KR100932218B1 - 음악 분수 시뮬레이션 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음악 분수(musical fountain)를 가상적으로 시뮬레이션하는 방법 및 시스템을 개시한다. 본 발명의 음악 분수 시뮬레이션 방법은 a) 음악 분수를 구성하는 구성 요소들에 대한 설정 정보를 입력 받고, 상기 설정 정보에 따른 음악 분수 디자인 영상을 생성하는 단계; b) 타임 라인을 기반으로 하여 상기 구성 요소들을 제어하는 시나리오 정보를 재생하고자 하는 음악 정보에 따라 생성하는 단계; 및 c) 상기 생성된 음악 분수 디자인 영상과 시나리오 정보를 이용하여 음악 분수 시뮬레이션 영상을 생성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 음악 분수를 실제로 제작하지 않고도 음악 분수 쑈를 구현 할 수 있으며, 음악 분수 제작의 효율성을 향상 시킬 수 있고, 사용자가 원하는 모습의 분수를 빠르면서도 정확하게 디자인할 수 있으며, 음악 분수 시나리오도 빠르게 생성할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 영상을 통해 이미 생성된 시나리오를 확인하면서 필요에 따라 다양한 수정을 가하는 것이 가능하기 때문에 음악 분수 시나리오를 저작하는 작업의 능률과 정확성을 향상시키는데 기여할 수 있다

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Description

음악 분수 시뮬레이션 방법 및 시스템{Musical fountain simulation method and system}

본 발명은 음악 분수 시뮬레이션 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 특히 음악의 흐름에 따라 제어되는 음악 분수를 3차원 영상을 통해 시뮬레이션하고, 음악 분수 시나리오를 저작할 수 있는 음악 분수 시뮬레이션 방법 및 시스템에 관한 것이다.

분수(fountain)는 여러 문화 시설과 공원에서 장식적 효과 뿐만 아니라 공기 정화 등 친환경적 효과 및 관광객들에게 휴식을 줄 수 있는 수단으로 널리 사용되고 있다. 특히 음악에 맞추어서 분수의 모양이 변화하는 음악 분수(musical fountain)는 시각적인 효과 외에 청각적인 효과를 더함으로써 그 효과를 높이고 있다. 유명한 라스베가스(Las Vegas)나 바르셀로나(Barcelona)의 음악 분수 뿐만 아니라, 국내 일산 호수 공원에 설치된 '노래하는 분수', 예술의 전당에 설치된 '세계음악분수' 등 큰 규모의 음악 분수에서부터, 지방 공원이나 건물의 로비 등에서 까지 음악 분수는 다양한 장소에서 사용되고 있다.

일반적으로 음악 분수를 디자인 하는 경우, 음악 분수 제작자가 분수 노즐의 스펙 상의 모양을 보고 경험에 의존하여 분수 전체의 모습을 예상하여 이루어지게 된다. 음악 분수의 시나리오를 생성하는 경우도 마찬가지로 시나리오 제작자가 음악을 들으면서 경험에 의존하여 분수의 노즐 및 조명의 모습을 조정하게 되며, 대부분의 작업들이 모두 숙련된 전문가에 의해서만 이루어지고 있다. 따라서 하나의 음악 분수 시나리오를 생성하는 데 걸리는 시간과 비용도 상당한 편이며, 수준 높은 시나리오 생성을 위해서는 외국의 전문가를 초청하여 시나리오를 생성해야 하는 등, 음악분수는 초기 비용 뿐 아니라 유지 보수 비용도 상당하게 된다. 국내외의 대부분의 음악분수의 경우 시나리오를 한번 생성한 후 이를 반복적으로 재생하는 형태를 갖고 있으며, 따라서 사용되는 음악 및 시나리오도 상당히 제한된다는 한계가 있다.

대한민국 공개특허 제2006-15854호는 자체 모듈 주소를 가지며 외부의 스위칭 제어 신호를 전달 받아 분수를 구동시키는 외부 모듈, 사용자 입력 수단, 음악 분수를 연출하는 컴퓨터 및 제어 신호를 출력하는 제어 신호 통신 카드를 포함하는 음악 분수 연출 시스템을 개시하고 있다. 또한, 대한민국 공개특허1999-70661호는 컴퓨터에 내장된 음악 또는 외부 입력 음악 출력에 따라 분수의 패턴 및 분수의 강약이 연동되는 분수 시스템을 개시하고 있고, 대한민국 등록실용신안 제435218호는 사운드의 레벨과 분수 노즐의 분수량을 동기화 시킨 음악 분수 시나리오 작성 방법을 개시하고 있다. 그러나, 종래 특허의 경우 음악 분수 시스템을 현장에 적용하는 방법을 개시하고 있을 뿐, 음악 분수 시스템을 현장에 적용하기 이전에 적용하고자 하는 음악 분수 시스템을 시뮬레이션할 수 있는 방법은 개시한 바 없다.

