KR100634534B1 - 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법 및 장치 - Google Patents

3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 충돌 처리 방법은, 3차원 그래픽스 환경 상에서 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌을 검출하는 단계, 및 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대해 충돌이 있는 경우, 충돌을 고려하여 시스템에 의해서 움직임이 조정되는 물체의 궤적 및 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적을 변경하는 단계를 포함한다. 간단한 구조를 가지는 충돌 검출용 객체를 이용하여 충돌 검출을 수행함으로써 충돌 검출이 신속하고 간편하게 수행될 수 있도록 하며, 또한 충돌 후의 처리에 있어서 실제 세계와 유사한 모사가 가능하게 된다. 또한 충돌 검출에 효과적인 구조체를 제안함에 의해 효과적인 충돌 처리와 데이터의 효과적인 압축이 가능한 효과가 있다.

Description

3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법 및 장치{Method of processing collision on 3 dimentional graphics environment and apparatus therefor}
도 1은 본 발명에 따른 충돌 처리 장치의 일 실시예의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 충돌 처리 방법의 일 실시예의 각 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 3a 내지 도 3c는 충돌 아바타 및 이에 대한 충돌 검출용 객체의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 충돌 검출 장치의 일 실시예의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 충돌 검출 방법의 일 실시예의 각 단계를 나타낸 흐름도이다.
도 6a 및 도 6b는 충돌 시 생성되는 이벤트 상의 변수들을 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 충돌에 따른 궤적 처리의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 궤적 계산에 있어서 속도 v가 갱신되는 것을 나타낸 도면이다.
도 9는 충돌 후 물체의 궤적의 변화를 시간의 변화에 따라 나타낸 도면이다.
본 발명은 화상 데이터의 처리에 관한 것으로서, 특히 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리의 주 내용은 충돌 검사와 충돌 이후의 객체들의 반응을 처리하는 것이다. 기존에 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 검사에 관해서는 많은 연구가 수행되었다. 그러나, 충돌 검사 및 충돌 이후에 대한 반응 처리에 효과적인 충돌 표현 방법은 제안되지 않았다. 즉 표준화된 구조를 제안하여 충돌을 검출해 내고 충돌이 있는 경우 그 이후의 반응을 효과적으로 시각화할 수 있는 방법이 요구되었다.
본 발명이 이루고자 하는 과제는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 효과적인 충돌 처리 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 충돌 처리 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법은, 트리 구조로 표현된 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체를 포함하는 3차원 그래픽스 환경 상에서, 상기 트리 구조의 각각의 노드에 대응하는 충돌 검출용 객체와 상기 3차원 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌 여부를 검출함에 의해, 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 상기 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌을 검출하는 단계; 및 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대해 충돌이 있는 경우, 상기 충돌이 발생한 노드에 포함된 충돌 처리에 관련한 상수들을 이용하여, 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적을 변경하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치는, 트리 구조로 표현된 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체를 포함하는 3차원 그래픽스 환경 상에서, 상기 트리 구조의 각각의 노드에 대응하는 충돌 검출용 객체와 상기 3차원 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌 여부를 검출함에 의해, 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 상기 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌을 검출하는 충돌검출부; 및 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대해 충돌이 있는 경우, 상기 충돌이 발생한 노드에 포함된 충돌 처리에 관련한 상수들을 이용하여, 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적을 변경하는 궤적처리부를 포함하는 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법 및 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치의 일 실시예의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치는 충돌 검출부(100) 및 궤적 처리부(200)를 포함하는 것이 바람직하다.
도 2는 도 1에 도시된 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치에서 수행되는 충돌 처리 방법의 각 단계를 나타낸 흐름도이다.
충돌 검출부(100)는 3차원 그래픽스 환경 상에서 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌을 검출한다(S100).
궤적 처리부(200)는 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대해 충돌이 있는 경우, 충돌을 고려하여 시스템에 의해서 움직임이 조정되는 물체뿐만 아니라 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적을 변경한다(S200).
