KR100603019B1 - System for pottery design using haptic interface - Google Patents

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KR100603019B1
KR100603019B1 KR1020040051244A KR20040051244A KR100603019B1 KR 100603019 B1 KR100603019 B1 KR 100603019B1 KR 1020040051244 A KR1020040051244 A KR 1020040051244A KR 20040051244 A KR20040051244 A KR 20040051244A KR 100603019 B1 KR100603019 B1 KR 100603019B1
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박세형
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템에 관한 것으로서, 특히 3차원 가상 도자기 표면 위에 다양한 장식 과정을 수행하여 예상 결과물을 3차원 가상 환경에서 보고 느낄 수 있도록 한 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템에 관한 것이다. 이를 위해서 본 발명은 가상의 도자기 모델 표면의 촉감을 느낄 수 있도록 하는 햅틱 렌더링 알고리즘, 그림을 그리거나 색을 칠할 수 있는 햅틱 페인팅 기법, 가상의 도자기 표면의 재질 생성을 위한 시뮬레이션, 가상의 도자기 표면에 요철(음각/양각)을 넣을 수 있는 기법을 제공한다. The present invention relates to a porcelain design system using a haptic interface, and more particularly, to a porcelain design system using a haptic interface for performing a variety of decorating processes on a 3D virtual porcelain surface to view and feel expected results in a 3D virtual environment. . To this end, the present invention is a haptic rendering algorithm to feel the touch of the virtual porcelain model surface, a haptic painting technique that can draw or color, simulation for creating a material of the virtual porcelain surface, on the virtual porcelain surface Provides a technique for inserting irregularities (engraved / embossed).

Description

햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템{SYSTEM FOR POTTERY DESIGN USING HAPTIC INTERFACE}Ceramic design system using haptic interface {SYSTEM FOR POTTERY DESIGN USING HAPTIC INTERFACE}

도 1은 본 발명에 의한 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템의 개략도.1 is a schematic diagram of a ceramic design system using a haptic interface according to the present invention.

도 2는 햅틱 렌더링을 위한 데이터 모델의 예시도.2 is an illustration of a data model for haptic rendering.

도 3은 반력의 크기 및 방향을 계산하는 방법을 설명하기 위한 예시도.3 is an exemplary view for explaining a method of calculating the magnitude and direction of the reaction force.

도 4는 최종 반력정보를 구하기 위한 스프링-댐퍼 모델의 예시도.4 is an exemplary diagram of a spring-damper model for obtaining final reaction force information.

도 5는 종래의 2D 텍스쳐 매핑(a) 및 본 발명의 햅틱 페인팅(b)을 비교하여 나타낸 예시도.Figure 5 is an exemplary view showing a comparison between the conventional 2D texture mapping (a) and the haptic painting (b) of the present invention.

도 6은 햅틱 페인팅을 위한 2차원 텍스쳐 폴리곤의 텍스쳐 생성을 설명하기 위한 예시도.6 is an exemplary diagram for explaining texture generation of a two-dimensional texture polygon for haptic painting.

도 7은 가상 도자기 표면의 일부분에 다른 재질이 생성되어 있는 것을 나타낸 예시도.Figure 7 is an illustration showing that a different material is generated on a portion of the virtual ceramic surface.

도 8은 가상 도자기 표면에 양각/음각을 구현하는 단계를 설명하기 위한 예시도.8 is an exemplary view for explaining the step of embossing / embossing on the virtual ceramic surface.

도 9는 가상의 도자기 표면에 실제로 요철을 구현한 예를 나타낸 예시도.9 is an exemplary view showing an example in which the irregularities are actually implemented on the virtual ceramic surface.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **** Explanation of symbols on the main parts of the drawing **

10 : 햅틱 장치 20 : 그래픽 시뮬레이터10: Haptic Device 20: Graphic Simulator

21 : 가상 작업공간 22 : 가상 툴21: virtual workspace 22: virtual tools

30 : 셔터 안경30: shutter glasses

본 발명은 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템에 관한 것으로서, 특히 3차원 가상 도자기 표면 위에 다양한 장식 과정을 수행하여 예상 결과물을 3차원 가상 환경에서 보고 느낄 수 있도록 한 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a porcelain design system using a haptic interface, and more particularly, to a porcelain design system using a haptic interface for performing a variety of decorating processes on a 3D virtual porcelain surface to view and feel expected results in a 3D virtual environment. .