상기 종래 기술의 한계를 고려하여, 본 발명은 음악 분수를 실제로 제작하지 않고도 음악 분수를 구현 할 수 있고, 사용자가 원하는 모습의 분수를 빠르면서도 정확하게 디자인할 수 있으며, 또한 음악 분수 시나리오에 따라 구동되는 가상의 음악 분수에 대한 시뮬레이션 영상을 통해 이미 생성된 시나리오를 필요에 따라 다양한 수정을 가함으로써 수준 높은 음악 분수 시나리오를 저작할 수 있는 음악 분수 시뮬레이션 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 음악 분수 시나리오 제작 경험이 부족한 사람이라도 손쉽게 자신이 원하는 시나리오를 생성할 수 있고, 음악 분수 디자인 및 시나리오 생성의 비용을 절감할 수 있으며, 다양한 소규모 음악분수 제작 및 운용에도 활용할 수 있는 음악 분수 시뮬레이션 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 음악 분수 시뮬레이션 방법은 a) 음악 분수를 구성하는 구성 요소들에 대한 설정 정보를 입력 받고, 상기 설정 정보에 따른 음악 분수 디자인 영상을 생성하는 단계; b) 타임 라인을 기반으로 하여 상기 구성 요소들을 제어하는 시나리오 정보를 재생하고자 하는 음악 정보에 따라 생성하는 단계; 및 c) 상기 생성된 음악 분수 디자인 영상과 시나리오 정보를 이용하여 음악 분수 시뮬레이션 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 a) 단계는 a1) 음악 분수의 아웃 라인을 나타내는 영상 파일을 생성 또는 독출하는 단계; a2) 상기 음악 분수를 구성하는 분사 노즐 및 조명에 대한 설정 정보를 입력 받고, 상기 a1) 단계에서 생성된 또는 독출된 영상 파일에 상기 분사 노즐 및 조명을 삽입시킨 2차원 영상을 생성하는 단계; 및a3) 상기 2차원 영상을 3차원 영상으로 변환시킴으로써 음악 분수 디자인 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 b) 단계는 b1) 상기 재생하고자 하는 음악 정보에 따른 음파를 타임 라인 상에서 생성하는 단계; 및 b2) 상기 타임 라인 상에서 생성된 음파를 기준으로 상기 구성 요소 각각을 제어하기 위한 시나리오 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 상세히 설명하면 상기 b1) 단계는 b11) 상기 재생하고자 하는 음악 정보를 독출하는 단계; b12) B-스플라인 곡선을 이용하여 텐션 곡선을 모델링하고, 상기 모델링된 텐션 곡선을 수정하는 단계: 및b13) 상기 수정된 텐션 곡선에 따른 음파를 타임 라인 상에서 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 b2) 단계는b21) 상기 구성 요소 각각을 제어하기 위한 타임 라인을 생성하는 단계; 및b22) 상기 타임 라인 상에서 생성된 음파를 기준으로 상기 구성 요소 각각을 제어하기 위한 제어 패턴 정보를 상기 구성 요소 각각의 타임 라인 상에서 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 c) 단계의 음악 분수 시뮬레이션 영상에서 상기 분사 노즐을 통해서 분사되는 물에 대한 영상은 물이 복수개의 파티클 시스템을 통해 생성되며, 상기 파티클 시스템은 Direct X의 D3DLOCK_NOOVER_WRITE와 D3DLOCK_DISCARD를 사용하여 물에 대한 영상인 것이 바람직하다.

본 발명에서 음악 분수 구성 요소들은 재생하고자 하는 음악 분수의 아웃 라인, 분사 노즐, 조명, 음악 분수의 배경으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 a) 단계에서 음악 분수 디자인 영상은 미리 마련된 음악 분수 아웃 라인에 대한 영상들 중 선택된 하나 이상의 영상을 이용하여 생성되는 영상이다.

본 발명의 또 다른 일 태양으로서, 본 발명은 d) 상기 생성된 음악 분수 시뮬레이션 영상을 수정하기 위한 상기 설정 정보 또는 상기 시나리오 정보에 대한 수정 정보를 입력 받는 단계; 및 e) 상기 입력 받은 수정 정보에 따라 음악 시뮬레이션 영상을 생성하는 단계를 더 포함하는 음악 분수 시뮬레이션 방법을 제공한다.

상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 음악 분수 시뮬레이션 시스템은 음악 분수를 구성하는 구성 요소들에 대한 설정 정보를 입력 받고, 상기 입력 받은 설정 정보에 따라 음악 분수 디자인 영상을 생성하는 음악 분수 디자인부; 타임 라인을 기반으로 하여 상기 구성 요소들을 제어하는 시나리오 정보를 재생하고자 하는 음악 정보에 따라 생성하는 시나리오 생성부; 및 상기 생성된 분수 디자인 영상과 시나리오 정보에 따른 음악 분수 시뮬레이션 영상을 생성하는 시뮬레이션부를 포함한다.

본 발명에서 상기 시나리오 생성부는 상기 재생하고자 하는 음악에 따른 음파 정보를 타임 라인 상에서 생성하며, 생성된 음파 정보를 편집하는 음악 파일 편집부; 및 상기 타임 라인 상에서 생성된 음파를 기준으로 상기 구성 요소 각각을 제어하기 위한 시나리오 정보를 생성하는 구성 요소의 시나리오 생성부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 음악 분수 디자인부는 상기 미리 마련된 음악 분수의 아웃 라인과 관련하여 입력된 설정 정보에 따라 선택된 파일을 로딩하는 로딩부; 상기 로딩된 음악 분수의 아웃 라인 영상에 상기 분사 노즐 및 조명의 설정 정보에 따라 선택된 노즐 영상 및 조명 영상을 삽입시키는 노즐 및 조명 디자인부; 및 상기 노즐 및 조명 디자인부를 통해 생성된 음악 분수 디자인 영상에 대한 정보를 출력하는 정보 출력부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 상술한 음악 분수 시뮬레이션 방법을 컴퓨터 상에서 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.

