• 한국정보과학회논문지:컴퓨팅의 실제 및 레터
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• 제16권12호
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• pp.1165-1176
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• 2010

구름, 연기, 가스 등과 같은 반투과 매체 (participating media)를 사실적으로 가시화해주기 위해서는 그 내부에서 빛이 진행하는 과정을 물리적으로 시뮬레이션 해주어야 한다. 이 과정은 볼륨 렌더링 방정식이라는 적분 방정식을 통하여 표현할 수 있으나, 이를 정밀하게 푸는 것은 상당한 계산 시간을 요한다. 최근 GPU의 성능 향상에 힘입어, 반투과 매체에 대한 고속의 렌더링 기법들이 소개되고 있으나, 아직도 해결해야할 문제들이 많이 남아있다. 본 논문에서는 기존의 GPU 기반의 반투과 매체 렌더러의 기능/성능 향상을 위하여 적용한 렌더링 기법들을 설명하고, 그러한 노력들이 어떠한 개선 효과를 달성하였는지 분석한다. 이러한 기법들은 추후 각종 디지털콘텐츠 제작에 있어 특수 효과 생성을 위한 고속의 사실적인 볼륨 렌더러 구축에 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

• 문화기술의 융합
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• 제6권2호
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• pp.455-460
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• 2020

컴퓨터의 하드웨어와 컴퓨터 그래픽스 기술이 발전하면서 비눗방울 생성에 대한 연구가 수행되어 왔다. 그러나 실제 물리적인 수치를 이용하여 가상현실 콘텐츠에서 사용가능한 비눗방울 재현에 관한 연구는 매우 드물다. 비눗방울은 어떤 도구를 사용하는지, 어떤 세기로 바람을 부는지, 주변 환경의 조건은 어떤지에 따라 다양한 모형과 색상으로 표현 된다. 본 논문에서는 가상 비눗방울 생성을 재현하기 위해 필요한 물리기반 파라미터를 제안하였다. 이를 위해 비눗방울 생성 도구와 바람을 부는 지속시간에 따른 비눗방울의 모양과 렌더링에 필요한 파라미터를 도출하고 실험하였다.

• 한국HCI학회:학술대회논문집
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• 한국HCI학회 2007년도 학술대회 2부
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• pp.233-240
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• 2007

컴퓨터의 발전으로 이를 이용해 제품을 디자인하는 CAI가 발전하게 되었다. 산업 디자이너들은 CAID 도구를 사용하여 3차원 장면을 시각화하기 위하여 이를 2차원 이미지로 만드는 렌더링 기능을 수행한다. 렌더링 기능은 디자이너들이 자신이 디자인 제품의 재질, 조명, 카메라 등을 시뮬레이션 해 볼 수 있게 하여 중요한 기능으로 활용되고 있다. 하지만 현재의 컴퓨터 입출력 시스템을 활용하여 CAID 도구의 광원과 카메라 등의 3차원 위치와 속성을 조작하는 데에 인터페이스 상의 문제가 발생한다. 본 논문에서는 증강현실과 실체적 인터페이스를 활용한 가상의 라이트 조작 공간인 TLS(Tangible Lighting Studio)를 제안한다. 이는 광원과 카메라의 위치, 효과를 물리적으로 조작할 수 있는 유닛들로 구성되어있다. 그리고 가상의 모델을 실제와 같이 보이게 하기 위한 입체 디스플레이 방식을 제안한다. 새로운 실체적 인터페이스를 제안함으로써 산업디자인 분야뿐 아니라 건축, 원화, 사진 촬영 등의 분야에서 시뮬레이션 도구로 적용할 수 있으리라 기대된다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2014년도 춘계학술발표대회
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• pp.840-843
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• 2014

사실적 피부 렌더링은 피부 표면에서 일어나는 확산반사(Diffusion) 및 경면반사(Specular) 뿐 만 아니라 피부층 내에서 산란되어 나오는 산란광과 얇은 피부층을 통과하는 투과광 등을 고려하여 렌더링 되어야 한다. 이를 물리적인 개념들을 사용하여 실시간으로 계산하여 표현하는 것은 많은 계산량과 시간을 필요로 하므로 확산 반사 및 경면 반사 등을 미리 계산하여 텍스쳐로 저장하고 재사용하는 사전정의 BRDF 방법으로 근사화하여 표현할 수 있다. 하지만 사전정의 BRDF를 통해 생성된 피부 투과광색상 텍스쳐 맵은 그 색상이 고정되어있어 조명의 색상이 바뀌어도 피부를 투과하는 빛의 색상이 변하지 않아 부자연스러움을 보인다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 물체와 조명간의 거리를 이용하여 빛의 감쇠비율을 구하고 조명의 색상 값과 감쇠비율을 이용하여 피부 투과광 색상 텍스쳐 맵의 RGB채널 수정을 통해 피부 렌더링에서의 자연스러운 투과광 표현이 가능함을 보였다.