3차원 그래픽스 환경 상에서는 하나 이상의 물체가 정의된다. 먼저 사용자의 조정에 의해 움직이는 사용자 아바타(avatar)가 정의된다. 또한 그래픽스 환경 상에서 존재하며 사용자의 조정에 의하지 않고 시스템에 의해 그 움직임이 조정되는 물체들이 정의된다.
충돌의 관점에서 볼 때, 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체는 충돌 아바타(collision avatar)라고 부를 수 있다. 또한, 그래픽스 환경 상의 다른 물체는 충돌 대상물(collision object) 또는 충돌 장애물(collision obstacle)이라 부를 수 있다.
본 발명에서는 충돌 검사를 효과적으로 수행하기 위해서 충돌 검출용 객체를 정의한다. 충돌 검출용 객체는 구(sphere), 면, 또는 선의 구조를 가진다. 구는 부피를 가지는 물체의 경우에 사용된다. 면은 바닥이나 벽 등에 사용된다. 선은 가는 굵기를 가지는 선형 물체의 경우에 사용된다.
일 실시예에 있어서, 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체, 즉 충돌 아바타는 트리 구조를 가지는 충돌 검출용 객체를 이용하여 근사적으로 정의된다. 트리의 각 노드에는 하나의 구를 대응시킨다. 일 실시예에 있어서 각 노드는 충돌 처리에 관련한 상수들을 포함한다. 충돌 처리에 관련한 상수들로는 질량(mass), 속도(velocity), 가속도(acceleration), 탄성 계수(impact restitution coefficient), 복원 계수(restoration coefficient), 및 마찰 계수(frictional coefficient) 등이 있다. 각 노드는 이와 같은 충돌 처리 관련 상수들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
충돌 아바타를 구성하는 노드는 다음 수학식 1의 실시예와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112005003774516-pat00001
수학식 1의 실시예는 VRML 표준에 의해 충돌 아바타의 노드를 정의한 실시예이다. 정의된 변수 중 recMass는 충돌 아바타의 질량을 나타낸다. 수학식 1을 참조하면, 변수 recMass는 0에서 무한대 사이의 값을 가질 수 있다. 변수 velocity는 충돌 아바타의 속도를 나타낸다. 변수 acceleration은 충돌 아바타의 가속도를 나타낸다. 변수 impactRestitution은 탄성 계수(impact restitution coefficient)를 나타낸다. 수학식 1을 참조하면, 변수 impactRestitution은 0에서 1 사이의 값을 가질 수 있다. 변수 restoration은 복원 계수(restoration coefficient)를 나타낸다. 수학식 1을 참조하면, 변수 restoration은 1에서 무한대 사이의 값을 가질 수 있다. 변수 friction은 및 마찰 계수(frictional coefficient)를 나타낸다. 수학식 1을 참조하면, 변수 friction은 1에서 무한대 사이의 값을 가질 수 있다.
이와 같이 정형화된 구조체를 사용함에 의해 효과적인 데이터의 압축이 가능하여 저장 공간의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 3a 내지 도 3c는 충돌 아바타 및 이에 대해 정의한 충돌 검출용 객체의 구조를 나타낸 도면이다. 도 3a는 트리 구조를 설명하기 위해 임의로 정한 원래의 충돌 아바타를 나타낸 도면이다. 도 3a의 예에서, 충돌 아바타는 구 모양의 몸통 부분(10)과 긴 배트 모양의 팔 부분(11)으로 구성된다.
도 3b는 도 3a의 충돌 아바타를 구 모양의 충돌 검출용 객체의 반복에 의해 계층적으로 표현한 일 실시예이다. 충돌 아바타 전체는 구 20에 대응한다. 충돌 아바타의 몸통 부분(10)은 구 21에 대응한다. 충돌 아바타의 팔 부분(11)은 구 22에 대응한다. 팔 부분(11)과 구 22는 모양의 차이가 크므로, 다시 하위 계층에 포함되는 복수의 작은 구들에 대응시킨다. 즉 구 22의 하위 계층으로 구 23 내지 25를 포함시키고, 팔 부분(11)에 대응시킨다.
