KR20220018452A - Method and apparatus for simulating fire image base on animated shape and motions - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 VR/AR과 CG 산업에서 실사, 동영상, 자막 등에 활용 가능한 영상 특수효과 기법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 특정한 이미지를 입력 하여 사용자가 지정하는 형상 및 동작과 유사한 모습으로 유도하여 불의 영상효과를 시뮬레이션 하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a video special effect technique that can be used for live action, video, subtitles, etc. in the VR/AR and CG industries. More specifically, it relates to a method of simulating the image effect of fire by inputting a specific image and inducing it into a shape similar to the shape and motion specified by the user.
종래 기술에서 형상과 동작을 지정하여 불 영상(fire image)의 특수효과 시뮬레이션을 하기 위해서는 사용자가 직접 수동으로 불의 영역을 지정해서 입력한다. 이러한 불로 지정된 영역을 기반으로 불과 유사한 효과를 생성하는 시뮬레이션을 수행한 결과를 연속하여 생성하면 불 영상 특수효과 시뮬레이션이 가능하다. In the prior art, in order to simulate a special effect of a fire image by designating a shape and motion, a user manually designates and inputs a fire area. Fire image special effects simulation is possible if the results of simulations that generate fire-like effects are continuously generated based on the area designated as fire.
하지만, 종래 기술은 불의 영역이나 연료 상태를 사용자가 지정 및 입력하여야 한다. 이와 관련하여, 불 시뮬레이션은 시뮬레이션 공간을 일정 크기의 격자로 나누고 원하는 격자 영역에 연료를 주입하여 시뮬레이션 초기세팅을 한다. However, in the prior art, the user must designate and input the fire area or fuel state. In relation to this, in the fire simulation, the simulation space is divided into grids of a certain size, and fuel is injected into the desired grid area to perform initial simulation settings.
종래 기술에 따른 기존 방법으로 이미지 형태의 불을 만들기 위해서는 격자 영역을 GUI 등을 이용하여 수동으로 직접 지정하여 원하는 모양으로 연료를 주입한다. 매 프레임별로 해당 작업을 반복하여 시뮬레이션의 가시화 결과를 이어 붙이면 비로소 동영상이 생성된다. In order to make a fire in the form of an image by the conventional method according to the prior art, the grid area is manually designated using a GUI or the like, and fuel is injected in a desired shape. By repeating the operation for each frame and attaching the visualization results of the simulation, a moving picture is created.
따라서, 종래 기술에서는 불 영상의 시뮬레이션 가시화 결과는 사용자에 의한 수동 작업에 따라 시간이 많이 소요되고 그 결과가 부정확해질 수 있다는 문제점이 있다. 구체적으로, 종래 기술은 원하는 모양을 수동으로 직접 지정해줘야 하는 번거로움이 있다. 특히 시뮬레이션 프레임의 수가 많아질수록 작업자를 더 필요로 하거나, 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.Therefore, in the prior art, there is a problem that the simulation visualization result of a fire image takes a lot of time depending on a manual operation by a user, and the result may be inaccurate. Specifically, the prior art is cumbersome to manually designate a desired shape. In particular, as the number of simulation frames increases, more workers are required or a lot of time is required.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명은 원하는 모양의 이미지를 입력으로 주면 자동으로 해당 영역에 연료를 주입하여 시뮬레이션을 진행한다. The present invention has been proposed to solve the above problems, and in the present invention, when an image of a desired shape is input as an input, fuel is automatically injected into the corresponding area to perform a simulation.
본 발명에서는 이미지 형태로 원하는 형상이 입력되면 그 이미지를 기반으로 불의 연료를 자동 주입하며 사용자가 지정한 형상으로 가이드하며 시뮬레이션하는 방법을 제안하고자 한다.In the present invention, when a desired shape is input in the form of an image, fuel for fire is automatically injected based on the image, and a method of guiding and simulating the shape specified by the user is proposed.
본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법은 불 영상(fire image)이 입력되면, 상기 불 영상 내의 객체의 형태 및 동작에 기초하여 상기 불 영상 내의 객체의 내부 및 외부를 격자 단위로 나누는 형태 및 동작 입력 과정; 상기 객체의 형태 및 동작이 반영된 상기 격자 단위에 기초하여 부호화 거리 필드(signed distance field)를 계산하는 부호화 거리 필드 계산 과정; 상기 계산된 부호화 거리 필드에 기초하여, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역과 표면 영역 내에 연료가 주입되도록 제어하는 연료 주입 제어 과정; 및 연소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장(temperature field)을 생성하여, 연료 주입에 따른 불 영상을 가시화하는 가시화 과정을 포함한다.The three-dimensional fire image simulation method capable of designating a shape and motion according to the present invention, when a fire image is input, grids the inside and outside of the object in the fire image based on the shape and motion of the object in the fire image Form and motion input process divided into units; a coding distance field calculation process of calculating a signed distance field based on the grid unit in which the shape and motion of the object are reflected; a fuel injection control process of controlling fuel to be injected into an inner region and a surface region where the shape and motion of the object are made based on the calculated encoded distance field; and a visualization process of generating a temperature field for the grid unit through combustion effect simulation to visualize a fire image according to fuel injection.
실시 예에 따르면, 상기 방법은 상기 가시화 과정에서 생성된 온도 장과 상기 객체의 형태와 동작에 기초하여 상기 연료 주입 제어 과정을 반복하여 수행한다.According to an embodiment, the method repeats the fuel injection control process based on the temperature field generated in the visualization process and the shape and operation of the object.
실시 예에 따르면, 상기 연료 주입 제어 과정의 이후, 상기 불 영상의 해당 프레임에 형성되는 불의 내부 영역과 주변 영역의 대기 상태(atmospheric state)를 유체 시뮬레이션을 통해 해석하는 유체 시뮬레이션 과정; 및 상기 해석된 대기 상태에 기초하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하는 상기 연소 효과 시뮬레이션 과정을 더 포함한다. 상기 가시화 과정은 상기 유체 시뮬레이션 및 상기 연소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장을 생성할 수 있다.According to an embodiment, after the fuel injection control process, the fluid simulation process of analyzing the atmospheric state (atmospheric state) of the inner region and the surrounding region of the fire formed in the frame of the fire image through fluid simulation; and the combustion effect simulation process of simulating a combustion effect according to the injected fuel based on the analyzed atmospheric condition. The visualization process may generate a temperature field for the grid unit through the fluid simulation and the combustion effect simulation.
실시 예에 따르면, 상기 연료 주입 제어 과정에서, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역에 단위 면적 당 제1 밀도로 연료를 주입하고, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 경계에 해당하는 상기 표면 영역에 상기 제1 밀도보다 낮은 제2 밀도로 상기 연료를 주입하여, 상기 가시화 과정에서 각각의 프레임에서 상기 객체의 동작에 따른 경계에서 부자연스러운 동작이 발생하는 것을 방지할 수 있다. According to an embodiment, in the fuel injection control process, fuel is injected at a first density per unit area into the inner region where the shape and operation of the object are formed, and the surface area corresponding to the boundary where the shape and operation of the object are formed By injecting the fuel at a second density lower than the first density, it is possible to prevent an unnatural motion from occurring at a boundary according to the motion of the object in each frame in the visualization process.
실시 예에 따르면, 상기 부호화 거리 필드 계산 과정에서 상기 격자 단위로 구성된 화면의 내부 영역에 상기 불 영상 및 상기 불 영상 내의 객체를 포함하는 2D 이미지를 위치시키고, 상기 객체의 표면을 기준으로, 상기 격자 단위의 각각의 격자에 대해 상기 객체의 표면과의 거리에 따른 상기 부호화 거리 필드를 계산하고, 상기 각각의 격자가 상기 2D 이미지의 외부 영역이면 양수를 할당하고 상기 2D 이미지의 내부 영역이면 음수를 할당하도록 제어할 수 있다.According to an embodiment, in the process of calculating the encoding distance field, a 2D image including the fire image and an object in the fire image is positioned in the inner region of the screen configured in the grid unit, and based on the surface of the object, the grid For each grid of units, calculate the encoded distance field according to the distance from the surface of the object, assigning a positive number if each grid is an area outside the 2D image, and assigning a negative number if it is an area inside the 2D image can be controlled to do so.
실시 예에 따르면, 상기 연료 주입 제어 과정에서 상기 부호화 거리 필드의 값이 0보다 작은 영역에 해당하는 격자들을 탐색하고, 상기 탐색된 격자들에 해당하는 상기 불 영상 내의 객체와 연관된 특정 영역 내에 연료가 주입되도록 제어할 수 있다.According to an embodiment, in the fuel injection control process, lattices corresponding to a region in which the value of the encoding distance field is smaller than 0 are searched for, and fuel is stored in a specific region associated with an object in the fire image corresponding to the searched lattices. Injection can be controlled.
실시 예에 따르면, 상기 유체 시뮬레이션 과정에서 상기 해당 프레임에 형성되는 불의 내부 영역과 주변 영역의 대기 상태를 이류(advection), 대류(diffusion), 압력(pressure), 외력(force)으로 나누어 유체 시뮬레이션을 통해 해석할 수 있다.According to an embodiment, in the fluid simulation process, the atmospheric state of the internal region and the surrounding region of the fire formed in the frame is divided into advection, convection, pressure, and external force to perform fluid simulation. can be interpreted through
실시 예에 따르면, 상기 유체 시뮬레이션 과정에서 상기 이류, 대류, 압력, 외력이 고려된 유체에 대해 시간의 변화 따른 유체 속도의 변화에 관한 스트로크 방정식의 해(solution)에 해당하는 상기 유체 속도를 산출하고, 상기 산출된 유체 속도에 따라 상기 시간의 변화에 해당하는 상기 불 영상을 구성하는 매 프레임 별로 상기 대기 상태와 연관된 부력(buoyancy) 및 밀도를 해석할 수 있다. According to an embodiment, in the fluid simulation process, the fluid velocity corresponding to the solution of the stroke equation related to the change of the fluid velocity according to the change of time is calculated for the fluid in which the advection, convection, pressure, and external force are considered, and , according to the calculated fluid velocity, buoyancy and density associated with the standby state may be analyzed for each frame constituting the fire image corresponding to the change in time.
