KR100445429B1 - Method for deformable object animation - Google Patents

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KR100445429B1 KR10-2002-0082103A KR20020082103A KR100445429B1 KR 100445429 B1 KR100445429 B1 KR 100445429B1 KR 20020082103 A KR20020082103 A KR 20020082103A KR 100445429 B1 KR100445429 B1 KR 100445429B1
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정일권
이인호
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 비정형 물체 애니메이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of animation of atypical objects.

본 발명은 질점-3차원 스프링 모델을 사용하여 비정형 물체의 구조를 모델링하는 초기화 단계와; 질점에 작용하는 힘, 토크의 초기화, 계산 및 적분 단계; 질점의 위치, 속도, 자세, 각속도 갱신 및 그 결과를 화면에 표시하는 단계; 및 종료 검사 단계로 이루어지며,The present invention includes an initialization step of modeling a structure of an atypical object using a point-3D spring model; Force acting on the material point, initialization, calculation and integration of torque; Displaying the location, velocity, posture, angular velocity update, and the result of the vaginal point on the screen; And termination check phase,

이에 따라서, 기존의 질량-스프링 모델에 비해 사용자가 선택 가능한 요소가 많아 다양한 물질의 특성을 애니메이션할 수 있는 특징이 있는 질점과 3차원 스프링 모델에 의하여 기존의 비정형 물체 애니메이션에 사용되었던 질량-스프링 모델보다 직관적이고 간단한 구조로 비정형 물체의 구조 표현 및 애니메이션이 가능하다.Accordingly, the mass-spring model used for the animation of the conventional atypical object by the three-dimensional spring model and the quality and the feature that the user can select a large number of elements compared to the existing mass-spring model. More intuitive and simple structure enables structural representation and animation of atypical objects.

Description

비정형 물체 애니메이션 방법 {Method for deformable object animation}{Method for deformable object animation}

본 발명은 비정형 물체 애니메이션 방법에 관한 것이며, 보다 상세히는 질점과 3차원 스프링으로 비정형 물체를 모델링하여 애니메이션하는 비정형 물체 애니메이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an atypical object animation method, and more particularly, to an atypical object animation method for modeling and animate an atypical object with a quality point and a three-dimensional spring.

최근 컴퓨터 및 3차원 그래픽 가속 카드의 성능 향상과 가격 하락에 힘입어 3차원 애니메이션이 보편화되고 있다. 3차원 게임에서는 모션 캡쳐 기술을 이용한 사실적이고 자연스러운 인체의 애니메이션이 널리 활용되고 있으며, 최근에는 주인공 캐릭터의 머리카락이 바람에 날리거나 입고 있는 의복이 바람에 나부끼는 것과 같은 비정형 물체 애니메이션을 이용한 효과가 기본적으로 게임 컨텐츠에 포함되는 추세이다.Recently, 3D animation is becoming more common due to improved performance and lower prices of computer and 3D graphics accelerator cards. In the three-dimensional game, realistic and natural animation of human body using motion capture technology is widely used, and recently, effects using atypical object animation such as hair of the main character's hair blowing or fluttering clothes are basically used. This is a trend included in game content.

정형 또는 강체 애니메이션과 구별되는 비정형 물체의 애니메이션은 말 그대로 형태가 고정되지 않는 물체의 애니메이션을 일컫는다. 대표적인 예로는 천, 의복, 깃발과 같은 2차원적인 물체와 젤리, 튜브와 같은 3차원적인 물체를 들 수 있다.An animation of an atypical object, which is distinguished from a structured or rigid animation, literally refers to an animation of an object whose shape is not fixed. Representative examples include two-dimensional objects such as cloth, clothes, and flags, and three-dimensional objects such as jelly and tubes.

