KR101166554B1 - 소작 애니메이션 효과 생성 장치 및 방법 - Google Patents

소작 애니메이션 효과 생성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

가상 수술 시뮬레이션에서 소작 효과를 보다 현실감 있게 가시화 할 수 있는 소작 애니메이션 효과 생성 기술이 개시된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치는 소작의 대상이 되는 가상 인체 장기의 3 차원 표면을 추출하고, 3 차원 표면을 메쉬 모델링하여 기본 메쉬 구조를 생성하는 기본 메쉬 생성부; 기본 메쉬 구조 중 가상 소작 도구와 접촉한 메쉬인 중심 메쉬 및 중심 메쉬 주변에 인접하는 복수개의 메쉬인 인접 메쉬를 포함하는 유효 영역 메쉬를 모델링하는 유효 영역 메쉬 모델링부; 가상 소작 도구와 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라 중심 메쉬의 컬러의 밝기 값이 감소하도록 하는 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 중심 메쉬 색상 변화 모델링부; 중심 메쉬로부터 인접 메쉬의 정점까지의 거리 값을 기초로, 인접 메쉬 내부의 중심 메쉬로부터의 점진적 컬러 변화를 표현하는 인접 색상 변화 함수를 모델링하는 인접 메쉬 색상 변화 모델링부; 및 중심 색상 변화 함수 및 인접 색상 변화 함수를 기초로, 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화하는 가시화부를 포함한다.

Description

소작 애니메이션 효과 생성 장치 및 방법{Apparatus and method for generating animation effects of cauterization}
본 발명은 소작 애니메이션 효과 생성 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 수술 시뮬레이션에서 소작 효과를 보다 현실감 있게 가시화 할 수 있는 소작 애니메이션 효과 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 전통적인 절개술보다 회복 시간이나 통증을 획기적으로 줄일 수 있는 최소침습적 수술법이 확산되고 있다. 최소침습적 수술은 수술 부위를 최소로 절개한 후(10 cm 이하), 절개 부위를 통하여 내시경과 수술기구를 삽입하여 수술하는 방법이다. 이러한, 최소침습적 수술은 수술 기구의 조작이 난해하다. 즉, 수술 기구들이 절개 부위를 중심으로 회전하기 때문에, 외부 움직임과 내부 움직임이 반대로 되어 직관적이지 못하다. 그리고, 수술 부위에 전달되는 힘의 미세한 제어가 어렵다. 상기와 같은 이유로, 최소침습수술 기술은 전통적인 절개술보다 습득하기 어렵다.
상기의 문제점들을 보완하기 위해 최소침습적 수술 분야에서는 가상 공간에서의 가상 수술 시뮬레이션을 통한 학습 방법들이 필요하다. 가상 수술 시뮬레이션은 시각 및 햅틱 인터페이스를 통하여 최소침습적 수술을 충실하게 재연할 수 있다. 그리고, 가상 수술 시뮬레이션은 학습자가 다양한 수술 환경에서, 특정 조건과 상황에 대한 대응을 훈련할 수 있는 환경을 제공할 수 있다. 또한, 가상 수술 시뮬레이션은 학습자에게 의료 사고에 대한 위험 부담 없이 학습을 할 수 있는 환경을 제공할 수 있다. 더불어, 가상 수술 시뮬레이션은 언제나 학습이 가능하여 학습자의 학습 빈도를 높일 수 있으며, 학습자에 대한 평가도 즉시 정성적 및 정량적으로 이루어질 수 있다. 이러한, 가상 수술 시뮬레이션은 현실감을 증가시켜, 학습자의 몰입감 및 학습 효과를 극대화시키는 것이 중요하다.
본 발명의 목적은 가상 수술 시뮬레이션에서 소작 효과를 보다 현실감 있게 가시화하는 것이다. 즉, 본 발명은 가상 수술 시뮬레이션에서 사용자의 현실감 및 몰입감을 크게 증진시켜, 수술 시뮬레이션을 사용하는 사용자의 교육 효과를 극대화하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 좁은 위치에 다수의 소작 효과들이 중첩되는 경우에도 현실감 있으며 자연스러운 소작 효과의 표현이 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치는 소작의 대상이 되는 가상 인체 장기의 3 차원 표면을 추출하고, 상기 3 차원 표면을 메쉬 모델링하여 기본 메쉬 구조를 생성하는 기본 메쉬 생성부; 상기 기본 메쉬 구조 중 가상 소작 도구와 접촉한 메쉬인 중심 메쉬 및 상기 중심 메쉬에 인접하는 복수개의 메쉬인 인접 메쉬를 포함하는 유효 영역 메쉬를 모델링하는 유효 영역 메쉬 모델링부; 상기 가상 소작 도구와 상기 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라 상기 중심 메쉬의 컬러의 밝기 값이 감소하도록 하는 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 중심 메쉬 색상 변화 모델링부; 상기 중심 메쉬로부터 상기 인접 메쉬의 정점까지의 거리 값을 기초로, 상기 인접 메쉬 내부의 상기 중심 메쉬로부터의 점진적 컬러 변화를 표현하는 인접 색상 변화 함수를 모델링하는 인접 메쉬 색상 변화 모델링부; 및 상기 중심 색상 변화 함수 및 상기 인접 색상 변화 함수를 기초로, 상기 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화하는 가시화부를 포함한다.