실시 예에 따르면, 상기 연소 효과 시뮬레이션 과정은 상기 해석된 대기 상태의 부력(buoyancy) 및 밀도에기초하여 연기(smoke) 시뮬레이션을 수행하고, 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 연료 연소 모델을 통해 시뮬레이션을 수행하고, 상기 연소 모델에 따른 결과를 난류 해석 모델 및 온도 해석 모델에 입력하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과에 대한 불 시뮬레이션(fire simulation)을 수행한다. 상기 난류 해석 모델에서 상기 난류에 따른 불 형상(fire shape)의 움직임이 반영될 수 있다.According to an embodiment, in the combustion effect simulation process, a smoke simulation is performed based on the analyzed buoyancy and density of the atmospheric state, and the combustion effect according to the injected fuel is simulated through a fuel combustion model. , and input the results according to the combustion model to the turbulence analysis model and the temperature analysis model to perform a fire simulation on the combustion effect according to the injected fuel. In the turbulence analysis model, a movement of a fire shape according to the turbulence may be reflected.
실시 예에 따르면, 상기 가시화 과정에서 상기 온도 장은 각각의 격자마다 양수의 스칼라에 해당하는 온도 값으로 저장되고, 상기 각각의 격자에 저장된 온도 값에 비례하여 상기 각각의 격자에 색상을 할당하고, 미리 지정된 온도 값에 가까울수록 해당되는 격자는 검은색으로 표시되고, 상기 지정된 온도 값보다 큰 정도에 비례하여 더 밝은 색이 할당되도록 매 프레임 별로 불 영상을 가시화하도록 제어할 수 있다. According to an embodiment, in the visualization process, the temperature field is stored as a temperature value corresponding to a positive scalar for each grid, and a color is assigned to each grid in proportion to the temperature value stored in each grid, As it approaches the specified temperature value, the corresponding grid is displayed in black, and a fire image can be controlled to be visualized for each frame so that a brighter color is allocated in proportion to a degree greater than the specified temperature value.
본 발명의 다른 양상에 따른 형상 기반 불 영상을 시뮬레이션하는 장치는 불 영상(fire image)이 입력되도록 구성된 인터페이스 불 영상을 프레임 단위로 표시하도록 구성된 디스플레이; 및 상기 인터페이스와 동작 가능하게 결합되고 상기 불 영상 내의 객체에 연료가 주입됨에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하여, 상기 연료 주입에 따른 불 영상을 상기 디스플레이 상에 가시화되도록 제어하는 프로세서를 포함한다.According to another aspect of the present invention, an apparatus for simulating a shape-based fire image includes: a display configured to display an interface configured to receive a fire image in units of frames; and a processor operatively coupled to the interface and simulating a combustion effect as fuel is injected into an object in the fire image to control the fire image according to the fuel injection to be visualized on the display.
실시 예에 따르면, 상기 프로세서는 불 영상(fire image)이 입력되면, 상기 객체의 형태 및 동작에 기초하여 상기 불 영상 내의 객체의 내부 및 외부를 격자 단위로 나누고, 상기 객체의 형태 및 동작이 반영된 상기 격자 단위에 기초하여 부호화 거리 필드(signed distance field)를 계산하고, 상기 계산된 부호화 거리 필드에 기초하여, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역과 표면 영역 내에 연료가 주입되도록 제어하고, 소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장(temperature field)을 생성하여, 연료 주입에 따른 불 영상이 가시화하도록 제어하고, 기 격자 단위에 대한 온도 장과 상기 객체의 형태와 동작에 기초하여 상기 연료가 주입될 내부 영역과 표면을 영역을 업데이트하여 연료 주입 제어 과정을 반복하여 수행할 수 있다.According to an embodiment, when a fire image is input, the processor divides the inside and the outside of the object in the fire image into grid units based on the shape and operation of the object, and determines that the shape and operation of the object are reflected. Calculate a signed distance field based on the grid unit, and control fuel to be injected into an inner region and a surface region where the shape and motion of the object are made based on the calculated signed distance field, A temperature field for the grid unit is generated through effect simulation, a fire image according to fuel injection is controlled to be visualized, and the fuel is based on the temperature field for the grid unit and the shape and operation of the object. The fuel injection control process may be repeated by updating the inner region and the surface region to be injected.
실시 예에 따르면, 상기 프로세서는 상기 불 영상의 해당 프레임에 형성되는 불의 내부 영역과 주변 영역의 대기 상태(atmospheric state)를 유체 시뮬레이션을 통해 해석하고, 상기 해석된 대기 상태에 기초하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하고, 기 유체 시뮬레이션과 상기 연소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장을 생성하도록 어플리케이션 프로그램을 제어할 수 있다.According to an embodiment, the processor interprets the atmospheric state of the inner region and the peripheral region of the fire formed in the frame of the fire image through fluid simulation, and based on the analyzed atmospheric state, the injected fuel The application program may be controlled to simulate a combustion effect according to
실시 예에 따르면, 상기 프로세서는 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역에 단위 면적 당 제1 밀도로 연료가 주입되고, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 경계에 해당하는 상기 표면 영역에 상기 제1 밀도보다 낮은 제2 밀도로 상기 연료가 주입된 상태에서, 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하고, 상기 제1 밀도 및 상기 제2 밀도로 주입된 연료에 따른 시뮬레이션 결과를 상기 디스플레이 상에 표시되는 화면을 구성하는 각각의 프레임에서 가시화하도록 어플리케이션 프로그램을 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 객체의 동작에 따른 경계에서 부자연스러운 동작이 발생하는 것을 방지할 수 있다. According to an embodiment, the processor injects fuel at a first density per unit area into the inner region where the shape and operation of the object are formed, and provides the first density to the surface region corresponding to the boundary where the shape and operation of the object are formed. In a state in which the fuel is injected at a second density lower than the density, a combustion effect according to the injected fuel is simulated, and simulation results according to the fuel injected at the first density and the second density are displayed on the display. It is possible to control the application program to be visualized in each frame constituting the screen to be used. Accordingly, it is possible to prevent an unnatural motion from occurring at the boundary according to the motion of the object.
실시 예에 따르면, 상기 프로세서는 상기 해석된 대기 상태의 부력(buoyancy) 및 밀도에기초하여연기(smoke) 시뮬레이션을 수행하고, 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 연료 연소 모델을 통해 시뮬레이션을 수행하고, 상기 연소 모델에 따른 결과를 난류 해석 모델 및 온도 해석 모델에 입력하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과에 대한 불 시뮬레이션(fire simulation)을 수행하도록 어플리케이션 프로그램을 제어할 수 있다.According to an embodiment, the processor performs a smoke simulation based on the analyzed buoyancy and density of the atmospheric state, and performs a simulation of the combustion effect according to the injected fuel through a fuel combustion model, , it is possible to control the application program to perform a fire simulation on the combustion effect according to the injected fuel by inputting the results according to the combustion model to the turbulence analysis model and the temperature analysis model.
실시 예에 따르면, 상기 온도 장은 각각의 격자마다 양수의 스칼라에 해당하는 온도 값으로 저장되고, 상기 각각의 격자에 저장된 온도 값에 비례하여 상기 각각의 격자에 색상을 할당되도록 상기 프로세서는 어플리케이션 프로그램을 제어할 수 있다. 상기 프로세서는 미리 지정된 온도 값에 가까울수록 해당되는 격자는 검은색으로 표시되고, 상기 지정된 온도 값보다 큰 정도에 비례하여 더 밝은 색이 할당되도록 매 프레임 별로 불 영상을 가시화하도록 어플리케이션 프로그램을 제어할 수 있다.According to an embodiment, the temperature field is stored as a temperature value corresponding to a positive scalar for each grid, and the processor executes an application program so that a color is assigned to each grid in proportion to the temperature value stored in each grid. can be controlled The processor may control the application program to visualize the fire image for each frame so that the closer to the preset temperature value, the closer the grid is to black, and a brighter color is assigned in proportion to a degree greater than the specified temperature value. have.
본 발명을 통해 본 발명은 수동으로 연료를 주입하였던 종래 기술 대비 빠른속도로 연료를 자동주입 할 수 있다. Through the present invention, fuel can be automatically injected at a faster speed compared to the prior art in which fuel was manually injected.
본 발명을 통해 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법 및 장치를 제공할 수 있다.Through the present invention, it is possible to provide a method and apparatus for simulating a three-dimensional fire image in which shape and motion can be specified.
본 발명을 특해 특정 객체의 동작에 따른 경계 부분에서도 자연스러운 동작 표현이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법 및 장치를 제공할 수 있다.In particular, the present invention can provide a three-dimensional fire image simulation method and apparatus capable of expressing a natural motion even at a boundary part according to the motion of a specific object.