본 발명에 따르면, 음악 분수를 실제로 제작하지 않고도 음악 분수 쑈를 구현 할 수 있으며, 음악 분수 제작의 효율성을 향상 시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 사용자가 원하는 모습의 분수를 빠르면서도 정확하게 디자인할 수 있으며, 이 분수로 만들어질 수 있는 음악 분수 시나리오도 빠르게 생성할 수 있다. 또한, 본 발명에서 제공하는 이미 생성된 음악 분수 시나리오에 따라 구동되는 가상의 음악 분수에 대한 시뮬레이션 영상은, 이미 생성된 시나리오를 확인하면서 필요에 따라 다양한 수정을 가하는 것을 가능하게 하기 때문에, 음악 분수 시나리오를 저작하는 작업의 능률과 정확성을 향상시키는데 기여할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 음악 분수 시뮬레이션 방법 및 시스템에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음악 분수 시뮬레이션 시스템(1)을 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 음악 분수 시뮬레이션 시스템(1)은 음악 분수 디자인부(10), 시나리오 생성부(20) 및 시뮬레이션 영상 생성부(30)를 포함한다.

음악 분수 디자인부(10)는 음악 분수를 구성하는 구성 요소 들에 대한 설정 정보를 입력 받고, 상기 설정 정보에 따른 음악 분수 디자인 영상을 생성한다. 음악 분수 디자인부(10)는 DXF 파일 로딩부(12), 노즐/조명 디자인부(14) 및 정보 출력부(16)를 포함한다.

DXF 파일 로딩부(12)는 분수의 외곽 지지부에 대한 설정 정보에 따라 선택된 DXF 파일을 로딩한다. 본 실시예에서 음악 분수의 아웃 라인과 주변 환경의 모습은 AUTOCAD 등의 다양한 CAD 프로그램을 이용하여 마련될 수 있다. DXF(Drawing Exchange Format) 파일은 범용적인 교환용 CAD 포맷으로써 이를 바탕으로 음악 분수의 아웃 라인을 디자인할 수 있다. 본 실시예에서 DXF 파일은 다양한 분수의 외곽 디자인에 따라 미리 마련된 것을 사용할 수 있다. DXF 파일 로딩부(12)는 DXF형식의 파일을 읽고 화면에 출력한다. 본 실시예에서 DXF 파일 로딩부(12)는 point, line, polyline, lwpolyline, vertex, arc, circle 등 기본적인 엔티티들을 읽고 화면에 출력한다. 또한, block, insert 등과 같이 모델링 시 사용되는 고급 기술 들도 사용 가능하다.

또한, 사용자의 화면에 디스플레이 되는 DXF 도면의 크기는 매우 다양하기 때문에 본 발명의 DXF 파일 로딩부(12)는 전체 DXF 파일을 모두 재생하는 전체 보기 모드와 일 부분 만을 선택하여 재생하는 선택 모드를 제공한다. 본 실시예에서는 DXF 파일 로딩부에 대하여 서술하였으나, DXF 파일 이외에도 음악 분수의 외곽 지지부의 영상을 3차원 상에서 나타낼 수 있는 파일을 로딩할 수 있는 장치라면 본 실시예에서 사용가능하다.

노즐/조명 디자인부(14)는 로딩된 DXF 파일에 따른 아웃 라인 영상에 노즐 영상과 조명 영상을 삽입시킨다. 상기 영상의 삽입은2차원 상에서 모델링 될 수 있다. DXF 파일 출력에 노즐과 조명, 수면 정보와 같이 실제로 분수의 모델링에서 사용되는 복수의 객체들을 화면에 출력하기 위해서는 OpenGL 라이브러리를 사용함이 바람직하다. 왜냐하면, OpenGL라이브러리의 경우 상대적으로 직관적으로 객체들을 화면에 출력할 수 있는 기능을 제공하기 때문에 직관적인 피킹 등의 에디팅 기능의 제공이 가능하며, 화면의 이동, 전환 등의 측면에서 유리하다.

또한, 본 실시예의 음악 분수 시뮬레이션 시스템은 2차원 영상 뿐만 아니라 상기 영상을 3차원 영상으로 변환시킨 3D 모델링 뷰를 제공한다(도 5 참고). 모델링 뷰는 실제 시공될 분수의 대략적인 모습을 표현한 것이다. 이는 후술하는 시뮬레이션 뷰와 구별되는데, 실제의 시뮬레이션에서는 매 프래임 마다 분수의 모양에 대한 계산과 랜더링이 이루어지기 때문에 컴퓨터의 작업량이 많아지고 이에 따라 전반적인 프로그램 처리 속도가 느려지게 되는 문제가 있다. 따라서, 빠른 모델링을 위해서는 시뮬레이션 뷰와 모델링 뷰를 따로 구분함이 바람직하다.

