유체 애니메이션은 물리적 시뮬레이션과 시각적 렌더링으로 구성된다. 물리적 시뮬레이션은 입자 동역학을 이용한 해석 방법과 나비어-스토크스(Navier-Stokes) 방정식을 이용한 연속체 유동해석 방법이 많이 사용된다. 입자 동역학을 이용한 시뮬레이션은 연산 속도는 빠르나 유체의 움직임이 경우에 따라 부자연스러우며, 나비어-스토크스 방정식을 이용한 방법은 적절한 조건 하에서 사실적인 유체의 움직임을 표현할 수 있으나 방대한 연산량과 계산의 복잡성으로 인하여 실시간 응용이 어렵다. 우수한 품질의 렌더링 영상은 주로 전역적 조명 방법을 사용하여 얻을 수 있는데, 이 역시 실시간 응용에 적합한 속도론 내기에는 부적합하다. 본 논문에서는 개선된 입자 동역학 시뮬레이션과 선적분 볼륨 렌더링을 이용한 고속유체 애니메이션 방법을 제안한다 레나드-존스(Lennard-Jones) 모턴을 이용한 입자동역학 해석기법을 이용하여 유체의 움직임을 고속으로 시뮬레이션 하였으며, 적은 수의 입자만으로도 충분한 유체의 부피를 표현할 수 있도록 연산효율을 개선하였다. 또한 실시간 렌더링을 위하여 적은 수의 슬라이스로도 우수한 품질의 영상을 빠르게 얻을 수 있는 선적분 볼륨 렌더링 방식을 사용하였다. 본 제안 방법을 사용하여 실시간 응용에 적절한 속도와 화질을 보여주는 유체 애니메이션이 가능하다.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제10권1호
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pp.95-105
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2006
기계적인 동작에 기반을 둔 디스크의 동작 특성 때문에 디스크의 속도는 처리기에 비하여 매우 느리다. 반도체기술의 발전으로 처리기의 속도 향상이 비약적으로 이루어지는 반면 디스크의 속도향상은 기계적인 동작특성 때문에 속도향상이 매우 제한적으로 이루어지고 있다. 따라서 컴퓨터시스템 전체의 성능향상을 이루이기 위하여 병목현상을 일으키는 디스크 입출력시스템의 성능을 개선할 수 있는 연구가 필수적이다. 처리기와 I/O subsystem의 속도차이를 해결하기 위한 하나의 기법으로 버퍼 캐시와 디스크 캐시를 두는 기법들이 사용되고 있다. 본 논문에서는 버퍼캐시와 디스크 캐시사이에 디스크 블록 중복을 제한하고, 재 참조 될 가능성이 높은 디스크 블록을 오랫동안 캐시에 유지하게 함으로 캐시 hit ratio를 높여 디스크 접근을 줄이고 신속하게 처리기에 디스크 블록을 서비스하여 시스템의 성능을 개선하는 효율적인 버퍼 캐시 및 디스크 캐시 관리기법을 제안하였고 시뮬레이션을 통하여 제안된 기법의 성능을 평가하였다.
본 논문에서는 유도전동기의 속도 센서리스 벡터 제어에서의 운전특성 개선을 위하여 최근에 제시된 상태 방정식을 이용한 속도 추정 알고리즘을 살펴보고 이 방식이 갖고 있는 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 추정 방법을 제안한다. 또한 폐루프 적분 방식의 고정자 자속 추정 알고리즘을 도입하여 고정자 자속 추정의 정확도를 높였다. 특히, 모든 미분항과 적분항들을 등가의 표현식을 통해 나타내어 실제 구현에 있어서 빠른 응답 특성과 잡음에 대한 안정성을 높였다. 시뮬레이션과 실험을 통하여 본 논문에서 제안한 속도 추정기의 타당성을 입증하였다.
Hardware In-the-Loop simulation(HIL)은 실제 하드웨어 시스템을 실시간 모사할 수 있는 시뮬레이션 장비로 연구 및 개발 기간의 단축, 비용저감 등의 장점을 앞세워 다양한 전력전자 분야에 사용되고 있다. 실제 하드웨어를 그대로 모사하는 것이 HIL의 목적이기 때문에 HIL 장비는 검증의 실시간성과 출력된 결과의 정확성이 무엇보다도 중요하다고 할 수 있다. 하지만 코어간의 데이터를 주고받는 과정에서 HIL의 연산 속도 및 정확성을 저해하는 요인들이 발생하게 된다. 본 연구에서는 HIL 장비를 이용해 복잡한 시스템을 구현함에 있어서 연산속도 및 정확성을 저해하는 요인들을 찾아내고 이를 해결하기 위한 방법을 제안한다. 제안된 연산속도 개선 및 정확성 개선 방법의 타당성은 프로세서의 연산 속도 변화량, HIL 및 시험 결과 파형의 비교 분석을 통해 검증되었다.