본 발명을 통해 영화, 드라마, 게임 등의 3D 컨텐츠의 제작 속도를 향상시켜 제작비 감소를 이룰 수 있다.Through the present invention, the production cost can be reduced by improving the production speed of 3D contents such as movies, dramas, and games.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, whereby those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able
도 1은 본 발명에 따른 형상 기반 불 영상을 시뮬레이션 방법과 관련하여, 표현하고자 하는 객체(object)의 예시와 시뮬레이션 격자 공간에 연료 주입 가능한 특정 영역을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 객체와 객체의 형상과 동작을 고려한 부호화 거리 필드 기반 가시화 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법과 관련하여, 입력 형태 및 동작을 고려하여 내부에만 연료 주입한 경우와 내부 및 표면까지 연료 주입한 경우를 비교한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 불 영상 시뮬레이션을 위한 기본 유체 시뮬레이션과 연관된 나비에 스토크스 방정식의 각 부분을 나누어 해석하는 방법을 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 불 영상 시뮬레이션의 연소효과 시뮬레이션 구성 요소를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법과 관련하여, 입력 형태와 연료 주입에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 형상 기반 불 영상을 시뮬레이션하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 형상 기반 불 영상을 시뮬레이션하는 장치의 구성을 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법이 적용된 특수효과의 예시이다. 1 shows an example of an object to be expressed in relation to a method for simulating a shape-based fire image according to the present invention, and a specific region where fuel can be injected into a simulation grid space.
FIG. 2 shows an object capable of designating a shape and a motion according to the present invention, and a visualization simulation result based on a coding distance field considering the shape and motion of the object.
3 is a comparison between a case in which fuel is injected only inside and a case in which fuel is injected to the inside and the surface in consideration of the input shape and operation in relation to the 3D fire image simulation method in which the shape and operation can be specified according to the present invention.
4 is a conceptual diagram illustrating a method of dividing and analyzing each part of the Navier-Stokes equation related to the basic fluid simulation for fire image simulation according to the present invention.
5 shows the combustion effect simulation components of the fire image simulation according to the present invention.
6 shows the simulation results according to the input form and fuel injection in relation to the 3D fire image simulation method in which the shape and operation can be specified according to the present invention.
7 is a flowchart of a method for simulating a shape-based fire image according to the present invention.
8 shows the configuration of an apparatus for simulating a shape-based fire image according to the present invention.
9 is an example of a special effect to which the 3D fire image simulation method capable of designating a shape and motion according to the present invention is applied.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, whereby those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.In describing each figure, like reference numerals are used for like elements.
제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. shouldn't
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 모듈, 블록 및 부는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffix module, block, and part for the components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. In the following description of embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or a known configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하에서는, 본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 형상과 동작 지정이 가능한 불 영상을 시뮬레이션하는 방법으로 불 영상에 대한 시각효과(Visual Effects, VFX)를 제공한다.Hereinafter, a 3D fire image simulation method capable of specifying a shape and an operation according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention provides a visual effect (VFX) for a fire image as a method of simulating a fire image in which shape and motion can be specified.
이와 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 형상 기반 불 영상을 시뮬레이션 방법과 관련하여, 표현하고자 하는 객체(object)의 예시와 시뮬레이션 격자 공간에 연료 주입 가능한 특정 영역을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 불 시뮬레이션은 시뮬레이션 공간을 일정 크기의 격자로 나누고 원하는 격자 영역에 연료를 주입하여 시뮬레이션 초기 설정을 할 수 있다. 한편, 본 발명에서는 불 영상 내의 객체(object)와 연관된 특정 영역 내에 연료가 주입되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 특정 영역 내에 배치되는 객체를 격자 모양으로 표현하고자 하고, 특정 영역 내에 연료가 자동 주입되도록 제어할 수 있다.In this regard, FIG. 1 shows an example of an object to be expressed in relation to a shape-based fire image simulation method according to the present invention, and a specific region where fuel can be injected into the simulation grid space. Referring to FIG. 1 , in the fire simulation, the simulation space may be divided into grids of a predetermined size, and fuel may be injected into a desired grid area to perform initial simulation settings. Meanwhile, in the present invention, it is possible to control so that fuel is injected into a specific region associated with an object in the fire image. Accordingly, an object disposed in a specific region may be expressed in a grid shape, and fuel may be controlled to be automatically injected into the specific region.
한편, 본 발명에 따른 불 영상 시뮬레이션은 시뮬레이션 공간을 일정크기의 격자로 나누고 연료를 주입한 다음 나비에 스토크스(Navier-Stokes) 방정식을 풀어낸다. 나비에 스토크스 방정식을 풀어낼 때에는 여러 단계로 나누어 풀어내는데, 여기에는 부력, 소용돌이 효과, 속도 장 계산, 온도 장 계산 등의 여러 단계로 나누어 질 수 있다. 따라서, 각 격자 칸에는 연료, 밀도, 속도, 온도 등의 물리 속성이 저장되어 있다. 불 시뮬레이션 결과에 따른 온도, 밀도 등 물리 속성의 변화기 계산되면 이를 가시화 혹은 렌더링 하여 최종 결과를 얻는다. 이와 관련하여, 수학식 1은 본 발명에 따른 불 영상 시뮬레이션에서 유체의 움직임을 표현하는 기본 방정식을 나타낸다. Meanwhile, in the fire image simulation according to the present invention, the simulation space is divided into grids of a certain size, fuel is injected, and the Navier-Stokes equation is solved. When solving the Navier-Stokes equation, it is solved in several steps, which can be divided into several steps, such as buoyancy, vortex effect, velocity field calculation, and temperature field calculation. Accordingly, physical properties such as fuel, density, speed, and temperature are stored in each grid cell. When changes in physical properties such as temperature and density are calculated according to the fire simulation results, they are visualized or rendered to obtain the final result. In this regard, Equation 1 represents a basic equation expressing the motion of a fluid in the fire image simulation according to the present invention.
[수학식 1][Equation 1]
이와 관련하여, u는 속도를 나타내고, f는 외부 입력, 예컨대 외력(external force)를 나타낸다. 한편, p는 압력(pressure)를 나타내고, ρ는 밀도(density)를 나타내고, ν는 속도 상수(velocity constant)를 나타낸다. 이러한 유체의 기본적인 움직임을 표현하는 방정식을 해석하는 것 외에도 불의 불규칙적인 움직임 등 디테일한 표현을 추가하기 위해 다양한 함수와 해석을 적용할 수 있다.In this regard, u denotes velocity and f denotes an external input, such as an external force. On the other hand, p represents the pressure (pressure), ρ represents the density (density), ν represents the velocity constant (velocity constant). In addition to analyzing the equations expressing the basic movement of these fluids, various functions and analysis can be applied to add detailed expressions such as the irregular movement of fire.
한편, 본 발명은 불 영상 시뮬레이션의 속도를 향상시키면서 정확한 시뮬레이션 결과를 얻기 위해, 부호화 거리 필드(signed distance field)와 추가적인 기법을 이용하여 자동으로 입력 2D 이미지 형태로 연료를 주입한다. 전체적인 구성은 다음과 같이 요약될 수 있다.Meanwhile, in the present invention, fuel is automatically injected in the form of an input 2D image by using a signed distance field and an additional technique in order to obtain accurate simulation results while improving the speed of fire image simulation. The overall configuration can be summarized as follows.
1) 부호화 거리 필드(signed distance field)를 이용한 입력 2D 이미지 내부 영역에 연료 자동 주입1) Automatic fuel injection into the area inside the input 2D image using the signed distance field
2) 추가적인 기법을 이용한 형태 및 동작의 표면 연료 주입2) Surface fuel injection of form and motion using additional techniques
3) 형태 및 동작의 불 영상 특수효과 시뮬레이션3) Simulation of fire image special effects of form and motion
a. 기본 유체 시뮬레이션 a. Basic Fluid Simulation
b. 연소효과 시뮬레이션 b. Combustion Effect Simulation
c. 불 영상 특수효과 가시화 c. Fire video special effect visualization
먼저, 1) 부호화 거리 필드(signed distance field)를 이용한 입력 2D 이미지 내부 영역에 연료 자동 주입에 대해 상세하게 설명한다.First, 1) automatic fuel injection into the area inside the input 2D image using a signed distance field will be described in detail.
부호화 거리 필드(signed distance field)는 객체의 내부, 외부 및 표면을 표현하는 격자 기반의 알고리즘이다. 이와 관련하여, 도 2는 본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 객체와 객체의 형상과 동작을 고려한 부호화 거리 필드 기반 가시화 시뮬레이션 결과를 나타낸 것이다. A signed distance field is a grid-based algorithm that represents the interior, exterior and surface of an object. In this regard, FIG. 2 shows an object capable of designating a shape and a motion according to the present invention, and a visualization simulation result based on a coding distance field in consideration of the shape and motion of the object.
도 2를 참조하면, 시뮬레이션 공간을 일정한 크기의 격자로 나눈 뒤 내부에 원하는 2D 이미지가 배치될 수 있다. 각각의 격자에서는 자신의 위치에서 가장 가까운 입력 2D 이미지의 표면을 찾아 해당 위치와의 거리를 저장한다. 이 때, 이미지의 외부는 양수, 내부는 음수, 표면에서는 0으로 값이 저장될 수 있다. 한편, 원하는 모델을 입력하여 부호화 거리 필드를 계산하고 나면 입력 이미지 내부에 해당하는 격자를 찾아 낼 수 있다. 따라서, 조건문을 이용하여 이 위치에 자동으로 연료를 주입하도록 할 수 있다.Referring to FIG. 2 , after dividing the simulation space into a grid of a certain size, a desired 2D image may be disposed therein. Each grid finds the surface of the input 2D image closest to its location and stores its distance from that location. At this time, values may be stored as positive numbers outside the image, negative numbers inside, and 0 values on the surface. Meanwhile, after inputting a desired model and calculating the encoding distance field, a grid corresponding to the inside of the input image can be found. Therefore, it is possible to automatically inject fuel to this position using a conditional statement.