현재의 비정형 물체 애니메이션에는 질량-스프링 모델이 널리 사용되고 있다. 비정형 물체를 스프링으로 연결된 질량점들의 집합으로 모델링 한 후 스프링에 의해 질량점에 작용하는 힘을 계산하고 이를 적분하여 질량점들의 새로운 위치를 구함으로써 비정형 물체를 애니메이션 하는 방법이다. 여기에 사용되는 스프링은 비록 3차원 공간상에 위치하더라도 그 동작은 1차원적이다.Mass-spring models are widely used in current unstructured object animation. After modeling an atypical object as a set of spring-connected mass points, it calculates the force acting on the mass point by the spring and integrates it to find the new position of the mass points. The spring used here is located in three-dimensional space, but its motion is one-dimensional.

수학적으로는 다음과 같다. 스프링 상수가 k인 스프링을 길이 x만큼 변형시켰을 때 작용하는 힘은 F = -k*x 와 같이 표현된다. 두 질량점이 스프링으로 연결되어 있다면 각 질량점은 작용 반작용의 법칙에 의해 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 받는다. 위 식에서 질량점에 작용하는 힘은 스프링의 길이 변화에 비례하며 공간 상에서의 스프링 자세와는 관련이 없음을 알 수 있다.Mathematically, The force acting when a spring with a spring constant k is deformed by length x is expressed as F = -k * x. If the two mass points are connected by springs, then each mass point is subject to the same magnitude and opposite direction by the law of action reaction. In the above equation, the force acting on the mass point is proportional to the change of spring length and is not related to the spring position in space.

도 1은 천과 같은 2차원 비정형 물체를 질량-스프링 모델을 사용하여 격자 형태로 모델링한 결과를 보여준다. 하지만, 바둑판 모양으로만 질량점(101)들을 연결해서 시뮬레이션하면 실제 천과 같은 결과를 보여주지는 않는다. 상술한 바와 같이 1차원적인 스프링의 동작 특성으로 인해 비틀림이나 접힘에 대해 비사실적으로 동작하기 때문이다. 이를 보완하기 위해서, 일반적으로 비정형 물체의 구조 표현에는 기본적인 팽창 스프링(102) 외에 비틀림을 방지해주는 쏠림 스프링(103)과 접힘 스프링(104)을 사용한다.FIG. 1 shows the results of modeling a two-dimensional amorphous object such as cloth in a lattice form using a mass-spring model. However, if the simulation by connecting the mass points 101 only in the shape of a checkerboard does not show the same result as the actual cloth. This is because, as described above, the operation characteristic of the one-dimensional spring is operated in fact against torsion or folding. In order to compensate for this, in general, in addition to the basic expansion spring 102, the structural spring of the atypical object uses a tension spring 103 and a folding spring 104 to prevent the twist.

상기 쏠림 스프링(103)은 대각선 방향으로 연결되어 비틀림을 막아주고, 접힘 스프링(104)은 질량점을 하나 건너 뛰어 연결됨으로써 접힘에 대한 저항을 제공해준다.The pull spring 103 is connected in a diagonal direction to prevent torsion, and the folding spring 104 is connected by jumping across one mass point to provide resistance to folding.

그러나, 상기와 같은 종래의 질량-스프링 모델을 이용한 비정형 물체 애니메이션에서는 직관적인 구조에 추가적으로 비틀림이나 쏠림을 예방하기 위한 스프링을 추가하여야 하는 단점이 있으며, 대상 비정형 물체가 복잡해질수록 스프링 구조도 더욱 복잡하게 되어 사용자가 구조를 설정하기가 쉽지 않은 문제점이 있다.However, in the conventional non-structured object animation using the mass-spring model, there is a disadvantage in that a spring for preventing torsion or tilting should be added to the intuitive structure, and the more complicated the structure of the atypical object, the more complicated the spring structure. There is a problem that the user is not easy to set the structure.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 비정형 물체를 쏠림과 접힘에 대해 저항력을 갖는 3차원 스프링으로 연결된 질점들의 구조체인 질점-3차원 스프링 모델로 모델링 한 후, 3차원 스프링에 의해 질점에 작용하는 힘과 토크를 계산하고, 이를 적분하여 질점의 새로운 위치 및 자세를 구함으로써 사용자가 직관적으로 비정형 물체를 모델링하고 애니메이션할 수 있는 비정형 물체 애니메이션 방법에 관한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to model an amorphous object as a material point-three-dimensional spring model, which is a structure of material points connected by a three-dimensional spring having resistance to pulling and folding. Afterwards, the present invention relates to an atypical object animation method in which a user can intuitively model and animate an atypical object by calculating a force and torque acting on the material by a three-dimensional spring, and integrating it to obtain a new position and attitude of the material. .

