KR101373052B1 - 그래픽 촉수 운동 생성 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그래픽 촉수 운동 생성 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래픽 촉수 운동 생성 방법은, 3차원 촉수의 초기 메쉬 정보를 기반으로 1차원 중심선과 2차원 표면으로 분리하는 초기화 단계; 외부에서 주어지는 촉수 뿌리 운동을 근거로 1차원 중심선의 초기 샘플점들로부터 새로운 프레임의 샘플점들의 위치를 결정하는 중심선 동역학 단계; 1차원 중심선의 초기 샘플점들 및 외부에서 주어지는 촉수 뿌리 운동을 근거로 2차원 표면의 초기 샘플점들로부터 새로운 프레임의 샘플점들의 위치를 결정하는 표면 동역학 단계; 및 1차원 중심선 및 2차원 표면의 새로운 프레임의 샘플점들의 위치를 이용하여 1차원 중심선과 2차원 표면을 결합하여 촉수 형상을 생성하는 결합 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 촉수 운동 생성 방법 및 장치를 통해 컴퓨터 그래픽스에서 문어, 해파리, 불가사리 등의 유연체에 대한 물리 기반 애니메이션에 적용하여 실감 고품질 영상을 효율적으로 생성할 수 있다.

촉수, 중심선, 표면, 변형, 진동, 파괴, 그래픽, 물리 시뮬레이션, 모드 분해

Description

그래픽 촉수 운동 생성 방법 및 그 장치{METHOD FOR GENERATING GRAPHIC TENTACLE MOTION AND ITS APPARATUS}

본 발명은 그래픽 촉수 운동 생성 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 컴퓨터 그래픽스에서 촉수의 형상과 운동을 가시화하기 위한 방식에 있어서 실감적인 고품질 및 효율적 속도로 그래픽 촉수 운동을 생성하도록 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 문화체육관광부의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-051-03, 과제명: 디지털 크리쳐 제작 S/W 개발].

주지된 바와 같이, 촉수 시뮬레이션 모델링 방법에는, 촉수 3D 볼륨 메쉬의 꼭지점들에 질량을 부여한 질점과 근접 질점 사이를 용수철로 연결하는 질량-용수철 모델이 있다. 이러한 모델링 방법의 장점은 구현이 매우 간단하고 빠르다는 것이다.

또, 상용 소프트웨어인 마야의 디포머(Deformer)에서는 역동역학 방식의 스플라인(Spline) 곡선을 사용하여 촉수를 모델링한다. 그리고 이 방식은 스플라인 샘플 점들에 대하여 프리폼(Free-Form) 변형 방식으로 변형 및 진동을 애니메이션 한다. 이 방식은 상용 마야 소프트웨어의 다른 기능들을 사용할 수 있다는 강점을 갖는다.

최근에는, 크리스웰(Chriswell)이 로보틱스와 관절체 애니메이션에서 사용되는 다중 강체 모델에 기반한 촉수 모델을 제안하여 영화 카라비안의 해적에 적용되었다. 이 모델에서는 각각의 촉수를 선형 다중 강체로 근사화하여 동역학 엔진을 간단히 변형하여 사용할 수 있다. 또한 사인파 (Sine Wave) 내력을 적용하여 촉수가 꿈틀거리는 것을 표현한다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래 기술에서 볼륨 질량-용수철 모델은 3차원 부피 전체에 질점과 용수철이 분포함에 따라 시간이 오래 걸리고 균일한 변형은 잘 표현하나 굵은 줄 형상인 촉수에서 길이 방향의 변형과 진동이 제대로 표현되지 않은 문제를 해결하지 못하고 있다.

다음에, 마야 디포머는 역동역학 방식의 스플라인 커브를 사용하므로 촉수 길이 방향의 변형과 진동 표현이 가능하나 프리폼 변형이므로 디자이너의 수작업이 많이 필요하고 촉수가 몸통을 관통하는 것과 같은 문제가 발생한다. 즉, 세밀한 표현을 하기에 수작업이 많이 요구되어 빠르게 애니메이션을 자동 생성하지 못하는 단점을 가지고 있다.