도 3b에 표현한 충돌 검출용 객체의 계층 구조를 도 3c에 트리 구조로 나타내었다. 도 3c를 참조하면 구 20 내지 구 25는 각각 노드 30 내지 35에 대응한다. 전체 충돌 아바타는 루트 노드인 노드 30에 대응한다. 충돌 아바타는 몸통 부분(10)과 팔 부분(11)으로 나누어지므로, 노드 30의 자식 노드(child node)로 노드 31과 32를 각각 지정한다. 노드 31은 몸통 부분(10)에 대응하고, 노드 32는 팔 부분(11)에 대응한다. 팔 부분은 다시 구 23 내지 25으로 나누어지므로, 노드 32의 자식 노드로 노드 33 내지 35를 지정한다. 노드 33 내지 35는 각각 구 23 내지 25에 대응한다.
충돌 대상물을 구성하는 노드는 다음 수학식 2의 실시예와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112005003774516-pat00002
수학식 2의 실시예는 VRML 표준에 의해 충돌 대상물, 즉 충돌 장애물을 정의한 실시예이다. 노드 내에 정의된 구성 변수들은 대부분 수학식 1에서 정의된 충돌 아바타의 실시예에서와 같다.
충돌 대상물도 충돌 아바타에서와 같이 도 3a 내지 도 3b에서와 같은 원래 구조와 함께 별도의 충돌 검출용 구조를 가질 수 있다. 또한 도 3b와 같이 계층적으로 표현 가능하다.
수학식 1 및 수학식 2의 실시예에서 정의된 변수 proxy에는 충돌 검출용 객체를 지정한다. 충돌 검출용 객체는 구, 면, 또는 선의 구조를 가지는데, 각각 다음 수학식 3 내지 수학식 5의 실시예에서와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112005003774516-pat00003
Figure 112005003774516-pat00004
Figure 112005003774516-pat00005
수학식 3은 도 3a 내지 도 3c에서와 같은 구의 구조를 가지는 충돌 검출용 구조체를 정의한 실시예이다. 수학식 3에 정의된 변수 children은 상기 설명된 트리 구조를 구현하기 위하여 자식 노드의 주소를 저장하는 변수이다.
수학식 4는 면의 구조를 가지는 충돌 검출용 구조체를 정의한 일 실시예이 고, 수학식 5는 선의 구조를 가지는 충돌 검출용 구조체를 정의한 일 실시예이다.
수학식 2의 실시예에 있어서, 충돌 대상물의 충돌 검출용 구조체로 수학식 3 내지 수학식 5에 정의된 충돌 구조체를 지정할 수 있다. 따라서, 충돌 아바타에 각 노드가 구의 구조를 가지는 충돌 검출용 구조체의 트리 구조를 대응시킨 상기 실시예에 의하면, 충돌 아바타와 충돌 장애물과의 사이에 충돌이 일어난 경우, 충돌은 구와 구 사이의 충돌, 구와 면 사이의 충돌, 구와 선 사이의 충돌 중의 하나가 될 수 있다.
이와 같이 간단한 구조를 가지는 충돌 검출용 구조체를 충돌 검사에 사용함으로써, 충돌 검출이 간단한 연산에 의해 이루어질 수 있다.
도 4는 이와 같은 충돌 검출을 수행하는 충돌 검출부(100)의 일 실시예를 나타낸 블록도이다. 도 4의 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 충돌 검출부(100)는 트리 저장부(110), 현재 노드 설정부(120), 형제 노드 검색부(130), 자식 노드 검색부(140), 리프 노드 판단부(150), 및 충돌 판단부(160)를 포함한다.
트리 저장부(110)는 충돌 아바타에 지정된 트리 구조를 저장한다. 수학식 1에 정의된 변수 proxy에 트리의 루트 노드의 주소를 저장하며, 이를 이용하여 트리 저장부(110)에 저장된 트리 구조에 접근할 수 있다.
현재 노드 설정부(120)는 현재 노드를 설정하고 저장한다. 현재 노드란 현재 충돌 여부를 판단할 노드를 말한다.
형제 노드 검색부(130)는 트리 저장부(110)에 저장된 트리 구조 상에서 현재 노드의 형제 노드(sibling node)를 검색한다.
자식 노드 검색부(140)는 트리 저장부(110)에 저장된 트리 구조 상에서 현재 노드의 자식 노드(child node)를 검색한다.