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 비정형 물체 애니메이션 방법은, 질점-3차원 스프링 모델을 사용하여 비정형 물체의 구조를 모델링하는 초기화 단계와; 질점에 작용하는 힘, 토크의 초기화, 계산 및 적분 단계; 질점의 위치, 속도, 자세, 각속도 갱신 및 그 결과를 화면에 표시하는 단계; 및 종료 검사 단계로 이루어진다.An atypical object animation method for achieving the object of the present invention comprises: an initialization step of modeling the structure of the atypical object using a material point-3D spring model; Force acting on the material point, initialization, calculation and integration of torque; Displaying the location, velocity, posture, angular velocity update, and the result of the vaginal point on the screen; And a termination check step.

도 1은 종래의 질량-스프링 모델을 설명하기 위한 구성도,1 is a block diagram for explaining a conventional mass-spring model,

도 2는 본 발명에 따른 질점-3차원 스프링 모델을 설명하기 위한 구성도,2 is a block diagram for explaining a material point-three-dimensional spring model according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 정육면체 형태의 3차원 비정형 물체를 설명하기 위한 구성도,3 is a block diagram for explaining a three-dimensional amorphous object in the form of a cube according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 비정형 물체 애니메이션 방법을 도시한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of animation of an atypical object according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

101: 질량 102: 팽창 스프링101: mass 102: expansion spring

103: 쏠림 스프링 104: 접힘 스프링103: pull spring 104: folding spring

201: 질점 a 202: 질점 b201: Point a 202: Point b

203 : 3차원 스프링 204: 질점 a의 기준 벡터203: three-dimensional spring 204: reference vector of material point a

205: 질점 b의 기준 벡터 206: 질점 a의 회전축205: reference vector of material point b 206: axis of rotation of material point a

207: 질점 a에 작용하는 스프링 팽창력207: spring expansion force acting on material point a

208: 스프링 팽창력에 의한 반작용력208: reaction force by spring expansion force

209: 질점 a에 작용하는 토크209: Torque acting on material point a

210: 질점 a에 작용하는 토크에 의해 질점 b에 작용하는 힘210: The force acting on the point b by the torque acting on the point a

211: 질점 b에 작용하는 힘에 의한 반작용력211: reaction force due to the force acting on the material point b

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 기존의 질량-스프링 모델을 설명하기 위한 개략도로서 질량(101)점과, 팽창 스프링(102), 쏠림 스프링(103)과 접힘 스프링(104)을 표시하고 있다.1 shows a mass 101 point, an expansion spring 102, a pull spring 103 and a folding spring 104 as a schematic diagram illustrating a conventional mass-spring model.

종래 기술에서 언급한 바와 같이, 팽창 스프링(102)만으로 연결된 격자 형태의 구조가 직관적으로 생각하기 쉬운 구조이지만, 정사각형 형태의 격자가 마름모로 변형되었을 때 1차원적인 스프링의 동작 특성으로 인하여 아무런 복원력이 작용하지 않는다. 이를 보완하기 위해 추가된 스프링이 쏠림 스프링(103)이다. 또한, 최소 정사각형 격자를 단위로 접혔을 경우에도 팽창 스프링(102)이나 쏠림 스프링(103)만으로는 아무런 저항력이 작용하지 않는다. 이를 보완하기 위해 추가된 스프링이 접힘 스프링(104)이다. 2차원 형태의 비정형 물체에는 이와 같이 구조를 보완하기 위한 스프링의 추가가 정형화되어 있으나 3차원 또는 임의의 비정형 물체의 구조를 보완하기 위해서는 많은 경험 또는 시행착오를 필요로 하게 된다.As mentioned in the prior art, the grating structure connected only by the expansion spring 102 is easy to think intuitively, but when the square grating is deformed into a rhombus, there is no restoring force due to the operation characteristic of the one-dimensional spring. It doesn't work. A spring added to compensate for this is the pull spring 103. In addition, even when the minimum square lattice is folded as a unit, only the expansion spring 102 or the pull spring 103 has no resistance. A spring added to compensate for this is the folding spring 104. The addition of a spring to complement the structure is formalized in the two-dimensional form of atypical object, but a lot of experience or trial and error is required to supplement the structure of the three-dimensional or arbitrary atypical object.