일반적으로 도자기나 그릇을 만든 후, 그 표면에 그림을 그리거나 색깔을 입히고 필요에 따라 양각 또는 음각을 통해 다양한 장식을 하게 된다. 이 때 도자기에 그림이나 색깔을 입히기 전에 2차원 도면의 스케치나 3차원 모델링 툴을 통해 디자인된 결과물을 미리 보고, 디자인 결과가 좋으면 실제 디자인 작업으로 들어가게 된다. Generally, after making a ceramic or a bowl, the surface is painted or colored and various decorations are embossed or engraved as necessary. At this time, before painting or coloring the ceramics, the result of designing through sketches of 2D drawings or 3D modeling tools is previewed.

그러나 2차원 도면을 이용하는 경우, 3차원적인 정보를 잃게 되어 다양한 각도에서 예상되는 결과물을 볼 수 없다는 문제점이 있다. However, when using the two-dimensional drawings, there is a problem that you can not see the expected results from various angles because the three-dimensional information is lost.

또한, 3차원 모델링 툴을 이용하는 경우, 디자이너가 이 3차원 모델링 툴을 학습하는데 노력과 시간이 소요되고 마우스와 같은 2차원 입력장치의 한계에 의해 디자이너의 상상력이 제한되어 효율적인 디자인 작업이 수행될 수 없다는 문제점이 있다. In addition, when using the 3D modeling tool, the designer takes a lot of time and effort to learn the 3D modeling tool, and the designer's imagination is limited by the limitations of the 2D input device such as a mouse, so that efficient design work can be performed. There is no problem.

더욱이, 도자기나 그릇 표면의 재질을 부분적으로 다르게 만들고 싶지만 이를 디자인 단계에서 미리 느껴 볼 수 없다는 문제점이 있다. Moreover, there is a problem that you want to make the material of the surface of the porcelain or the bowl partly different, but you cannot feel it in the design stage in advance.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 실제 도자기 표면에 그림이나 색깔을 입히듯이 디자이너가 3차원 가상 도자기 모델에 직접 다양한 장식 과정 즉, 그림, 페인팅, 요철, 재질 부여 등을 수행하고 이를 촉각적으로 느낄 수 있도록 한 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was devised to solve the above problems, and designers perform various decorating processes, ie, painting, painting, irregularities, and material assignment, directly on the 3D virtual ceramic model, as if painting or coloring the actual ceramic surface. The purpose is to provide a ceramic design system using a haptic interface that makes it feel tactile.

이를 위해 본 발명에 의한 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템은, 디자이너가 도자기의 표면 장식을 위해 조작하는 햅틱 장치 및 가상의 도자기 모델을 영상으로 보여주는 그래픽 시뮬레이터로 구성된 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템에 있어서, To this end, the porcelain design system using the haptic interface according to the present invention is a porcelain design system using a haptic interface composed of a graphic simulator showing a virtual pottery model and a haptic device operated by a designer for decorating a surface of the porcelain,

상기 햅틱장치는 상기 디자이너의 조작에 의해 움직이면서 그 움직임을 전기적 신호로 변환하여 상기 그래픽 시뮬레이터에 전달하고, 상기 그래픽 시뮬레이터로부터 반력 정보를 수신하여 그 반력 정보에 따른 힘과 촉감을 디자이너에게 전달하고, The haptic device converts the movement into an electrical signal while moving by the designer's manipulation, and transmits the movement to the graphic simulator, receives reaction force information from the graphic simulator, and transmits the force and the touch according to the reaction force information to the designer.

상기 그래픽 시뮬레이터는 상기 햅틱 장치로부터 움직임 신호를 받아 상기 가상의 도자기 모델과 가상 그림 도구와의 충돌을 검사하고 그에 따른 반력 정보를 계산하는 햅틱 렌더링을 수행하고, The graphic simulator receives a motion signal from the haptic device and performs a haptic rendering to examine the collision between the virtual ceramic model and the virtual painting tool and calculate reaction force information accordingly.                         

