KR100872434B1

KR100872434B1 - 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100872434B1
Application number: KR1020070107669A
Authority: KR
Inventors: 김장희; 이만재; 구본기; 표순형; 오승택; 김영희; 노병석
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2008-12-05
Also published as: US20090112526A1

Abstract

본 발명은 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 유체를 표현하고 있는 주어진 입자 데이터를 유체 입자 분석 모듈에서 분석하여 해상도를 결정할 정보를 획득하고, 획득한 정보를 이용하여 해상도 결정 모듈에서 지역별 해상도를 결정한 후, 결정된 지역별 해상도를 이용하여 유체 파티클 재구성 모듈에서 각 해당 지역의 파티클을 각 지역별 해상도에 대응한 파티클로 재구성하고, 재구성된 파티클을 이용하여 다중 해상도 유체 시뮬레이션 모듈에서 시뮬레이션한 후, 다음 프레임의 유체 파티클 위치 정보를 획득한다. 이에 따라, 지역적으로 서로 다른 해상도를 적용하여 시뮬레이션함으로써 한정된 계산자원에서의 고해상도 유체 시뮬레이션이 가능하다.

다중 해상도, 유체 파티클, 시뮬레이션

Description

다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SIMULATING PARTICLE FLUID HAVING MULTI-RESOLUTION}

본 발명은 유체 파티클 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 애니메이션 및 영화에서 사용되는 유체 파티클에 다중 해상도를 적용하여 시뮬레이션 결과를 보다 상세하고 정확하게 표현할 수 있는 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2004-S-606, 과제명: 영상 특수효과용 유체 시뮬레이션 기술 개발].

애니메이션 제작중에서 유체가 등장하는 장면 표현에 있어 보다 사실적이고 풍부한 표현을 가능케 하여 다양한 유체 장면을 사실적으로 연출하도록 하는 노력이 이루어지고 있다.

이에, 다양한 영화 및 애니메이션에 유체 표현의 사실적인 표현을 위해 많은 기술들이 개발되고 있으나, 많은 부분에서 유체의 상세함이 사용자의 욕구를 충족시키지 못하여 사실적인 표현의 한계를 드러내고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 지역별로 해상도를 달리하여 유체 파티클을 재구성한 후 재구성된 유체 파타클을 이용하여 유체 시뮬레이션을 수행하는 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.

즉, 본 발명은 애니메이션 및 영화에서 사용되는 유체 시뮬레이션 결과를 보다 상세하고 정확하게 표현하고자 하는 방법으로써, 현재 입자 형태로 표현된 유체 데이터의 구조를 파악하는 방법, 이것을 이용해 시뮬레이션이 진행중인 각 지역의 해상도를 결정하는 방법, 결정된 해상도를 이용하여 유체 파티클을 재구성하는 방법, 그리고 이것을 이용해 다중 해상도 유체 시뮬레이션을 하는 방법을 제안하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템은, 외부 환경의 유체를 대표하는 입자로부터 물 입자의 분포를 분석하는 유체 입자 분석 모듈; 분석된 데이터를 이용하여 각 지역의 시뮬레이션 해상도를 결정하는 해상도 결정 모듈; 결정된 해상도에 맞도록 유체 파티클을 재구성하는 유체 파티클 재구성 모듈; 및 이렇게 구성된 유체 파티클을 이용하여 유체 시뮬레이션을 수행하는 다중 해상도 유체 시뮬레이션 모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 방법은, 외부 환경의 유체를 대표하는 입자로부터 물 입자의 분포를 분석하는 단계; 분석된 데이터를 이용하여 각 지역의 시뮬레이션 해상도를 결정하는 단계; 결정된 해상도에 맞도록 유체 파티클을 재구성하는 단계; 및 이렇게 구성된 유체 파티클을 이용하여 유체 시뮬레이션을 수행하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템 및 방법은, 지역적으로 서로 다른 해상도를 적용하여 시뮬레이션함으로써 한정된 계산자원에서의 고해상도 유체 시뮬레이션이 가능하며, 기존의 유체 시뮬레이션 기술로는 표현하기 어려웠던 상세한 유체 표면 및 디테일 등을 표현할 수 있게 되고, 이에 따라 보다 풍부한 표현의 애니메이션을 제작할 수 있다.

이하, 본 발명의 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템은, 이전 프레임에서의 시뮬레이션 결과에서 파티클의 위치 정보를 이용하여 해상도 결정에 사용할 유체 파티클의 구성 정보를 분석하는 유체 입자 분석 모 듈(Analyzing Fluid Particle Module, 10), 분석된 유체 입자 정보를 이용하여 시뮬레이션이 되고 있는 각 지역의 해상도를 결정하는 해상도 결정 모듈(Determining Resolution Level Module, 20), 결정된 해상도에 맞도록 각 지역의 유체 파티클을 재구성하는 유체 파티클 재구성 모듈(Reforming Fluid Particles Module, 30), 및 이렇게 재구성된 다양한 해상도의 유체 파티클을 이용하여 다음 프레임의 각 파티클의 위치를 추적하고 계산하는 다중 해상도 유체 시뮬레이션 모듈 (Moving, Destroying Ripple and Foam Particle Module, 40)을 포함한다.