리프 노드 판단부(150)는 현재 노드가 리프 노드(leaf node)인지를 판단한다.
충돌 판단부(160)는 현재 노드에 대응하는 충돌 검출용 구조체에 대하여 충돌이 있는지를 판단한다. 상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 충돌 검출 방법에서는 구과 구 사이의 충돌, 구와 면 사이의 충돌, 구와 선 사이의 충돌만 발생한다. 따라서, 충돌 아바타에 지정된 각각의 노드에 대해 충돌 검출용 구조체인 CollisionSphere의 center의 좌표 값과 충돌 대상물의 좌표 값을 이용하여 거리를 계산한다. 충돌 검출용 구조체와 충돌 대상물이 간단한 구조를 가지므로, 간단한 거리 계산에 의해 충돌 여부를 판단할 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 충돌 검출부(100)에서 수행되는 충돌 검출 방법의 각 단계를 나타낸 흐름도이다. 도 5에 도시된 충돌 검출 방법은 도 2에 도시된 충돌 처리 방법의 S100 단계의 일 실시예이다.
먼저 현재 노드 설정부(120)는 충돌 충돌 아바타에 지정된 트리에서 루트 노드를 현재 노드로 설정한다(S110). 충돌 판단부(160)는 현재 노드인 루트 노드에 대해 충돌이 있는지를 판단한다(S120). 만일 현재 노드에 대해 충돌이 있다면, 더 자세한 충돌 검출이 가능한지를 판단하기 위하여, 현재 노드가 트리 상에서 리프 노드인지를 판단한다(S130). 만일 현재 노드가 리프 노드라면, 더 자세한 충돌 검출을 할 수 없으므로 현재 노드에 대해 충돌이 발생한 것으로 결정한다(S140).
만일 현재 노드가 리프 노드가 아니라면, 더 자세한 충돌 검출을 하기 위해 자식 노드에 대해 충돌 검사를 하여야 한다. 이를 위해 현재 노드의 자식 노드를 검색하여 이를 현재 노드로 설정한다(S150). 그리고 다시 S120 단계로 돌아가 충돌 검사를 계속한다.
만일 S120 단계에서 현재 노드에 대해 충돌이 없는 것으로 판단되면, 현재 노드에 대해 형제 노드가 있는지를 판단한다(S160). 만일 형제 노드가 없으면, 전체 충돌 아바타에 대해 충돌이 없는 경우이므로 충돌이 없는 것으로 결정한다(S180). 만일 형제 노드가 있으면, 형제 노드에 대해서 충돌 검사를 하여야 하므로, 형제 노드를 현재 노드로 설정하고(S170), 다시 S120 단계로 돌아가 충돌 검사를 계속한다.
도 5의 충돌 방법을 도 3a 내지 도 3c의 예에 적용하는 예를 설명한다. 충돌 아바타의 팔 부분(11)에 충돌이 있는 경우를 가정한다.
먼저, 루트 노트인 노드 30을 현재 노드로 설정한다(S110). 그리고 현재 노드인 노드 30에 대해 충돌 여부를 판단한다(S120). 팔 부분(11)에 충돌이 있는 경우이므로, 충돌 대상물과 구 20의 중심과의 거리는 구 20의 반지름보다 작은 값을 가진다. 따라서, 충돌 대상물과 구 20과의 사이에 충돌이 있는 것으로 판단한다. 다음 현재 노드인 노드 30이 리프 노드인지를 판단한다(S130).
노드 30은 리프 노드가 아니므로, 자식 노드를 검색하여, 노드 31을 다시 현재 노드로 설정한다(S150). 현재 노드인 노드 31에 대해 충돌 여부를 판단하는데(S120), 팔 부분(11)에 충돌이 있으므로, 몸통 부분(10)에 대응하는 구 21과 충돌 대상물과의 사이에는 충돌이 없는 것으로 판단된다. 따라서, 현재 노드에 대해 형제 노드가 있는지를 판단한다(S160).
