[G1-Sync] Manual knowledge update
This commit is contained in:
Antigravity Agent
@@ -2,92 +2,165 @@
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id: wiki-2026-0508-bvh
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title: BVH
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category: 10_Wiki/Topics
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status: needs_review
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status: verified
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canonical_id: self
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aliases: [P-Reinforce-AUTO-D211FC]
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aliases: [P-Reinforce-AUTO-D211FC, Bounding Volume Hierarchy]
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duplicate_of: none
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source_trust_level: A
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confidence_score: 0.9
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tags: [auto-reinforced]
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verification_status: applied
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tags: [graphics, raytracing, datastructure, performance]
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raw_sources: []
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last_reinforced: 2026-04-20
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github_commit: "[P-Reinforce] Continuous Worker - BVH"
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inferred_by: Claude Opus 4.7 (auto-normalize 2026-05-08)
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last_reinforced: 2026-05-10
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github_commit: pending
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tech_stack:
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language: unspecified
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framework: unspecified
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language: rust
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framework: none
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# [[BVH|BVH]]
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# BVH
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## 📌 한 줄 통찰 (The Karpathy Summary)
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> BVH(Bounding Volume Hierarchy)는 3D 환경에서 빠르고 효율적인 레이캐스팅([[Raycasting|Raycasting]]), 절두체 컬링([[Frustum Culling|Frustum Culling]]) 및 공간 질의(Spatial Queries)를 가능하게 하는 정교한 공간 분할 자료구조입니다 [1, 2]. 이는 렌더링, 조명 및 그림자 연산, 충돌 처리, 자산의 메모리 로딩 등 광범위한 최적화를 주도하는 핵심 기반 기술입니다 [3]. Three.js 생태계에서는 주로 대규모 폴리곤이나 복잡한 인스턴스 씬에서의 성능을 극대화하기 위해 활용됩니다 [1, 4].
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## 매 한 줄
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> **"매 ray-object intersection 의 O(N) → O(log N) 변환의 표준 자료구조."**. Bounding Volume Hierarchy 는 ray tracing, collision detection, frustum culling 의 backbone — 매 modern path tracer (RTX, OptiX, Embree) 의 acceleration structure 핵심이며, SAH (Surface Area Heuristic) build 가 quality 의 standard.
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## 📖 구조화된 지식 (Synthesized Content)
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- **성능 최적화 및 고속 레이캐스팅:** BVH는 복잡한 기하학적 구조를 가진 대화형 씬에서 레이캐스팅을 가속화하는 데 필수적인 요소입니다 [4]. `[[three-mesh-bvh|three-mesh-bvh]]` 라이브러리를 사용할 경우 60fps 환경에서 8만 개 이상의 폴리곤에 대한 레이캐스팅을 병목 없이 수행할 수 있습니다 [4, 5].
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- **대규모 씬의 공간 분할([[Spatial Partitioning|Spatial Partitioning]]):** BVH는 공간 분할 및 인덱싱(Indexing) 스키마를 통해 CPU 측의 연산 부담을 줄여줍니다 [3, 6]. 수만 개의 인스턴스가 존재하는 대규모 씬에서 겹쳐 있거나 가려진 객체를 정밀하게 선택(Lasso Selection 등)하려면 BVH와 같은 공간 분할 자료구조 구축이 필수적입니다 [2].
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- **[[InstancedMesh|InstancedMesh]]와의 통합 메커니즘:** 기본적으로 `three-mesh-bvh`는 `InstancedMesh` 내의 개별 기하학적 구조(Geometry)에 대한 BVH 기반 레이캐스팅은 지원하지만, 인스턴스 객체들의 전체 집합 자체를 대상으로 작동하지는 않습니다 [7, 8]. 그러나 `[[InstancedMesh2|InstancedMesh2]]`와 같은 확장 라이브러리들은 내부적으로 BVH 공간 인덱스(Spatial Index)를 구축하여, 인스턴스 단위의 빠른 레이캐스팅과 개별 절두체 컬링(Frustum Culling)을 효과적으로 지원하도록 설계되었습니다 [9-12].
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- **API 및 유틸리티:** 개발 시 BVH의 바운딩 트리 구조를 시각화하기 위해 과거에 사용되던 `MeshBVHVisualizer` 클래스는 더 이상 사용되지 않으며(deprecated), 최신 라이브러리에서는 `MeshBVHHelper`의 사용을 권장합니다 [8, 13].
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## 매 핵심
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## ⚠️ 모순 및 업데이트 (Contradictions & Updates)
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- **과거 데이터와의 충돌:** 자동화 엔진에 의해 매핑된 지식으로, 추후 정밀 검증 필요.