다음으로, 2) 추가적인 기법을 이용한 형태 및 동작의 표면 연료 자동 주입에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 형태 및 동작의 내부에만 연료를 주입하게 되면 입력 동작 형태에 가까우나 각진 형태의 결과가 나오게 된다. 이러한 부자연스러운 형태를 개선하기 위해서는 형태 및 동작의 표면에도 연료를 주입해주어야 한다. 본 발명에서는 입력 형태 및 동작의 표면에 연료를 주입하기 위해 추가적인 기법을 도입하고자 한다. 이와 관련하여, 도 3은 본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법과 관련하여, 입력 형태 및 동작을 고려하여 내부에만 연료 주입한 경우와 내부 및 표면까지 연료 주입한 경우를 비교한 것이다.Next, 2) automatic injection of surface fuel in the form and operation using additional techniques will be described. In this regard, if fuel is injected only inside the shape and motion, the result is close to the input motion shape but has an angular shape. In order to improve this unnatural shape, fuel should be injected into the surface of the shape and motion. The present invention intends to introduce an additional technique for injecting fuel into the surface of the input form and motion. In this regard, FIG. 3 shows a case in which fuel is injected only inside and a case in which fuel is injected to the inside and the surface in consideration of the input shape and operation in relation to the 3D fire image simulation method in which the shape and operation can be specified according to the present invention. will be compared
도 3(a)를 참조하면, 본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법과 관련하여 특정 객체의 입력 형태 및 동작이 경계가 설정될 수 있다. 도 3(b)를 참조하면, 특정 객체의 입력 형태 및 동작의 경계의 내부에만 연료가 주입될 수 있다. 이 경우 형태 및 동작의 내부에만 연료를 주입하게 되면 입력 동작 형태에 가까우나 각진 형태의 결과가 발생하고, 이에 따라 특정 객체의 동작에 따른 불 영상 시뮬레이션 시 동작의 불연속 등에 따른 부자연스러움이 발생할 수 있다. 반면에, 도 3(c)를 참조하면, 특정 객체의 입력 형태 및 동작의 경계의 내부 영역과 표면 영역까지 연료가 주입될 수 있다.Referring to FIG. 3A , in relation to the 3D fire image simulation method in which the shape and motion can be specified according to the present invention, the input shape and motion of a specific object may be bounded by boundaries. Referring to FIG. 3B , fuel may be injected only inside the boundary between the input shape and the operation of a specific object. In this case, if fuel is injected only inside the shape and motion, the result is close to the input motion shape but has an angular shape, and accordingly, unnaturalness may occur due to discontinuity of motion during the fire image simulation according to the motion of a specific object. . On the other hand, referring to FIG. 3(c) , fuel may be injected up to the inner region and surface region of the boundary between the input shape and operation of a specific object.
이와 관련하여, 특정 객체의 입력 형태 및 동작의 자료구조에는 각 모서리의 정보가 담겨있다. 이 모서리를 미리 지정한 값 간격으로 나누게 되면 각 위치에 해당하는 시뮬레이션 격자 위치를 찾아 낼 수 있다. 이렇게 찾은 격자 위치에는 형태 및 동작의 내부보다 적은 량의 연료를 주입하여 보다 부드러운 표면을 표현하도록 한다.In this regard, the data structure of the input form and operation of a specific object contains information on each corner. If this edge is divided by a predetermined value interval, the simulation grid position corresponding to each position can be found. In the grid position found in this way, less fuel is injected than inside the shape and motion to express a smoother surface.
이와 관련하여, 3) 형태 및 동작의 불 영상 특수효과 시뮬레이션에 대해 설명한다. 입력 형태 및 동작과 유사한 영역에 연료가 자동 주입되고 나면, 해당 상태로 불 영상 특수효과 시뮬레이션이 진행될 수 있다. In this regard, 3) simulation of fire image special effects of form and motion will be described. After fuel is automatically injected into an area similar to the input shape and operation, fire image special effects simulation can proceed in the corresponding state.
한편, a. 기본 유체 시뮬레이션과 관련하여, 전술한 바와 같이 나비에 스토크스 방정식의 해를 구하여야 한다. 이와 관련하여, 도 4는 본 발명에 따른 불 영상 시뮬레이션을 위한 기본 유체 시뮬레이션과 연관된 나비에 스토크스 방정식의 각 부분을 나누어 해석하는 방법을 나타낸 개념도이다.On the other hand, a. With respect to the basic fluid simulation, the Navier-Stokes equation must be solved as described above. In this regard, FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a method of dividing and analyzing each part of the Navier-Stokes equation related to the basic fluid simulation for fire image simulation according to the present invention.
도 4를 참조하면, 나비에 스토크스 방정식의 해를 구하는 단계는 이류, 대류, 압력, 외력으로 나누어 해당 프레임의 대기 상태를 풀어내는 것이다. 이와 관련하여, v는 속도를 나타내고, F는 외부 입력, 예컨대 외력(external force)를 나타낸다. 한편, p는 압력(pressure)를 나타내고, ρ는 밀도(density)를 나타내고, μ는 속도 상수(velocity constant)를 나타낸다. 이러한 유체의 기본적인 움직임을 표현하는 방정식을 해석하는 것 외에도 불의 불규칙적인 움직임 등 디테일한 표현을 추가하기 위해 다양한 함수와 해석을 적용할 수 있다. 이후 연소단계를 진행하여 불 영상 특수효과 시뮬레이션을 진행할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the step of solving the Navier-Stokes equation is to solve the atmospheric state of the frame by dividing it into advection, convection, pressure, and external force. In this regard, v denotes velocity and F denotes an external input, such as an external force. On the other hand, p represents the pressure (pressure), ρ represents the density (density), μ represents the velocity constant (velocity constant). In addition to analyzing the equations expressing the basic movement of these fluids, various functions and analysis can be applied to add detailed expressions such as the irregular movement of fire. After that, the combustion stage can be performed to simulate fire image special effects.
b. 연소효과 시뮬레이션과 관련하여, 기본 유체 시뮬레이션으로 대기 상태를 해석하고 나면, 주입된 연료를 연소시키는 단계를 진행한다. 이와 관련하여, 도 5는 본 발명에 따른 불 영상 시뮬레이션의 연소효과 시뮬레이션 구성 요소를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 연소효과 시뮬레이션은 연기(smoke) 시뮬레이션(S401), 연료의 연소(S410), 난류 해석, 불 모양의 움직임 추가, 온도 장 해석 단계(S440)로 나뉠 수 있다. 이와 관련하여, 온도 장(temperature field) 해석 단계(S440)는 난류 해석 및 불 모양의 움직임 추가와 병렬적으로 수행될 수 있다. b. In relation to the combustion effect simulation, after analyzing the atmospheric condition with the basic fluid simulation, the step of burning the injected fuel is performed. In this regard, Figure 5 shows the combustion effect simulation components of the fire image simulation according to the present invention. Referring to FIG. 5 , the combustion effect simulation can be divided into smoke simulation (S401), fuel combustion (S410), turbulence analysis, fire-shaped motion addition, and temperature field analysis step (S440). In this regard, the temperature field analysis step S440 may be performed in parallel with the turbulence analysis and the fire-shaped motion addition.
c. 불 영상 특수효과 가시화와 관련하여, 기본 유체 시뮬레이션과 연소효과 시뮬레이션을 통해 불의 영상 특수효과의 해석이 끝나게 되면 해석 결과로 온도 장이 생성된다. 이와 관련하여, 도 6은 본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법과 관련하여, 입력 형태와 연료 주입에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다. c. In relation to the visualization of the fire image special effect, when the fire image special effect analysis is completed through the basic fluid simulation and the combustion effect simulation, a temperature field is created as a result of the analysis. In this regard, FIG. 6 shows the simulation results according to the input form and fuel injection in relation to the 3D fire image simulation method in which the shape and operation can be specified according to the present invention.
도 5 및 도 6을 참조하면, 불을 가시화하기 위해서는 해당 온도 장을 가시화 (S500)하면 되는데, 온도 장은 각 격자마다 양수의 스칼라 값으로 저장되어 있다. 가시화 시에는 이 온도 장 격자에 저장된 온도 값에 비례하여 색상을 할당한다. 사용자가 지정한 온도 값에 가까울수록 검은색, 그보다 크며 값이 클수록 밝은색으로 할당하면 불의 형상으로 가시화가 가능하다. 5 and 6 , in order to visualize the fire, the corresponding temperature field is visualized ( S500 ), and the temperature field is stored as a positive scalar value for each grid. In the case of visualization, a color is assigned in proportion to the temperature value stored in this temperature field grid. The closer it is to the user-specified temperature value, the blacker it is, and the larger the value, the brighter it is, so it can be visualized in the form of fire.
이상에서는 본 발명에 따른 형상 기반 불 영상을 시뮬레이션하는 방법의 기술적 특징에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명에서 청구하고자 하는 형상 기반 불 영상을 시뮬레이션하는 방법 및 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 전술한 기술적 특징과 이하에서 설명할 기술적 특징, 동작 및 구성은 상호 결합될 수 있다.In the above, the technical characteristics of the method for simulating a shape-based fire image according to the present invention have been described. Hereinafter, a method and apparatus for simulating a shape-based fire image claimed in the present invention will be described in detail. In this regard, the technical features described above and the technical features, operations and configurations to be described below may be combined with each other.
이와 관련하여, 도 7은 본 발명에 따른 형상 기반 불 영상을 시뮬레이션하는 방법의 흐름도를 나타낸다. 도 1 내지 도 7을 참조하면, 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법에 대해 설명한다. 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법은 3차원 불 영상 시뮬레이션 장치, 구체적으로 장치의 제어부 (즉, 프로세서)에 의해 수행될 수 있다. 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법은 형태 및 동작 입력 과정(S50), 부호화 거리 필드 계산 과정(S100), 연료 주입 제어 과정(S200)을 포함할 수 있다. 또한, 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법은 유체 시뮬레이션 과정(S300), 연소 효과 시뮬레이션 과정(S400) 및 가시화 과정(S500)을 더 포함할 수 있다. 한편, 가시화 과정(S500)이 수행된 이후, 연료 주입 제어 과정(S200) 이하의 과정이 반복적으로 수행될 수 있다.In this regard, FIG. 7 shows a flowchart of a method for simulating a shape-based fire image according to the present invention. 1 to 7 , a 3D fire image simulation method capable of specifying a shape and a motion will be described. The 3D fire image simulation method may be performed by a 3D fire image simulation apparatus, specifically, a controller (ie, a processor) of the apparatus. The 3D fire image simulation method may include a shape and motion input process (S50), a coding distance field calculation process (S100), and a fuel injection control process (S200). In addition, the 3D fire image simulation method may further include a fluid simulation process ( S300 ), a combustion effect simulation process ( S400 ), and a visualization process ( S500 ). Meanwhile, after the visualization process ( S500 ) is performed, the processes following the fuel injection control process ( S200 ) may be repeatedly performed.