노드 31의 형제 노드로 노드 32가 존재하므로, 노드 32를 현재 노드로 설정한다(S170). 현재 노드 32에 대해 다시 충돌 여부를 판단한다(S120). 이와 같은 과정을 반복하면, 팔 부분(11)에 충돌이 있음을 검출할 수 있게 된다.
일 실시예에 있어서, 상기 설명한 바와 같은 충돌 검출이 있는 경우 충돌 이벤트(event)를 발생하도록 한다. 이와 같은 충돌 이벤트는 다음 수학식 6의 실시예와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112005003774516-pat00006
수학식 6의 실시예에서 정의된 이벤트 노드는 수학식 1에 정의된 충돌 아바타 또는 수학식 2에 정의된 충돌 대상물에 정의된 변수 collsionResult에 저장된다.
수학식 6에서 정의된 변수 중 object는 충돌 이벤트가 저장되는 물체 자신에 대한 정보를 나타낸다. 변수 affectedObject는 충돌한 다른 물체에 대한 정보를 나타낸다. 예를 들어 CollsionResult가 충돌 아바타에 대해 발생한 경우, 변수 object는 충돌 아바타 자신의 번호를 나타내고 변수 affectedObject는 충돌 아바타 와 충돌한 충돌 대상물의 번호를 나타낼 수 있다.
변수 collisionPlanes는 충돌이 발생한 면에 대한 정보를 나타낸다. 일 실시예에 있어서, collisionPlanes는 다음 수학식 7에 정의된 collisionPlane을 하나 이상 지정할 수 있다.
Figure 112005003774516-pat00007
수학식 7의 실시예에서 변수 collisionPoint는 충돌 지점의 좌표값을 나타낸다. 변수 collisionNormal은 충돌면에 대한 법선 벡터(nornal vector)를 나타낸다. 변수 collisionDepth는 충돌 깊이, 즉 충돌로 인해 양쪽 물체가 겹쳐진 정도를 나타낸다. 변수 sphereID는 충돌이 발생한 충돌 검출 구조체인 구의 번호를 나타낸다.
수학식 7에서 정의된 변수들을 도 6a 및 도 6b를 참조하여 상세히 설명한다.
수학식 1 또는 수학식 2에 정의된 변수 중 collisionResultType은 충돌 후에 발생하는 이벤트에 있어서, 충돌이 발생한 모든 면에 대한 정보를 생성할 것인지, 아니면 충돌이 발생한 면들의 평균적인 값만을 포함하는 정보를 생성할 것인지를 결정하는 변수이다. 변수 collisionResultType이 all의 값을 가지는 경우 모든 면에 대한 정보를 생성하며, 변수 collisionResultType이 average의 값을 가지는 경우 평균값만을 생성한다.
도 6a는 변수 collisionResultType이 all의 값을 가지는 경우를 나타낸 것이다. 도 6a의 예에서는 두 개의 면과의 충돌이 발생하였다. 첫번째 면과의 충돌에 있어서 충돌 지점은 P1이며, 충돌 법선은 n1, 그리고 충돌 깊이는 d1이다. 두번째 면과의 충돌에 있어서 충돌 지점은 P2이고, 충돌 법선은 n2, 그리고 충돌 깊이는 d 2이다.
도 6b는 변수 collisionResultType이 average의 값을 가지는 경우를 나타낸 것이다. 도 6a와 같은 충돌이 일어난 경우이지만, 두 면에 대한 충돌의 평균값을 취한다. 이 경우, 충돌 지점은 Pa, 충돌 법선은 na, 그리고 충돌 깊이는 da 의 값을 가진다.
도 6a의 경우와 같이 충돌이 발생한 모든 면에 대해 정보를 생성하는 경우 정확한 결과를 얻을 수 있는 장점이 있으나, 연산의 시간이 길어지는 단점이 있다. 반면, 도 6b의 경우와 같이 충돌이 발생한 면들의 평균값에 대해서만 정보를 생성하는 경우 처리가 단순하여 연산의 시간이 단축되는 장점이 있으나, 결과의 정확성이 낮아지는 단점이 있다.