도 2는 본 발명에 의한 질점-3차원 스프링 모델을 설명하기 위한 구성도로서, 질점 a(201)와 질점 b(202)가 3차원 스프링(203)으로 연결되어 있다.2 is a configuration diagram for explaining the material point-three-dimensional spring model according to the present invention, and the material point a 201 and the material point b 202 are connected by a three-dimensional spring 203.

상기 질점-3차원 스프링 모델은 기존 스프링의 팽창력 외에도 쏠림과 접힘에 대해 저항력을 갖도록, 스프링에 대한 질점의 기준 벡터가 설정되고, 스프링의 길이 벡터와 질점의 기준 벡터로부터 결정되는 복원력을 가지며, 이 복원력에 의한 질점의 각가속도가 형성되고, 스프링의 길이에 의한 팽창력을 가지는 것을 특징으로 한다.The point-three-dimensional spring model has a restoring force determined from a length vector and a point reference vector of the spring, and the reference vector of the point of the spring is set to have resistance to pull and folding in addition to the expansion force of the existing spring. An angular acceleration of the material point is formed by the restoring force, and has an expansion force by the length of the spring.

3차원 스프링이라 함은 기존의 스프링과 달리 쏠림과 접힘에 대해 저항력을 갖는 스프링을 말한다. 이와 같은 저항력을 위해 각 질점은 거기에 연결되는 스프링에 대응하는 기준 벡터를 가지고 있으며, 도 2에 있어서 204는 3차원 스프링에 대한 질점 a의 기준 벡터를, 205는 질점 b의 기준 벡터를 나타낸다.Three-dimensional spring refers to a spring that is resistant to pull and folding unlike conventional spring. For this resistance, each material point has a reference vector corresponding to the spring connected thereto. In FIG.

본 발명이 제안하는 3차원 스프링에 의해 작용하는 힘은 팽창력과 복원력 두 가지 성분으로 나누어진다. 여기서 팽창력은 기존의 1차원적인 스프링처럼 스프링의 길이 변형에 비례하는 힘을 나타내며, 복원력은 질점이 가지고 있는 기준 벡터와 스프링의 길이 방향 벡터의 차이에 비례하는 힘을 말한다. 복원력이 쏠림, 접힘에 대해 저항력을 갖도록 하는 힘이다.The force acting by the three-dimensional spring proposed by the present invention is divided into two components: expansion force and restoring force. In this case, the expansion force represents a force proportional to the length deformation of the spring, as in the conventional one-dimensional spring, and the restoring force refers to the force proportional to the difference between the reference vector having the quality point and the longitudinal vector of the spring. Resilience is a force that makes it resistant to pull and folding.

힘 207은 질점 a에 작용하는 팽창력을 나타내고, 힘 208은 힘 207에 대한 반작용력을 나타낸다. 스프링 상수를 k라 하면 팽창력은 F = -k*x로 나타내어진다.Force 207 represents the expansion force acting on the material point a, and force 208 represents the reaction force against force 207. If the spring constant is k, the expansion force is expressed as F = -k * x.

206은 복원력 표현에 사용되는 질점 a의 회전축을 나타내는데, 질점 a의 기준 벡터와 질점 a에 작용하는 팽창력에 수직이고 질점 a의 중심을 지나는 직선이다. 기준 벡터와 스프링 길이 벡터의 차이에 의해 복원력이 발생하게 되고 이중 질점 a에 작용하는 토크(209)는 질점 a의 기준 벡터와 스프링 길이 벡터의 함수가 된다.206 represents the axis of rotation of the material point a used to express the restoring force, which is a straight line passing through the center of the material point a perpendicular to the expansion vector acting on the reference vector of the material point a and the material point a. The restoring force is generated by the difference between the reference vector and the spring length vector, and the torque 209 acting on the double material point a becomes a function of the reference vector of the material point a and the spring length vector.