음악 분수의 주된 구성 요소인 노즐과 조명의 종류는 설정 정보 입력 시에 특정된다. 또한, 도 1에 도시하지는 않았지만, 수면 표시를 위하여 circle, arc, polygon같은 DXF 오브젝트 안에 수면을 채우는 방법과, 직접 원하는 크기로 원 및 사각형 모양의 수면을 나타내기 위한 디자인부를 더 포함할 수 있다. 또한, 음악 분수 시뮬레이션 시스템은 음악 분수 구성 요소에 대한 설정 정보를 입력 받기 위한 입력부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 음악 분수는 노즐의 높이, 분출되는 수량, 노즐의 모습에 따라 분수의 모습이 달라지게 된다. 또한, 노즐 각각의 움직임, 회전, 좌우 운동에 따라 분수의 모습이 달라지기 때문에 노즐/조명의 디자인에 이를 고려할 필요가 있다.

정보 출력부(16)는 상기 DXF 파일 로딩부(12)와 노즐/조명 디자인부(14)에 따라 생성한 음악 분수 디자인과 관련된 정보를 사용자에게 디스플레이 한다. 예를 들어, 정보 출력부(16)는 음악 분수의 일 구성으로 선택된 노즐의 종류, 개수, LPM(litter per minute) 등에 대한 정보들을 사용자에게 제공한다.

시나리오 생성부(20)는 타임 라인을 기반으로 하여 상기 구성 요소들을 제어하는 시나리오 정보를 재생하고자 하는 음악 정보에 따라 생성한다. 시나리오 생성부(20)는 제 1 제어부(22), 제 2 제어부(24) 및 음악 파일 편집부(26)를 포함한다.

제 1 제어부(22)는 재생하고자 하는 음악에 따라 노즐의 동작을 제어하는 시나리오 정보를 생성한다. 제 2 제어부(24)는 재생하고자 하는 음악에 따라 조명의 동작을 제어하는 시나리오 정보를 생성한다. 구성 요소에 대한 제어 시나리오는 노즐, 조명 들 각각의 온(on)/오프(off)를 제어하는 시나리오이다. 노즐 그룹의 경우 그룹 단위로 온/오프가 제어된다. 제 1 제어부(22)와 제 2 제어부(24)는 타임라인 을 기반으로 노즐들과 조명들 각각에 대한 온/오프를 제어하기 위한 신호를 생성한다.

제1 제어부(22)와 제 2 제어부(24)는 시나리오 생성을 위한 외부 입력에 따른 시나리오 정보를 생성할 수 있으며, 또한 상기 제어부들은 미리 설정된 알고리즘에 따라 시나리오 정보를 생성할 수 있다. 제어부들은 타임 라인 상에서 음파를 소정의 구간으로 구분하고, 구간별 음파의 형태와 크기에 대응되는 노즐, 조명의 제어 패턴을 미리 정의하여 저장한 후, 해당 음파가 재생될 때 재생되는 음파와 가장 유사한 음파에 다른 제어 패턴에 따라 시나리오 정보를 생성할 수 있다.

본 실시예에서는 제 1 제어부(22)와 제 2 제어부(24) 만을 언급하였으나, 본 실시예의 음악 분수 시뮬레이션 시스템은 노즐과 조명 이외의 다른 음악 분수 구성 요소를 제어하기 위한 별도의 제어부를 더 포함할 수 있다. 제어 대상인 노즐과 조명의 수는 일반적으로 많기 때문에 본 실시예에서 노즐과 조명은 그룹핑을 통하여 관리됨이 바람직하다.

음악 파일 편집부(26)는 재생하고자 하는 음악 정보에 따른 음악 파일을 읽고, 타임라인 상에서 음악 파일에 따른 음파를 생성한다. 또한, 음악 분수에 맞게 음악 파일을 편집하기 위한 음악 파일 편집 정보를 입력 받아 편집된 파형을 생성한다. 또한, 음악 파일 편집부(26)는 음악 재생시 페이드 인/아웃(Fade In/Out) 효과를 위해 음악 정보의 볼륨이 타임 라인 상에서 조절된 파형을 생성할 수 있다.

또한, 본 발명의 시나리오 생성부(20)는 음악 텐션 변경부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기에서 텐션이란 음악을 들을 때의 긴장감을 의미하는데, 텐션 곡 선은 일반적으로 인지적인 특성(긴장도)을 수치적으로 측정하여 이를 표현한 곡선을 의미한다. 텐션을 수치적으로 측정하기에 효과적인 방법으로는 러덜(F. Lerdahl)의 조성 음정 공간이론에서 두 코드간의 거리를 이용하는 방법, 츄(E. Chew)의 나선형 배열 이론(이 경우 기하학적인 유클리디안 거리로 측정됨), 구성 음들의 불안정성과 음정의 불안정성의 합을 이용하여 코드의 불안정성을 나타내는 방법 등이 있다.