충돌이 일어난 경우, 궤적 변화, 파괴, 또는 변형과 같은 반응들이 발생할 수 있다. 궤적 변화란 물체의 모양이 유지되면서 탄성 또는 비탄성 충돌이 일어나 는 경우를 말한다. 파괴란 물체의 모양이 손실되는 경우를 말한다. 이 경우 충격량이나 물체의 견고함(solidity)에 의해 파괴 정도가 달라질 수 있다. 변형이란 물체의 모양이 변형되는 경우를 말한다. 이 경우 충격량이나 물체의 유동성(fluidity)에 의해 변형 정도가 달라질 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 충돌에 따른 궤적 처리의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7a는 각각의 물체가 자신의 궤적에 따라 운동하는 것을 나타내고 있다. 궤적 40은 충돌 아바타의 궤적을 나타내며, 궤적 42는 충돌 아바타의 궤적을 나타낸다. 도 7a의 두 물체가 서로 충돌한 순간을 도 7b에 나타내고 있다. 이때 충돌에 의해서 충돌 아바타에는 벡터 44와 같은 힘이 작용하게 된다. 도 7c는 충돌 후의 궤적의 변화를 나타낸 도면이다. 충돌 아바타는 원래의 궤적 40에 따라 운동하려는 힘 46이 작용하고 있으며 충돌에 의해 힘 44가 작용하여, 두 힘이 합성된 힘에 의해 궤적 48에 따라 운동하게 된다.
상기와 같은 힘의 합성 및 이에 따른 궤적의 변화를 상세히 설명하면 다음과 같다.
충돌이 발생한 바로 직후의 속도는 수학식 8의 운동량 보존 법칙과 탄성 충돌 운동 법칙 등을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure 112005003774516-pat00008
수학식 8에서 m은 질량(mass)을, v는 속도(velocity)를 나타낸다. 윗첨자 0은 충돌 전의 변수임을 나타내며, 윗첨자 1은 충돌 후의 변수임을 나타낸다. 또한 아래첨자 avatar는 충돌 아바타(collision avatar)에 대한 변수임을 나타내며, 아래첨자 obs는 충돌 장애물(collision obstacle)에 대한 변수임을 나타낸다.
이와 같은 법칙들에 의해 충돌 직후의 충돌 아바타의 속도 및 충돌 장애물의 속도를 계산하면 다음 수학식 9 및 수학식 10과 같다.
Figure 112005003774516-pat00009
Figure 112005003774516-pat00010
수학식 9 및 수학식 10에서 아래첨자 a는 충돌 아바타(collision avatar)에 대한 변수임을 나타낸다. 기호 e는 탄성 계수를 나타낸다. 그외의 다른 기호들은 수학식 8에서와 같다.
충돌 직후의 속도를 계산한 후에는 매 프레임마다 원래의 궤적과의 차이가 미리 정한 한계값 이내가 될 때까지 속도 v를 갱신하면서 이동한다. 매 프레임마다의 힘과 속도의 계산은 다음 수학식 11 내지 수학식 13에 의한다.
Figure 112005003774516-pat00011
Figure 112005003774516-pat00012
Figure 112005003774516-pat00013
도 8은 이와 같은 계산에 의해 속도 v가 갱신되는 것을 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 우선 수학식 11에 의해 힘 F가 정해진다. 다음 수학식 12와 수학식 13에 의해 속도 v의 변화값이 계산된다. 이 값을 원래의 속도(old v)에 더해주면 새로운 속도(new v)를 구할 수 있다.
도 9는 이와 같은 과정을 통해 물체의 궤적이 변화하는 것을 시간의 변화에 따라 나타낸 도면이다. 도 9를 참조하면, 시간의 변화에 따라 변화하는 궤적과 원 궤적과의 차이(51 내지 54)를 계산한다. 원 궤적과의 차이가 미리 설정한 한계값 이내가 되면, 새로운 속도를 계산하여 구한 궤적과 원래의 궤적과의 차이가 거의 없게 된다. 따라서, 복잡한 계산을 통하여 궤적을 새로 구할 필요가 없다. 따라서, 계산된 궤적과 원 궤적과의 차이가 한계값 이내가 될 때까지만, 상기와 같은 궤적 계산을 수행하게 된다.
본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터(정보 처리 기능을 갖는 장치를 모두 포함한다)가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장 장치 등이 있다.