간단한 실시예로서, 209는 204에서 스프링 길이 벡터방향으로 작용하며 두 벡터 사이의 각도에 비례하는 힘이 될 수 있다. 209에 대한 반작용으로 질점 b에는 회전축(206)과 스프링 길이 방향 벡터에 직각인 반작용력(210)이 작용한다. 210은 질점 a와 b 사이의 거리에 반비례하게 된다. 힘의 평형을 위해 질점 a에는 210에대한 반작용력이 적용되어야 하며 211이 이 힘을 나타낸다.As a simple example, 209 acts in the spring length vector direction at 204 and may be a force proportional to the angle between the two vectors. In response to 209, the material point b acts on a reaction force 210 perpendicular to the axis of rotation 206 and the spring longitudinal vector. 210 is inversely proportional to the distance between materials a and b. For equilibrium of force, reaction force about 210 should be applied to point a and 211 represents this force.

아래의 표 1은 스프링에 의해 질점에 작용하는 힘과 토크 계산의 실시예이다.Table 1 below is an example of force and torque calculations acting on the material point by the spring.

표 1에 있어서, 질점 a, b의 위치 벡터가 Pa, Pb이고, 속도 벡터가 Va, Vb이고, 기준 벡터가 각각 Da, Db이고, 각속도 벡터가 Wa, Wb이고, 스프링 상수가 Kp이고, 스프링 감쇠 상수가 Kd이고, 복원력 상수가 Jp이고, 복원력 감쇠 상수가 Jd이고, 정상 상태의 스프링 길이가 L인 경우에 질점 a에 작용하는 힘 벡터 Fa와 각가속도 벡터 Ra, 그리고 b에 작용하는 힘 벡터 Fb와 각가속도 벡터 Rb를 계산하는 함수에 대한 가상 코드이다.In Table 1, the position vectors of the material points a and b are Pa and Pb, the velocity vectors are Va and Vb, the reference vectors are Da and Db, the angular velocity vectors are Wa and Wb, the spring constant is Kp, and the springs. When the damping constant is Kd, the restoring force constant is Jp, the restoring force damping constant is Jd, and the steady state spring length is L, the force vector Fa and the angular acceleration vector Ra acting on the material point a and the force vector Fb acting on b Is a hypothetical code for a function that calculates the angular acceleration vector Rb.