상기 햅틱장치의 움직임에 따라 상기 가상의 그림 도구가 상기 가상의 도자기 모델의 표면에 색을 칠하면 상기 색을 칠한 부분의 볼륨 안에 들어 있는 3차원 폴리곤을 찾아내어 이에 해당하는 2차원 텍스쳐 폴리곤의 각 픽셀의 색깔을 계산하여 텍스쳐를 생성함으로써 햅틱 페인팅을 수행하는 것을 특징으로 한다.When the virtual painting tool paints the surface of the virtual ceramic model according to the movement of the haptic device, it finds a three-dimensional polygon contained in the volume of the painted portion and corresponds to each pixel of the corresponding two-dimensional texture polygon. The haptic painting is performed by generating a texture by calculating the color of.

또한, 상기 그래픽 시뮬레이터는 볼륨 데이터에 저장되어 있는 부분 재질 정보를 이용하여 상기 가상의 그림 도구의 이동에 따라 상기 가상의 도자기 모델의 원하는 부분에 특정의 재질을 부여함으로써 그 재질을 느낄 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. In addition, the graphic simulator is to use the partial material information stored in the volume data to give a specific material to the desired portion of the virtual ceramic model in accordance with the movement of the virtual painting tool to feel the material. It features.

또한, 상기 그래픽 시뮬레이터는 상기 햅틱 페인팅 후 상기 가상의 도자기 모델 표면의 그림이 그려진 부분에 해당하는 볼륨 데이터의 포텐셜값을 적절하게 조작하여 음각 또는 양각을 갖는 볼륨 간접 표면을 생성하고, 이 볼륨 간접 표면으로부터 Marching cube 알고리즘을 사용하여 폴리곤 모델을 생성한 다음, 볼륨 데이터에 저장된 텍스쳐 좌표정보를 이용하여 상기 생성된 폴리곤 모델의 텍스쳐 정보를 만들어냄으로써 요철이 있는 3차원 도자기 모델을 생성하는 것을 특징으로 한다.Further, the graphic simulator generates a volume indirect surface having an intaglio or an embossed surface by appropriately manipulating the potential value of the volume data corresponding to the portion where the picture of the virtual ceramic model surface is drawn after the haptic painting. After generating the polygon model using the Marching cube algorithm from the texture data of the generated polygonal model using the texture coordinate information stored in the volume data characterized in that to generate a three-dimensional ceramic model with irregularities.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템의 개략도를 나타낸다. 1 is a schematic diagram of a ceramic design system using a haptic interface according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템은 사용자가 손으로 잡고 조작하는 햅틱 장치(10)와, 가상 작업공간(virtual workspace)(21) 및 가상 툴(virtual tool)(22)의 이동을 표시하는 그래픽 시뮬레이터(20), 그래픽 시뮬레이터(20)에 표시되는 영상을 3차원 입체 영상으로 볼 수 있게 해주는 셔터 안경(shutter glasses)(30)으로 구성되어 있다. As illustrated in FIG. 1, a ceramic design system using a haptic interface includes a haptic device 10, a virtual workspace 21, and a virtual tool 22, which are held and manipulated by a user. It consists of a graphics simulator 20 to display the movement of the shutter glasses (shutter glasses 30) that allows to view the image displayed on the graphics simulator 20 in a three-dimensional stereoscopic image.

햅틱 장치(10)는 사용자의 조작에 의해 움직이면서 그 움직임을 전기적 신호로 변환하여 그래픽 시뮬레이터(20)에 전달하고, 그래픽 시뮬레이터(20)로부터 반력 정보를 수신하여 그 반력 정보에 따른 힘과 촉감이 사용자에게 전달될 수 있도록 한다. 본 발명의 실시예에서는 햅틱 장치(10)로서 SensAble 사의 Phantom을 사용하였다. The haptic device 10 converts the movement into an electrical signal while moving by the user's manipulation, and transmits the movement to the graphic simulator 20. The haptic device 10 receives the reaction force information from the graphic simulator 20, and the force and the touch according to the reaction force information are received by the user. To be communicated to. In the embodiment of the present invention, Phantom of SensAble was used as the haptic device 10.

그래픽 시뮬레이터(20)는 햅틱 장치(10)로부터 움직임 신호를 받아 가상 툴(22)의 움직임 및 가상 툴(22)의 움직임에 따른 가상 작업공간(21)의 변형을 표시하고, 가상 작업공간(21) 및 가상 툴(22)로부터 반력 정보를 계산하여 이를 햅틱 장치(10)에 전달한다. The graphic simulator 20 receives the motion signal from the haptic device 10 and displays the deformation of the virtual workspace 21 according to the movement of the virtual tool 22 and the movement of the virtual tool 22, and the virtual workspace 21. ) And the reaction force information is calculated from the virtual tool 22 and transmitted to the haptic device 10.

