본 논문은 유체 시뮬레이션의 격자 내 상세도를 와류입자법(Vortex Particle Method)를 사용하여 향상시킬 수 있는 새로운 방법을 제안한다. 비압축 Navier-Stokes 방정식을 풀어 낸 속도장(Velocity Field)으로 유체의 거시적인 움직임을, 와류입자법으로 생성한 와도장(Vorticity Field)으로 유체의 미세한 움직임을 표현한다. 이 기법은 고해상도 격자에서 선형시스템을 풀지 않기 때문에 고해상도 유체 시뮬레이션을 효율적으로 할 수 있고, 강한 난류 효과를 만들어 낼 수 있다.

연기와 같은 유체의 모습을 영화나 애니메이션에서의 특수 효과에 활용하기 위해는 연기를 사실적으로 모델링하는 과정과 모델링 된 연기 내부에서의 빛의 흐름이 잘 반영된 렌더링 과정이 필요하다. 컴퓨터 그래픽스 분야에서는 연기 모델링의 사실성을 살리기 위해 물리 기반의 유체 시뮬레이션 기법을 많이 차용하고 있는데, 그동안 시뮬레이션 기법으로 주로 연구되어 온, 격자 기반의 Euler 방법과는 근본적으로 다른, 파티클 기반의 Lagrange 방법이 시뮬레이션 단계에서 얻을 수 있는 장점 때문에 최근 관심이 높아지고 있다. 연기 렌더링은 연기 모델링 방법에 종속적일 수밖에 없으므로, 결과적으로 격자 기반의 시뮬레이션 결과에 대한 렌더링 방법은 많이 연구되고 있는 데 비해, 파티클 형태로 산출된 연기 데이터에 대하여 사실적인 영상을 생성해주는 랜더링 기술에 대한 연구는 아직 부족한 상황이다. 이에, 본 논문에서는 Lagrange 기법을 적용하여 생성한 파티클 집합 형태의 연기 시뮬레이션 데이터를 사실적으로 렌더링하기 위해, 전역 조영을 위한 최신 랜더링 기술인 포톤 매핑 기법을 파티클 데이터에 맞게 변형 및 확장한 파티클맵 기법을 소개하고, 개선된 파티클템 기법을 제시하여, 기존 연구와의 차이점을 보여준다. 또한 렌더링 과정에서 효율성을 높이기 위해 볼륨 렌더링 방정식의 다중 산란 항을 미리 계산하는 광도맵이라는 방법을 제시한다.

본 논문에서는 지역 광원을 통해 음영 대비를 증가시켜 객체의 형태를 명확하게 나타낼 수 있는 셀 웨이딩 기법에 대하여 설명한다. 객체의 형태를 명확하게 나타내기 위하여, 본 논문은 가상의 지역 광원을 사용하여 입체감을 살리고 이를 통해 객체의 지역적 형태가 잘 나타나게 하였다. 또한 영역의 특성에 맞추어 형태를 자세히 묘사하기 위해 곡률과 세일리언시를 사용하여 영역의 복잡도와 중요도에 따라 음영 대비를 조절하였다. 이러한 기법은 광원의 위치와는 상관없이 객체의 전반적인 형태를 잘 표현할 수 있다.

물리기반 레픽스 기술은 연기 물, 화염과 같은 자연현상을 계산 물리학으로 시뮬레이션하고 이를 가시화하는 기술이다. 본 논문에서는 시뮬레이션 된 다수의 파티클 유체데이터를 사각 스플렛을 이용하여 3차원으로 빠르게 가시화 하는 기법을 제안한다. SPH(Smoothed Paticle hydrodynamic) 기법을 사용하여 스플렛의 위치와 법선 벡터를 계산하고, 단적 현상을 줄이 기 위해 사각뿔 형상으로 스플렛을 재구성하고 가시화 한다. SPH 기법을 사용하는 유체 시뮬레이션 엔진에 적용하여 자연스러운 물의 유동 현상을 성공적으로 가시화 하였다.

협업 시스템은 원거리의 다수 사용자들이 시간과 공간의 제약을 받지 않고 공동의 작업을 진행 할 수 있도록 서비스를 제공하는 시스템이다. 하지만 모든 시스템들이 그렇듯이 처음 사용할 때는 여러 가지 시행작오가 생기게 된다. 가상분자모델링 시스템인 VRMMS[1]는 여러 사용자들이 온라인상에서 분자 구조를 관찰하고 시뮬레이션 결과를 확인 할 수 있고 또한 피드백까지 줄 수 있는 협업시스템인데, 분자 모델을 연구하는 사람들에게는 유용한 시스템이지만 익숙하게 분자 구조를 조작하기 위해서는 인터페이스에 대한 학습이 필요하다. 가장 좋은 방법은 직접 만나서 교육을 시켜주는 것이지만 한 장소가 아닌 여러 장소에서 원격으로 실험을 진행하는 상황에서는 사용법에 대한 직접적인 교육이 힘들기 때문에 시행착오 기간이 길어질 수 있다. 본 논문에서는 이러한 시행착오를 줄이기 위해 가상의 현실세계인 세컨드라이프[2]를 통해 분자 구조를 관찰하고 시뮬레이션을 할 수 있는 협업시스템을 제안한다. 각각의 사용자들은 가상세계에서 자신의 아바타를 통해 가상분자모델링 시스템인 VRMMS를 사용하여 현실 세계에서와 같은 방식으로 실험을 진행할 수 있으며, 실험에 익숙하지 않는 사용자들은 실험방법을 직접 보고 따라 해 볼 수 있어서 좋은 학습효과를 기대할 수 있다.