• 정보처리학회논문지:소프트웨어 및 데이터공학
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• 제5권12호
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• pp.677-684
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• 2016

사실적인 볼륨 렌더링을 위해서는 음영처리 뿐만 아니라 조명 효과를 계산하는 것이 필수적이다. 높은 품질의 결과영상을 만들어내기 위해서는 전역 조명을 표현할 필요가 있는데, 빛의 직접적인 영향과 산란에 따른 간접적인 영향을 고려해야 한다. 이러한 연산을 수행하기 위해서는 많은 자원이 필요하고, 특히 볼륨 데이터처럼 대용량의 데이터로 렌더링 할 때는 매우 많은 비용이 소모된다. 본 논문에서는 각 재질에 대해 물리적 법칙에 따른 산란자 템플릿을 생성한다. 각 물체들이 가지는 재질 특성을 고려하여 램버트 조명 모델을 기반으로 템플릿의 광자들을 저장한다. 본 논문에서 볼륨 렌더링을 할 때, 볼륨 내부에서 샘플링 되는 복셀을 기준으로 템플릿에 저장된 광자를 이용해 차폐를 검사하고, 산란에 따른 전역 조명을 표현한다. 재질별로 템플릿을 생성하기 때문에 매우 복잡한 물질들로 구성된 것만 아니라면 적은 자원을 필요로 하며, 간단한 연산을 통해 적은 비용으로 볼륨 내부의 산란을 표현할 수 있다.

• 한국정보과학회논문지:시스템및이론
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• 제33권3호
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• pp.147-156
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• 2006

물리기반 시뮬레이션 모델링 기법은 기하학적 속성만을 사용하여 모델링한 다른 시뮬레이션과는 달리 뉴턴의 제2법칙과 같은 물리 법칙을 사용하여 현실세계를 시뮬레이션 한다. 본 논문에서는 현실 세계에서 일어나는 물수제비 현상의 물리적 운동 원리를 수식기반 해석을 통해 실세계와 같은 물리기반 시뮬레이션 시스템을 제안한다. 또한 본 논문에서는 물의 표면과 돌멩이의 상호작용을 표현하는데 있어서 물의 자연스러운 움직임 현상과 함께 돌멩이의 궤적을 계산하는데 중점을 두었다. 궤적은 돌멩이의 속도와 물의 항력에 의해 결정되고, 이러한 운동은 돌멩이가 물 표면에서 가라앉을 때까지 반복 계산된다. 본 논문에서 제안하는 자연스러운 물수제비 운동은 운동역학적 방법을 사용하여 실시간에 사실적으로 표현된다. 그리고 이러한 물수제비 운동을 PC 환경에서 대화형으로 재현하여 유사한 운동을 하는 3차원 모델들에도 적용할 수 있다.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제12권11호
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• pp.1640-1651
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• 2009

본 논문에서는 브러시 스트로크 프로파일을 이용한 새로운 스트로크 기반 표현기법을 소개한다. 우리가 제안하는 알고리즘은 이미지 검색기법에 기반하고 있으며 단순하지만 다양한 페인팅 스타일을 생성할 수 있는 유연성과 확장성이 있는 알고리즘 이다. 이를 위해 우리는 실제 스트로크 데이터를 수집하여 구축한 확장 가능한 데이터베이스를 사용한다. 그리고 인력영상을 데이터베이스에 있는 스트로크의 조합으로 재생산 한다. 이때 적합한 스트로크를 결정하는 검색 프로세스와 검색된 스트로크를 캔버스에 그릴지 말지를 판단하는 판단 프로세스를 알고리즘에 포함시킨다. 또한 우리는 물리적인 시뮬레이션 없이 사용할 수 있는 시각적 효과가 좋은 효율적인 브러시 스트로크 모델 및 표현기술을 제안한다. 제안된 알고리즘은 다양한 사용자 파라미터를 제어함으로써 다양한 회화적 작품의 변이를 만들어 낼 수 있고 스트로크 데이터베이스의 구성을 변경함으로써 다양한 회화적 매체의 스타일을 갖는 결과물을 생산할 수 있는 확장성 있는 프레임워크를 제공한다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권2호
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• pp.103-109
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• 2004