비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.
본 발명에 따른 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법 및 장치에 의하면, 구, 선, 면 등의 간단한 구조를 가지는 충돌 검출용 객체를 이용하여 충돌 검출을 수행함으로써 충돌 검출이 신속하고 간편하게 수행될 수 있도록 하며, 또한 충돌 후의 처리에 있어서 실제 세계와 유사한 모사가 가능하게 된다. 또한 충돌 검출에 효과적인 구조체를 제안함에 의해 효과적인 충돌 처리와 데이터의 효과적인 압축이 가능한 효과가 있다.

Claims (31)

  1. (a) 트리 구조로 표현된 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체를 포함하는 3차원 그래픽스 환경 상에서, 상기 트리 구조의 각각의 노드에 대응하는 충돌 검출용 객체와 상기 3차원 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌 여부를 검출함에 의해, 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 상기 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌을 검출하는 단계; 및
    (b) 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대해 충돌이 있는 경우, 상기 충돌이 발생한 노드에 포함된 충돌 처리에 관련한 상수들을 이용하여, 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적을 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 노드에 대응하는 충돌 검출용 객체는 하나의 구(sphere)인 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 충돌 처리에 관련한 상수들은 질량, 속도, 가속도, 탄성 계수, 복원 계수 및 마찰 계수 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 (a) 단계는,
    (a1) 상기 트리의 루트 노드를 현재 노드로 설정하는 단계;
    (a2) 설정된 현재 노드에 대응하는 구에 대하여 충돌이 있는지를 판단하는 단계;
    (a3) 상기 현재 노드에 대응하는 구에 대하여 충돌이 있는 경우, 상기 현재 노드가 리프 노드이면 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대하여 충돌이 있는 것으로 결정하고, 상기 현재 노드가 리프 노드가 아니면 상기 현재 노드의 자식 노드 중의 하나를 현재 노드로 설정하고 상기 (a2) 단계부터 반복하는 단계; 및
    (a4) 상기 현재 노드에 대응하는 구에 대하여 충돌이 없는 경우, 상기 현재 노드의 형제 노드가 있으면 상기 형제 노드를 현재 노드로 설정하고 상기 (a2) 단계부터 반복하고, 상기 현재 노드에 대해 형제 노드가 없으면 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대해 충돌이 없는 것으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 (a2) 단계는,
    현재 노드에 대응하는 구의 중심과 상기 그래픽스 환경 상의 물체와의 거리를 상기 구의 반지름과 비교하여 충돌 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 상기 그래픽 환경 상의 다른 물체 간의 충돌이 있는 경우, 충돌 이벤트를 발생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 충돌 이벤트는, 충돌이 일어난 지점의 좌표, 충돌면에 대한 법선 벡터, 또는 충돌 깊이에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 충돌 이벤트는,
    충돌이 발생한 모든 면에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 충돌 이벤트는,
    충돌이 발생한 면들의 평균적인 값만을 반영한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 그래픽스 환경 상의 물체들은 구, 면, 또는 선의 구조를 가지는 충돌 검출용 객체를 이용하여 정의되는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 충돌한 상기 그래픽스 환경 상의 물체가 면의 구조를 가지는 경우, 상기 충돌이 발생한 모든 면에 대하여 충돌 깊이, 충돌 지점, 및 충돌 방향을 고려하여 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 충돌한 상기 그래픽스 환경 상의 물체가 면의 구조를 가지는 경우, 상기 충돌이 발생한 면들에 대하여 충돌 깊이, 충돌 지점, 및 충돌 방향의 평균적인 값들만을 고려하여 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대한 속도를 계산하는 단계;
    (b2) 상기 속도에 따라 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대한 궤적을 계산하는 단계; 및
    (b3) 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적과 충돌이 없는 경우 의 궤적과의 차이가 미리 정한 한계값 이내가 될 때까지 상기 (b1) 및 (b2) 단계를 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 (b1) 단계는,
    상기 계산할 속도가 충돌 바로 직후의 속도인 경우 탄성 충돌 운동 법칙을 이용하여 상기 속도를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 방법.