이하에서는 음악적 텐션을 변경하는 방법으로서 분석된 텐션의 수치를 바탕으로 이를 수치적으로 변경하여 음악에서 느껴지는 긴장도를 변화시키는 방법에 대하여 설명한다. 본 발명에서 제안하는 방법에 따르면 실험을 이용하지 않고 임의의 조성 음악의 텐션 곡선을 그릴 수 있다. 음악에서 사용되고 각각의 코드(chord)들은 수치적인 방법으로 텐션의 양이 측정되고 이 값에 따라서 순위가 매겨지는데, 이를 이용하여 텐션 곡선, 즉 시간에 따른 코드의 긴장도 그래프를 얻을 수 이다.

일반적으로 음악의 텐션의 움직임은 매우 복잡하므로 B-스플라인 곡선을 통하여 텐션 곡선을 모델링이 적합하다. 또한, B-스플라인 곡선은 복잡한 곡선 형태를 수학적으로 나타내기 위한 가장 적절한 방법이기 때문이다. 텐션 곡선이 B-스플라인 곡선으로 나타내어 질 수 있다면, 여러 가지 수학적인 툴을 사용하여 이 텐션 곡선을 수정할 수 있고, 또한 이 수정된 곡선은 원본과는 다른 코드를 만들어 내기 때문에 결과적으로 원본과는 다른 긴장도를 가진 음악을 만들어 낼 수 있다.

본 실시예에서는 텐션을 수정하기 위한4가지의 수정 방법을 제공한다. 첫 번째 방법으로는 텐션 곡선의 높이를 변경하여 곡 전체의 긴장도를 변화시키는 방법 이 있다. 높이가 조정된 텐션 곡선에서 새롭게 샘플링을 하면 변경된 코드의 결과를 얻을 수 있다. 두 번째 방법으로는 스페이스-타임(space-time) 수정을 사용하여 특정 부분의 긴장도를 변화시키는 방법이 있다. 스페이스-타임 최적화 방법은 원본 텐션 곡선과 특정 요구 조건을 만족하는 수정된 텐션 곡선의 차이가 가장 작도록 만드는 방법이다. 상기 방법을 이용하면 사용자가 원하는 지역적인 제약조건을 만족하면서도 원본 곡선과 가장 가까운 곡선을 얻을 수 있다. 즉 특정시간에 특정한 텐션을 느끼게 하면서도 전체의 텐션의 움직임은 원본과 같도록 만들 수 있다. 그리고, 세 번째 방법으로는 임의의 코드 진행에서 다른 코드 진행으로 점차적으로 변화하는 코드 진행을 얻는 방법과, 마지막으로 방법으로는 두 코드 진행을 부드럽게 연결하는 방법이 있다. 상기 두 가지 방법은 두 커브의 몰핑 계산으로 구해질 수 있다.

또한, 본 실시예에서 음악 파일 편집부는 서로 이웃하는 곡선들을 부드럽게 연결하기 위하여 허밋 보간(Hermite interpolation) 방법을 사용할 수 있다. 또한, B-스플라인 곡선을 통하여 보다 다양한 코드 진행을 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예에서 두 코드 사이를 곡선을 사용하여 보간할 경우, 연속되는 코드 사이에 기존에 존재하지 않았던 코드를 새롭게 만들어 낼 수가 있다. 특히 차수가 2 이상인 B-스플라인 곡선을 사용한다면 단순한 직선 형태가 아닌 곡선 형태로 보간 되기 때문에 더욱 다양한 코드들을 얻을 수 있다.

시뮬레이션 영상 생성부(30)는 상기 생성된 분수 디자인 영상과 시나리오 정보에 따른 음악 분수의 시뮬레이션 영상을 생성한다. 본 실시예의 시뮬레이션 영상 생성부(30)를 통해 생성되는 영상을 시뮬레이션 뷰라 한다. 상기 시뮬레이션 뷰는 파티클 시스템(particle system)을 이용하여 분수 애니메이션을 구현함이 바람직하다. 파티클 시스템은 분수의 물방울 들이 각각 물리법칙을 따르는 것을 시뮬레이션 하기에 효율적이다. 또한, 시뮬레이션 영상 생성부는 Direct 라이브러리를 이용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 각각의 파티클 마다 요구되는 계산량이 다르며, 2D 모델링에 비하여 상대적으로 많은 데이터량이 요구되므로, 시뮬레이션은 가능한 한 빠른 속도로 처리함이 바람직하기 때문이다.

구체적으로 설명하면, 시뮬레이션 영상 생성부는 우선 최대 수의 파티클을 저장할 수 있는 버텍스 버퍼를 생성하고, 각 프레임에 모든 파티클들을 버텍스 버퍼로 복사한 다음, 버텍스 버퍼를 생성한다. 이 경우 리스트에서 버텍스 버퍼로 모든 파티클을 복사하는 동안, 그래픽 카드가 아무 처리도 하지 않는 경우가 있다.