본 발명의 실시예에 의한 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템에서, 사용자가 셔터 안경(30)을 쓰고 그래픽 시뮬레이터(20)에 표시된 가상의 도자기(21)를 보면서 햅틱 장치(10)를 조작하면, 햅틱 장치(10)의 조작에 따라 가상의 그림 도구(22)가 움직이면서 실제 도자기를 대하듯이 그림을 그리거나 요철(음각/양각)을 새기고 원하는 부분의 도자기 재질을 다르게 할 수 있다.In the porcelain design system using the haptic interface according to an embodiment of the present invention, when the user operates the haptic device 10 while wearing the shutter glasses 30 and watching the virtual porcelain 21 displayed on the graphic simulator 20, the haptic device 10 As the virtual painting tool 22 moves according to the manipulation of the apparatus 10, the painting may be made as if it is a real pottery, or an uneven (engraved / embossed) may be carved and the ceramic material of the desired part may be different.

이를 위해서 가상의 도자기 모델 표면의 촉감을 느낄 수 있도록 하는 햅틱 렌더링 알고리즘, 그림을 그리거나 색을 칠할 수 있는 햅틱 페인팅 기법, 가상의 도자기 표면의 재질 생성을 위한 시뮬레이션, 가상의 도자기 표면에 요철(음각/양각)을 넣을 수 있는 기법 등이 필요하다. To this end, a haptic rendering algorithm that lets you feel the touch of a virtual porcelain model surface, a haptic painting technique for drawing or coloring, a simulation to create a material for a virtual porcelain surface, and an unevenness on a virtual porcelain surface Or embossing).

본 발명의 실시예에서는 상기 Phantom을 이용한 볼륨 모델 기반의 데이터 구조를 가진 볼륨 간접 표면(volume implicit surface) 기반의 햅틱 렌더링 알고리즘을 개발하였다. In an embodiment of the present invention, a haptic rendering algorithm based on a volume implicit surface having a data model based on a volume model using the Phantom was developed.

여기서, 볼륨 모델 기반의 데이터 구조는 일정한 간격으로 나누어진 3차원 그리드(격자) 상의 각 포인트(x, y, z축의 격자가 만나는 점)에 저장되어 있는 샘플링 정보를 말한다. 그리고 볼륨 간접 표면은 볼륨 데이터 구조 안에 저장된 정보 중에서 3차원 물체의 표면을 간접적으로 나타낸 것을 말한다. Here, the volume model-based data structure refers to sampling information stored at each point (points where the grids of the x, y, and z axes meet) on a three-dimensional grid (lattice) divided at regular intervals. The volume indirect surface is an indirect representation of the surface of a three-dimensional object among information stored in the volume data structure.

도 2는 햅틱 렌더링을 위한 데이터 모델을 나타낸다.2 shows a data model for haptic rendering.

도 2에 도시된 바와 같이, 햅틱 렌더링에 관여하는 포인트들은 볼륨 간접 표면 주변의 일정한 범위 안에 있는 포텐셜값(potential value)들이다. 각 그리드 포인트에는 이 점으로부터 간접 표면까지의 상대적인 거리를 가지고 있는데, 이를 스칼라값으로 나타낸 것이 포텐셜값이다. 즉, 포텐셜값은 각 그리드 포인트에서 3차원 물체로의 표면으로부터 가장 가까운 점까지의 근접도(proximity)를 나타낸다. As shown in FIG. 2, the points involved in haptic rendering are potential values that are within a range around the volume indirect surface. Each grid point has a relative distance from this point to the indirect surface, which is represented by a scalar value. That is, the potential value represents the proximity to the nearest point from the surface to the three-dimensional object at each grid point.

예를 들면, 표면 가까이 있는 그리드 포인트는 멀리 떨어져 있는 그리드 포인트보다 상대적으로 큰 값을 갖는다. 또한, 표면을 0으로 하여, 표면 내부에 위치하는 그리드 포인트는 음(-)의 포텐셜값을 갖고, 표면 외부에 위치하는 그리드 포인트는 양(+)의 포텐셜값을 갖는다.For example, grid points near the surface have a relatively larger value than grid points far apart. In addition, with the surface as 0, grid points located inside the surface have a negative potential value, and grid points located outside the surface have a positive potential value.