다음으로, 크리스웰의 모델은 다중 강체가 연결된 모델로 강체의 특성상 세 밀한 촉수 휘어짐이나 꼬임을 물리적으로 생성하기 어려운 단점을 가지고 있다. 또한 사인파 내력으로 꿈틀거리는 표현이 가능하나 꿈틀거림이 너무 주기적이며, 촉수 단절과 같은 파괴 시뮬레이션 기능이 없다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 촉수를 중심선과 표면으로 분리하여 모델링하여 3차원 부피 전체를 시뮬레이션하는 것보다 계산 시간을 단축시키도록 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법 및 그 장치를 제공한다.

또, 본 발명의 다른 목적은 촉수를 중심선과 표면으로 분리한 후, 1차원인 중심선의 변형을 물리 입자 시스템으로 시뮬레이션하는 방식을 제공하는 것이다. 이에 따라, 촉수의 휘어짐이나 꼬임의 세밀한 표현을 몸체 관통 같은 부자유스러움 없이 세밀하게 표현이 가능하도록 하게 된다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 촉수를 중심선과 표면으로 분리한 후, 2차원인 표면의 진동을 고유 모드로 분해하고 일반적 몇 가지 진동 고유 모드의 결합으로 자동 생성하는 방식을 제공하는 것이다. 이에 더하여, 사용자가 간단히 설정한 촉수 부위에 임계값 이상의 외력이 주어졌을 때에 파괴 시뮬레이션이 가능하도록 하는 방식을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 그래픽 촉수 운동 생성 방법은, 3차원 촉수의 초기 메쉬 정보를 기반으로 1차원 중심선과 2차원 표면으로 분리하는 초기화 단계; 외부에서 주어지는 촉수 뿌리 운동을 근거로 1차원 중심선의 초기 샘플점들로부터 새로운 프레임의 샘플점들의 위치를 결정하는 중심성 동역학 단계; 1차원 중심선의 초기 샘플점들 및 외부에서 주어지는 촉수 뿌리 운동을 근거로 2차원 표면의 초기 샘플점들로부터 새로운 프레임의 샘플점들의 위치를 결정하는 표면 동역학 단계; 및 1차원 중심선 및 2차원 표면의 새로운 프레임의 샘플점들의 위치를 이용하여 1차원 중심선과 2차원 표면을 결합하여 촉수 형상을 생성하는 결합 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은 결합 단계를 새로운 프레임에 대하여 반복 수행하여 시간에 따라 변형되는 촉수 형상을 생성하는 단계; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 중심선 동역학 단계는, 외부에서 주어지는 촉수 뿌리 운동을 근거로 1차원 중심선의 초기 샘플점들을 결정하는 제1 중심선 결정 단계; 및 1차원 중심선 샘플점들의 위치와 외부에서 주어지는 촉수 뿌리 운동을 바탕으로 다음 프레임의 중심선 형상인 새로운 중심선 샘플점들의 위치를 결정하는 제2 중심선 결정 단계; 를 포함하는 것이 바람직하다.

또, 표면 동역학 단계는, 외부에서 주어지는 촉수 뿌리 운동을 근거로 2차원 표면의 초기 샘플점들을 결정하는 제1 표면 결정 단계; 및 2차원 표면 샘플점들의 위치, 1차원 중심선 샘플점들의 위치와 외부의 촉수 뿌리 운동을 바탕으로 다음 프레임의 2차원 표면의 새로운 표면 샘플점들의 위치를 결정하는 제2 표면 결정단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 1차원 중심선 샘플점들의 분포는, 실감도를 증대하도록 촉수의 기하 구조를 반영하되, 촉수의 뿌리와 촉수의 끝점 간의 분포량을 대비시키는 차등 샘플 링을 이용하는 것이 바람직하다.

또, 2차원 표면 중심선 샘플점들의 분포는, 실감도를 증대하도록 촉수의 기하 구조를 반영하여, 촉수의 뿌리와 촉수의 끝점 간의 분포량을 대비시키는 차등 샘플링을 이용하는 것이 바람직하다.