이 때, 상기 중심 색상 변화 함수 및 상기 인접 색상 변화 함수에 의한 각각의 컬러 값과, 상기 각각의 컬러 값이 구현될 해당 위치에 대하여 화이트(White) 컬러로 각각 초기 설정된 버퍼 컬러 값을 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교 결과, 상기 해당 위치에서 상기 각각의 컬러 값이 상기 버퍼 컬러 값보다 어두운 컬러 값을 갖는 경우, 상기 각각의 컬러 값을 상기 해당 위치에서의 상기 버퍼 컬러 값으로 갱신하는 갱신부를 더 포함하며, 상기 가시화부는 상기 버퍼 컬러 값을 가시화하여, 상기 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화할 수 있다.
이 때, 상기 비교부는 상기 각각의 컬러 값과 상기 버퍼 컬러 값의 비교를 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값 및 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행하고, 상기 갱신부는 상기 버퍼 컬러 값의 갱신을 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값, 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행할 수 있다.
이 때, 상기 중심 메쉬 색상 변화 모델링부는 상기 가상 소작 도구와 상기 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라, 상기 중심 메쉬 내부의 블루(Blue) 밝기 값이 점진적으로 감소하고, 상기 블루(Blue) 밝기 값이 0 에 도달한 후, 레드(Red) 밝기 값 및 그린(Green) 밝기 값이 동시에 점진적으로 감소하도록, 상기 중심 색상 변화 함수를 모델링할 수 있다.
이 때, 상기 중심 메쉬 색상 변화 모델링부는 상기 레드(Red) 밝기 값 및 상기 그린(Green) 밝기 값이 동시에 점진적으로 감소할 때, 상기 그린(Green) 밝기 값의 감소 속도가 상기 레드(Red) 밝기 값의 감소 속도의 적어도 2 배가 되도록, 상기 중심 색상 변화 함수를 모델링할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 방법은 소작의 대상이 되는 가상 인체 장기의 3 차원 표면을 추출하고, 상기 3 차원 표면을 메쉬 모델링하여 기본 메쉬 구조를 생성하는 단계; 상기 기본 메쉬 구조 중 가상 소작 도구와 접촉한 메쉬인 중심 메쉬 및 상기 중심 메쉬에 인접하는 복수개의 메쉬인 인접 메쉬를 포함하는 유효 영역 메쉬를 모델링하는 단계;상기 가상 소작 도구와 상기 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라 상기 중심 메쉬의 컬러의 밝기 값이 감소하도록 하는 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 단계; 상기 중심 메쉬로부터 상기 인접 메쉬의 정점까지의 거리 값을 기초로, 상기 인접 메쉬 내부의 상기 중심 메쉬로부터의 점진적 컬러 변화를 표현하는 인접 색상 변화 함수를 모델링하는 단계; 및 상기 중심 색상 변화 함수 및 상기 인접 색상 변화 함수를 기초로, 상기 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화하는 단계를 포함한다.
이 때, 상기 중심 색상 변화 함수 및 상기 인접 색상 변화 함수에 의한 각각의 컬러 값과, 상기 각각의 컬러 값이 구현될 해당 위치에 대하여 화이트(White) 컬러로 각각 초기 설정된 버퍼 컬러 값을 비교하는 단계; 및 상기 해당 위치에서, 상기 컬러 값이 상기 버퍼 컬러 값보다 어두운 컬러 값을 갖는 경우, 상기 각각의 컬러 값을 상기 해당 위치에서의 상기 버퍼 컬러 값으로 갱신하는 단계를 더 포함하며,
이 때, 상기 소작 효과를 가시화하는 단계는, 상기 버퍼 컬러 값을 가시화하여, 상기 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화할 수 있다.
이 때, 상기 각각의 컬러 값과 상기 버퍼 컬러 값을 비교하는 단계는, 상기 각각의 컬러 값과 상기 버퍼 컬러 값의 비교를 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값 및 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행하고, 상기 버퍼 컬러 값을 갱신하는 단계는, 상기 버퍼 컬러 값의 갱신을 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값, 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행할 수 있다.