이러한 포인트들을 대상으로 충돌 검사를 하고, 도 3과 같이 반력의 크기 및 방향을 계산한다. 반력의 방향은 가상 도자기 모델의 표면 내부로 침투한 가상 툴의 위치로부터 계산된 포텐셜값들의 기울기(gradient)에 의해 결정된다.The collision test is performed on these points, and the magnitude and direction of the reaction force are calculated as shown in FIG. 3. The direction of reaction force is determined by the gradient of potential values calculated from the position of the virtual tool penetrating into the surface of the virtual ceramic model.

반력의 크기는 가상 툴에서 계산된 방향을 따라 이동하여 표면과 만나는 지점(Virtual Contact Point : VCP) 간의 거리에 의해 결정된다. 가상 툴이 가상 모델의 표면 내부로 침투하면 반력을 통해 보상될 위치는 표면에 있게 되는데, 그 표면 위의 가상점을 VCP(Virtual Contact Point)라고 한다. 본 발명의 실시예에서는 VCP를 구하는데 광선추적법(ray casting)을 이용한다. 즉, 가상 툴의 물리적 위치(표면 내부)에서 가장 가까운 표면으로 가상의 광선(실제로는 방향을 가진 직선)을 쏘아서 이 광선을 따라 가상 모델의 표면과 만나는 점(VCP)을 구한다. 반력의 크기는 이 VCP와 가상 툴의 위치 사이의 거리에 비례한다. The magnitude of the reaction force is determined by the distance between the point of contact with the surface and the movement along the calculated direction in the virtual tool. When the virtual tool penetrates into the surface of the virtual model, the position to be compensated by the reaction force is on the surface. The virtual point on the surface is called a virtual contact point (VCP). In the embodiment of the present invention, ray casting is used to obtain the VCP. That is, a virtual ray (actually a straight line with direction) is shot from the virtual tool's physical location (inside the surface) to the nearest surface to find a point along the ray that meets the surface of the virtual model (VCP). The magnitude of the reaction force is proportional to the distance between this VCP and the position of the virtual tool.

반력의 방향 및 크기가 결정되면, 햅틱 시스템의 안정화를 위해 도 4와 같은 스프링-댐퍼(spring-damper) 모델을 사용하여 최종적인 반력을 계산한다. Once the direction and magnitude of the reaction force is determined, the final reaction force is calculated using a spring-damper model as shown in FIG. 4 to stabilize the haptic system.

최종적인 반력(Fh)은 다음의 수학식(1)과 같다. The final reaction force F h is as shown in Equation (1) below.

Figure 112004029240342-pat00001
Figure 112004029240342-pat00001

여기서, Fh은 힘 벡터(반력), Pc는 VCP의 좌표, Pt은 가상 치과 치료기(햅틱 툴)의 위치 좌표, k는 스프링 경도(spring stiffness), V는 가상 치과 치료기의 움직임 속도, b는 점성계수(viscosity)이다. 스프링 경도는 표면의 딱딱한 정도에 비 례하고, 점성계수는 햅틱 시스템의 진동을 방지한다. Where F h is the force vector (reaction force), P c is the coordinate of the VCP, P t is the position coordinate of the virtual dentist (haptic tool), k is the spring stiffness, V is the speed of movement of the virtual dentist, b is the viscosity. The spring hardness is proportional to the hardness of the surface, and the viscosity coefficient prevents the haptic system from vibrating.

수학식(1)에서 알 수 있는 바와 같이, 댐퍼의 영향(V*b)이 고려되어 최종적인 반력정보가 계산된다. 이와 같이 최종적인 반력 정보가 계산되면 이를 햅틱장치(10)에 보내어 햅틱장치(10)를 잡고 있는 사용자의 손에 힘과 촉감이 전달되도록 한다. As can be seen from Equation (1), the influence of the damper (V * b) is taken into account and the final reaction force information is calculated. When the final reaction force information is calculated as described above, it is sent to the haptic device 10 so that the force and the touch are transmitted to the user's hand holding the haptic device 10.

다음, 햅틱 페인팅 기법에 대하여 설명한다. Next, the haptic painting technique will be described.