유체 입자 분석 모듈(10)은 외부의 삼차원 유체 시뮬레이터를 사용해 생성한 입자(particle) 정보를 입력으로 사용한다. 입자의 위치 정보를 이용, 입자들이 어떻게 분포되어 있는지 파악하고 유체 표면으로부터의 거리를 계산하여 그것을 하나의 완성된 정보로 저장을 하게 된다. 또한 사용자가 지정한 관심도를 가중치로 활용하여 이 부분에 적용하여 다음 모듈에서 활용할 정보를 완성하게 된다. 이렇게 완성된 데이터 정보는 곧 해상도 결정 모듈(20)에서 해상도 단계를 결정하는데 사용된다.

해상도 결정 모듈(20)은 이렇게 획득한 정보를 활용하여 각 지역의 해상도 단계를 어떻게 정할 것인지를 판단한다. 흔히 가시적인 효과를 위해서 가장 상세히 풀어야 할 부분은 유체의 표면이 된다. 따라서 이 부분을 보다 상세히 하면서도 전체적인 시뮬레이션의 정확성과 안정성을 유지할 수 있도록 각 지역의 해상도를 결정한다. 또한 현재 사용 가능한 계산 자원의 종류와 양도 판단하여 수행 가능한 최적의 해상도를 찾는 작업을 이 모듈에서 하게 된다. 이렇게 결정된 해상도는 곧 유 체 파티클 재구성 모듈(30)에서 사용하게 된다.

유체 파티클 재구성 모듈(30)은 해상도 결정 모듈(20)에서 결정한 해상도를 이용하여 현재의 유체 파티클들의 분포를 다시 종합하여 재구성하게 된다. 현재의 파티클의 구성은 위의 해상도 결정 모듈(20)에서 결정한 해상도에 맞도록 구성된 상태가 아니다. 따라서 이를 결정한 해상도에 맞춰 다시 재구성할 필요가 있다. 이에 유체 파티클 재구성 모듈(30)에서는 각 지역의 해상도를 먼저 살펴보고 파티클의 구성 상태를 분석한 이후에 이전의 부피와 모양을 그대로 유지할 수 있고 결정한 해상도에 부합하는 최적의 형태로 파티클들을 재구성한다. 이 때 기존 파티클의 성격과 속성이 달라질 수도 있고, 새로운 파티클이 더해지거나 기존의 파티클이 삭제될 수도 있다. 이 작업을 거치고 나면 다중 해상도 유체 시뮬레이션 모듈(40)에서 다음 프레임의 파티클의 위치를 추적하게 된다.

다중 해상도 유체 시뮬레이션 모듈(40)은 유체 파티클 재구성 모듈(30)에서 재구성한 유체 파티클을 이용하여 다음 프레임에서의 파티클들의 위치를 추적하게 된다. 여기서 사용되는 유체 파티클들은 그 종류가 균일하지 않다. 따라서 일반적인 시뮬레이션 방법으론 쉽게 결과를 얻을 수가 없다. 이에 유체 시뮬레이션 모듈(40)에서는 시뮬레이션 방법에 파티클의 종류를 고려하는 부분을 넣어 계산을 한다. 파티클의 종류는 이웃 파티클에 미치는 힘의 크기를 계산할 때 작용하여 그 힘의 크기를 적절히 조절해 주어 정확하고 안정적인 시뮬레이션이 이루어지도록 한다. 그 결과 다음 프레임의 파티클의 위치를 정확히 추적할 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 방법을 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 이전 프레임의 시뮬레이션된 파티클의 정보를 입력으로 받아들인다. 받아들인 파티클 데이터는 유체 입자 분석 모듈(10)에서 각각의 성분별로 분류된다. 이곳에서는 받아들인 유체 입자들의 위상을 파악하게 된다. 실제로 유체를 눈으로 보는 부분은 유체의 내부가 아닌 외부가 된다. 결국 보다 세심하게 고려해야 할 부분은 유체의 내부보다는 외부가 된다. 따라서 받아들이는 유체 입자는 외부로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 분석하여 그 정보를 생성하게 된다. 이것 이외에도 특별히 관심이 있는 부분을 사용자로부터 받을 수 있고 이 정보를 관심 정도에 따라 파티클들을 분류하는 작업을 거쳐 정보를 생성한다. 이렇게 유체 입자 분석 모듈(10)에서 분석된 정보는 이후에 해상도 결정 모듈(20)에서 사용된다(S1).