본 실시예에서 분사되는 물에 대한 파티클의 개수는 매우 많기 때문에 이러한 문제를 해결하지 않으면 프로세싱의 효율성이 크게 저하된다. 이를 해결하기 위하여 버텍스 버퍼를 세그먼트 단위로 나눈 후, 세그먼트 단위로 갱신하고 화면에 뿌리도록 함이 바람직하다. 여기에서 버텍스 버퍼는 약 2000개의 파티클을 저장할 수 있는 공간인데, 시뮬레이션 영상 생성부는 세그먼트 크기를 500파티클로 가정하고, 현재 위치의 세그먼트를 표시하기 위한 전역 변수를 생성한 다음, 모든 살아있는 파티클이 랜더링 될 때 까지 모든 파티클들을 갱신하는 작업을 수행함이 바람직하다. 만약, 버텍스 버퍼가 가득 차지 않았다면 D3DLOCK_NOOVER WRITE플래그로 세그먼트I를 잠금하고, 세그먼트로 500 파티클을 복사한다. 만약, 버텍스 버퍼가 가 득찬 경우, 버텍스 버퍼의 처음부터 시작하여 D3DLOCK_DISCARD 플래그로 세그먼트를 잠금하고, 세그먼트로 500파티클을 복사한 후 세그먼트를 랜더링한다. 상술한 D3DLOCK_NOOVER WRITE와 D3DLOCK_DISCARD의 플래그들은 버텍스 버퍼의 일부가 랜더링 될 때 랜더링 되지 않는 일부의 버퍼를 잠금 수 있도록 해준다는 측면에서 유용하다. 즉, 상기 플래그들을 이용함으로써 랜더링 지연을 막을 수 있다. 상기 알고리즘을 이용함으로써 이론상 4배에 가까운 성능 향상을 기대할 수 있는데, 특히 필요한 버텍스 버퍼의 크기를 1/4 정도로 줄일 수 있다.

시뮬레이션 영상 생성부는 시뮬레이션 뷰의 배경 화면을 Sphere Map으로 구현함이 바람직하다. 이 경우 360도 회전시 끊임 없는 배경 화면 영상을 제공할 수 있기 때문이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음악 분수 시뮬레이션 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2에 도시된 음악 분수 시뮬레이션 방법은 음악 분수 시뮬레이션 시스템(1)에서 시계열적으로 수행되는 하기 단계들을 포함한다.

110단계에서 음악 분수 디자인부(10)는 음악 분수 디자인 영상을 생성한다. 특히, 음악 분수 디자인부(10)는 음악 분수를 구성하는 구성 요소들에 대한 설정 정보를 입력 받고, 입력된 설정 정보에 따른 음악 분수 디자인 영상을 생성한다. 본 단계에서 설정 정보는 음악 분수의 외곽 디자인 정보, 노즐 정보, 조명 정보 등을 포함한다. 여기에서 음악 분수의 외곽 디자인 정보는 음악 분수의 물을 저장하는 물 저장 용기의 외곽에 대한 3차원 정보를 의미한다. 110단계를 통해 생성된 음악 분수 디자인 영상은 3차원 영상으로서, 음악 분수 디자인부(10)는 음악 분수 디 자인 영상에 대한 시점 조절을 통해 다양한 방향에서 관찰되는 음악 분수 디자인 영상을 사용자에게 제공할 수 있다.

본 단계에서 음악 분수의 외곽 디자인은 DXF 파일을 이용하여 구현할 수 있다. 도 3은 도2의 110단계에서 전체 DXF도면에 대한 전체 보기 모드와 선택 보기 모드의 개념을 설명하기 위한 참고도이다. 도 3에서 좌측 그림은 전체 보기 모드를 나타낸 것이고, 우측 그림은 선택 보기 모드를 나타낸 것이다. 도 3에서 좌측 그림과 우측 그림 각각의 상단, 좌측단은 외곽 디자인을 편집하기 위한 도구를 나타낸 것이다. 도 4는 도 3에서 노즐 및 수면을 위치 시키는 개념을 설명하기 위한 참고도이다.

음악 분수의 외곽 영상 그리고 노즐의 종류와 배치가 특정되면, 노즐에서 분사되는 물이 이루는 높이, 폭에 대한 영상도 특정된다. 도 5는 도 3에서 노즐의 종류와 배치가 특정됨에 따라 노즐을 통해 분사되는 물 기둥의 형상을 나타낸 것이다. 도 5는 모델링 뷰의 모습을 나타낸 것으로, 좌측은 디자인된 음악 분수를 2D 차원에서 나타낸 화면이고, 우측은 3D 차원에서 나타낸 화면이다. 이 때 정보 출력부(16)는 디자인된 음악 분수에 따른 물 기둥의 높이, 폭 정보를 사용자에게 디스플레이할 수 있다.

도 6은 도 2의 110단계에서 생성된 음악 분수 디자인 영상을 나타내는 참고도이다. 도 6에 도시된 음악 분수 디자인 영상은 3D 그래픽스 기술을 이용하여 실제 물이 낙하되는 모습을 보여준다. 분사되는 물에 대한 자연스러운 영상을 생성하기 위해서는 하기 수학식1로 표현되는 자유 낙하 물리 법칙을 따르는 파티클 시스 템을 이용하여 구현함이 바람직하다.

수학식1

pos = v ₀ t + pos ₀

pos _y = pos _y + (1/2)gt ²

v _y = v ₀ + gt

특히, Direct X의 D3DLOCK_NOOVER_WRITE와 D3DLOCK_DISCARD를 사용한 파티클 시스템을 이용하여 물 영상을 생성하는 것이 바람직하다.