또, 1차원 중심선의 새로운 샘플점들의 위치에 대하여 꼬임, 휘어짐 및 파괴 중 어느 하나 이상을 포함하는 물리 입자 시뮬레이션을 적용하는 단계; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 물리 입자 시뮬레이션 단계는, 외부에서 주어지는 촉수 뿌리 운동, 중력, 바람, 물결 및 몸통 충돌력 중 어느 하나 이상을 반영하는 것이 바람직하다.

또, 물리 입자 시뮬레이션 단계는, 촉수 자율 신경 효과 생성을 위해 무작위 섭동 내력(Random Perturbation Internal Force)을 반영하는 것이 바람직하다.

또, 2차원 표면의 새로운 샘플점들 위치에 대하여 고유 모드 시뮬레이션을 사용하여 진동 운동을 표현하는 단계; 를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 진동 운동을 표현하는 단계는, 계산 시간을 감소시키기 위해 많아도 5개 이하의 고유 모드의 선형 결합에 의해 진동 운동을 표현하는 것이 바람직하다.

또, 결합 단계는, 자연스러운 표현을 위해 몸통과 촉수 표면을 적어도 1회 이상 미분 가능한 연속 함수로 연결하는 방식을 이용하는 것이 바라직하다.

또, 물리 입자 시뮬레이션을 적용하는 단계는, MS(Mass Spring) 방식, SM(Shape Matching) 방식, SH(Super-Helix) 방식 중 적어도 어느 하나의 방식을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 물리 입자 시뮬레이션 단계는, 단면에 외력이 정해진 임계값 이상으로 주어졌을 때 촉수의 절단을 발생시키는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 그래픽 촉수 운동 생성 장치는, 3차원 촉수의 초기 메쉬 정보를 기반으로 1차원 중심선과 2차원 표면으로 분리하는 초기화부; 외부에서 주어지는 촉수 뿌리 운동을 근거로 1차원 중심선의 초기 샘플점들로부터 새로운 프레임의 샘플점들의 위치를 결정하는 중심선 동역학부; 1차원 중심선의 초기 샘플점들 및 외부에서 주어지는 촉수 뿌리 운동을 근거로 2차원 표면의 초기 샘플점들로부터 새로운 프레임의 샘플점들의 위치를 결정하는 표면 동역학부; 및 1차원 중심선 및 2차원 표면의 새로운 프레임의 샘플점들의 위치를 이용하여 1차원 중심선과 2차원 표면을 결합하여 촉수 형상을 생성하는 결합부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 일 관점에 따른 그래픽 촉수 운동 생성 방법은, 촉수를 중심선과 표면으로 분리하여 모델링하는 단계와, 중심선 변형 운동을 물리 입자 시스템으로 시뮬레이션하는 단계와, 표면 진동을 중심선 운동에 수반하는 고유 모드 결합 운동으로 시뮬레이션하는 단계와, 중심선과 표면을 결합하는 단계를 반복 수행하여 최종 시간에 따라 변형되는 촉수 형상을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 관점에 따른 그래픽 촉수 운동 생성 장치는, 촉수 초기 모델 정보를 이용하여 촉수 중심선의 샘플점들과 촉수 표면을 타원들로 분리하는 초기화부와, 중심선 샘플점들을 물리 입자 시스템으로 시뮬레이션하는 중심선동 역학부와, 생성된 중심선에 수반하여 표면의 고유 모두 진동 시뮬레이션하는 표면동역학부와, 중심선과 표면 정보를 몸통에 결합하는 결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 촉수 운동 생성을 위한 체계화된 파이프라인을 제공함에 따라 수작업을 최소화하고 연산 처리를 효율화한다.

