인터랙티브 컴퓨터 게임과 컴퓨터 애니메이션에서, 유관절체의 움직임을 직관적으로 제어하도록 하는 것은 어려운 문제로 인식되고 있다. 이런 분야에서는 대부분 움직임의 대상이 되는 캐릭터가 많은 관절로 연결되어 있는데, 이때 각 관절을 사용자의 의도대로 쉽게 조종할 수 있도록 해주는 인터페이스를 디자인하기가 어렵기 때문이다. 본 논문에서는 자유도(DOF)가 높은 캐릭터의 움직임을 제어하기 위해 오랫동안 인형극에서 사용되고 있는 마리오넷 조종 기법[5]을 응용한 마리오넷 시스템을 제안하고자 한다. 우리는 가상 마리오넷 시스템을 물리기반 모델링과 햅틱 인터페이스를 기반으로 구현하였고, 이 시스템을 통해 높은 자유도를 가지는 유관절체 캐릭터의 복잡한 움직임을 쉽게 생성해낼 수 있었다. 그리고 사용자에게 햅틱 포스 피드백을 줌으로써 더욱 정교한 마리오넷을 조작이 가능하도록 하였다. 이 시스템을 일반적인 유관절체에 적용한다면 다양한 움직임을 쉽고 빠르게 생성할 수 있을 것이다.
장면에는 초점을 두는 중요한 영역이 있다. 초점에 의한 영상 효과는 사실감 뿐 아니라 작가들의 매시지를 효과적으로 전달하는데 현저히 도움이 된다. 본 논문에서는 영화 영상 기법 중 달리줌을 컴퓨터 그래픽스에 적용/렌더링하여 초점 효과를 극적으로 향상시키는 방법에 대하여 제안한다. 달리줌과 더불어, thin-lens 카메라 모델 기반 디포커스 블러를 추가하여, 보다 극적인 효과를 실시간에 얻을 수 있다. 이러한 효과는 역동적인 원근감을 제공하여 물체를 강조하는 다양한 특수효과에 쓰일 수 있다.
직접 볼륨 렌더링은 볼륨 표면의 연산 없이 2차원 공간에 투영하여 렌더링 한다. 직접 볼륨 렌더링에서 전이함수(TF)는 볼륨에 색상과 투명도와 같은 광원 특성을 할당하는데 활용된다. 하지만 초보자가 TF를 조작하여 볼륨데이터를 파악하고 색상을 할당하기까지 오랜 시간이 필요합니다. 본 논문에서는 직관적인 볼륨 렌더링을 위해 인터넷에서 수집한 이미지를 사용하여 TF에 볼륨의 색상을 매핑하는 접근 방식을 제안한다. 또한 우리는 K-means 클러스터링을 활용한 색상 추출 방법을 토의한다.
컴퓨터 산업의 진보는 우리사회에 많은 발전을 가져왔다. 교육매체의 변화도 그 중의 하나라고 할 수 있다. WWW를 이용한 교육은 강력한 원격교육의 형태로 인식되고 있으며. 다른 교육방법에 비하여 그 활용형태도 다양화 될 수 있다. 또한 컴퓨터는 교육매체 외에도 정확성과 신속성으로 인하여 디자인작업에도 유용하게 사용된다. 네트워크 기술과 결합된 컴퓨터 그래픽스는 창의력 작업에 사용될 수 있으며, 자원의 공유와 협동작업이 용이하게 이루어질 수 있으며, 자원의 공유와 협동작업이 용이하게 이루어질 수 있다. 본 연구에서는 컴퓨터그래픽스 교과와 타 교과간의 상호보완 관계를 갖을 수 있도록 하는데 초점을 맞추고 있다. 우선 기초디자인교육에서의 컴퓨터 그래픽스활용을 중심으로 WWW을 통한 사례연구를 실시하여 다음의 4가지 결과를 얻었다. WWW의 가상전시공간을 활용하여 이루어진 컴퓨터그래픽스 활용 기초디자인교육은 아이디어의 변형이 용이하며, 학습자중심의 진행이 이루어졌으며, 학습자들간의 상호작용이 활성화되었고, 결과물에 치우치지 않고 중간단계의 직업을 평가에 이용할 수 있다는 장점이 있었다. 이 방법 역시 기존의 교육방법과 같이 단점을 가지고 있다. 그러나, WWW를 활용한 교육은 기존의 교육의 결함을 보완해주는 도구로 사용될 수 있을 것이다.
컴퓨터 그래픽스 분야에서 변형 및 파괴 시뮬레이션은 매우 중요한 기법으로 영화 및 게임 등에서 그 응용 범위가 매우 넓다. 본 논문에서는 방향성 입자를 이용한 고체 시뮬레이션 기법[1]을 확장하여 과도한 변형에 의한 파괴 현상을 실시간에 안정적으로 근사할 수 있는 실용적인 기법을 제안한다. 제안된 기법은 방향성 입자 집합의 최적 회전을 엄밀히 계산함으로써 순수 신축을 정확히 얻을 수 있으며 이를 이용하여 파괴 현상을 손쉽게 정형화할 수 있다. 본 논문의 실험에서는 대규모 모델의 변형 및 파괴 시뮬레이션도 실시간에 수행되었다.