120 단계에서 시나리오 생성부(20) 특히 음악 파일 편집부(26)는 재생하고자 하는 음악 정보에 따른 음파를 타임 라인 상에서 생성한다. 130 단계에서 시나리오 생성부(20) 특히 노즐/조명 시나리오를 생성하는 제1 제어부(22)와 제 2 제어부(24)는 상기 타임 라인 상에서 생성된 음악 파형에 따른 시나리오 정보를 생성한다.

도 7은 도 2의 120단계에서 타임 라인 상에서 시나리오 정보 생성의 예를 나타내는 참고도이다. 도 7에서 재생하고자 하는 음악은 Beethoven이 작곡한 음악이고, 재생되는 음악의 파형은 타임라인 상에 도시되어 있다. 또한, 재생되는 음악의 볼륨은 페이드 인/페이드 아웃에 의하여 제어된다. 음악 분수의 구성 요소는

노즐 그룹1~3(NzGroup1~3)과 각각의 노즐에 배치된 조명1~3(light1~3)이며, 각 구성 요소의 온/오프에 대한 제어 방법은 타임 라인상에 도시되어 있다. 원기둥 형상으로 색깔 처리된 구간은 “온” 상태를 의미하고, 그렇지 않은 구간은 “오프 ” 상태를 의미한다.

140 단계에서 시뮬레이션 영상 생성부(30)는 상기 생성된 분수 디자인 영상과 시나리오 정보에 따른 음악 분수의 시뮬레이션 영상을 생성한다.

도 8은 도 2의 140단계에서 생성된 음악 분수 시뮬레이션 영상이 디스플레이되는 화면을 나타낸 참고도이다. 도 8에서 좌측은 DXF 파일을 통해 음악 분수의 외곽 지지부, 노즐, 조명을 나타내는 것이고, 중간은 실제로 생성된 음악 분수 영상이 시뮬레이션되는 모습을 나타낸 것이다. 우측은 속성창으로 음악 분수의 구성요소에 대한 설정 정보 즉 노즐에 대한 설정 정보, 예를 들어 노즐의 종류, 초기 설정(스큐, 방향), 로테이션(속도) 등을 디스플레이하는 예를 나타낸 것이다. 또한, 하단은 시나리오 생성창을 나타낸 것이다.

150 단계에서 시나리오 생성부(20)는 시뮬레이션 영상에 대한 수정 정보가 입력되었는지 여부를 판단한다. 여기에서 수정 정보는 음악 분수 구성 요소에 대한 설정 정보 및/또는 시나리오 정보에 대한 수정 정보를 의미한다. 시나리오 생성부(20)는 구성 요소의 설정과 시나리오의 조합을 변경함으로써 자동적으로 수정 정보를 생성할 수 도 있으며, 음악 분수 시뮬레이션 영상이 제공되는 창을 통해 외부 입력 형태로 수정 정보를 입력 받을 수 있다.

150 단계를 통해 수정 정보가 입력된 것으로 판단된 경우, 160 단계에서 시뮬레이션 영상 생성부(30)는 수정 정보에 따른 음악 분수 시뮬레이션 영상을 생성한다. 수정 정보가 입력되지 않은 것으로 판단된 경우, 시뮬레이션 영상 생성부(30)는 140단계에서 생성된 음악 분수 시뮬레이션 영상을 생성하고 사용자에게 디스플레이한다.

한편 본 발명의 음악 분수 시뮬레이션 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 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 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트 들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 상기 개시된 실시예 들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

본 발명의 음악 분수 시뮬레이션 방법 및 시스템은 음악 분수를 실제로 제작하지 않고도 음악 분수 쑈의 구현을 가능하게 한다. 본 발명은 사용자가 원하는 모습의 분수를 빠르면서도 정확하게 디자인하는데 용이하게 사용될 수 있다. 본 발명은 음악 분수 시나리오 저작에 특별한 전문 지식이 없는 자라 하더라도 빠르고 수준 높은 음악 분수 시나리오 저작을 가능하게 하며, 다양한 소규모 음악 분수의 제작 및 운용에 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 음악 분수 시뮬레이션 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 음악 분수 시뮬레이션 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 3은 도 2의 110 단계에서 전체 DXF 도면에 대한 전체 보기 모드와 선택 보기 모드의 개념을 설명하기 위한 참고도이다.

도 4는 도 3에서 노즐 및 수면을 위치시키는 개념을 설명하기 위한 참고도이다.

도 5는 도 3에서 노즐의 종류와 배치가 특정됨에 따라 노즐을 통해 분사되는 물 기둥의 형상을 나타낸 것이다.

도 6은 도 2의 110단계에서 생성된 음악 분수 디자인 영상을 나타내는 참고도이다.

도 7은 도 2의 120단계에서 타임 라인 상에서 시나리오 정보를 생성하는 예를 나타내는 참고도이다.

도 8은 도 2의 140 단계에서 생성된 음악 분수 시뮬레이션 영상이 디스플레이되는 전체 화면을 나타내는 참고도이다.