또, 본 발명에 따르면, 촉수 모델을 3차원 메쉬 대신에 1차원 중심선과 2차원 표면으로 분리하여 생성하여 연산속도를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 1차원 중심선에 대하여 물리 시스템 기반의 시뮬레이션을 수행하여 휘어짐이 꼬임과 같은 세밀한 변형 운동 표현을 가능하게 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 2차원 표면의 진동을 고유 모드로 분해하고 중요한 몇 가지 고유 모드의 선형 결합으로 표면 진동 운동을 표현하여 빠른 애니메이션이 가능하게 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 사용자의 간단한 설정에 의하여 외력에 의한 촉수 파괴와 같은 절단 표현을 가능하게 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 촉수의 변형 및 진동 운동을 빠르고 효과적으로 시각화하는데 매우 유용하며, 컴퓨터 그래픽스에서 오징어, 문어, 해파리 등의 동물 촉수의 물리 기반 애니메이션에 적용하여 고품질 영상을 효율적으로 생성할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래픽 촉수 운동 생성 장치의 전체 구성을 블록으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그래픽 촉수 운동 생성 장치는 초기값 생성부(10), 그래픽 촉수 운동 생성부(20), 가시화부(30), 몸통 운동 생성부(40)를 포함하여 구성된다.

초기값 생성부(10)는 촉수 모델링을 위한 초기 촉수의 메쉬 모델을 제공하는 역할을 수행한다. 본 발명에서 초기값 생성부(10)는 촉수의 초기 형상을 제공하는 편집기 프로그램으로 이를 위한 상용 프로그램으로서 Maya, 3D Max 중 어느 하나나 유사한 신규 프로그램을 사용하는 블록을 채용할 수 있을 것이다. 초기값 생성부(10)는 초기 촉수의 메쉬 모델을 그래픽 촉수 운동 생성부(20)에 제공하게 된다.

여기서, 초기 촉수의 메쉬 모델은 컴퓨터 그래픽스 등에서 문어, 오징어, 해파리와 연체 동물의 촉수를 포함할 수 있다.

그래픽 촉수 운동 생성부(20)는 제공된 초기 촉수의 메쉬 모델을 기초로 촉 수를 중심선과 표면으로 분리시켜 모델링 한다. 이에 따라 기존의 3차원 부피 전체를 시뮬레이션하는 것보다 계산 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

또, 그래픽 촉수 운동 생성부(20)는 촉수를 중심선과 표면으로 분리한 후, 1차원인 중심선의 변형을 물리 입자 시스템으로 시뮬레이션하여 휘어짐이나 꼬임의 세밀한 표현을 몸체 관통 같은 부자유스러움 없이 세밀하게 표현이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 그래픽 촉수 운동 생성부(20)는 촉수를 중심선과 표면으로 분리한 후, 2차원인 표면의 진동을 고유 모드로 분해하고 일반적 몇 가지 진동 고유 모드의 결합으로 자동 생성하고, 사용자가 간단히 설정한 촉수 부위에 임계값 이상의 외력이 주어졌을 때에 파괴 시뮬레이션이 가능하도록 처리할 수 있다.

몸통 운동 생성부(40)는 그래픽 촉수 운동 생성부(20)에 의해서 생성된 그래픽 촉수 운동 모델에 연동될 몸통 운동 모델을 생성하게 된다. 몸통 운동 생성부(40)는 상술한 그래픽 촉수 운동 생성부(20)와 동일한 방식을 채용할 수 있으나 이에 제한 되지는 않는 것으로 한다.

또, 몸통 운동 생성부(40)는 그래픽 촉수에 연동될 촉수 뿌리 운동 정보를 생성하여 제공하게 된다.

가시화부(30)는 상술한 방식으로 생성된 그래픽 촉수 운동 모델 등을 렌더링하여 가시화하는 역할을 수행한다. 이러한 가시화부(30)는 촉수 운동 모델을 표시할 수 있는 방식이라면 어떠한 방식이라도 가능할 것이다.

도 2는 도 1에 도시된 그래픽 촉수 운동 생성부의 세부 블록 구성을 도시한도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉수를 중심선과 표면으로 나누는 예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 진동 운동의 가장 작은 주파수의 고유 모드 3개를 예시한 도면이다. [도 3에서는 촉수 모델을 중심선과 표면으로 분리(샘플점들이 뿌리 근처에서 많고 끝점으로 가면 줄어드나, 거꾸로 뿌리 근처에서 적고 끝접으로 가면 늘어나게 구성할 수도 있음],[도 4에서는 표면 진동 운동의 고유모드를 도시한였고(n은 고유 모드 지수)를 의미한다.]