본 논문에서는 큰 회전 변형이 일어나는 가는 막대를 실시간에 시뮬레이션하는 기법을 제안한다. 가는 막대는 로프나 머리카락과 같이 일차원적인 구조를 표현하는데 널리 사용될 수 있다. 시각적으로 사실적인 가는 막대의 애니메이션을 실시간에 생성하는 것은 컴퓨터 그래픽스분야에서 오랫동안 주요한 도전 과제였다. 본 논문에서는 연속체 역학에 기반한 지배방정식을 세우고 이를 실시간에 적분하는 가는 막대구조를 위한 모달와핑기법을 개발한다. 이와같은 새로운 시뮬레이션 기법은 삼차원 솔리드를 위해 개발된 종전의 모달 와핑 기법을 확장한 것이다. 본 논문에서 제안한 방법은 매우 많은 정점으로 이루어진 가는 막대 구조의 큰 휨과 꼬임변형도 실시간에 사실적으로 생성할 수 있다.
직접볼륨렌더링(DVR)은 3차원 볼륨 데이터의 내부 구조를 시각화하는 데 일반적으로 사용되는 방법이다. 그러나, 2차원 디스플레이 상의 기존의 볼륨 렌더링은 광선 투사법에 의한 차원 감소로 인해 깊이 인식이 부족하다. 본 연구에서는 가상현실이 볼륨렌더링의 유용성을 어떻게 향상시킬 수 있는지 조사한다. 우리는 가상 현실에서 실시간 고해상도 볼륨렌더링 시스템을 개발하고 38명의 참가자를 통한 사용자 연구를 통해 깊이 인식의 향상에 따른 볼륨렌더링의 유용성을 측정한다. 결과는 가상 현실이 뛰어난 깊이 인식을 가능하게 함으로써 볼륨렌더링의 유용성을 향상 시킨다는 것을 보여준다.
본 논문에서는 서로 다른 개수의 정점을 가지는 두 다면체 사이의 점진적 다면체 모델 표현(Progressive Mesh Representation)을 계산하는 휴리스틱 방법을 제시한다. 정점의 개수가 각각 n, k개 인 두 다면체 모델 $M^n$, $M^k$ (n > k)에 대하여 $M^n$에서 서로 다른 k개의 정점을 선택한다. 선택된 k개의 정점을 기준으로 $M^n$의 모든 정점에 대한 클러스터링을 수행하여 k개의 정점군(Vertex Set)을 생성한다. $M^n$을 간략화하여 k개의 정점만을 가지는 모델 $M^{k'}$의 위상정보(Topology)를 $M^k$와 동일하게 유지하기 위하여 $M^n$ 정점군들의 위상정보를 수정한다. 수정 생성된 정점군 내에서 선분병합(Edge Collapse)을 수행하면, 위상정보를 유지하면서 $M^n$에서 $M^k$로 변화하는 점진적 다면체 모델 표현을 얻을 수 있다. $M^{k'}$과 $M^k$의 정점간의 기하학적 위치차이를 선형보간하여 선분병합이 일어날때 마다 반영하면 $M^n$에서 $M^k$로 기하정보를 부드럽게 유지하면서 변화하는 점진적 다면체 모델 표현을 얻을 수 있다. 본 논문의 연구결과는 기존의 DLoD(Discrete Level of Detail)를 지원하는 게임을 CLoD(Continuous Level of Detail)를 지원하는 게임으로 확장하는 등의 다양한 컴퓨터 그래픽스 응용문제에 사용할 수 있다.
사실감있는 인체 모델과 동작제어 기술은 컴퓨터 그래픽스와 가강현실감 등의 다양한 응용 분야에서 이용되고 있다. 인체는 다관절 구조로서 관절체 구조로 인체를 모델링하고 운동학에 기반하여 각 관절을 제어하여 인체의 동작을 생성한다. 사람의 손은 작고 많은 여러개의 관절로 이루어지며 각 관절에서의 다양한 자유도를 가지고 있다. 본 논문에서는 손의 관절체 모델을 구성하고 실제 사람의 손과 유사한 동작을 생성할 수 있도록 관정에 대한 구속조건(constraints)을 부여하였다. 구속조건은 각 관절의 움직임의 범위를 구속하는 정적구속조건과 한 관절의 움직임에 대한 다른 관절의 상대적 움직임을 구속하는 동적구속조건으로 구분된다. 구속조건에 따른 다양한 손의 움직임을 실험해 보았다.
본 논문은 대규모 가상 세계의 제작 과정과 내비게이션에 관한 접근 방법을 기술하고, 그 과정에서 발견한 문제점과 개선 방향, 그리고 관련된 연구 이슈에 대해서 논한다. 대상 가상 세계로서 KAIST캠퍼스를 택하여 캠퍼스의 지형, 건물 및 구조물들을 모델링하고 배치하여 통합된 가상 세계를 구축하였다. 대규모 가상 세계를 제작하는 것은 그 자체가 중요한 연구 이슈가 될 뿐만 아니라 제작된 가상 세계는 캠퍼스 안내 시스템, 원격 교육, 디지털 라이브러리, 인터넷 응용 등에 사용될 수 있으며 실시간 컴퓨터 그래픽스를 연구하기 위한 testbed로 사용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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