환된 분포에도 같은 작업을 수행할 수 있다는 사실을 검증합니다. 이 매개변수화 속성을 활용하면 실시간 및 오프라인 렌더링 모두에서 효율적인 구형 광원 기술을 도출할 수 있습니다. 이 기술은 강력하고, 빠르고, 간편하게 구현할 수 있으며, 기존 작업보다 우수한 품질의 결과물을 달성할 수 있습니다.

논문
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이리데선스 변화 모델링을 위한 마이크로파셋 이론의 실용적인 확장

Laurent Belcour(Unity), Pascal Barla(Inria) - ACM SIGGRAPH 2017

씬 필름 이리데센스를 사용하면 가죽의 외형을 재현할 수 있습니다. 하지만 이 이론에는 시점에 따른 외형 변화(고니오크로매티즘)를 올바르게 통합하기 위한 Maxwell Render와 같은 스펙트럴 렌더링 엔진이 필요합니다. 이는 실시간 렌더러가 가시광의 전체 범위 중 세 가지 컴포넌트(RGB)와만 호환되는 것으로 인한 스펙트럴 도메인 내의 앨리어싱에서 기인합니다. 이 연구에서는 씬 필름 모델에 대해 안티앨리어싱을 수행하는 방법, 마이크로패싯 모델에 이를 통합하는 방법, 실시간 렌더링 엔진에 이를 통합하는 방법을 살펴봅니다. 이렇게 하면 마이크로패싯 모델에서 재현할 수 있는 외형의 범위가 늘어납니다.

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선형 변환된 코사인을 통한 선형 광원 셰이딩

Eric Heitz, Stephen Hill(Lucasfilm) - GPU Zen(도서)

이 도서 챕터에서는 선형 변형된 코사인 기반의 영역 광원 프레임워크를 확장하여 선형(또는 선) 광원을 지원합니다. 선형 광원은 작지만 0이 아닌 반지름을 갖는 원통형 광원에 대한 좋은 근사치입니다. 강도 및 셰이딩이 유사한 선형 광원을 통해 이러한 광원의 근사값을 계산하는 방법과 이러한 근사치의 유효성을 살펴보겠습니다.

논문

광원 전송 주파수 분석에 대한 실제적 소개

Laurent Belcour - ACM SIGGRAPH Courses 2016

광원 전송의 주파수 분석은 신호 처리 도구를 사용해 물리적 기반 렌더링(Physically Based Rendering)을 표현하며, 따라서 샘플링 속도 예측, 노이즈 제거 수행, 안티앨리어싱 수행 등의 작업에 맞춰 조정됩니다. 특정 광원 전송 사례(모션, 렌즈 등)를 처리하기 위한 다양한 방법이 제안되었습니다. 이 과정에서는 개념을 소개하고 통합된 컨텍스트에서 광원 전송 주파수 분석의 실제적인 적용 시나리오를 제시합니다. 이론적인 요소의 이해를 돕기 위해 주파수 분석은 구현과 함께 소개됩니다.

과정

선형 변환된 코사인을 통한 실시간 다각형 광원 셰이딩

Eric Heitz, Jonathan Dupuy, Stephen Hill (Ubisoft), David Neubelt (Ready at Dawn Studios) - ACM SIGGRAPH 2016

영역 광원을 통한 셰이딩은 CG 렌더에 매우 사실적인 느낌을 제공합니다. 하지만 이를 위해서는 구형 방정식의 해를 구해야 하며, 이로 인해 실시간 렌더링이 어렵습니다. 이 프로젝트에서는 다각형 광원을 통해 물리적 기반 머티리얼에 실시간으로 셰이딩을 적용하는 새로운 구형 분포를 개발합니다.

논문
슬라이드
MATLAB
계획 및 검증
Technicolor의 기술과 비교
데모
WebGL 데모
BRDF 피팅 코드
동영상

마이크로패싯 및 마이크로플레이크 이론의 통합을 향한 추가 성과

Jonathan Dupuy and Eric Heitz - EGSR 2016 (E&I)

선형 전송 이론의 측면에서 마이크로패싯 및 마이크로플레이크 이론 간의 연관성을 연구하고, 이 과정에서 표면 및 볼륨 산란 모델의 통합을 확장하는 데 있어 추가적인 통찰력을 얻고, 여러 가지 단순화 방법을 확인하고, 중요한 질문점 및 가능성을 살펴봅니다. 우선 최근 (a) Heitz et al의 논문에서 소개된 Smith 마이크로서피스 산란 모델 및 비균질 Smith 매질과 정확하게 동일한 광원 전송을 생성하면서 (b) Smith 마스킹 및 섀도잉 함수를 간단하게 재도출할 수 있는 반무한 균일 지수 자유 경로 매질을 소개합니다. 그런 다음 선형 전송 이론의 어떤 새로운 요소를 통해 볼륨이 거친 표면처럼 작용할 수 있는지 세부적으로 조사합니다. 이는 주로 법선의 비대칭 분포 사용에 기인하며, 이러한 대칭성 위반이 전체적인 상호성을 깨뜨리지 않으면서 마이크로플레이크 불륨 내에서의 광원 전송에 미치는 영향을 파악합니다. 마지막으로 매우 거친 Smith 마이크로서피스와 일치하는 표면 프로필이 기하학적으로 불가능한 형태를 하고 있다는 점을 주장합니다. 이를 극복하기 위해 Smith 이론의 확장을 논의하고, 전체 구에 NDF를 포함하는 볼륨 설정을 통해 매끄러운 평면 거울에서부터 반무한 등방성 산란 매질까지 그 사이에 낮음에서 높음 수준의 거칠기를 갖는 모든 것을 묘사할 수 있는 단일 통합 반사 모델을 만듭니다.

논문
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