Claims (14)

1. a) 음악 분수를 구성하는 구성 요소들에 대한 설정 정보를 입력 받고, 상기 설정 정보에 따른 음악 분수 디자인 영상을 생성하는 단계;

   b) 타임 라인을 기반으로 하여 상기 구성 요소들을 제어하는 시나리오 정보를 재생하고자 하는 음악 정보에 따라 생성하는 단계; 및

   c) 상기 생성된 음악 분수 디자인 영상과 시나리오 정보를 이용하여 음악 분수 시뮬레이션 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 a) 단계는

   a1) 음악 분수의 아웃 라인을 나타내는 영상 파일을 생성 또는 독출하는 단계;

   a2) 상기 음악 분수를 구성하는 분사 노즐 및 조명에 대한 설정 정보를 입력 받고, 상기 a1) 단계에서 생성된 또는 독출된 영상 파일에 상기 분사 노즐 및 조명을 삽입시킨 2차원 영상을 생성하는 단계; 및

   a3) 상기 2차원 영상을 3차원 영상으로 변환시킴으로써 음악 분수 디자인 영상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 b) 단계는

   b1) 상기 재생하고자 하는 음악 정보에 따른 음파를 타임 라인 상에서 생성하는 단계; 및

   b2) 상기 타임 라인 상에서 생성된 음파를 기준으로 상기 구성 요소 각각을 제어하기 위한 시나리오 정보를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 b1) 단계는,

   b11) 상기 재생하고자 하는 음악 정보를 독출하는 단계;

   b12) B-스플라인 곡선을 이용하여 텐션 곡선을 모델링하고, 상기 모델링된 텐션 곡선을 수정하는 단계: 및

   b13) 상기 수정된 텐션 곡선에 따른 음파를 타임 라인 상에서 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 b2) 단계는

   b21) 상기 구성 요소 각각을 제어하기 위한 타임 라인을 생성하는 단계; 및

   b22) 상기 타임 라인 상에서 생성된 음파를 기준으로 상기 구성 요소 각각을 제어하기 위한 제어 패턴 정보를 상기 구성 요소 각각의 타임 라인 상에서 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 c) 단계에서 음악 분수 시뮬레이션 영상은 파티클 시스템을 이용하여 구현되는 영상인 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 음악 분수 구성 요소들은 재생하고자 하는 음악 분수의 아웃 라인, 분사 노즐, 조명, 음악 분수의 배경으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 a) 단계에서 음악 분수 디자인 영상은 미리 마련된 음악 분수 아웃 라인에 대한 영상들 중 선택된 하나 이상의 영상을 이용하여 생성되는 영상인 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   d) 상기 생성된 음악 분수 시뮬레이션 영상을 수정하기 위한 상기 설정 정보 또는 상기 시나리오 정보에 대한 수정 정보를 입력 받는 단계; 및

   e) 상기 입력 받은 수정 정보에 따라 음악 시뮬레이션 영상을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 방법.
9. 제 2 항에 있어서,

   상기 분사 노즐을 통해서 분사되는 물에 대한 영상은 물이 복수개의 파티클 시스템을 통해 생성되며, 상기 파티클 시스템은 Direct X의 D3DLOCK_NOOVER_WRITE와 D3DLOCK_DISCARD를 사용하여 물에 대한 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 음악 분수 시뮬레이션 방법을 컴퓨터 상에서 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
11. 음악 분수를 구성하는 구성 요소들에 대한 설정 정보를 입력 받고, 상기 입력 받은 설정 정보에 따라 음악 분수 디자인 영상을 생성하는 음악 분수 디자인부;

    타임 라인을 기반으로 하여 상기 구성 요소들을 제어하는 시나리오 정보를 재생하고자 하는 음악 정보에 따라 생성하는 시나리오 생성부; 및

    상기 생성된 분수 디자인 영상과 시나리오 정보에 따른 음악 분수 시뮬레이션 영상을 생성하는 시뮬레이션부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,상기 시나리오 생성부는

    상기 재생하고자 하는 음악에 따른 음파 정보를 타임 라인 상에서 생성하며, 생성된 음파 정보를 편집하는 음악 파일 편집부; 및

    상기 타임 라인 상에서 생성된 음파를 기준으로 상기 구성 요소 각각을 제어하기 위한 시나리오 정보를 생성하는 구성 요소의 시나리오 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 시스템.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 음악 분수 구성 요소들은 음악 분수의 아웃 라인, 분사 노즐, 조명 및 분수의 배경으로 이루어진 군으로 부터 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 음악 분수 디자인 영상은 미리 마련된 음악 분수 아웃 라인에 대한 영상들 중 선택된 하나 이상의 영상을 이용하여 생성되는 영상인 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 시스템.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 음악 분수 디자인부는 상기 미리 마련된 음악 분수의 아웃 라인과 관련하여 입력된 설정 정보에 따라 선택된 파일을 로딩하는 로딩부;

    상기 로딩된 음악 분수의 아웃 라인 영상에 상기 분사 노즐 및 조명의 설정 정보에 따라 선택된 분사 노즐 영상 및 조명 영상을 삽입시키는 노즐 및 조명 디자인부; 및

    상기 노즐 및 조명 디자인부를 통해 생성된 음악 분수 디자인 영상에 대한 정보를 출력하는 정보 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음악 분수 시뮬레이션 시스템.

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