function [Fa, Ra, Fb, Rb] = spring(Pa, Va, Da, Wa, Pb, Vb, Db, Wb, Kp, Kd, Jp, Jd, L)vec_ab = Pb - Pa; // 질점 a에서 b로의 벡터 즉, 벡터abd = norm(vec_ab); // 벡터 ab의 norm 즉, 질점 a와 b 사이의 거리vec_tm = Da - vec_ab/d; // 질점 a에 작용하는 토크 벡터를 위한 근사화된 식g = (0, -9.8, 0); // 양의 y축이 하늘 방향일 때 중력 가속도 벡터Fb = Kp*vec_tm/d; // 복원력에 의해 질점 b에 작용하는 힘Fa = -Fb; // 위의 힘에 대한 반작용력(크기는 같고 방향만 반대)Ra = Jp*(-vec_tm) - Jd*Wa; // 질점 a에 작용하는 토크 벡터 + 감쇠력vec_tm = Db + vec_ab/d; // 질점 b에 작용하는 토크 벡터를 위한 근사화된 식tm = Kp*vec_tm/d; // 복원력에 의해 질점 a에 작용하는 힘Fa = Fa + tm + Kp*vec_ab/d*(d - L) - Kd*Va + g; // 복원력에 의해 질점a에 작용하는 힘 + 팽창력 + 감쇄력 + 중력Fb = Fb - tm - Kp*vec_ab/d*(d - L) - Kd*Vb + g; // 복원력에 의해 질점a에 작용하는 힘의 반작용력 + 팽창력 + 감쇄력 + 중력Rb = Jp*(-vec_tm) - Jd*Wb; // 질점 b에 작용하는 토크 벡터 + 감쇠력function [Fa, Ra, Fb, Rb] = spring (Pa, Va, Da, Wa, Pb, Vb, Db, Wb, Kp, Kd, Jp, Jd, L) vec_ab = Pb-Pa; // vector from material a to b, i.e. vector abd = norm (vec_ab); // norm of vector ab, i.e. distance between materials a and bvec_tm = Da-vec_ab / d; // approximate equation for torque vector acting on material point a = (0, -9.8, 0); // gravitational acceleration vector Fb = Kp * vec_tm / d when positive y-axis is in the sky direction; // force acting on material b by restoring force Fa = -Fb; // reaction force to the above forces (same magnitude, opposite direction) Ra = Jp * (-vec_tm)-Jd * Wa; // torque vector acting on mass a + damping force vec_tm = Db + vec_ab / d; // approximated equation for torque vector acting on material point b tm = Kp * vec_tm / d; // force acting on quality a by restoring force Fa = Fa + tm + Kp * vec_ab / d * (d-L)-Kd * Va + g; // force acting on the material a by restoring force + expansion force + damping force + gravity Fb = Fb-tm-Kp * vec_ab / d * (d-L)-Kd * Vb + g; // reaction force of force acting on material point a by restoring force + expansion force + damping force + gravity Rb = Jp * (-vec_tm)-Jd * Wb; // torque vector acting on material point b + damping force

상기 표 1에 있어서, 각속도 벡터란 질점의 자세 변경에 의해 기준 벡터가 회전하는 속도를 나타내고, 각가속도 벡터란 각속도 벡터의 시간에 대한 미분값이다. 위치 계산을 위한 적분시에 발생할 수 있는 수치적인 불안정성을 해결하기 위하여 일반적으로 감쇠력을 적용한다. 감쇠력은 물체의 속도의 크기에 비례하고 방향은 반대인 힘이다. 감쇠 상수란 이 감쇠력 계산에 사용되는 상수를 말한다.In Table 1, the angular velocity vector represents the speed at which the reference vector rotates by changing the attitude of the material, and the angular acceleration vector is a derivative of the angular velocity vector with respect to time. In order to solve the numerical instability that may occur during integration for position calculation, damping force is generally applied. The damping force is a force that is proportional to the magnitude of the velocity of the object and opposite in direction. The damping constant is a constant used to calculate this damping force.

본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 표 1에서 제시한 힘과 토크 계산의 실시예를 바탕으로 이보다 물리학적으로 정확한 수식을 작성할 수도 있으며 좌표축에 따라 복원 계수를 달리함으로써 비정형 물체의 구조적 특성을 다양하게 설정할 수 있을 것이다. 이로써, 기존의 방법에 비해 다향한 특성을 가진 비정형 물체의 표현이 가능하게 된다.One of ordinary skill in the art may prepare a more physically accurate formula based on the force and torque calculation examples shown in Table 1 above, and change the atypical object by varying the recovery coefficient according to the coordinate axis. It is possible to set various structural characteristics of. This enables the representation of atypical objects having various characteristics as compared with the conventional methods.

도 3은 정육면체 형태의 3차원 비정형 물체의 구조를 나타낸 구성도이다. 각 꼭지점을 질점으로 하고 각 모서리는 3차원 스프링으로 구성하면 구조적으로 안정적인 비정형 정육면체 물체를 구성하고 애니메이션할 수 있다.Figure 3 is a block diagram showing the structure of a three-dimensional amorphous object in the form of a cube. If each vertex is made of a vertex and each corner is composed of three-dimensional springs, it is possible to construct and animate structurally stable atypical cube objects.

반면에, 기존의 1차원적인 스프링으로 도 3을 구성하면 구조적으로 불안정하여 외부에서 비틀림 등의 힘이 가해졌을 때 형태가 무너지게 된다.On the other hand, if the configuration of Fig. 3 with a conventional one-dimensional spring is structurally unstable and collapsed when a force such as torsion from the outside.