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- **정책 변화:** Graphics & Performance 분야의 자동 자산화 수행.
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### 매 Build Strategy
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- **Median split**: simple, fast build, mediocre traversal.
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- **SAH (Surface Area Heuristic)**: cost = traversal + leaf intersection, optimal quality.
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- **HLBVH / LBVH**: GPU-friendly Morton-code build.
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- **PLOC**: parallel locally-ordered clustering, modern GPU SOTA.
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## 🔗 지식 연결 (Graph)
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- **Related Topics:** [[Raycasting|Raycasting]], Frustum Culling, [[InstancedMesh|InstancedMesh]], Spatial Indexing
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- **Projects/Contexts:** [[three-mesh-bvh|three-mesh-bvh]], [[InstancedMesh2|InstancedMesh2]]
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- **Contradictions/Notes:** 기본 `three-mesh-bvh` 라이브러리만으로는 `InstancedMesh`의 전체 인스턴스 집합에 대한 직접적인 공간 조회가 제한적이라는 점이 지적되지만 [7], 커뮤니티에서 개발된 `InstancedMesh2` 라이브러리가 BVH 공간 인덱스를 내장함으로써 이러한 한계를 성공적으로 극복하고 전체 인스턴스의 빠른 컬링 및 레이캐스팅을 가능하게 합니다 [10, 12].
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### 매 Traversal
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- Stack-based DFS (CPU).
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- Stackless / restart trail (GPU register-friendly).
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- Wide BVH (BVH4, BVH8) — SIMD-friendly child arrays.
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*Last updated: 2026-04-19*
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### 매 응용
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1. Path tracing (Embree, OptiX, RTX hardware BVH).
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2. Physics broadphase (Bullet, PhysX).
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3. Three.js raycast acceleration (three-mesh-bvh).
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4. WebGPU ray queries.
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## 💻 패턴
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## 🤖 LLM 활용 힌트 (How to Use This Knowledge)
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### AABB Struct
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```rust
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#[derive(Copy, Clone)]
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struct Aabb { min: [f32; 3], max: [f32; 3] }
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**언제 이 지식을 쓰는가:**
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- *(TODO)*
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**언제 쓰면 안 되는가:**
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- *(TODO)*
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## 🧪 검증 상태 (Validation)
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- **정보 상태:** needs_review
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- **출처 신뢰도:** A
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- **검토 이유:** *(P-Reinforce Phase 1 자동 정규화. 본문 검증 필요.)*
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## 🧬 중복 검사 (Duplicate Check)
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- **기존 유사 문서:** *(TODO: 인덱서 클러스터 리포트 참조)*
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- **처리 방식:** UPDATE (자동 정규화)
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- **처리 이유:** Phase 1 정규화 — 옛 템플릿/누락 필드 보강.
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## 🕓 변경 이력 (Changelog)
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| 날짜 | 변경 내용 | 처리 방식 | 신뢰도 |
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| 2026-05-08 | P-Reinforce Phase 1 정규화 (frontmatter + 헤더 표준화) | UPDATE | A |
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## 💻 코드 패턴 (Code Patterns)
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**패턴 1:** *(TODO: 이 프로젝트 컨벤션 반영한 구조 스켈레톤)*
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```text
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# TODO
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impl Aabb {
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fn surface_area(&self) -> f32 {
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let d = [self.max[0]-self.min[0], self.max[1]-self.min[1], self.max[2]-self.min[2]];
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2.0 * (d[0]*d[1] + d[1]*d[2] + d[2]*d[0])
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}
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||||
fn union(a: Aabb, b: Aabb) -> Aabb {
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||||
Aabb {
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||||
min: [a.min[0].min(b.min[0]), a.min[1].min(b.min[1]), a.min[2].min(b.min[2])],
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||||
max: [a.max[0].max(b.max[0]), a.max[1].max(b.max[1]), a.max[2].max(b.max[2])],
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||||
}
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}
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||||
}
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```
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## 🤔 의사결정 기준 (Decision Criteria)
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### Slab Ray-AABB Test
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```rust
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fn ray_aabb(o: [f32;3], inv_d: [f32;3], box_: &Aabb) -> Option<f32> {
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let mut tmin = 0.0_f32;
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||||
let mut tmax = f32::INFINITY;
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for i in 0..3 {
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let t1 = (box_.min[i] - o[i]) * inv_d[i];
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||||
let t2 = (box_.max[i] - o[i]) * inv_d[i];
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||||
tmin = tmin.max(t1.min(t2));
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||||
tmax = tmax.min(t1.max(t2));
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||||
}
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||||
if tmax >= tmin.max(0.0) { Some(tmin) } else { None }
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}
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```
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**선택 A를 써야 할 때:**
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- *(TODO)*
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### SAH Cost
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```rust
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fn sah_cost(left: &Aabb, n_left: usize, right: &Aabb, n_right: usize, parent: &Aabb) -> f32 {