형태 및 동작 입력 과정(S50)에서, 불 영상(fire image)이 입력되면, 상기 불 영상 내의 객체의 형태 및 동작에 기초하여 상기 불 영상 내의 객체의 내부 및 외부를 격자 단위로 나누는 작업이 수행된다. In the form and motion input process (S50), when a fire image is input, an operation of dividing the inside and the outside of the object in the fire image into grid units is performed based on the shape and motion of the object in the fire image. .
부호화 거리 필드 계산 과정(S100)에서, 상기 객체의 형태 및 동작이 반영된 상기 격자 단위에 기초하여 부호화 거리 필드(signed distance field)를 계산할 수 있다. 연료 주입 제어 과정(S200)에서, 상기 계산된 부호화 거리 필드에 기초하여, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역과 표면 영역 내에 연료가 주입되도록 제어할 수 있다.In the coding distance field calculation process ( S100 ), a signed distance field may be calculated based on the grid unit in which the shape and motion of the object are reflected. In the fuel injection control process ( S200 ), based on the calculated encoded distance field, it is possible to control so that fuel is injected into the inner region and the surface region where the shape and motion of the object are formed.
유체 시뮬레이션 과정(S300)에서, 불 영상의 해당 프레임에 형성되는 불의 내부 영역과 주변 영역의 대기 상태(atmospheric state)를 유체 시뮬레이션을 통해 해석할 수 있다. 연소 효과 시뮬레이션 과정(S400)에서, 상기 해석된 대기 상태에 기초하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하도로 제어할 수 있다.In the fluid simulation process ( S300 ), the atmospheric state of the inner region and the surrounding region of the fire formed in the corresponding frame of the fire image may be analyzed through the fluid simulation. In the combustion effect simulation process ( S400 ), it is possible to control to simulate a combustion effect according to the injected fuel based on the analyzed atmospheric state.
가시화 과정(S500)에서, 연소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장(temperature field)을 생성하여, 연료 주입에 따른 3차원 불 영상을 가시화할 수 있다. 구체적으로, 가시화 과정(S500)은 유체 시뮬레이션 과정(S300) 및 유체 시뮬레이션 과정(S300)을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장(temperature field)을 생성하여, 연료 주입에 따른 3차원 불 영상을 가시화할 수도 있다. 따라서, 가시화 과정(S500)은 상기 유체 시뮬레이션 및 상기 연소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장을 생성할 수 있다. In the visualization process ( S500 ), a temperature field for the grid unit may be generated through combustion effect simulation, and a three-dimensional fire image according to fuel injection may be visualized. Specifically, the visualization process (S500) generates a temperature field for the grid unit through the fluid simulation process (S300) and the fluid simulation process (S300) to visualize a three-dimensional fire image according to fuel injection. may be Accordingly, the visualization process ( S500 ) may generate a temperature field for the grid unit through the fluid simulation and the combustion effect simulation.
한편, 본 발명은 가시화 과정(S500)에서 생성된 온도 장과 상기 객체의 형태와 동작에 기초하여 연료 주입 제어 과정(S200) 이하의 과정을 반복하여 수행하도록 제어할 수 있다.Meanwhile, in the present invention, based on the temperature field generated in the visualization process ( S500 ) and the shape and operation of the object, the fuel injection control process ( S200 ) and the following processes can be controlled to be repeatedly performed.
도 2 및 도 7을 참조하면, 부호화 거리 필드 계산 과정(S100)에서, 격자 단위로 구성된 화면의 내부 영역에 불 영상 및 상기 불 영상 내의 객체를 포함하는 이미지를 위치시킬 수 있다. 상기 객체의 표면을 기준으로, 상기 격자 단위의 각각의 격자에 대해 상기 객체의 표면과의 거리에 따른 상기 부호화 거리 필드를 계산할 수 있다. 또한, 상기 각각의 격자가 상기 2D 이미지의 외부 영역이면 양수를 할당하고 상기 2D 이미지의 내부 영역이면 음수를 할당할 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 7 , in the coding distance field calculation process ( S100 ), an image including a fire image and an object in the fire image may be positioned in an inner region of a screen configured in grid units. Based on the surface of the object, the encoding distance field according to a distance from the surface of the object may be calculated for each grid of the grid unit. In addition, a positive number may be assigned if each grid is an area outside the 2D image, and a negative number may be assigned if the grid is an area inside the 2D image.
도 1 내지 도 3 및 도 7을 참조하면, 연료 주입 제어 과정(S200)에서, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역에 단위 면적 당 제1 밀도로 연료를 주입하도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 경계에 해당하는 상기 표면 영역에 상기 제1 밀도보다 낮은 제2 밀도로 상기 연료를 주입하도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 가시화 과정(S500)에서 각각의 프레임에서 상기 객체의 동작에 따른 경계에서 부자연스러운 동작이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 1 to 3 and 7 , in the fuel injection control process ( S200 ), it is possible to control to inject fuel at a first density per unit area into the inner region where the shape and operation of the object are made. In addition, it is possible to control to inject the fuel at a second density lower than the first density into the surface area corresponding to a boundary where the shape and operation of the object are formed. Accordingly, it is possible to prevent an unnatural motion from occurring at the boundary according to the motion of the object in each frame in the visualization process ( S500 ).
도 1 내지 도 3 및 도 6 참조하면, 연료 주입 제어 과정(S200)에서, 상기 부호화 거리 필드의 값이 0보다 작은 영역에 해당하는 격자들을 탐색할 수 있다. 또한, 상기 탐색된 격자들에 해당하는 상기 불 영상 내의 객체와 연관된 특정 영역 내에 연료가 주입되도록 제어할 수 있다.1 to 3 and 6 , in the fuel injection control process ( S200 ), grids corresponding to a region in which the value of the encoding distance field is less than 0 may be searched. In addition, fuel may be controlled to be injected into a specific region associated with an object in the fire image corresponding to the searched grids.
도 4 및 도 7을 참조하면, 유체 시뮬레이션 과정(S300)에서, 해당 프레임에 형성되는 불의 내부 영역과 주변 영역의 대기 상태를 이류(advection), 대류(diffusion), 압력(pressure), 외력(force)으로 나누어 유체 시뮬레이션을 통해 해석할 수 있다. 유체 시뮬레이션 과정(S300)에서, 상기 이류, 대류, 압력, 외력이 고려된 유체에 대해 시간의 변화 따른 유체 속도의 변화에 관한 스트로크 방정식의 해(solution)에 해당하는 상기 유체 속도를 산출할 수 있다. 또한, 상기 산출된 유체 속도에 따라 상기 시간의 변화에 해당하는 상기 불 영상을 구성하는 매 프레임 별로 상기 대기 상태를 해석할 수 있다. 구체적으로, 상기 산출된 유체 속도에 따라 상기 시간의 변화에 해당하는 상기 불 영상을 구성하는 매 프레임 별로 상기 대기 상태와 연관된 부력(buoyancy) 및 밀도를 산출하여 대시 상태를 해석할 수 있다.4 and 7, in the fluid simulation process (S300), the atmospheric conditions of the inner region and the surrounding region of the fire formed in the frame are determined by advection, convection, pressure, and external force. ) and can be analyzed through fluid simulation. In the fluid simulation process (S300), the fluid velocity corresponding to the solution of the stroke equation regarding the change in the fluid velocity with time for the fluid in which the advection, convection, pressure, and external force are considered may be calculated. . Also, according to the calculated fluid velocity, the standby state may be analyzed for each frame constituting the fire image corresponding to the change in time. Specifically, the dash state may be analyzed by calculating buoyancy and density associated with the standby state for each frame constituting the fire image corresponding to the change in time according to the calculated fluid velocity.
도 5 및 도 7을 참조하면, 연소 효과 시뮬레이션 과정(S400)에서, 상기 해석된 대기 상태의 부력(buoyancy) 및 밀도에기초하여 연기(smoke) 시뮬레이션을 수행(S401)할 수 있다. 또한, 해석된 대기 상태에 기초하여 주입된 연료에 따른 연소 효과를 연료 연소 모델을 통해 시뮬레이션을 수행(S410)할 수 있다. 또한, 상기 연소 모델에 따른 결과를 난류 해석 모델 및 온도 해석 모델에 입력하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과에 대한 시뮬레이션(S440)을 수행할 수 있다. 이때, 상기 난류 해석 모델에서 상기 난류에 따른 불 형상(fire shape)의 움직임이 반영되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 연소 모델에 따른 결과를 난류 해석 모델 및 온도 해석 모델에 입력하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과에 대한 불 시뮬레이션(fire simulation)을 수행(S500)할 수 있다.5 and 7 , in the combustion effect simulation process ( S400 ), a smoke simulation may be performed ( S401 ) based on the analyzed buoyancy and density of the atmospheric state. Also, based on the analyzed atmospheric state, a simulation may be performed on the combustion effect according to the injected fuel through the fuel combustion model ( S410 ). In addition, by inputting the results according to the combustion model to the turbulence analysis model and the temperature analysis model, a simulation (S440) on the combustion effect according to the injected fuel may be performed. In this case, it is possible to control the turbulence analysis model to reflect the movement of the fire shape according to the turbulence. Accordingly, the results according to the combustion model may be input to the turbulence analysis model and the temperature analysis model to perform fire simulation on the combustion effect according to the injected fuel (S500).