이 때, 상기 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 단계는, 상기 가상 소작 도구와 상기 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라, 상기 중심 메쉬 내부의 블루(Blue) 밝기 값이 점진적으로 감소하고, 상기 블루(Blue) 밝기 값이 0 에 도달한 후, 레드(Red) 밝기 값 및 그린(Green) 밝기 값이 동시에 점진적으로 감소하도록, 상기 중심 색상 변화 함수를 모델링할 수 있다.
이 때, 상기 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 단계는, 상기 레드(Red) 밝기 값 및 상기 그린(Green) 밝기 값이 동시에 점진적으로 감소할 때, 상기 그린(Green) 밝기 값의 감소 속도가 상기 레드(Red) 밝기 값의 감소 속도의 적어도 2 배가 되도록, 상기 중심 색상 변화 함수를 모델링할 수 있다.
본 발명에 따르면, 가상 수술 시뮬레이션에서 소작 효과를 보다 현실감 있게 가시화 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 가상 수술 시뮬레이션에서 사용자의 현실감 및 몰입감을 크게 증진시켜, 수술 시뮬레이션을 사용하는 사용자에 대한 교육 효과를 극대화할 수 있다.
그리고, 본 발명은 컬러 버퍼 값의 채용을 통하여, 좁은 위치에 다수의 소작 효과들이 중첩되는 경우에도 현실감 있으며 자연스러운 소작 효과의 표현이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 기본 메쉬 구조를 생성하는 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 유효 영역 메쉬를 모델링하는 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5는 색상 변화 함수를 모델링하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 소작 효과가 중첩될 때의 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치에 의하여 구현된 소작 애니메이션 효과의 일 예를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치의 구성 및 동작에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2는 기본 메쉬 구조를 생성하는 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 유효 영역 메쉬를 모델링하는 방법에 대하여 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 도 5는 색상 변화 함수를 모델링하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 소작 효과가 중첩될 때의 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치에 의하여 구현된 소작 애니메이션 효과의 일 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치(100)는 기본 메쉬 생성부(110), 유효 영역 메쉬 모델링부(120), 색상 변화 모델링부(130), 비교부(140), 갱신부(150) 및 가시화부(160)를 포함하여 구성된다. 이하에서, 메쉬는 특정 물체의 표면을 서로 연결한 삼각형들의 집합으로 표현한 자료 구조이거나, 특정 삼각형 구조를 지칭하는 것일 수 있다.
기본 메쉬 생성부(110)는 소작의 대상이 되는 가상 인체 장기의 3 차원 표면을 추출한다. 그리고, 기본 메쉬 생성부(110)는 추출된 3 차원 표면을 메쉬 모델링하여 가상 인체 장기 표면 상의 기본 메쉬 구조를 생성한다. 기본 메쉬 생성부(110)의 구체적인 동작의 일 예는 다음과 같다.
도 2에는 표면에 기본 메쉬 구조가 생성된 가상 인체 장기로 간이 도시되어 있다. 이러한, 기본 메쉬 생성부(110)는 먼저, 인체의 간을 컴퓨터 단층촬영(CT; Computed Tomography)하여, 간의 컴퓨터 단층촬영 데이터를 획득한다. 그리고, 기본 메쉬 생성부(110)는 간의 컴퓨터 단층촬영 데이터의 표면 밝기 값을 바탕으로 간의 각 표면 영역을 자동 분할하고, 사용자의 수작업 보정을 통하여, 간의 최종적인 3 차원 표면을 분할 및 추출한다. 그리고, 기본 메쉬 생성부(110)는 간의 분할된 3 차원 표면 영역을 메쉬 데이터로 변환한다. 이와 같이 하여, 도 2의 간의 표면에 삼각 메쉬가 기본이 되는 기본 메쉬 구조가 생성되어 있는 것을 확인할 수 있다.
유효 영역 메쉬 모델링부(120)는 기본 메쉬 중에서 중심 메쉬 및 인접 메쉬를 정의한다. 이 때, 중심 메쉬는 기본 메쉬 중 가상 소작 도구와 직접 접촉한 한 개의 삼각 메쉬에 해당한다. 그리고, 인접 메쉬는 중심 메쉬에 인접하는 복수개의 삼각 메쉬에 해당한다. 이 때, 중심 메쉬에 인접하는 메쉬라 함은, 중심 메쉬에 직접 접하는 메쉬 뿐만이 아니라, 중심 메쉬로부터, 기 설정된 거리 이내의 메쉬를 포함할 수 있다. 이와 같이 하여, 유효 영역 메쉬 모델링부(120)는 중심 메쉬 및 인접 메쉬를 포함하는 유효 영역 메쉬를 모델링한다. 유효 영역 메쉬 모델링부(120)의 구체적인 동작의 일 예는 다음과 같다.