종래의 3차원 모델링 기법에서 사용한 텍스쳐 매핑(texture mapping)은 도 5(a)와 같이 2차원 이미지를 3차원 모델 위에 매핑하는 과정에서 텍스쳐 변형(texture distortion)이 발생하고, 사용자가 복잡한 매핑 함수를 고려해야 한다. 그러나 본 발명에 의한 햅틱 페인팅 기법에서는, 도 5(b)와 같이 직접 가상 모델의 원하는 위치에 색을 칠함으로써 텍스쳐 변형을 줄이고 직관적인 인터페이스를 제공할 수 있다. In the texture mapping used in the conventional 3D modeling technique, texture distortion occurs in the process of mapping a 2D image onto a 3D model, as shown in FIG. Should be considered However, in the haptic painting technique according to the present invention, by directly coloring a desired position of the virtual model as shown in FIG. 5 (b), it is possible to reduce texture deformation and provide an intuitive interface.

사용자가 그림 도구(붓)에 해당하는 햅틱장치(10)를 이용하여 가상의 도자기(21)의 원하는 부분에 색을 칠하면, 가상의 상기 색을 칠한 부분의 볼륨 안에 들어 있는 3차원 폴리곤(3차원 모델에서 색깔이 입혀지는 부분)을 찾아내어 이에 해당하는 2차원 텍스쳐 폴리곤의 픽셀의 색깔을 계산(rasterization)함으로써 텍스쳐를 생성한다. 도 6은 이러한 햅틱 페인팅을 위한 2차원 텍스쳐 폴리곤의 픽셀값 생성과정을 나타낸 것이다. When the user paints a desired portion of the virtual ceramicware 21 using the haptic device 10 corresponding to a painting tool (brush), the three-dimensional polygon (three-dimensional) contained in the volume of the virtual painted portion The texture is created by finding the colored part of the model and rasterizing the pixels of the corresponding two-dimensional texture polygons. FIG. 6 illustrates a process of generating pixel values of a 2D texture polygon for haptic painting.

이 때, 2차원 텍스쳐 폴리곤 안의 각 픽셀의 값은 기존의 컬러값, 붓의 컬러값, 3차원 공간에서의 픽셀의 위치, 붓의 중심으로부터 거리에 따른 컬러값의 약해 짐(fall-off rate) 등을 고려하여, 다음의 수학식(2)에 의해 계산된다. At this time, the value of each pixel in the two-dimensional texture polygon is the fall-off rate of the existing color value, the color value of the brush, the position of the pixel in three-dimensional space, and the color value according to the distance from the center of the brush. In consideration of the above, it is calculated by the following equation (2).

Figure 112004029240342-pat00002
Figure 112004029240342-pat00002

여기서,

Figure 112004029240342-pat00003
이고, Cf는 최종 픽셀의 색, Cb는 가상 모델이 갖는 배경색, Ct는 가상 붓의 색이다. 또한, Rt는 2차원 픽셀이 3차원 공간에서 갖는 위치와 가상 붓의 중심간의 거리, Rb는 가상 붓의 반지름, f는 fall-off를 나타낸다. here,
Figure 112004029240342-pat00003
C f is the color of the final pixel, C b is the background color of the virtual model, and C t is the color of the virtual brush. In addition, R t is the distance between the position of the two-dimensional pixel in the three-dimensional space and the center of the virtual brush, R b is the radius of the virtual brush, f is fall-off.

또한, 본 발명의 실시예에서는 가상의 도자기 표면의 재질 생성을 위한 시뮬레이션이 가능하다. 즉, 도자기 디자이너의 의도에 따라 도자기 모델의 재질(마찰력, 거칠기 등)을 부분적으로 다르게 할 수 있다. In addition, in the embodiment of the present invention it is possible to simulate the generation of material on the virtual ceramic surface. In other words, the material (friction, roughness, etc.) of the porcelain model may be partially different according to the intention of the porcelain designer.