도 4는 본 발명에서의 비정형 물체 애니메이션을 설명하기 위한 전체 흐름도이다.4 is an overall flowchart for explaining atypical object animation in the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 비정형 물체 애니메이션 방법에서는 가장 먼저 비정형 물체를 질점-3차원 스프링 모델로 모델링하고 각종 스프링 상수를 초기화한다(S10).Referring to FIG. 4, in the atypical object animation method according to the present invention, first, the atypical object is modeled as a quality point-3D spring model and various spring constants are initialized (S10).

이어서, 3차원 스프링들에 의한 팽창력과 복원력을 계산하기 위해 기존에 계산된 결과를 지움으로써 질점에 작용하는 힘과 토크를 초기화한 후(S20), 상기 표 1에서 제시한 힘과 토크 계산의 실시예와 같은 방법으로 모든 스프링에 대해서 질점에 작용하는 힘과 토크들을 누적 계산한다(S30).Subsequently, after initializing the force and torque acting on the material point by deleting the previously calculated result to calculate the expansion force and the restoring force by the three-dimensional springs (S20), the force and torque calculations shown in Table 1 above are performed. In the same manner as in the example to calculate the cumulative force and torque acting on the material point for all springs (S30).

다음으로, 힘과 토크들을 누적 계산한 결과를 이용하여 수치적으로 적분하여 질점의 새로운 위치 및 자세를 계산한다(S40). 이때, 수치 적분에는 통용되는 어떠한 방법을 사용하여도 무방하며 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 쉽게 적용할 수 있을 것이며, 간단한 실시예로서 Euler 방법을 적용할 수 있다.Next, by using the cumulative calculation results of the forces and torques are numerically integrated to calculate a new position and posture of the quality point (S40). In this case, any method commonly used for numerical integration may be used, and one of ordinary skill in the art may easily apply it, and Euler's method may be applied as a simple embodiment.

상기와 같이 질점의 새로운 위치 및 자세를 계산한 후에는, 그 결과로 얻어진 값들을 기존의 위치, 속도, 자세, 각속도로 대체하여 갱신한다(S50).After calculating the new position and attitude of the material as described above, the resulting values are updated by replacing the existing values with the existing position, speed, attitude, and angular velocity (S50).

끝으로, 상기와 같이 갱신한 질점의 위치로부터 비정형 물체를 화면에 표시하거나 추후 재생을 위하여 그 위치를 저장한 후(S60). 비정형 물체 애니메이션의 종료 조건을 만족하는지 검사하여 종료 조건이 만족되지 않으면 상기 3차원 스프링들에 의한 팽창력과 복원력을 계산하기 위해 기존에 계산된 결과를 지움으로써 질점에 작용하는 힘과 토크를 초기화하는 단계(S20)로 되돌아가 계산을 계속하고 종료 조건을 만족하면 애니메이션을 종료한다(S70).Finally, after displaying the atypical object on the screen from the position of the quality point updated as described above or storing the position for later playback (S60). Initializing the force and torque acting on the material point by checking whether the end condition of the atypical object animation is satisfied and deleting the previously calculated result to calculate the expansion force and the restoring force by the three-dimensional springs if the end condition is not satisfied. Returning to step S20, the calculation continues and the animation ends when the end condition is satisfied (S70).