  16. 트리 구조로 표현된 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체를 포함하는 3차원 그래픽스 환경 상에서, 상기 트리 구조의 각각의 노드에 대응하는 충돌 검출용 객체와 상기 3차원 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌 여부를 검출함에 의해, 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 상기 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌을 검출하는 충돌검출부; 및
    상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대해 충돌이 있는 경우, 상기 충돌이 발생한 노드에 포함된 충돌 처리에 관련한 상수들을 이용하여, 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적을 변경하는 궤적처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 각각의 노드에 대응하는 충돌 검출용 객체는 하나의 구(sphere)인 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  18. 삭제
  19. 제16항에 있어서, 상기 충돌 처리에 관련한 상수들은 질량, 속도, 가속도, 탄성 계수, 복원 계수 및 마찰 계수 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 충돌검출부는,
    상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 트리 구조를 저장하는 트리저장부;
    상기 트리 구조 중에서 현재 충돌 여부를 판단할 현재 노드를 설정 및 저장하는 현재노드설정부;
    상기 현재 노드의 형제 노드를 검색하는 형제노드검색부;
    상기 현재 노드의 자식 노드를 검색하는 자식노드검색부;
    상기 현재 노드가 리프 노드인지를 판단하는 리프노드판단부; 및
    상기 현재 노드에 대응하는 구에 대하여 충돌이 있는지를 판단하는 충돌판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 충돌판단부는,
    현재 노드에 대응하는 구의 중심과 상기 그래픽스 환경 상의 물체와의 거리를 상기 구의 반지름과 비교하여 충돌 여부를 판단하는 거리계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 상기 그래픽 환경 상의 다른 물체 간의 충돌이 있는 경우, 충돌 이벤트를 발생하는 충돌이벤트발생부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 충돌 이벤트는, 충돌이 일어난 지점의 좌표, 충돌면에 대한 법선 벡터, 또는 충돌 깊이에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 충돌 이벤트는,
    충돌이 발생한 모든 면에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  25. 제22항에 있어서, 상기 충돌 이벤트는,
    충돌이 발생한 면들의 평균적인 값만을 반영한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  26. 제16항에 있어서, 상기 그래픽스 환경 상의 물체들은 구, 면, 또는 선의 구조를 가지는 충돌 검출용 객체를 이용하여 정의되는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 궤적처리부는,
    상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 충돌한 상기 그래픽스 환경 상의 물체가 면의 구조를 가지는 경우, 상기 충돌이 발생한 모든 면에 대하여 충돌 깊이, 충돌 지점, 및 충돌 방향을 고려하여 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적을 계산하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  28. 제26항에 있어서, 상기 궤적처리부는,
    상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 충돌한 상기 그래픽스 환경 상의 물체가 면의 구조를 가지는 경우, 상기 충돌이 발생한 면들 전체에 대하여 충돌 깊이, 충돌 지점, 및 충돌 방향의 평균적인 값들만을 고려하여 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적을 계산하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  29. 제16항에 있어서, 상기 궤적처리부는,
    상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대한 속도를 계산하는 속도계산부;
    상기 속도에 따라 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대한 궤적을 계산하는 궤적계산부; 및
    상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적과 충돌이 없는 경우의 궤적과의 차이가 미리 정한 한계값 이내인지를 판단하는 궤적비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 속도계산부는,
    상기 계산할 속도가 충돌 바로 직후의 속도인 경우 탄성 충돌 운동 법칙을 이용하여 상기 속도를 계산하는 충돌직후속도계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 그래픽스 환경 상에서의 충돌 처리 장치.
  31. 트리 구조로 표현된 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체를 포함하는 3차원 그래픽스 환경 상에서, 상기 트리 구조의 각각의 노드에 대응하는 충돌 검출용 객체와 상기 3차원 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌 여부를 검출함에 의해, 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체와 상기 그래픽스 환경 상의 다른 물체 간의 충돌을 검출하는 단계; 및
    상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체에 대해 충돌이 있는 경우, 상기 충돌이 발생한 노드에 포함된 충돌 처리에 관련한 상수들을 이용하여, 상기 사용자의 조정에 의해 움직이는 물체의 궤적을 변경하는 단계를 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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