유효 영역 메쉬 모델링부(120)는 가상 수술 시뮬레이션에서 의사의 가상 소작 도구가 접촉하는 메쉬를 중심 메쉬로 정의한다. 이 때, 의사의 가상 소작 도구의 조작은 마우스 등의 조작으로 이루어질 수 있는데, 이러한, 마우스 등의 입력은 2 차원 입력으로 전달된다. 따라서, 의사가 선택한 점의 (x, y) 좌표와 가상 수술 시뮬레이션 화면의 Viewing matrix M 을 이용하여, 가상의 깊이 d 를 증가시키면서 2 차원 입력에 대응되는 3 차원 메쉬 좌표 (x', y', z') = M- 1(x, y, d)와 실제 인체 모델 메쉬가 처음으로 교차하는 위치 (x', y', z')를 찾고, 그 점이 위치한 메쉬 정보를 저장한다. Viewing matrix M 은 3 차원 메쉬 좌표 (x', y', z')를 컴퓨터 모니터 상의 2차원 화면 좌표 (x, y, 0)으로 (x, y, 0) = M(x', y', z')와 같이 변환하는 행렬이다. 이 때, 3 차원 공간을 2 차원 영상으로 투영시키는 과정에서 화면 좌표 (x, y, 0)에서 출발하여 화면 내부로 물체를 바라보는 방향의 직선상에 있는 모든 3 차원 좌표들은 2차원 좌표 (x, y)로 투영된다. (x, y, 0), (x, y, 1), (x, y, 2), …, (x, y, d)와 같은 일련의 좌표들을 (x', y', z') = M- 1(x, y, d)를 이용한 역변환을 이용하여 3 차원 공간 상의 좌표를 역으로 계산한다. 그리고, 계산된 좌표가 인체 장기와 교차하는 지 여부를 검사하면, 최초로 교차하는 3 차원 좌표 (x', y', z')를 탐색할 수 있다. 이 때의 교차점은 3 차원 가상 인체 장기의 기본 메쉬 구조에서의 좌표로 표현된다. 그리고, 상기 교차점이 위치하는 기본 메쉬 구조 중의 메쉬를 중심 메쉬로 정의한다. 다음으로 유효 영역 메쉬 모델링부(120)는 중심 메쉬를 중심으로 인접 메쉬를 정의한다. 이 때, 인접 메쉬는 사용자에 의하여 선택된 메쉬 즉, 중심 메쉬에 직접 접한 제 1 인접 메쉬, 중심 메쉬에 직접 접하지는 않지만 제 1 인접 메쉬에 직접 접한 제 2 인접 메쉬, 제 1 인접 메쉬에 직접 접하지는 않지만 제 2 인접 메쉬에 직접 접한 제 3 인접 메쉬 및 제 2 인접 메쉬에 직접 접하지는 않지만 제 3 인접 메쉬에 직접 접한 제 4 인접 메쉬를 포함하여 구성될 수 있다.
도 3에는 모델링 된 유효 영역 메쉬의 일 예가 도시되어 있다. 즉, 기본 메쉬 중 사용자의 가상 소작 도구에 의하여 선택된 중심 메쉬(30), 중심 메쉬(30)에 직접 접한 제 1 인접 메쉬(31) 및 중심 메쉬(30)에는 직접 접하지는 않지만 제 1 인접 메쉬(31)에 직접 접한 제 2 인접 메쉬(32)를 포함하는 유효 영역 메쉬가 도시되어 있다.
가상 수술 시뮬레이션에서의 소작 효과는 상기와 같이 모델링 된 유효 영역 메쉬에 대하여 가시화된다.
색상 변화 모델링부(130)는 중심 메쉬 색상 변화 모델링부(131) 및 인접 메쉬 색상 변화 모델링부(132)를 포함하여 구성된다.
중심 메쉬 색상 변화 모델링부(131)는 중심 색상 변화 함수를 모델링한다. 이 때, 중심 색상 변화 함수는 가상 소작 도구와 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라 중심 메쉬의 컬러의 밝기 값이 감소하도록 하는 함수이다. 또한, 중심 색상 변화 함수는 가상 소작 도구와 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라, 중심 메쉬 내부의 블루(Blue) 밝기 값을 점진적으로 감소시키도록 중심 메쉬 색상 변화 모델링부(131)에 의하여 모델링 될 수 있다. 그리고, 중심 색상 변화 함수는 블루(Blue) 밝기 값이 0 에 도달한 후, 레드(Red) 밝기 값 및 그린(Green) 밝기 값이 동시에 점진적으로 감소하도록 중심 메쉬 색상 변화 모델링부(131)에 의하여 모델링 될 수 있다. 또한, 중심 색상 변화 함수는 레드(Red) 밝기 값 및 그린(Green) 밝기 값이 동시에 점진적으로 감소할 때, 그린(Green) 밝기 값의 감소 속도가 레드(Red) 밝기 값의 감소 속도의 적어도 2 배가 되도록 모델링 될 수 있다.