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const C_TRAV: f32 = 1.0;
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const C_ISECT: f32 = 1.5;
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let inv_pa = 1.0 / parent.surface_area();
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||||
C_TRAV + C_ISECT * (left.surface_area() * n_left as f32 + right.surface_area() * n_right as f32) * inv_pa
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||||
}
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```
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||||
**선택 B를 써야 할 때:**
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- *(TODO)*
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### Top-Down SAH Build (sketch)
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```rust
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fn build(prims: &mut [Prim]) -> Box<Node> {
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if prims.len() <= 4 { return Box::new(Node::Leaf(prims.to_vec())); }
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||||
let (axis, split, _cost) = best_sah_split(prims);
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||||
prims.select_nth_unstable_by(split, |a, b| a.centroid[axis].partial_cmp(&b.centroid[axis]).unwrap());
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||||
let (l, r) = prims.split_at_mut(split);
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||||
Box::new(Node::Internal(build(l), build(r)))
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}
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||||
```
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||||
**기본값:**
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> *(TODO)*
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### Stack Traversal
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```rust
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fn traverse(root: &Node, ray: &Ray) -> Option<Hit> {
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let mut stack = vec![root];
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let mut closest: Option<Hit> = None;
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||||
while let Some(n) = stack.pop() {
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match n {
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Node::Leaf(prims) => for p in prims { if let Some(h) = p.intersect(ray) { closest = Some(h.min_or(closest)); } },
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||||
Node::Internal(l, r) => { stack.push(r); stack.push(l); }
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||||
}
|
||||
}
|
||||
closest
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||||
}
|
||||
```
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||||
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## ❌ 안티패턴 (Anti-Patterns)
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### LBVH Morton Build
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```rust
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fn morton3d(x: u32, y: u32, z: u32) -> u32 {
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fn spread(mut v: u32) -> u32 {
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v = (v | v << 16) & 0x030000FF;
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v = (v | v << 8) & 0x0300F00F;
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||||
v = (v | v << 4) & 0x030C30C3;
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||||
v = (v | v << 2) & 0x09249249;
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||||
v
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||||
}
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||||
spread(x) | (spread(y) << 1) | (spread(z) << 2)
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||||
}
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||||
```
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- **[안티패턴]:** *(TODO: 무엇을 하면 안 되는가 + 이유 + 대신 무엇을)*
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## 매 결정 기준
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| 상황 | BVH 변종 |
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|---|---|
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| Static scene, CPU PT | SAH BVH2 |
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| Dynamic scene | Refit + occasional rebuild |
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| GPU PT | Wide BVH (BVH4/8) + LBVH/PLOC |
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| Animated chars | Two-level BVH (TLAS+BLAS) |
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| Web (three.js) | three-mesh-bvh (SAH) |
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**기본값**: SAH BVH2 for CPU; BVH8 + PLOC for GPU.
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## 🔗 Graph
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- 부모: [[Acceleration Structure]] · [[Spatial Data Structure]]
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- 변형: [[KD-Tree]] · [[Octree]] · [[Grid]]
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- 응용: [[Ray Tracing]] · [[Collision Detection]] · [[Frustum Culling]]
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- Adjacent: [[SAH]] · [[Morton Code]] · [[OptiX]]
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## 🤖 LLM 활용
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**언제**: explain SAH math, generate boilerplate AABB/traversal code.
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**언제 X**: micro-optimized SIMD/GPU BVH inner loop — needs profiler-driven tuning.
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## ❌ 안티패턴
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- **Median split for production PT**: 10-30% slower traversal vs SAH.
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- **Recursive traversal on GPU**: stack overflow in registers — use iterative.
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- **Refit-only forever**: quality degrades; periodic rebuild.
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- **Per-triangle leaf**: cache-unfriendly; pack 4-8 prims/leaf.
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## 🧪 검증 / 중복
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- Verified (PBRT 4th ed, Embree paper, Wald 2007 SAH).
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- 신뢰도 A.
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## 🕓 Changelog
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| 날짜 | 변경 |
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| 2026-05-08 | Phase 1 |
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| 2026-05-10 | Manual cleanup — full content with SAH/LBVH patterns |
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Reference in New Issue
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