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GPU용 Kd-트리 탐색 방법의 성능 분석 및 향상 기법

Performance Analysis and Enhancing Techniques of Kd-Tree Traversal Methods on GPU
정보과학회논문지 : 컴퓨팅의 실제 및 레터 제16권 제2호, 2010.2, 177-185 (9 pages)
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초록
광선-다각형 교차 계산은 광선 추적법 계산의 상당 부분을 차지하는 중요한 구성요소로서, 보편적으로 정적인 장면에 대해서는 kd-트리와 같은 공간 자료구조를 사용하여 교차 계산을 가속하여왔다. 최근 CPU에 비해 상대적으로 제한된 계산구조를 가지는 GPU에 적합하도록 변형된 kd-트리 탐색 기법이 몇 가지 제시되어 왔는데, 본 논문에서는 이러한 기존 방법을 보완할 수 있는 두 가지 구현 기법을 제안한다. 첫째, 트리 탐색을 위한 스택을 전역 메모리에 할당할 경우 전역 메모리 접근으로 인한 비용을 줄이고자 하는 캐쉬 적용 스택 방법과 둘째, 기존의 로프 방법의 문제점인 상당한 메모리 요구량을 줄이고자 하는 적은 깊이의 스택(short stack)을 사용한 로프 방법을 제시한다. 제안된 방법의 효용성을 보이기 위하여 기존의 GPU용 탐색 방법과의 성능 비교 분석을 수행한다. 이러한 실험 결과는 향후 GPU용 광선 추적법 소프트웨어 개발자들이 상황에 맞는 적절한 kd-트리 탐색 방법을 선택할 수 있도록 해주는 중요한 정보를 제공하게 될 것이다.

Ray-object intersection is an important element in ray tracing that takes up a substantial amount of computing time. In general, such spatial data structure as kd-tree has been frequently used for static scenes to accelerate the intersection computation. Recently, a few variants of kd-tree traversal have been proposed suitable for the GPU that has a relatively restricted computing architecture compared to the CPU. In this article, we propose yet another two implementation techniques that can improve those previous ones. First, we present a cached stack method that is aimed to reduce the costly global memory access time needed when the stack is allocated to global memory. Secondly, we present a rope-with-short-stack method that eases the substantial memory requirement, often necessary for the previous rope method. In order to show the effectiveness of our techniques, we compare their performances with those of the previous GPU traversal methods. The experimental results will provide prospective GPU ray tracer developers with valuable information, helping them choose a proper kd-tree traversal method.

목차
요약
Abstract
1. 서론
2. 이전 연구
3. 제안하는 탐색 방법
4. 메모리 접근에 대한 최적화
5. 성능 비교 결과 및 분석
5. 결론
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