인접 메쉬 색상 변화 모델링부(132)는 인접 색상 변화 함수를 모델링한다. 이 때, 인접 색상 변화 함수는 중심 메쉬로부터 인접 메쉬의 정점까지의 거리 값을 기초로, 인접 메쉬 내부의 중심 메쉬로부터의 점진적 컬러 변화를 표현하는 함수이다. 즉, 인접 메쉬 색상 변화 모델링부(132)는 소작 효과를 자연스럽게 표현하기 위하여 중심 메쉬의 색상 변화를 기준으로 인접 메쉬의 색상을 점진적으로 변화시키기 위한 인접 색상 변화 함수를 모델링한다. 이 때, 메쉬에서 정점은 선분과 선분이 만나는 지점이다. 그리고, 인접 색상 변화 함수는 중심 메쉬의 무게 중심으로부터 인접 메쉬의 정점까지의 거리 d를 반영한, 시그모이드(sigmoid) 함수에 따라 인접 메쉬의 색상을 변환시키는 함수일 수 있다. 시그모이드(sigmoid) 함수는 다음의 수학식 1의 α와 β 인자에 따라서 다양한 모델링이 가능하다. 이 때, α 값은 거리 입력 값의 폭을 결정하고, β 값은 입력 값의 중심을 결정한다. 즉, α 값이 커질수록 거리에 따른 색상 변화가 부드럽게 모델링된다. 그리고, β 값은 거리에 따라 50 %의 컬러 밝기 값의 변화를 보이는 위치를 결정할 수 있게 한다.
Figure 112011003321926-pat00001
도 4 및 도 5에는 α와 β 인자에 따른 시그모이드(Sigmoid) 함수의 그래프의 예가 도시되어 있다.
비교부(140)는 중심 색상 변화 함수 및 인접 색상 변화 함수에 의한 각각의 컬러 값과, 상기 각각의 컬러 값이 구현될 해당 위치에 대하여 초기 설정된 버퍼 컬러 값을 비교한다. 이 때, 버퍼 컬러 값은 화이트(White) 컬러(255, 255, 255)로 초기 설정되어 있다. 그리고, (255, 255, 255)는 (R, G, B) 컬러 값에 해당한다. 이 때, R은 레드(Red) 컬러 값을, G는 그린(Green) 컬러 값을, B는 블루(Blue) 컬러 값을 나타내며, 각각의 숫자가 높을수록 더 밝은 컬러에 해당하게 된다. 이러한, 버퍼 컬러 값은 가상 인체 장기의 3 차원 표면 상의 각 좌표에 대하여 각각 별개로 설정되어 있다. 그리고, 비교부(140)는 중심 색상 변화 함수 및 인접 색상 변화 함수에 의한 각각의 컬러 값과, 상기 각각의 컬러 값이 구현될 해당 위치에 대하여 설정된 버퍼 컬러 값의 비교를 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값 및 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행할 수 있다.
갱신부(150)는 상기 비교부의 비교 결과, 상기 해당 위치에서 상기 각각의 컬러 값이 상기 버퍼 컬러 값보다 어두운 컬러 값을 갖는 경우, 상기 각각의 컬러 값을 상기 해당 위치에서의 상기 버퍼 컬러 값으로 갱신한다. 그리고, 갱신부(150)는 버퍼 컬러 값의 갱신을 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값, 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행할 수 있다.
가시화부(160)는 색상 변화 모델링부(130)의 중심 색상 변화 함수 및 인접 색상 변화 함수를 기초로, 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화한다. 이 때, 가시화부(160)는 비교부(140) 및 갱신부(150)에 의하여 정의 및 갱신된 버퍼 컬러 값을 가시화하여, 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화할 수 있다. 이와 같이 하여, 본 발명은 좁은 위치에 다수의 소작 효과들이 중첩되는 경우에도 현실감 있고, 자연스러운 소작 효과의 표현이 가능하다.
즉, 도 6은 소작 효과가 중첩되는 경우 즉, 특정 위치에서 복수 개의 유효 영역 메쉬가 중첩되는 경우에 비교부(140), 갱신부(150) 및 가시화부(160)의 동작을 설명하기 위한 참조 도면이다. 그리고, 도 6에서 기본 메쉬, 중심 메쉬 및 인접 메쉬의 구조는 그 도시가 생략되어 있다.
이러한 도 6을 참조하면, 제 1 유효 영역 메쉬(61)와 제 2 유효 영역 메쉬(62)가 중첩되어 있는 중첩 영역(63)이 형성되어 있는 것을 볼 수 있다.