도 2를 참조하면 그래픽 촉수 운동 생성부(20)는 초기화부(201), 중심선동역학부(203), 표면동역학부(205), 결합부(207)를 포함하여 구성된다.

초기화부(201)는 상술한 초기값 생성부(10)로부터 입력되는 3차원 메쉬 정보를 이용하여 촉수를 1차원 중심선과 2차원 표면으로 분리하게 된다. 우선, 초기화부(201)는 1차원 중심선의 샘플점들과 2차원 표면을 구성하는 단면 곡선들의 샘플점을 획득한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 촉수의 단면은 뿌리에서는 두껍고 끝으로 갈수로 얇아지게 된다. 그래서, 초기화부(201)는 촉수 표면의 샘플점들의 숫자를 뿌리에서는 많고 끝으로 갈수로 적은 감소 함수로 정하여 실제 촉수의 기하학을 반영하여 실감도를 증가시킨다. 이에 따라 임의의 초기 촉수 메쉬의 입력값에 대하여 자동적으로 중심선과 표면으로 분리하여 3차원 부피 메쉬 자체를 사용하는데 요구되는 연산 시간 부하를 제거할 수 있게 된다.

중심선동역학부(203)는 상술한 몸통 운동 생성부(40)에서 입력되는 촉수 뿌리 운동, 즉 현재 시간 프레임의 중심선 형상을 이용하여 다음 시간 프레임의 중심선 형상을 결정한다. 더욱 상세하게 설명하면, 중심선동역학부(203)는 원리적으로는 중심선을 구성하는 샘플점들을 질량과 다른 물성을 갖는 입자로 간주한다. 그리고 중심선동역학부(203)는 중력과 같은 외력이나 탄성과 같은 내력이 작용하는 물리 입자 시스템 방정식을 풀어 매 시간 입자의 새로운 위치를 결정한 후에 새로운 중심선 형상을 정한다. 이에 따라, 중심선동역학부(203)에 의한 중심선은 물리 입자 시스템을 사용하여 꼬임, 뒤틀림과 파괴 같은 변형을 세밀히 표현할 수 있게 된다. 즉, 중심선동역학부(203)은 물리 입자의 중력, 바람, 물결, 충돌 등의 외력과 이웃하는 샘플점들로부터 발생하는 내력을 계산하여 표현하게 된다.

여기서, 중심선동역학부(203)는 중심선 시뮬레이션에서 외력이 사전에 정해진 부위에 사전에 정해진 임계값 이상인 경우 중심선 절단이 가능하다. 물리 모델로는 MS(Mass-Spring) 시스템, SM(Shape-Matching) 시스템, SH(Super-Helix) 시스템 등이 사용될 수 있다.

표면동역학부(204)는 몸통 운동 생성부(40)에서 입력되는 촉수 뿌리 운동과 중심선동역학부(203)에서 결정된 중심선에 맞추어 표면의 진동 운동을 생성하는데 고유 모드 분해법을 사용한다. 더욱 상세하게 설명하면, 표면동역학부(204)는 +6에 도시된 바와 같이(미설명부호 n은 고유 모드 지수를 지칭한다.), 주어진 중심선과 이전 표면 형상을 소스로 하는 미분 방정식을 풀어 낮은 주파수 진동에서 높은 주파수 진동으로 불과 몇 가지의 고유 진동 운동을 계산한다. 그리고 표면동역학 부(204)는 표면 진동을 이런 몇 가지 고유 운동들의 선형 결합으로 표현한다. 이에 따라, 표면동역학부(204)에 의한 표면 진동은 고유 모드 몇 가지만을 선형 결합하여 근사적으로 진동 운동을 표현하여 연산 시간을 감소시킬 수 있다.

결합부(205)는 상술한 중심선동역학부(203)와 표면동역학부(204)에서 각각 결정된 중심선과 표면을 이용하여 다음 시간 프레임의 새로운 촉수 메쉬를 생성한다. 여기서, 결합부(205)는 몸통 운동 생성부(40)의 뿌리 근처의 몸통 메쉬와 자연스럽게 연결되도록 촉수 메쉬를 구성하여 가시화부(30)에서 렌더링을 할 수 있는 데이터를 생성한다.