도 6 및 도 7을 참조하면, 가시화 과정(S500)에서 상기 온도 장은 각각의 격자마다 양수의 스칼라에 해당하는 온도 값으로 저장될 수 있다. 가시화 과정(S500)에서 상기 각각의 격자에 저장된 온도 값에 비례하여 상기 각각의 격자에 색상을 할당할 수 있다. 또한, 미리 지정된 온도 값에 가까울수록 해당되는 격자는 검은색으로 표시되고, 상기 지정된 온도 값보다 큰 정도에 비례하여 더 밝은 색이 할당되도록 매 프레임 별로 불 영상을 가시화할 수 있다.6 and 7 , in the visualization process S500, the temperature field may be stored as a temperature value corresponding to a positive scalar for each grid. In the visualization process ( S500 ), a color may be assigned to each of the grids in proportion to the temperature value stored in each of the grids. Also, the closer to the preset temperature value, the closer the grid is to the black color, and the fire image can be visualized for each frame so that a brighter color is allocated in proportion to a degree greater than the specified temperature value.
이상에서는 본 발명의 일 양상에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 다른 양상에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 장치에 대해 설명하였다. 이와 관련하여, 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법에 대한 모든 기술적 특징 및 각 과정의 동작과 이하 설명할 3차원 불 영상 시뮬레이션 장치의 기술적 특징, 동작 및 구성이 상호 결합될 수 있다.In the above, a 3D fire image simulation method capable of specifying a shape and an operation according to an aspect of the present invention has been described. Hereinafter, a three-dimensional fire image simulation apparatus capable of designating a shape and an operation according to another aspect of the present invention has been described. In this regard, all technical features and operations of the 3D fire image simulation method for the 3D fire image simulation method and the technical characteristics, operations, and configurations of the 3D fire image simulation apparatus to be described below may be combined with each other.
이와 관련히여, 도 8은 본 발명에 따른 형상 기반 불 영상을 시뮬레이션하는 장치의 구성을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 불 영상 시뮬레이션 장치(1000)는 인터페이스(100), 디스플레이(200), 프로세서(300) 및 메모리(400)를 포함하도록 구성될 수 있다. 인터페이스(100)는 불 영상(fire image)이 입력되도록 구성될 수 있다. 디스플레이(200)는 불 영상을 프레임 단위의 화면으로 구성하여 불 영상을 화면 상에 표시하도록 구성된다. In this regard, FIG. 8 shows the configuration of an apparatus for simulating a shape-based fire image according to the present invention. Referring to FIG. 8 , the fire
프로세서(300)는 인터페이스(100), 디스플레이(200) 및 메모리(400)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 프로세서(300)는 불 영상 시뮬레이션을 수행할 수 있는 (어플리케이션) 프로그램이 실행되도록 구성될 수 있다. 프로세서(300)는 불 영상 내의 객체에 연료가 주입됨에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하여, 연료 주입에 따른 불 영상을 상기 디스플레이 상에 가시화되도록 제어한다.The
프로세서(300)는 상기 불 영상 내의 객체의 내부 및 외부를 격자 단위로 나누고 부호화 거리 필드(signed distance field)를 계산한다. 프로세서(300)는 상기 계산된 부호화 거리 필드에 기초하여, 상기 불 영상 내의 객체와 연관된 특정 영역 내에 연료가 주입되도록 제어한다. The
한편, 프로세서(300)는 불 영상(fire image)이 입력되면, 상기 객체의 형태 및 동작에 기초하여 상기 불 영상 내의 객체의 내부 및 외부를 격자 단위로 나누도록 프로그램을 제어할 수 있다. 프로세서(300)는 상기 객체의 형태 및 동작이 반영된 상기 격자 단위에 기초하여 부호화 거리 필드(signed distance field)를 계산한다. 프로세서(300)는 상기 계산된 부호화 거리 필드에 기초하여, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역과 표면 영역 내에 연료가 주입되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(300)는 연소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장(temperature field)을 생성하여, 연료 주입에 따른 불 영상이 가시화하도록 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는 상기 격자 단위에 대한 온도 장과 상기 객체의 형태와 동작에 기초하여 상기 연료가 주입될 내부 영역과 표면을 영역을 업데이트하여 연료 주입 제어 과정을 반복하여 수행할 수 있다.Meanwhile, when a fire image is input, the
한편, 프로세서(300)는 상기 불 영상의 해당 프레임에 형성되는 불의 내부 영역과 주변 영역의 대기 상태(atmospheric state)를 유체 시뮬레이션을 통해 해석하도록 구성된다. 프로세서(300)는 상기 해석된 대기 상태에 기초하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(300)는 상기 유체 시뮬레이션과 상기 연소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장(temperature field)을 생성하여, 연료 주입에 따른 불 영상이 디스플레이(200) 상에 가시화되도록 제어할 수 있다.On the other hand, the
힌편, 프로세서(300)는 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역에 단위 면적 당 제1 밀도로 연료가 주입되도록 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 경계에 해당하는 상기 표면 영역에 상기 제1 밀도보다 낮은 제2 밀도로 상기 연료가 주입된 상태에서, 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하도록 프로그램을 제어할 수 있다. 따라서, 프로세서(300)는 상기 제1 밀도 및 상기 제2 밀도로 주입된 연료에 따른 시뮬레이션 결과를 디스플레이(200) 상에 표시되는 화면을 구성하는 각각의 프레임에서 가시화되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 객체의 3차원 동작에 따른 경계에서 부자연스러운 동작이 발생하는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, the
메모리(400)는 인터페이스(100)를 통해 수신된 이미지를 저장하거나 또는 프로세서(300)상에서 프로그램이 실행됨에 따른 결과나 정보를 저장하도록 구성될 숭있다.The
프로세서(300)는 해당 프레임에 형성되는 불의 내부 영역과 주변 영역의 대기 상태를 이류(advection), 대류(diffusion), 압력(pressure), 외력(force)으로 나누어 유체 시뮬레이션을 통해 해석할 수 있다. 프로세서(300)는 상기 이류, 대류, 압력, 외력이 고려된 유체에 대해 시간의 변화 따른 유체 속도의 변화에 관한 스트로크 방정식의 해(solution)에 해당하는 상기 유체 속도를 산출한다. 또한, 프로세서(300)는 상기 산출된 유체 속도에 따라 상기 시간의 변화에 해당하는 상기 불 영상을 구성하는 매 프레임 별로 상기 대기 상태에 관한 정보를 산출하여 대기 상태를 해석하도록 구성될 수 있다.The
한편, 프로세서(300)는 상기 해석된 대기 상태의 부력(buoyancy) 및 밀도에 기초하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 연료 연소 모델을 통해 시뮬레이션을 수행한다. 프로세서(300)는 상기 연소 모델에 따른 결과를 난류 해석 모델 및 온도 해석 모델에 입력하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과에 대한 불 시뮬레이션(fire simulation)을 수행한다. 이 경우, 상기 난류 해석 모델에서 상기 난류에 따른 불 형상(fire shape)의 움직임이 반영될 수 있다. 한편, 상기 온도 장은 각각의 격자마다 양수의 스칼라에 해당하는 온도 값으로 메모리(400)에 저장될 수 있다.Meanwhile, the
프로세서(300)는 상기 각각의 격자에 저장된 온도 값에 비례하여 상기 각각의 격자에 색상이 할당되도록 제어할 수 있다. 프로세서(300)는 미리 지정된 온도 값에 가까울수록 해당되는 격자는 검은색으로 표시되도록 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(300)는 지정된 온도 값보다 큰 정도에 비례하여 더 밝은 색이 할당되도록 매 프레임 별로 불 영상을 가시화할 수 있다.The
이상에서는 본 발명에 따른 형상 기반 불 영상을 시뮬레이션하는 방법 및 장치에 대해 설명하였다. 본 발명에 따른 기술의 적용 형태는 다음과 같다. In the above, a method and apparatus for simulating a shape-based fire image according to the present invention have been described. The application form of the technology according to the present invention is as follows.
1) 불 영상 CG 특수효과 콘텐츠 제작 시스템 1) Fire video CG special effect content production system
최근 드라마나 영화의 타이틀이나 주요 신을 불 형상으로 표현하는 특수효과에 관한 수요가 급증하고 있다. 또한, 촬영된 실사 이미지와 CG 영상을 합성 하는 경우 영상 특수 효과로 불이 필요할 경우, 기존의 방법은 아티스트가 밤샘 작업으로 직접 매 프레임 수작업을 하여야 한다. 본 발명의 방법을 적용하면 원하는 형상 및 동작을 사용자가 입력하면 입력과 유사하게 불 영상 특수효과를 자동으로 생성 가능하여 애니메이션 등의 컨텐츠 제작에 활용 가능하다. 이와 관련하여, 도 9는 본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법이 적용된 특수효과의 예시이다. 도 9를 참조하면, 촬영된 실사 이미지와 CG 영상을 합성하여 특수 효과로 3차원 불 영상 시뮬레이션을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 실사 이미지에 해당하는 특정 객체의 형태와 동작을 모두 고려하여 3차원 불 영상 시뮬레이션을 수행할 수 있다. Recently, the demand for special effects that express the titles of dramas and movies or major gods in the form of fire is rapidly increasing. In addition, when synthesizing the photographed live-action image and CG image, if a fire is needed due to a special video effect, the existing method requires the artist to manually do every frame by working all night. When the method of the present invention is applied, when a user inputs a desired shape and motion, fire image special effects can be automatically generated similarly to the input, and thus can be utilized for content production such as animation. In this regard, FIG. 9 is an example of a special effect to which the 3D fire image simulation method capable of designating a shape and motion according to the present invention is applied. Referring to FIG. 9 , a three-dimensional fire image simulation may be performed as a special effect by synthesizing a photographed live-action image and a CG image. In this regard, a 3D fire image simulation may be performed in consideration of both the shape and motion of a specific object corresponding to the actual image.