즉, 사용자가 가상 소작 도구를 가상 인체 장기의 제 1 소작 도구 접촉점(61a)에 접촉시키는 동작에 의하여, 제 1 유효 영역 메쉬(61)가 생성된다. 그리고, 제 1 유효 영역 메쉬(61)는 중심 색상 변화 함수 및 인접 색상 변화 함수에 의하여 어둡게 형성된다. 이 후, 사용자가 가상 소작 도구를 가상 인체 장기의 제 2 소작 도구 접촉점(62a)에 접촉시키는 동작에 의하여, 제 2 유효 영역 메쉬(62)가 생성된다. 이 때, 제 1 유효 영역 메쉬(61)와 중첩되지 않는 제 2 유효 영역 메쉬(62)의 영역은 중심 색상 변화 함수 및 인접 색상 변화 함수에 의하여 어둡게 형성된다. 다만, 제 2 유효 영역 메쉬(62)에 대한 중심 색상 변화 함수 및 인접 색상 변화 함수를 그대로 중첩 영역(63)에도 적용하면, 제 2 유효 영역 메쉬(62)의 소작 효과가 자연스럽지 못하게 표현될 수 있다. 즉, 제 1 유효 영역 메쉬(61)에 포함되어 이미 어둡게 형성된 중첩 영역(63)이 제 2 유효 영역 메쉬(62)에 대한 중심 색상 변화 함수 및 인접 색상 변화 함수에 의하여 오히려 컬러가 밝아졌다가 다시 어두워지는 과정을 거칠 수 있다.
하지만, 본 발명은 가시화부(160)가 기 설정된 버퍼 컬러 값을 가시화하여, 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화한다. 먼저, 버퍼 컬러 값을 비교부(140) 및 갱신부(150)에 의하여 갱신하게 된다. 따라서, 중첩 영역(63)은 제 1 유효 영역 메쉬(61)에 대한 소작 효과의 반영으로, 상대적으로 어두운 컬러로 버퍼 컬러 값이 기 정해진다. 따라서, 제 2 유효 영역 메쉬(62)에 대한 소작 효과가 중첩 영역(63)에 추가 적용되어도, 버퍼 컬러 값은 변하지 않으므로, 중첩 영역(63)의 컬러가 밝아졌다가 다시 어두워지는 현상은 일어나지 않는다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치(100)에 의하여 가상 인체 장기인 간의 일부분에 소작 애니메이션 효과가 구현된 일 예를 도시한 것이다. 도 7a, 도 7b 및 도 7c 및 도 7d는 가상 인체 장기에 가상 소작 도구가 접촉된 지속 시간에 따라 순차적으로 간의 일부분의 컬러가 점점 어두워지는 소작 애니메이션 효과를 가시화하고 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 방법은 먼저, 소작의 대상이 되는 가상 인체 장기에 대한 기본 메쉬를 모델링한다(S801). 즉, 단계(S801)에서는 소작의 대상이 되는 가상이 되는 가상 인체 장기의 3 차원 표면을 추출하고, 3 차원 표면을 메쉬 모델링하여 기본 메쉬 구조를 생성한다.
사용자에 의하여 가상 소작 도구가 가상 인체 장기에 접촉하게 된다(S802).
그리고, 단계(S801)에서 모델링 된 기본 메쉬 구조 중 단계(S802)에서 가상 소작 도구가 접촉된 영역을 중심으로 소작 효과가 가시화될 유효 영역 메쉬를 모델링한다(S803). 이 때, 유효 영역 메쉬는 기본 메쉬 중 가상 소작 도구와 직접 접촉한 메쉬인 중심 메쉬 및 중심 메쉬에 인접하는 복수개의 메쉬인 인접 메쉬를 포함하여 구성된다.
가상 소작 도구와 중심 메쉬의 접촉 시간이 증가함에 따라, 중심 메쉬의 컬러의 밝기 값이 감소하도록 하는 중심 색상 변화 함수를 모델링한다(S804). 그리고, 단계(S804)에서 중심 색상 변화 함수는 가상 소작 도구와 상기 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라, 중심 메쉬 내부의 블루(Blue) 밝기 값이 점진적으로 감소하고, 블루(Blue) 밝기 값이 0 에 도달한 후, 레드(Red) 밝기 값 및 그린(Green) 밝기 값이 동시에 점진적으로 감소하도록 모델링될 수 있다. 그리고, 이 때, 중심 색상 변화 함수는 그린(Green) 밝기 값의 감소 속도가 레드(Red) 밝기 값의 감소 속도의 적어도 2 배가 되도록 모델링될 수 있다.