따라서, 본 발명은 촉수 운동 생성을 위한 체계화된 파이프라인을 제공함에 따라 수작업을 최소화 및 연산 처리를 효율화하며, 촉수를 중심선과 표면으로 분리하고 중심선과 표면에 적절히 다른 시뮬레이션을 수행하여 세밀하고 빠른 애니메이션 가능한 이점이 있으면서도, 또한 뿌리와의 거리에 따라 차등적으로 촉수 중심선과 촉수 표면의 샘플점을 생성하므로 뿌리점 근처에서는 변화가 작고 끝점 근처에서 휘어짐 변화가 큰 현상을 반영하여 세밀한 표현을 가능하게 하는 이점이 있다.

이하, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래픽 촉수 운동 생성 방법을 설명하도록 한다. 설명에 있어서, 상술한 구성을 갖는 그래픽 촉수 운동 생성 장치에서의 그래픽 촉수 운동 생성 과정을 일례로 설명하도록 한 다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래픽 촉수 운동 생성 방법의 순차적인흐름을 도시한 도면이다. 설명에 있어서, 도 1 내지 도 4에 도시된 동일한 도면 부호는 동일한 기능을 수행하는 것으로 한다.

먼저, 초기값 생성부(10)에서 초기 촉수 각각의 메쉬 정보를 생성하여 제공함에 따라, 그래픽 촉수 운동 생성부(20)의 초기화부(201)는 초기 촉수 각각의 메쉬 정보를 입력 받는다(S10). 그리고, 초기화부(201)는 그 입력 받은 촉수의 메쉬 정보를 이용하여 1차원 중심선과 2차원 표면으로 분리한다(S20).

이때, 초기화부(201)는 분리된 1차원 중심선 및 2차원 표면에서 샘플점들을 추출한다(S22). 여기서, 초기화부(201)는 촉수의 뿌리 근처에서는 더 많은 샘플점들을 추출하고, 촉수의 끝으로 갈수로 더 적은 샘플점들을 추출하게 된다. 즉, 초기화부(201)는 촉수의 뿌리 근처에서는 더 많은 샘플점들을 사용하고,촉수의 끝으로 갈수로 더 적은 샘플점들을 사용하게 된다(도 3 참조).

다음, 중심선동역학부(203)은 내력 계산에 따른 새로운 중심선 샘플점들의 위치를 계산한다(S30). 즉, 중심선동역학부(203)는 초기화부(201) 혹은 결합부(207)로부터 입력되는 중심선의 샘플점들의 위치와, 몸통 운동 생성부(40)로부터 입력되는 뿌리 위치 정보에 기반하여 물리 입자의 중력, 바람, 물결, 충돌 등의 외력과 이웃하는 샘플점들로부터 발생하는 내력을 계산한다. 그리고, 중심선동역학 부(203)은 그 계산결과에 따라 새로운 중심선 샘플점들의 위치를 계산하게 된다. 이때, 중심선동역학부(203)는 사전에 정해진 부위에 가해지는 외력이 사전에 정해진 임계값 이상인 경우 중심선 절단이 가능하다. 그리고, 중심선동역학부(203)는 이렇게 계산된 새로운 중심선 샘플점들의 위치를 표면동역학부(205)에 제공한다.

이어, 표면동역학부(205)는 몸통 운동 생성부(40)로부터 입력되는 뿌리 위치 정보에 기반하여 표면 운동의 고유 진동 모드를 이산 미분 방정식을 이용하여 계산한다(S40). 여기서, 표면동역학부(205)는 표면 운동의 고유 진동 모드 계산시 중심선동역학부(203)로부터 입력되는 중심선의 이전 프레임의 위치 목록과 새 프레임의 위치 목록을 사용한다(도 4 참조). 그에 따라 표면동역학부(205)는 표면의 진동 운동을 이와 같은 고유 진동 모드의 선형 결합으로 계산하게 된다.