해상도 결정 모듈(20)에서는 분석된 유체 입자 정보를 이용, 그곳에 맞는 적절한 해상도 단계를 만들어 낸다. 유체 입자 정보를 이용하여 보다 중요하고 상세히 풀어야 한다고 판단되는 부분은 상세한 해상도를, 그렇지 않은 부분은 보다 성긴 해상도를 적용한다. 이 때 중요한 것은 이웃한 지역끼리의 해상도의 이음새가 시뮬레이션에 지장을 주지 않도록 부드러워야 한다는 것이다. 그렇지 않으면 우리가 원하는 정확한 시뮬레이션이 불가능해진다. 이렇게 각 지역의 해상도가 결정되면 그 정보가 유체 파티클 재구성 모듈(30)로 넘어간다(S2).

유체 파티클 재구성 모듈(30)은 입력으로 받은 각 지역의 해상도를 이용하여 해당 지역의 파티클들을 재구성하여 해상도에 맞는 파티클로 다시 만든다. 이때 주의해야 할 점은 다시 재구성된 파티클은 이전의 파티클과 동일한 부피와 모양을 가져야 한다는 점이다. 그렇지 않다면 재구성된 파티클들은 이전의 파티클과의 연속성을 잃어버려 자연스러운 시뮬레이션이 불가능해진다. 따라서 재구성된 파티클은 이전의 파티클과의 연속성을 잃지 않고 단지 해상도만 바꾸어주는 역할만 하여야 한다(S3).

이렇게 재구성된 파티클은 다중 해상도 유체 시뮬레이션 모듈(40)에서 다음 프레임의 파티클 위치 정보를 추적하기 위한 시뮬레이션이 진행된다. 유체 파티클 재구성 모듈에서 제공하는 파티클은 단지 한 종류의 파티클만 보내는 것은 아니다. 따라서 일반적인 한 종류의 파티클만으로 시뮬레이션하는 방법으론 자연스러운 시뮬레이션이 불가능하다. 따라서 이 모듈에서는 다양한 해상도를 지닌 유체 파티클들을 자연스럽게 시뮬레이션하여 다음 프레임의 파티클들의 위치를 추적할 수 있도록 한다. 이렇게 추적한 파티클들의 위치는 다시 유체 입자 분석 모듈(10)에서 입력으로 받아 동일한 과정을 반복하게 된다(S4). 본 발명의 전체 구성은 개개 모듈의 방법론에 구애 받지 않는다.

이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 유체 입자 분석 모듈

20 : 해상도 결정 모듈

30 : 유체 파티클 재구성 모듈

40 : 다중 해상도 유체 시뮬레이션 모듈

Claims

유체를 표현하고 있는 주어진 입자 데이터를 분석하여 해상도를 결정할 정보를 획득하는 유체 입자 분석 모듈;

상기 획득한 정보를 이용하여 지역별 해상도를 결정하는 해상도 결정 모듈;

상기 결정된 지역별 해상도를 이용하여 각 해당 지역의 파티클을 각 지역별 해상도에 대응한 파티클로 재구성하는 유체 파티클 재구성 모듈; 및

상기 재구성된 파티클을 이용하여 시뮬레이션한 후, 다음 프레임의 유체 파티클 위치를 획득하는 다중 해상도 유체 시뮬레이션 모듈

을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템.
유체를 표현하고 있는 주어진 입자 데이터를 유체 입자 분석 모듈에서 분석하여 해상도를 결정할 정보를 획득하는 단계;

상기 획득한 정보를 이용하여 해상도 결정 모듈에서 지역별 해상도를 결정하는 단계;

상기 결정된 지역별 해상도를 이용하여 유체 파티클 재구성 모듈에서 각 해당 지역의 파티클을 각 지역별 해상도에 대응한 파티클로 재구성하는 단계; 및

상기 재구성된 파티클을 이용하여 다중 해상도 유체 시뮬레이션 모듈에서 시뮬레이션한 후, 다음 프레임의 유체 파티클 위치 정보를 획득하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 방법.
제2항에 있어서, 상기 해상도를 결정할 정보는 입자 데이터로부터 해당 입자의 위치 정보와, 상기 위치 정보를 이용하여 파악된 분포 상태 데이터와, 해당 입자의 유체 표면으로부터의 거리 데이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 방법.
제3항에 있어서, 상기 해상도를 결정할 정보는 해상도에 관한 가중치 데이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 방법.
제2항에 있어서, 상기 지역별 해상도를 결정하는 단계에서 다른 지역에 대비하여 유체 표면에서의 해상도를 가장 높게 결정하는 것을 특징으로 하는 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 방법.
제5항에 있어서, 상기 지역별 해상도는 이웃하는 해상도와의 차이가 설정값 이내에서 결정되는 것을 특징으로 하는 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 방법.
제2항에 있어서, 상기 각 지역별 해상도에 대응한 파티클로 재구성하는 단계에서 상기 지역별 해상도와 파티클의 구성 상태를 분석한 후, 상기 재구성할 때 이 전 부피와 모양을 유지시키는 것을 특징으로 하는 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 방법.
제2항에 있어서, 상기 시뮬레이션은 파티클의 종류에 대응하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 방법.