2) VR/AR CG 등 실시간 컨텐츠의 불 영상 특수효과 모듈로 적용2) Apply as a fire image special effect module of real-time contents such as VR/AR CG
VR/AR CG 나 컴퓨터 게임 등 3D 실시간 인터랙션 콘텐츠의 애니메이션 제작 시 사용자가 지정한 형태 및 동작에 자동으로 불 영상 특수효과를 생성 및 적용 하는 기능으로 활용 가능하다.It can be used as a function to automatically create and apply fire image special effects to user-specified shapes and actions when creating animations for 3D real-time interactive content such as VR/AR CG or computer games.
3) 콘텐츠 제작용 상용 소프트웨어의 플러그인으로 적용3) Applied as a plug-in for commercial software for content creation
3D Max, Maya, 에프터 이펙트, Unity 3D, Unreal 등 상용 콘텐츠 제작 소프트웨어는 사용자가 직접 제작한 모듈을 플러그인 형태로 사용 가능하도록 지원하고 있다. 따라서, 이러한 상용 소프트웨어에 플러그인 형태로 본 발명을 사용 할 수 있도록 제공할 수 있다.Commercial content creation software such as 3D Max, Maya, After Effects, Unity 3D, and Unreal supports the use of user-created modules in the form of plug-ins. Therefore, it is possible to provide the present invention in the form of a plug-in to such commercial software so that it can be used.
한편, 본 발명에 따른 기술이 적용될 수 있는 시장은 다음과 같다. 폭발적으로 증가하는 유투버 콘텐츠 제작 시장, 개인 미디어 콘텐츠 제작 시장이 적용 가능한 시장이다. 또한, VR/AR 인터랙티브 콘텐츠 시장, 비대면 컨텐츠 전시 시장도 적용 가능한 시장이다.On the other hand, markets to which the technology according to the present invention can be applied are as follows. The explosively increasing YouTuber content production market and personal media content production market are applicable markets. In addition, VR/AR interactive content market and non-face-to-face content exhibition market are applicable markets.
한편, 본 발명에 따른 기술을 활용할 수 있는 기업은 다음과 같다. AR/VR 콘텐츠 플랫폼 제공 기업, VR 콘텐츠 제작사, CG 콘텐츠 제작사가 가능한 기업 후보군이다. 또한, Autodesk, Unity3D, Unreal Engine, Nvidia외 3D 컨텐츠 제작사 등이 가능한 기업 후보군이다.On the other hand, companies that can utilize the technology according to the present invention are as follows. AR/VR content platform providers, VR content producers, and CG content producers are possible candidates. In addition, Autodesk, Unity3D, Unreal Engine, Nvidia and other 3D content producers are possible company candidates.
본 발명에 따른 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법 및 장치의 기술적 효과는 다음과 같다.The technical effects of the 3D fire image simulation method and apparatus capable of specifying shape and motion according to the present invention are as follows.
본 발명을 통해 본 발명은 수동으로 연료를 주입하였던 종래 기술 대비 빠른속도로 연료를 자동주입 할 수 있다. Through the present invention, fuel can be automatically injected at a faster speed compared to the prior art in which fuel was manually injected.
본 발명을 통해 형상과 동작 지정이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법 및 장치를 제공할 수 있다.Through the present invention, it is possible to provide a method and apparatus for simulating a three-dimensional fire image in which shape and motion can be specified.
본 발명을 특해 특정 객체의 동작에 따른 경계 부분에서도 자연스러운 동작 표현이 가능한 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법 및 장치를 제공할 수 있다.In particular, the present invention can provide a 3D fire image simulation method and apparatus capable of expressing a natural motion even at a boundary according to the motion of a specific object.
본 발명을 통해 영화, 드라마, 게임 등의 3D 컨텐츠의 제작 속도를 향상시켜 제작비 감소를 이룰 수 있다.Through the present invention, the production cost can be reduced by improving the production speed of 3D contents such as movies, dramas, and games.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, whereby those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들에 대한 설계 및 파라미터 최적화는 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.According to the software implementation, not only the procedures and functions described in this specification but also the design and parameter optimization for each component may be implemented as a separate software module. The software code may be implemented as a software application written in a suitable programming language. The software code may be stored in a memory and executed by a controller or a processor.
Claims (12)
불 영상(fire image)이 입력되면, 상기 불 영상 내의 객체의 형태 및 동작에 기초하여 상기 불 영상 내의 객체의 내부 및 외부를 격자 단위로 나누는 형태 및 동작 입력 과정;
상기 객체의 형태 및 동작이 반영된 상기 격자 단위에 기초하여 부호화 거리 필드(signed distance field)를 계산하는 부호화 거리 필드 계산 과정;
상기 계산된 부호화 거리 필드에 기초하여, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역과 표면 영역 내에 연료가 주입되도록 제어하는 연료 주입 제어 과정; 및
연소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장(temperature field)을 생성하여, 연료 주입에 따른 불 영상을 가시화하는 가시화 과정을 포함하고,
상기 가시화 과정에서 생성된 온도 장과 상기 객체의 형태와 동작에 기초하여 상기 연료 주입 제어 과정을 반복하여 수행하는, 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법.In the three-dimensional fire image simulation method capable of designating a shape and operation, the simulation method is performed by a processor of a flame image simulation device,
when a fire image is input, a form and motion input process of dividing the inside and the outside of the object in the fire image into grid units based on the shape and motion of the object in the fire image;
a coding distance field calculation process of calculating a signed distance field based on the grid unit in which the shape and motion of the object are reflected;
a fuel injection control process of controlling fuel to be injected into an inner region and a surface region where the shape and motion of the object are made based on the calculated encoded distance field; and
A visualization process of generating a temperature field for the grid unit through combustion effect simulation and visualizing a fire image according to fuel injection,
A three-dimensional fire image simulation method for repeatedly performing the fuel injection control process based on the shape and operation of the object and the temperature field generated in the visualization process.
상기 연료 주입 제어 과정의 이후,
상기 불 영상의 해당 프레임에 형성되는 불의 내부 영역과 주변 영역의 대기 상태(atmospheric state)를 유체 시뮬레이션을 통해 해석하는 유체 시뮬레이션 과정; 및
상기 해석된 대기 상태에 기초하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하는 상기 연소 효과 시뮬레이션 과정을 더 포함하고,
상기 가시화 과정은 상기 유체 시뮬레이션 및 상기 연소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장을 생성하는, 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법.According to claim 1,
After the fuel injection control process,
a fluid simulation process of analyzing atmospheric states of an inner region and a peripheral region of the fire formed in the frame of the fire image through fluid simulation; and
Further comprising the combustion effect simulation process of simulating the combustion effect according to the injected fuel based on the analyzed atmospheric condition,
The visualization process is a three-dimensional fire image simulation method of generating a temperature field for the grid unit through the fluid simulation and the combustion effect simulation.
상기 연료 주입 제어 과정에서,
상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역에 단위 면적 당 제1 밀도로 연료를 주입하고,
상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 경계에 해당하는 상기 표면 영역에 상기 제1 밀도보다 낮은 제2 밀도로 상기 연료를 주입하여,
상기 가시화 과정에서 각각의 프레임에서 상기 객체의 동작에 따른 경계에서 부자연스러운 동작이 발생하는 것을 방지하는, 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법.According to claim 1,
In the fuel injection control process,
Injecting fuel at a first density per unit area into the inner region where the shape and operation of the object are made,
By injecting the fuel at a second density lower than the first density into the surface area corresponding to the boundary where the shape and operation of the object are made,
A three-dimensional fire image simulation method for preventing an unnatural motion from occurring at a boundary according to the motion of the object in each frame in the visualization process.
상기 부호화 거리 필드 계산 과정에서,
상기 격자 단위로 구성된 화면의 내부 영역에 상기 불 영상 및 상기 불 영상 내의 객체를 포함하는 2D 이미지를 위치시키고,
상기 객체의 표면을 기준으로, 상기 격자 단위의 각각의 격자에 대해 상기 객체의 표면과의 거리에 따른 상기 부호화 거리 필드를 계산하고,
상기 각각의 격자가 상기 2D 이미지의 외부 영역이면 양수를 할당하고 상기 2D 이미지의 내부 영역이면 음수를 할당하고,
상기 연료 주입 제어 과정에서,
상기 부호화 거리 필드의 값이 0보다 작은 영역에 해당하는 격자들을 탐색하고,
상기 탐색된 격자들에 해당하는 상기 불 영상 내의 객체와 연관된 특정 영역 내에 연료가 주입되도록 제어하는, 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법.According to claim 1,
In the process of calculating the encoding distance field,
Positioning the 2D image including the fire image and the object in the fire image in the inner area of the screen configured in units of the grid,
Calculating the encoded distance field according to the distance from the surface of the object for each grid of the grid unit based on the surface of the object,
A positive number is assigned if each grid is an area outside the 2D image, and a negative number is assigned if the grid is an area inside the 2D image,
In the fuel injection control process,
Searching for lattices corresponding to a region in which the value of the encoding distance field is less than 0,
A three-dimensional fire image simulation method for controlling fuel to be injected into a specific region associated with an object in the fire image corresponding to the searched grids.
상기 유체 시뮬레이션 과정에서,
상기 해당 프레임에 형성되는 불의 내부 영역과 주변 영역의 대기 상태를 이류(advection), 대류(diffusion), 압력(pressure), 외력(force)으로 나누어 유체 시뮬레이션을 통해 해석하는, 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법.3. The method of claim 2,
In the fluid simulation process,
A three-dimensional fire image simulation method that divides the atmospheric state of the internal region and the surrounding region of the fire formed in the frame into advection, diffusion, pressure, and force, and interprets it through fluid simulation. .