상기 햅틱 페인팅에서 3차원 모델의 원하는 위치에 직접 페인팅하는 것과 마찬가지로, 사용자는 그림 도구(22)를 이동시켜 3차원 모델의 원하는 부분에 미리 지정된 재질을 부여함으로써 그 재질을 느낄 수 있게 된다. 이 때, 3차원 가상 모델의 부분 재질 정보는 볼륨 데이터에 저장된다. 도 7은 가상의 모델에 부분 재질이 생성되는 것을 나타낸 것으로, 적색으로 표시된 부분은 마찰이 심한 부분이고, 청색으로 표시된 부분은 마찰이 거의 없은 부분이다. In the haptic painting, the user can feel the material by moving the painting tool 22 to give a predetermined material to the desired part of the three-dimensional model, as in painting directly to a desired position of the three-dimensional model. At this time, the partial material information of the three-dimensional virtual model is stored in the volume data. Figure 7 shows that the partial material is generated in the virtual model, the portion marked in red is a frictional portion, the portion marked in blue is a portion with little friction.

다음, 가상의 도자기 표면에 요철(음각/양각)을 넣을 수 있는 기법을 설명한 다. 도 8은 가상의 도자기 표면에서의 요철 구현과정을 단계별로 나타낸 것이다. Next, we will describe the technique to put the uneven (engraved / embossed) on the virtual ceramic surface. 8 is a step-by-step process of implementing the irregularities on the virtual ceramic surface.

먼저, 상기 햅틱 페인팅을 이용해 도자기 표면에 그림을 그린다(단계 1). 도자기 표면에 그림이 완성되면, 그림이 그려진 부분에 해당하는 볼륨 데이터의 포텐셜값을 적절하게 조작하여 음각 또는 양각을 갖는 볼륨 간접 표면을 생성한다(단계 2). 이 볼륨 간접 표면으로부터 Marching cube 알고리즘을 사용하여 폴리곤 모델(geometric model)을 생성한다(단계 3). 마지막으로 단계 2에서 볼륨 데이터에 저장된 텍스쳐 좌표정보를 이용하여 새로 생성된 폴리곤 모델의 텍스쳐 정보를 만들어 낸다. First, a picture is drawn on the ceramic surface using the haptic painting (step 1). When the painting is completed on the porcelain surface, the potential value of the volume data corresponding to the portion where the painting is drawn is appropriately manipulated to generate a volume indirect surface having an intaglio or an embossment (step 2). A polygonal model is created from the volume indirect surface using the Marching cube algorithm (step 3). Finally, texture information of the newly created polygon model is generated by using texture coordinate information stored in the volume data in step 2.

도 9는 실제로 가상의 도자기에 요철을 구현한 예를 나타낸다. 도 9에서 도시된 바와 같이, 먼저 기본 도자기 모델(a)에 햅틱 페인팅에 통해 그림을 그린 후(b), 볼륨 데이터의 포텐셜값을 조작하고(c), Marching cube 알고리즘을 이용하여 폴리곤 모델을 생성한 다음(d), 마지막으로 폴리곤 모델에 텍스쳐값을 적용하면 요철이 있는 3차원 도자기 모델(e)을 생성하게 된다. 9 shows an example in which the irregularities are actually implemented in the virtual ceramics. As shown in FIG. 9, first, a basic ceramic model (a) is drawn through haptic painting (b), then a potential value of volume data is manipulated (c), and a polygon model is generated using a Marching cube algorithm. Then (d) and finally, applying a texture value to the polygon model creates a three-dimensional ceramic model (e) with irregularities.

상기와 같이, 본 발명은 도자기 제작과정에서 디자이너가 햅틱 인터페이스를 통해 실제와 거의 동일하게 3차원 도자기 모델에 직접 그림을 그리거나 색깔을 칠하고 도자기 표면의 일부를 다른 재질로 하고 또한 음각 또는 양각의 요철 효과를 줄 수 있도록 하고 이를 입체적으로 볼 수 있도록 함으로써, 기존 제작과정에서 드는 시간과 비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention allows the designer to directly paint or color the three-dimensional ceramic model through the haptic interface, and to make a part of the ceramic surface with a different material, and also intaglio or embossed. By providing the uneven effect and viewing it in three dimensions, there is an effect that can significantly reduce the time and cost of the existing manufacturing process.

