이 논문에서는 평행이동곡면 (surface of extrusion) 과 임의의 자유곡면 사이의 교차곡선의 구조를 분석하고 이를 계산하는 방법에 대해 설명한다. 평행이동곡면의 이동방향에 대하여 다른 곡면의 윤곽곡선 (silhouette curve) 을 구하고, 이를 평행이동곡면의 기준곡선과 교차시킴으로써 교차곡선의 구조를 분석한다. 또한, 교차곡선이 존재하는 범위와 특이점을 구함으로써 교차곡선 전체를 안정적이고 효율적으로 계산하는 알고리즘을 제시한다.
This paper proposes a new approach for modeling sweep surfaces. The overall modeling procedure consists of following steps : (1)remeshing the section curves based on the curve lengths ; (2)remeshing the guide curve and the boundary curves based on a given sweeping rule ; (3)obtaining intermediate section curves at the remeshed points of the guide curve by blending the initial section curves ; (4)compensation of the intermediate section curves ; (5)interpolating the initial and intermediate curves using Hermite interpolant. The resulting sweep surface is expressed in a G$^{2}$ bicubic parametric spline surface.
본 논문에서는 입력으로 주어진 점집차 (point cloud)으로부터 캐널곡면을 복원 (reconstruction)하는 알고리즘을 제시한다. 캐널곡면은 반경이 변화하며 중심점이 기준곡선(spine curve)을 따라 이동하는 구(moving sphere)의 스웹트곡면(swept surface)이다. 이 논문에서는 수축기법(shrinking method)과 moving least-square 방법을 이용하여 주어진 점집합을 세곡선(thin-curve)형태의 점집합으로 수축시킴으로써 캐널곡면의 기준곡선을 근사한다. 근사된 기준곡선과 입력으로 주어진 점집합에 포함된 점들 사이의 거리를 이용하여, 캐널곡면을 구성하는 이동 구의 반경을 계산한다.
매칭방법은 기하 및 입체 모델링에서 재단 곡면과 이들에 대한 부울 연산에 사용되는 기초적인 연산이다. 그러나 매칭연산은 부드러움을 정확하게 표현하는데 고 차수의 미분계수 제약조건으로 인하여 많은 계산량이 필요할 뿐만 아니라 곡면상의 여러 점을 동시에 선택하여 이동하였을 때, 곡면표현에 사용되는 복잡한 함수식으로 인하여 일반해를 구하기 어려운 단점을 가진다. 본 논문은 분수식에 의하여 RMC(Rotation-Minimizing Curve)을 정의하고 이를 이용하여 자유 형태 곡면간에 변형 매칭 방법을 제안한다. RMC는 매칭곡선과 곡면의 접선벡터, 회전벡터, 곡률의 변화율과 같은 기하학적 기법을 기반으로 한다. 제안한 방법은 입력으로 주어지는 곡면의 기하학적 복잡도와는 무관하게 매칭을 수행할 수 있으며 수행 성능은 계산된 매칭 곡선의 복잡도에 의해서만 좌우된다. 또한 곡선 표현에 사용된 값들을 정의된 매칭 곡선식에 그대로 적용할 수 있었으므로 최적화 응용 문제에 효율적으로 적용할 수 있다.
본 논문에서는 canal 곡면의 투시 윤곽곡선 (perspective silhouette)에 대한 매개변수화 (parametrization) 방법과 윤곽곡선을 이루는 모든 연결된 구성요소 (connected component)를 발견하는 효율적이고 안정성 있는 알고리즘을 제시한다. Canal 곡면은 반경이 변화하면서 이동하는 구 (moving sphere)의 외곽곡면 (envelope surface)이며, 구의 중심점의 궤적을 나타내는 곡선 C(t)와 구의 반경 함수 r(t)에 의해 정의된다. 이동 구는 canal 곡면과 원에서 교차한다. Canal 곡면을 원의 집합으로 분할함으로써, 각각의 원 위에서 주어진 관측점에 대한 투시적 윤곽곡선을 구성하는 점을 계산하여 매개변수화하는 방법을 제시한다. 고정된 중심점 $C(t_*)$와 반경 $r(t_*)$를 갖는 이동 구는 canal 곡면과 하나의 원 $K(t_*)$에서 교차한다. 또한 이동 구를 관측점에서 볼 때의 윤곽곡선도 다른 하나의 원 $Q(t_*)$을 구성한다. 두 원 $K(t_*)$와 $Q(t_*)$가 한 점에서 접하게 되는 t의 값을 구함으로써 canal 곡면에 대한 윤곽곡선을 이루는 모든 연결된 구성요소를 발견하는 효율적인 방법을 제시한다.