가상 관절경은 무릎, 어깨 둥 관절에 대한 단층촬영 영상으로부터 관절 내부의 해부학적 구조를 3차원으로 재구성함으로써 광학 관절경을 모사 하는 기법이다. 이 논문에서는 볼륨 렌더링 기법의 일종인 등위면 광선투사법을 이용하여 3차원 영상을 신속하게 생성하는 가상 관절경 기법을 제안한다 여기서 제안하는 등위면 광선투사법은 최대-최소맵을 이용하여 전처리 과정 없이도 실시간에 가까운 속도로 고화질의 영상을 얻을 수 있다. 또한 물리 기반 카메라 제어 모델을 이용함으로써 사용자가 복잡한 해부구조를 가진 관절강 내부에서 가상 카메라를 자유롭게 이동시킬 수 있다. 이러한 고속 렌더링 방법과 현실감 있는 카메라 제어기법을 이용하여 대화식 가상 관절경을 개발하였다.

• 한국HCI학회:학술대회논문집
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• 한국HCI학회 2007년도 학술대회 1부
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• pp.1019-1024
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• 2007

그래픽스 분야에서 다양한 재질을 사실감 있게 표현하려는 연구가 활발히 진행되고 있는 가운데, 다양한 재질의 반사특성을 측정하는 방법들이 시도되고 있다. 본 연구에서는 디지털 카메라를 이용하여 영상 기반 양방향 반사 분포함수(BRDF: Bidirectional Reflectance Distribution Function)를 획득할 수 있는 측정 시스템을 구축하였다, 이를 통한 BRDF 모델은 경험적(empirical)혹은 물리(physical)기반의 모델에 비해 보다 사실성 높은 표현이 가능하다. 영상 기반으로 양방향 반사 분포함수를 생성하는 과정에서 노출시간을 달리한 여러 장의 영상을 가지고 HDR(High Dynamic Range) 영상을 생성하였다. 또한 원색재현을 위해 표준광원을 사용하고 컬러차트와 회귀분석을 통해 컬러 보정을 수행하였다. 본 연구에서는 플라스틱이나 금속재질같이 불투명한 등방성(isotropic) 재질을 사용하였고, 이러한 재질의 BRDF데이터를 통해 산업제품에서 많이 사용되는 재질의 모델을 보다 실감나게 렌더링(rendering)할 수 있다.

• 한국컴퓨터그래픽스학회논문지
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• 제30권3호
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• pp.189-198
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• 2024

딥러닝 기반 모델과 물리 시뮬레이션을 결합한 연구는 의료 분야에서 중요한 발전을 이루고 있다. 이는 의료영상 데이터에서 필요한 정보를 추출하고, 물리적 법칙을 기반으로 골격 및 연조직의 변형에 대한 빠르고 정확한 예측을 가능하게 한다. 본 연구는 신경 방사 필드(NeRF), 위치 기반 동역학(PBD), 병렬 리샘플링을 융합하여 3D 볼륨데이터를 쉽게 생성하고 실시간으로 변형 및 시각화하는 시스템을 제안한다. NeRF는 2D 이미지와 카메라 좌표 정보를 사용해 고해상도 3D 볼륨 데이터를 생성하며, PBD는 물리 기반 시뮬레이션으로 획득한 데이터에 대한 실시간 변형과 상호작용을 가능하게 한다. 병렬 리샘플링은 사면체 메쉬와 GPU 병렬 처리를 통해 렌더링 효율성을 높인다. 이 시스템은 광선투사방식으로 렌더링 되어 빠른 실시간 시각화를 제공하며, 비싼 장비 없이 간단하게 3D 데이터를 생성하고 변형할 수 있어 공학, 교육, 의료 등 다양한 분야에서의 활용 가능성을 보여준다.