그리고, 중심 메쉬로부터 인접 메쉬의 정점까지의 거리 값을 기초로, 인접 메쉬 내부의 중심메쉬로부터의 점진적 컬러 변화를 표현하는 인접 색상 변화 함수를 모델링한다(S805).
그리고, 단계(S804) 및 단계(S805)의 중심 색상 변화 함수 및 인접 색상 변화 함수에 의한 각각의 컬러 값과, 상기 각각의 컬러 값이 구현될 해당 위치에 기 설정된 버퍼 컬러 값을 비교한다(S806). 즉, 단계(S806)에서는 상기 함수에 의한 각각의 컬러 값이 해당 위치에서 버퍼 컬러 값보다 어두운 컬러 값에 해당하는지를 판단한다. 이 때, 버퍼 컬러 값은 화이트(White) 컬러(255, 255, 255)로 초기 설정되어 있다. 이러한, 버퍼 컬러 값은 가상 인체 장기의 3 차원 표면 상의 각 좌표에 대하여 각각 별개로 설정되어 있다. 그리고, 단계(S806)에서는 상기 각각의 컬러 값과 버퍼 컬러 값의 비교를 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값 및 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행할 수 있다.
단계(S806)의 판단 결과, 상기 함수에 의한 각각의 컬러 값이 기 설정된 버퍼 컬러 값보다 어두운 컬러 값을 갖지 않는다면, 기존의 버퍼 컬러 값을 그대로 유지한다(S807).
반면, 단계(S806)의 판단 결과, 상기 함수에 의한 각각의 컬러 값이 기 설정된 버퍼 컬러 값보다 어두운 컬러 값을 갖는다면, 기존의 버퍼 컬러 값을 상기 함수에 의한 각각의 컬러 값으로 대체 갱신한다(S808). 그리고, 단계(S808)에서는 버퍼 컬러 값의 갱신을 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값, 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행할 수 있다.
중심 색상 변화 함수 및 인접 색상 변화 함수를 기초로, 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화 한다(S809). 이 때, 단계(S809)는 단계(S807) 및 단계(S808)를 통해 정의된 버퍼 컬러 값을 가시화하여, 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화 할 수 있다.
그리고, 추가로 가상 소작 도구와 가상 인체 장기가 접촉하는지를 판단한다(S810). 단계(S810)의 판단 결과 추가 접촉이 있다고 판단되면, 단계(S803)로 돌아가 소작 효과가 가시화될 추가적인 유효 영역 메쉬를 모델링한다. 반면, 단계(S810)의 판단 결과 추가 접촉이 없다고 판단되면, 전체적인 가상 소작 도구에 의한 가상 수술 시뮬레이션을 종료하게 된다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 소작 애니메이션 효과 생성 장치 및 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100; 소작 애니메이션 효과 생성 장치
110; 기본 메쉬 생성부
120; 유효 영역 메쉬 모델링부
130; 색상 변화 모델링부
140; 비교부
150; 갱신부
160; 가시화부

Claims (10)

  1. 소작의 대상이 되는 가상 인체 장기의 3 차원 표면을 추출하고, 상기 3 차원 표면을 메쉬 모델링하여 기본 메쉬 구조를 생성하는 기본 메쉬 생성부;
    상기 기본 메쉬 구조 중 가상 소작 도구와 접촉한 메쉬인 중심 메쉬 및 상기 중심 메쉬에 인접하는 복수개의 메쉬인 인접 메쉬를 포함하는 유효 영역 메쉬를 모델링하는 유효 영역 메쉬 모델링부;
    상기 가상 소작 도구와 상기 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라 상기 중심 메쉬의 컬러의 밝기 값이 감소하도록 하는 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 중심 메쉬 색상 변화 모델링부;
    상기 중심 메쉬로부터 상기 인접 메쉬의 정점까지의 거리 값을 기초로, 상기 인접 메쉬 내부의 상기 중심 메쉬로부터의 점진적 컬러 변화를 표현하는 인접 색상 변화 함수를 모델링하는 인접 메쉬 색상 변화 모델링부; 및
    상기 중심 색상 변화 함수 및 상기 인접 색상 변화 함수를 기초로, 상기 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화하는 가시화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소작 애니메이션 효과 생성 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중심 색상 변화 함수 및 상기 인접 색상 변화 함수에 의한 각각의 컬러 값과, 상기 각각의 컬러 값이 구현될 해당 위치에 대하여 화이트(White) 컬러로 각각 초기 설정된 버퍼 컬러 값을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 비교 결과, 상기 해당 위치에서 상기 각각의 컬러 값이 상기 버퍼 컬러 값보다 어두운 컬러 값을 갖는 경우, 상기 각각의 컬러 값을 상기 해당 위치에서의 상기 버퍼 컬러 값으로 갱신하는 갱신부를 더 포함하며,
    상기 가시화부는,
    상기 버퍼 컬러 값을 가시화하여, 상기 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화하는 것을 특징으로 하는 소작 애니메이션 효과 생성 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 비교부는
    상기 각각의 컬러 값과 상기 버퍼 컬러 값의 비교를 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값 및 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행하고,
    상기 갱신부는
    상기 버퍼 컬러 값의 갱신을 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값, 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행하는 것을 특징으로 하는 소작 애니메이션 효과 생성 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 중심 메쉬 색상 변화 모델링부는
    상기 가상 소작 도구와 상기 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라, 상기 중심 메쉬 내부의 블루(Blue) 밝기 값이 점진적으로 감소하고, 상기 블루(Blue) 밝기 값이 0 에 도달한 후, 레드(Red) 밝기 값 및 그린(Green) 밝기 값이 동시에 점진적으로 감소하도록, 상기 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 것을 특징으로 하는 소작 애니메이션 효과 생성 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 중심 메쉬 색상 변화 모델링부는
    상기 레드(Red) 밝기 값 및 상기 그린(Green) 밝기 값이 동시에 점진적으로 감소할 때, 상기 그린(Green) 밝기 값의 감소 속도가 상기 레드(Red) 밝기 값의 감소 속도의 적어도 2 배가 되도록, 상기 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 것을 특징으로 하는 소작 애니메이션 효과 생성 장치.