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 비정형 물체 애니메이션 방법은 질점과 스프링 모델을 이용한 비정형 물체 애니메이션에 있어서, 구조의 안정성 확인이 어렵고 쏠림 스프링이나 접힘 스프링을 추가함으로써 형태가 복잡한 기존의 방법 대신에 새로운 3차원 스프링을 사용함으로써 직관적인 비정형 물체 구조 모델링이 가능하다는 장점이 있으며, 특히 기존의 방법에 비해 힘과 토크 계산에 있어서 사용자가 다양한 변형을 적용할 수 있으므로 다양한 특성을 갖는 비정형 물체를 애니메이션할 수 있는 장점이 있고, 이로 인해 컴퓨팅 성능의 향상에 따라 향후 3차원 애니메이션 및 특수 효과 등에 널리 활용될 것을 기대할 수 있다.As described above, the atypical object animation method according to the present invention is a new three-dimensional method instead of the existing method which is difficult to check the stability of the structure in the atypical object animation using the material and the spring model and is complicated by adding a pull spring or a folding spring. The advantage of using springs is that it allows intuitive modeling of atypical structures of structures, and in particular, it is possible to animate atypical objects with various characteristics because users can apply various deformations to force and torque calculations. As a result, the computing performance is expected to be widely used in 3D animation and special effects in the future.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 비정형 물체 애니메이션 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the atypical object animation method according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the gist of the present invention as claimed in the following claims. Without departing from the scope of the present invention, any person having ordinary skill in the art will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.

Claims (3)

질점-3차원 스프링 모델을 사용하여 비정형 물체의 구조를 모델링하는 초기화 단계와;An initialization step of modeling a structure of the atypical object using a quality point three-dimensional spring model; 질점에 작용하는 힘, 토크의 초기화, 계산 및 적분 단계;Force acting on the material point, initialization, calculation and integration of torque; 질점의 위치, 속도, 자세, 각속도 갱신 및 그 결과를 화면에 표시하는 단계; 및Displaying the location, speed, posture, angular velocity update, and the result of the quality point on the screen; And 비정형 물체 애니메이션의 종료 조건을 만족하는지 검사하여 종료 조건이 만족되지 않으면 상기 질점에 작용하는 힘과 토크를 초기화하는 단계로 되돌아가 계산을 계속하고 종료 조건을 만족하면 애니메이션을 종료하는 종료 검사 단계Check if the end condition of the atypical object animation is satisfied, and if the end condition is not satisfied, return to the step of initializing the force and torque acting on the material point, continue the calculation, and end the animation if the end condition is satisfied. 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비정형 물체 애니메이션 방법.Atypical object animation method, characterized in that consisting of. 제 1 항에 있어서, 비정형 물체의 구조를 모델링하는 초기화 단계에서는The method of claim 1, wherein the initialization step for modeling the structure of the atypical object 기존 스프링의 팽창력 외에도 쏠림과 접힘에 대해 저항력을 갖도록, 스프링에 대한 질점의 기준 벡터가 설정되고, 스프링의 길이 벡터와 질점의 기준 벡터로부터 결정되는 복원력을 가지며, 이 복원력에 의한 질점의 각가속도가 형성되고, 스프링의 길이에 의한 팽창력을 가지는 질점-3차원 스프링 모델을 사용하는 것을 특징으로 하는 비정형 물체 애니메이션 방법.In addition to the expansion force of the existing spring, the reference vector of the material point for the spring is set to have resistance to pull and folding, and has a restoring force determined from the length vector of the spring and the reference vector of the material point. And a spring-three-dimensional spring model having expansion force by the length of the spring. 질점-3차원 스프링 모델을 사용하여 비정형 물체의 구조를 모델링하는 초기화 단계와;An initialization step of modeling a structure of the atypical object using a quality point three-dimensional spring model; 질점에 작용하는 힘, 토크의 초기화, 계산 및 적분 단계;Force acting on the material point, initialization, calculation and integration of torque; 질점의 위치, 속도, 자세, 각속도 갱신 및 그 결과를 화면에 표시하는 단계; 및Displaying the location, velocity, posture, angular velocity update, and the result of the vaginal point on the screen; And 비정형 물체 애니메이션의 종료 조건을 만족하는지 검사하여 종료 조건이 만족되지 않으면 상기 질점에 작용하는 힘과 토크를 초기화하는 단계로 되돌아가 계산을 계속하고 종료 조건을 만족하면 애니메이션을 종료하는 종료 검사 단계Check if the end condition of the atypical object animation is satisfied, and if the end condition is not satisfied, return to the step of initializing the force and torque acting on the material point, continue the calculation, and end the animation if the end condition is satisfied. 로 이루어져 비정형 물체 애니메이션을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.A computer-readable recording medium having a program for executing atypical object animation.
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