상술한 단계 'S30' 및 단계 'S40'을 수행한 후, 중심선동역학부(203)와 표면동역학부(205)에서 각각 계산된 중심선과 표면의 샘플점들의 위치는 결합부(207)에 제공된다.

마지막으로, 결합부(207)는 표면동역학부(205) 로부터 입력되는 중심선과 표면의 샘플점들의 위치 정보를 이용하여 촉수 메쉬를 재구성 한다(S50). 여기서, 결합부(207)는 뿌리 근처에서 표면과 몸통이 유연하게 결합되도록 샘플점들을 적절히 조절하게 된다.

단계 S50 이후, 결합부(207)는 새 프레임의 촉수의 메쉬 정보를 계속 누적시켜 모든 가시화할 프레임들의 메쉬 정보를 가시화부(30)에 제공할 수 있다(S60).

한편, S50 이후, 결합부(207)는 새 프레임의 촉수의 메쉬 정보를 단계 'S30' 의 중심선동역학부(203)로 제공하여 새로운 중심선 샘플점들의 위치를 계산하는데 이용하도록 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 임의의 초기 촉수 메쉬의 입력값에 대하여 자동적으로 중심선과 표면으로 분리하여 3차원 부피 메쉬 자체를 사용하는데 요구되는 연산 시간 부하를 제거할 수 있다. 여기서, 중심선은 물리 입자 시스템을 사용하여 꼬임, 뒤틀림과 파괴 같은 변형을 세밀히 표현할 수 있다. 그리고 표면 진동은 고유 모드 몇 가지만을 선형 결합하여 근사적으로 진동 운동을 표현하여 연산 시간을 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 촉수의 변형 및 진동 운동을 빠르고 효과적으로 시각화하는데 매우 유용하며, 컴퓨터 그래픽스에서 사람의 문어, 오징어, 해파리와 연체 동물 촉수의 애니메이션에 적용하여 촉수의 고품질 영상을 효율적으로 생성할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그래픽 촉수 운동 생성 장치의 전체 구성을 블록으로 나타낸 도면.

도 2는 도 1에 도시된 그래픽 촉수 운동 생성부의 세부 블록 구성을 도시한도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉수를 중심선과 표면으로 나누는 예를 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 진동 운동의 가장 작은 주파수의 고유 모드 3개를 예시한 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그래픽 촉수 운동 생성 방법의 순차적인흐름을 도시한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 초기값 생성부 20 : 그래픽 촉수 운동 생성부

30 : 가시화부 40 : 몸통 운동 생성부

201 : 초기화부 203 : 중심선동역학부

205 : 표면동역학부 207 : 결합부

Claims (20)

1. 그래픽 촉수 운동 생성 방법으로서,

   3차원 촉수의 초기 메쉬 정보를 기반으로 1차원 중심선과 2차원 표면으로 분리하는 초기화 단계;

   촉수 뿌리 운동 정보를 근거로 상기 1차원 중심선의 초기 샘플점들로부터 상기 1차원 중심선에 대응하는 프레임의 샘플점들의 위치를 결정하는 중심성 동역학 단계;

   상기 1차원 중심선의 초기 샘플점들 및 상기 촉수 뿌리 운동 정보를 근거로 상기 2차원 표면의 초기 샘플점들로부터 새로운 프레임의 샘플점들의 위치를 결정하는 표면 동역학 단계; 및

   상기 1차원 중심선 및 2차원 표면에 대응하는 프레임의 샘플점들의 위치를 이용하여 상기 1차원 중심선과 2차원 표면을 결합하여 촉수 형상을 생성하는 결합 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 중심선 동역학 단계는,

   상기 촉수 뿌리 운동 정보를 근거로 상기 1차원 중심선의 초기 샘플점들을 결정하는 제1 중심선 결정 단계; 및

   상기 1차원 중심선 샘플점들의 위치와 상기 촉수 뿌리 운동 정보를 바탕으로 상기 2차원 표면에 대응하는 프레임의 중심선 형상인 중심선 샘플점들의 위치를 결정하는 제2 중심선 결정 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 1차원 중심선 샘플점들의 분포는,