  6. 소작의 대상이 되는 가상 인체 장기의 3 차원 표면을 추출하고, 상기 3 차원 표면을 메쉬 모델링하여 기본 메쉬 구조를 생성하는 단계;
    상기 기본 메쉬 구조 중 가상 소작 도구와 접촉한 메쉬인 중심 메쉬 및 상기 중심 메쉬에 인접하는 복수개의 메쉬인 인접 메쉬를 포함하는 유효 영역 메쉬를 모델링하는 단계;
    상기 가상 소작 도구와 상기 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라 상기 중심 메쉬의 컬러의 밝기 값이 감소하도록 하는 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 단계;
    상기 중심 메쉬로부터 상기 인접 메쉬의 정점까지의 거리 값을 기초로, 상기 인접 메쉬 내부의 상기 중심 메쉬로부터의 점진적 컬러 변화를 표현하는 인접 색상 변화 함수를 모델링하는 단계; 및
    상기 중심 색상 변화 함수 및 상기 인접 색상 변화 함수를 기초로, 상기 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 소작 애니메이션 효과 생성 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 중심 색상 변화 함수 및 상기 인접 색상 변화 함수에 의한 각각의 컬러 값과, 상기 각각의 컬러 값이 구현될 해당 위치에 대하여 화이트(White) 컬러로 각각 초기 설정된 버퍼 컬러 값을 비교하는 단계; 및
    상기 해당 위치에서, 상기 컬러 값이 상기 버퍼 컬러 값보다 어두운 컬러 값을 갖는 경우, 상기 각각의 컬러 값을 상기 해당 위치에서의 상기 버퍼 컬러 값으로 갱신하는 단계를 더 포함하며,
    상기 소작 효과를 가시화하는 단계는,
    상기 버퍼 컬러 값을 가시화하여, 상기 가상 인체 장기에 대한 소작 효과를 가시화하는 것을 특징으로 하는 소작 애니메이션 효과 생성 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 각각의 컬러 값과 상기 버퍼 컬러 값을 비교하는 단계는,
    상기 각각의 컬러 값과 상기 버퍼 컬러 값의 비교를 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값 및 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행하고,
    상기 버퍼 컬러 값을 갱신하는 단계는,
    상기 버퍼 컬러 값의 갱신을 블루(Blue) 컬러 값, 레드(Red) 컬러 값, 그린(Green) 컬러 값 각각에 대하여 행하는 것을 특징으로 하는 소작 애니메이션 효과 생성 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 단계는,
    상기 가상 소작 도구와 상기 중심 메쉬의 접촉 지속 시간이 증가함에 따라, 상기 중심 메쉬 내부의 블루(Blue) 밝기 값이 점진적으로 감소하고, 상기 블루(Blue) 밝기 값이 0 에 도달한 후, 레드(Red) 밝기 값 및 그린(Green) 밝기 값이 동시에 점진적으로 감소하도록, 상기 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 것을 특징으로 하는 소작 애니메이션 효과 생성 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 단계는,
    상기 레드(Red) 밝기 값 및 상기 그린(Green) 밝기 값이 동시에 점진적으로 감소할 때, 상기 그린(Green) 밝기 값의 감소 속도가 상기 레드(Red) 밝기 값의 감소 속도의 적어도 2 배가 되도록, 상기 중심 색상 변화 함수를 모델링하는 것을 특징으로 하는 소작 애니메이션 효과 생성 방법.
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