본 논문은 퓨리에 변환을 이용한 3차원 폐곡면 객체의 특징 벡터 추출 기법을 제시한다. 특징 벡터는 3차원극좌표계를 이용하여 폐곡면 객체의 회전각도별 내측거리값을 퓨리에 변환을 통해 주파수 영역으로 변환하여 추출한다. 특징 벡터는 폐곡면 표면점과 중심점과의 관계를 나타내는 내측거리값을 활용하므로 위치 이동에 불변이고 내측거리값은 퓨리에 변환 전 정규화되기 때문에 크기 변화에 불변이며 퓨리에 변환 후 파워 스펙트럼을 적용하여 회전 변화 불변임을 보여주고 있다. 실험 결과 위치 이동, 크기 변화, 회전 변화에 불변임을 알 수 있고 서로 상이한 객체간에 변별력이 있어 객체 고유의 특징 벡터로써 활용이 가능함을 제시한다.
MEMS 공정을 이용한 굴절렌즈 제작을 위하여, 슬릿 패턴을 갖는 마스크를 이동시키며 노광을 하는 가변 속도 이동식 마스크에 의한 노광 방법을 제안하였다. 감광제 면이 굴절렌즈의 곡면을 이루려면 감광제의 위치에 따른 노광 에너지의 분포를 조절해야 한다. 마스크의 패턴 형태와 이동 속돈 방향에 따라 감광제의 위치에 따른 노광 에너지의 분포를 이론적으로 분석하였으며, 감광제 박막에 임의의 곡면을 갖는 굴절렌즈 형상을 형성할 수 있음을 실험적으로 확인하였다. $100 {\mu}m$ 이상의 후막 감광제를 이용하거나, 혹은 곡면 형상을 갖는 얇은 감광제 형상을 마스크로 하여 이온식각을 수행하여 수백 ${\mu}m$ 정도의 최대높이를 갖는 렌즈 곡면형상을 제작 할 수 있었다.
남한강 상류 평창강 유역을 대상으로 기상레이더 자료와 지상강우량 자료를 이용한 시우량 곡면 예측 방법을 연구하였다. 레이더 자료의 이용시에 필요한 비정상 에코와 지형에코의 제거, 강우에 의한 감쇄 효과의 보정 방법, 레이더 반사도 Z와 강우강도 R의 관계, 등을 검토분석하였다. 보정된 레이더 반사도 자료를 레이더 우량곡면으로 변환하고, 그 결과와 지상강우량 자료를 이용하여 시우량곡면을 합성하였다. 시우량곡면 예측을 위하여 상호상관 계수법을 이용한 강우장의 이동성과 유역 평균 레이더 강우강도의 시변성을 고려하였다. 이 예측방법을 합성된 시우량곡면 자료에 적용하여 3시간까지의 시우량곡면을 예측하고, 예측된 결과를 지상우량 및 합성우량 곡면과 비교하였다. 본 연구의 단시간 강우예측 방법은 보다 많은 자료를 이용한 검증과 강우장의 물리적 특성 및 지형을 고려한 방법으로의 보완이 필요한 것으로 사료되었다.
본 논문은 3차원 임플리시트(implicit) 곡면을 렌더링할 때 시프트 멀티 Z-버퍼를 이용하여 앨리어싱을 줄이는 것을 목적으로 한다. 복셀로 표현된 임플리시트 곡면은 고해상도를 사용하면 앤티 앨리어싱 효과를 볼 수 있지만 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 따라서 복셀로 표현되는 곡면을 렌더링할 때 저해상도에서도 양질의 이미지를 생성하는 새로운 앤티 앨리어싱이 필요하다. 이에 각 복셀마다 여러 개의 Z-버퍼를 이동함으로써 샘플링되는 값을 다양화하고 평활하는 방법을 제안한다. 이 방법은 메모리의 효율성을 고려하여 연산이 간단하고 필터링 적용이 쉬운 장점이 있다. 다만 Z-버퍼의 개수를 증가시키면 시간소비량이 증가하므로 향후 과제로서 이미지의 질 향상 정도와 소비시간증가의 관계를 수치로 나타내는 연구가 요구된다.
두 가지 어류 이동용 여수로 설계안에 대하여 유한요소법 기반의 레블�V 기법을 이용하여 흐름을 모의하고 적용성을 검토하였다. 첫 번째 설계안은 저수지에서 여수로로 직각 형태의 유입부를 가지고 있으며, 두 번째 설계안은 부드러운 곡면 형태의 유입부를 가지고 있다. 수치해석 결과를 자유수면의 위치, 압력분포 등의 특성을 중심으로 여수로 수리모형 실험 결과와 비교하였다. 그 결과, 직각 형태의 유입부를 갖는 설계안의 경우, 유입부의 응력분포의 영향으로, 평탄하지 않은 자유수면형과 압력분포를 보이는 것을 관찰할 수 있었다. 반면에 곡선형태의 유입부를 갖는 여수로의 경우에는 수면형과 압력분포에서 완만한 변화를 보이는 것이 관측되었다. 여수로 정상부에서 대기압보다 작은 부압의 분포는 두 가지 설계안 모두 비슷한 분포를 보였다. 여수로의 출구부에서는 측면부에서는 와류의 영향으로 인하여 수면의 상승을 관찰할 수 있었다. 결론으로서 곡면 유입부 형태의 여수로가 완만한 천이역을 갖고 있으며, 어류이동측면에서 유리함을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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