   상기 촉수의 뿌리와 상기 촉수의 끝점 간의 분포량을 대비시키는 차등 샘플링을 이용하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 2차원 표면의 초기 중심선 샘플점들의 분포는,

   상기 촉수의 뿌리와 상기 촉수의 끝점 간의 분포량을 대비시키는 차등 샘플링을 이용하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 1차원 중심선의 새로운 샘플점들의 위치에 대하여 꼬임, 휘어짐 및 파괴 중 어느 하나 이상을 포함하는 물리 입자 시뮬레이션을 적용하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 물리 입자 시뮬레이션을 적용하는 단계는,

   상기 촉수 뿌리 운동 정보, 중력, 바람, 물결 및 몸통 충돌력 중 어느 하나 이상을 반영하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법.
9. 청구항 7에 있어서,

   상기 물리 입자 시뮬레이션을 적용하는 단계는,

   촉수 자율 신경 효과 생성을 위해 무작위 섭동 내력(Random Perturbation Internal Force)을 반영하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 2차원 표면의 새로운 샘플점들 위치에 대하여 고유 모드 시뮬레이션을 사용하여 진동 운동을 표현하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법.
11. 삭제
12. 청구항 1에 있어서,

    상기 결합 단계는,

    몸통과 촉수 표면을 적어도 1회 이상 미분 가능한 연속 함수로 연결하는 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법.
13. 청구항 7에 있어서,

    상기 물리 입자 시뮬레이션을 적용하는 단계는,

    MS(Mass Spring) 방식, SM(Shape Matching) 방식, SH(Super-Helix) 방식 중 적어도 어느 하나의 방식을 사용하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법.
14. 청구항 7에 있어서,

    상기 물리 입자 시뮬레이션을 적용하는 단계는,

    단면에 외력이 정해진 임계값 이상으로 주어졌을 때 촉수의 절단을 발생시키는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 방법.
15. 그래픽 촉수 운동 생성 장치로서,

    3차원 촉수의 초기 메쉬 정보를 기반으로 1차원 중심선과 2차원 표면으로 분리하는 초기화부;

    촉수 뿌리 운동 정보를 근거로 상기 1차원 중심선의 초기 샘플점들로부터 상기 1차원 중심선에 대응하는 프레임의 샘플점들의 위치를 결정하는 중심선 동역학부;

    1차원 중심선의 초기 샘플점들 및 상기 촉수 뿌리 운동 정보를 근거로 상기 2차원 표면의 초기 샘플점들로부터 새로운 프레임의 샘플점들의 위치를 결정하는 표면 동역학부; 및

    상기 1차원 중심선 및 상기 2차원 표면에 대응하는 프레임의 샘플점들의 위치를 이용하여 상기 1차원 중심선과 상기 2차원 표면을 결합하여 촉수 형상을 생성하는 결합부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 장치.
16. 삭제
17. 청구항 15에 있어서,

    상기 중심선 동역학부는,

    상기 촉수 뿌리 운동 정보를 근거로 상기 1차원 중심선의 초기 샘플점들을 결정하고, 상기 1차원 중심선의 초기 샘플점들의 위치와 상기 촉수 뿌리 운동 정보를 바탕으로 다음 프레임의 중심선 형상인 새로운 중심선 샘플점들의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 장치.
18. 청구항 15에 있어서,

    상기 표면 동역학부는,

    상기 촉수 뿌리 운동 정보를 근거로 상기 2차원 표면의 초기 샘플점들을 결정하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 장치.
19. 청구항 15에 있어서,

    상기 중심선 동역학부는,

    상기 1차원 중심선의 새로운 샘플점들의 위치에 대하여 꼬임, 휘어짐 및 파괴 중 어느 하나 이상을 포함하는 물리 입자 시뮬레이션을 적용하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 장치.
20. 청구항 15에 있어서,

    상기 표면 동역학부는,

    상기 2차원 표면의 새로운 샘플점들 위치에 대하여 고유 모드 시뮬레이션을 사용하여 진동 운동을 표현하는 것을 특징으로 하는 그래픽 촉수 운동 생성 장치.

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