Claims (4)

다자이너가 도자기의 표면 장식을 위해 조작하는 햅틱 장치 및 가상의 도자기 모델을 영상으로 보여주는 그래픽 시뮬레이터로 구성된 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템에 있어서, In the porcelain design system using a haptic interface consisting of a haptic device that designers manipulate to decorate the surface of the porcelain and a graphic simulator showing a virtual porcelain model as an image, 상기 햅틱장치는 상기 디자이너의 조작에 의해 움직이면서 그 움직임을 전기적 신호로 변환하여 상기 그래픽 시뮬레이터에 전달하고, 상기 그래픽 시뮬레이터로부터 반력 정보를 수신하여 그 반력 정보에 따른 힘과 촉감을 디자이너에게 전달하고, The haptic device converts the movement into an electrical signal while moving by the designer's manipulation, and transmits the movement to the graphic simulator, receives reaction force information from the graphic simulator, and transmits the force and the touch according to the reaction force information to the designer. 상기 그래픽 시뮬레이터는 상기 햅틱 장치로부터 움직임 신호를 받아 상기 가상의 도자기 모델과 가상 그림 도구와의 충돌을 검사하고 그에 따른 반력 정보를 계산하는 햅틱 렌더링을 수행하고, The graphic simulator receives a motion signal from the haptic device and performs a haptic rendering to examine the collision between the virtual ceramic model and the virtual painting tool and calculate reaction force information accordingly. 상기 햅틱장치의 움직임에 따라 상기 가상의 그림 도구가 상기 가상의 도자기 모델의 표면에 색을 칠하면 상기 색을 칠한 부분의 볼륨 안에 들어 있는 3차원 폴리곤을 찾아내어 이에 해당하는 2차원 텍스쳐 폴리곤의 각 픽셀의 색깔을 계산하여 텍스쳐를 생성함으로써 햅틱 페인팅을 수행하는 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템.When the virtual painting tool paints the surface of the virtual ceramic model according to the movement of the haptic device, it finds a three-dimensional polygon contained in the volume of the painted portion and corresponds to each pixel of the corresponding two-dimensional texture polygon. Porcelain design system using a haptic interface, characterized in that to perform a haptic painting by calculating the color of the texture generated. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 햅틱 페인팅에서 상기 2차원 텍스쳐 폴리곤 안의 각 픽셀의 값(Cf)은 다음의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템.The ceramic design system using the haptic interface, characterized in that the value (C f ) of each pixel in the two-dimensional texture polygon in the haptic painting is calculated by the following equation.
Figure 112004029240342-pat00004
Figure 112004029240342-pat00004
 ( 여기서,
Figure 112004029240342-pat00005
, Cb: 가상 모델이 갖는 배경색, Ct: 가상 붓의 색, Rt: 2차원 픽셀이 3차원 공간에서 갖는 위치와 가상 붓의 중심간의 거리, Rb: 가상 붓의 반지름, f: fall-off rate)( here,
Figure 112004029240342-pat00005
, C b : background color of the virtual model, C t : color of the virtual brush, R t : distance between the position of the two-dimensional pixels in three-dimensional space and the center of the virtual brush, R b : radius of the virtual brush, f: fall -off rate) 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 그래픽 시뮬레이터는 볼륨 데이터에 저장되어 있는 부분 재질 정보를 이용하여 상기 가상의 그림 도구의 이동에 따라 상기 가상의 도자기 모델의 원하는 부분에 특정의 재질을 부여함으로써 그 재질을 느낄 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템.The graphic simulator uses the partial material information stored in the volume data to give a specific material to a desired portion of the virtual ceramic model according to the movement of the virtual painting tool, so that the material can be felt. Pottery design system using a haptic interface. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 그래픽 시뮬레이터는 상기 햅틱 페인팅 후 상기 가상의 도자기 모델 표면의 그림이 그려진 부분에 해당하는 볼륨 데이터의 포텐셜값을 적절하게 조작하여 음각 또는 양각을 갖는 볼륨 간접 표면을 생성하고, 이 볼륨 간접 표면으로부터 Marching cube 알고리즘을 사용하여 폴리곤 모델을 생성한 다음, 볼륨 데이터에 저장된 텍스쳐 좌표정보를 이용하여 상기 생성된 폴리곤 모델의 텍스쳐 정보를 만들어냄으로써 요철이 있는 3차원 도자기 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 햅틱 인터페이스를 이용한 도자기 디자인 시스템.The graphic simulator generates a volume indirect surface having an intaglio or an embossment by appropriately manipulating the potential value of the volume data corresponding to the portion where the picture of the virtual ceramic model surface is drawn after the haptic painting, and Marching from the volume indirect surface. A haptic interface is generated by generating a polygon model using a cube algorithm, and then generating texture information of the generated polygon model by using texture coordinate information stored in volume data. Pottery design system.
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