상기 유체 시뮬레이션 과정에서,
상기 이류, 대류, 압력, 외력이 고려된 유체에 대해 시간의 변화 따른 유체 속도의 변화에 관한 스트로크 방정식의 해(solution)에 해당하는 상기 유체 속도를 산출하고,
상기 산출된 유체 속도에 따라 상기 시간의 변화에 해당하는 상기 불 영상을 구성하는 매 프레임 별로 상기 대기 상태와 연관된 부력(buoyancy) 및 밀도를 해석하는, 불 영상 시뮬레이션 방법.6. The method of claim 5,
In the fluid simulation process,
Calculate the fluid velocity corresponding to the solution of the stroke equation regarding the change in the fluid velocity with time for the fluid in which the advection, convection, pressure, and external force are considered,
A fire image simulation method for analyzing buoyancy and density associated with the standby state for each frame constituting the fire image corresponding to the change in time according to the calculated fluid velocity.
상기 연소 효과 시뮬레이션 과정은,
상기 해석된 대기 상태의 부력(buoyancy) 및 밀도에기초하여 연기(smoke) 시뮬레이션을 수행하고,
상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 연료 연소 모델을 통해 시뮬레이션을 수행하고,
상기 연소 모델에 따른 결과를 난류 해석 모델 및 온도 해석 모델에 입력하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과에 대한 불 시뮬레이션(fire simulation)을수행하고,
상기 난류 해석 모델에서 상기 난류에 따른 불 형상(fire shape)의 움직임이 반영되는, 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법.3. The method of claim 2,
The combustion effect simulation process is
A smoke simulation is performed based on the buoyancy and density of the analyzed atmospheric state,
The combustion effect according to the injected fuel is simulated through a fuel combustion model,
By inputting the results according to the combustion model into the turbulence analysis model and the temperature analysis model, fire simulation is performed on the combustion effect according to the injected fuel,
A three-dimensional fire image simulation method in which the movement of a fire shape according to the turbulence is reflected in the turbulence analysis model.
상기 가시화 과정에서,
상기 온도 장은 각각의 격자마다 양수의 스칼라에 해당하는 온도 값으로 저장되고,
상기 각각의 격자에 저장된 온도 값에 비례하여 상기 각각의 격자에 색상을 할당하고,
미리 지정된 온도 값에 가까울수록 해당되는 격자는 검은색으로 표시되고, 상기 지정된 온도 값보다 큰 정도에 비례하여 더 밝은 색이 할당되도록 매 프레임 별로 불 영상을 가시화하는, 3차원 불 영상 시뮬레이션 방법.According to claim 1,
In the visualization process,
The temperature field is stored as a temperature value corresponding to a positive scalar for each grid,
assigning a color to each grid in proportion to the temperature value stored in each grid,
A 3D fire image simulation method in which a fire image is visualized for each frame so that a grid is displayed in black as it is closer to a predetermined temperature value, and a brighter color is assigned in proportion to a degree greater than the specified temperature value.
불 영상(fire image)이 입력되도록 구성된 인터페이스;
불 영상을 프레임 단위로 표시하도록 구성된 디스플레이; 및
상기 인터페이스와 동작 가능하게 결합되고 상기 불 영상 내의 객체에 연료가 주입됨에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하여, 상기 연료 주입에 따른 불 영상을 상기 디스플레이 상에 가시화되도록 제어하는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
불 영상(fire image)이 입력되면, 상기 객체의 형태 및 동작에 기초하여 상기 불 영상 내의 객체의 내부 및 외부를 격자 단위로 나누고,
상기 객체의 형태 및 동작이 반영된 상기 격자 단위에 기초하여 부호화 거리 필드(signed distance field)를 계산하고,
상기 계산된 부호화 거리 필드에 기초하여, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역과 표면 영역 내에 연료가 주입되도록 제어하고,
연소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장(temperature field)을 생성하여, 연료 주입에 따른 불 영상이 가시화하도록 제어하고,
상기 격자 단위에 대한 온도 장과 상기 객체의 형태와 동작에 기초하여 상기 연료가 주입될 내부 영역과 표면을 영역을 업데이트하여 연료 주입 제어 과정을 반복하여 수행하는, 3차원 불 영상 시뮬레이션 장치.An apparatus for simulating a shape-based fire image, comprising:
an interface configured to receive a fire image;
a display configured to display a fire image in units of frames; and
A processor operatively coupled to the interface and simulating a combustion effect as fuel is injected into an object in the fire image to control the fire image according to the fuel injection to be visualized on the display,
The processor is
When a fire image is input, the interior and exterior of the object in the fire image are divided into grid units based on the shape and operation of the object,
Calculate a signed distance field based on the grid unit in which the shape and operation of the object are reflected,
Based on the calculated encoded distance field, controlling fuel to be injected into an inner region and a surface region where the shape and motion of the object are made,
By generating a temperature field for the grid unit through combustion effect simulation, control so that a fire image according to fuel injection is visualized,
A three-dimensional fire image simulation apparatus for repeatedly performing a fuel injection control process by updating an internal region and a surface region into which the fuel is to be injected based on the temperature field for the grid unit and the shape and operation of the object.
상기 프로세서는,
상기 불 영상의 해당 프레임에 형성되는 불의 내부 영역과 주변 영역의 대기 상태(atmospheric state)를 유체 시뮬레이션을 통해 해석하고,
상기 해석된 대기 상태에 기초하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하고,
상기 유체 시뮬레이션과 상기 연소 효과 시뮬레이션을 통해 상기 격자 단위에 대한 온도 장을 생성하는, 3차원 불 영상 시뮬레이션 장치.10. The method of claim 9,
The processor is
Analyzing the atmospheric state of the inner region and the surrounding region of the fire formed in the frame of the fire image through fluid simulation,
Based on the analyzed atmospheric condition, the combustion effect according to the injected fuel is simulated,
A three-dimensional fire image simulation apparatus for generating a temperature field for the grid unit through the fluid simulation and the combustion effect simulation.
상기 프로세서는,
상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 내부 영역에 단위 면적 당 제1 밀도로 연료가 주입되고, 상기 객체의 형태와 동작이 이루어지는 경계에 해당하는 상기 표면 영역에 상기 제1 밀도보다 낮은 제2 밀도로 상기 연료가 주입된 상태에서, 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 시뮬레이션하고,
상기 제1 밀도 및 상기 제2 밀도로 주입된 연료에 따른 시뮬레이션 결과를 상기 디스플레이 상에 표시되는 화면을 구성하는 각각의 프레임에서 가시화하여, 상기 객체의 동작에 따른 경계에서 부자연스러운 동작이 발생하는 것을 방지하는, 3차원 불 영상 시뮬레이션 장치.10. The method of claim 9,
The processor is
The fuel is injected at a first density per unit area into the inner region where the shape and motion of the object are formed, and the surface region corresponding to the boundary where the shape and motion of the object is formed at a second density lower than the first density In a state in which fuel is injected, the combustion effect according to the injected fuel is simulated,
By visualizing simulation results according to the fuel injected at the first density and the second density in each frame constituting the screen displayed on the display, an unnatural motion occurs at the boundary according to the motion of the object Preventing, three-dimensional fire image simulation device.
상기 프로세서는,
상기 해석된 대기 상태의 부력(buoyancy) 및 밀도에기초하여연기(smoke) 시뮬레이션을 수행하고,
상기 주입된 연료에 따른 연소 효과를 연료 연소 모델을 통해 시뮬레이션을 수행하고,
상기 연소 모델에 따른 결과를 난류 해석 모델 및 온도 해석 모델에 입력하여 상기 주입된 연료에 따른 연소 효과에 대한 불 시뮬레이션(fire simulation)을 수행하고,
상기 온도 장은 각각의 격자마다 양수의 스칼라에 해당하는 온도 값으로 저장되고, 상기 각각의 격자에 저장된 온도 값에 비례하여 상기 각각의 격자에 색상을 할당하고,
미리 지정된 온도 값에 가까울수록 해당되는 격자는 검은색으로 표시되고, 상기 지정된 온도 값보다 큰 정도에 비례하여 더 밝은 색이 할당되도록 매 프레임 별로 불 영상을 가시화하는, 3차원 불 영상 시뮬레이션 장치.11. The method of claim 10,
The processor is
A smoke simulation is performed based on the buoyancy and density of the analyzed atmospheric state,
The combustion effect according to the injected fuel is simulated through a fuel combustion model,
By inputting the results according to the combustion model into the turbulence analysis model and the temperature analysis model, fire simulation is performed on the combustion effect according to the injected fuel,
The temperature field is stored as a temperature value corresponding to a positive scalar for each grid, and a color is assigned to each grid in proportion to the temperature value stored in each grid,
A 3D fire image simulation apparatus that visualizes a fire image for each frame so that the grid is displayed in black as it is closer to a predetermined temperature value, and a brighter color is assigned in proportion to a degree greater than the specified temperature value.
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|---|---|---|---|
| KR1020210103927A KR102491927B1 (en) | 2020-08-06 | 2021-08-06 | Method and apparatus for simulating fire image base on animated shape and motions |
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|---|---|
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20110070501A (en) | 2009-12-18 | 2011-06-24 | 한국전자통신연구원 | Fire simulation method with particle fuel |
-
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Patent Citations (1)
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| higuang Liu et al.Physically Based Simulation of Solid Objects’ Burning. Transactions on Edutainment VII, LNCS 7145, pp. 110-120, 2012* * |
| 비특허문헌 1 (TAEHYEONG KIM SPRINGER 2017.06.01)* * |
Also Published As
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| KR102491927B1 (en) | 2023-01-26 |
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