본 논문에서는 nonconstant modulus 신호에서 기존 MMA 알고리즘의 수렴 속도를 개선하고 SE-MMA 알고리즘의 높은 MSE를 줄일 수 있는 NM-MMA (Novel Mixed-Multi Modulus Algorithm) 알고리즘을 제안하며, 이의 등화 성능을 해석하였다. NM-MMA에서는 비용 함수로서 기존 MMA와 SE-MMA 비용 함수의 gradient vector 를 적절한 가중치의 합으로 구성하여 탭 계수 갱신에 이용하므로서 수렴 속도와 MSE 성능을 개선할 수 있다. 이를 위하여 동일한 채널과 스텝 크기 및 신호대 잡음비를 적용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하였으며 성능 해석을 위한 지수로는 등화기 출력 성상도, 잔류 isi, MSE와 SER을 적용하였다. 컴퓨터 시뮬레이션의 결과 제안 NM-MMA는 기존 MMA의 수렴 속도를 개선하고, SE-MMA보다 적은 MSE 성능과 SER 성능을 얻을 수 있음을 확인하였다.
자율이동로봇의 동특성을 고려하여 실용적인 경로를 생성하는 방법을 제안한다. 목표 지점까지 장애물을 회피하고, 자율이동로봇의 속도 및 조향각 등을 고려하여, 최적에 가까운 경로를 생성하는 방법을 다룬다. 본 논문에서 골격선 그래프를 구성하여 딕스트라알고리즘으로 초기 전역 경로를 설정하고, 이를 로봇의 동특성을 고려하여 동적 프로그래밍을 통해 경로를 개선한다. 개선된 경로는 자율이동로봇이 이동하는데 걸리는 시간을 단축한다. 마지막으로 시뮬레이션을 통해 제안하는 방법의 성능을 검증한다.
최근 들어 인터넷의 급속한 확산과 함께 초고속, 대용량 광통신의 중요성이 증대되고 있으며, 가까운 미래에 수 Terabit 혹은 수십 Terabit 급 광통신 시스템을 상용화하기 위해 하드웨어 및 소프트웨어 측면에서의 연구 개발이 활발히 수행되고 있다. 이러한 연구 개발에 있어 광통신 시스템용 개별 광자소자나 광집적회로의 고속, 소형화, 경량화, 다 기능화 및 신 기능화는 매우 중요한 과제가 아닐 수 없다. 광통신 시스템의 처리속도 및 처리 용량 등을 향상하기 위해 소자의 측면에서 신 개념의 소자 고안, 신물질 개발, 공정기술의 개선 및 개발, 패캐징 및 집적화 기술의 개선 등이 끊임없이 추구되어 왔다. (중략)
제어 시스템은 과도 응답을 거쳐 입력 명령에 근접하는 정상 상태 응답이 출력되도록 설계되기 때문에 동적시스템으로 정의된다. 이러한 동적시스템을 설계할 때 과도 응답과 정상 상태 오차, 안정도의 보장은 시스템 설계 시 가장 기본적으로 고려되어야 하는 요소이다. 본 논문에서는 동적시스템의 응답 특성 개선을 위하여 PI제어기와 IP제어기의 특성을 동시에 이용할 수 있는 혼합제어기를 설계하고 PMSM의 속도제어기에 적용하여 응답 특성을 시뮬레이션으로 확인하였다.
본 논문은 DSE-MMA (Dithered Sign Error-MMA) 적응 등화기에서 adaptive modulus와 adaptive stepsize를 이용하여 등화 성능을 개선할 수 있는 Hybrid-DSE-MMA에 관한 것이다. DSE-MMA는 탭 계수 갱신을 위한 오차 신호를 얻을 때 dither 신호를 부가한 후 이의 부호만을 이용하므로 SE-MMA의 외부 잡음에 대한 robustness 성능을 개선시키지만, 고정 modulus와 stepsize를 이용하므로 수렴 속도와 잔류 isi 성능이 저하되는 단점이 있다. 논문에서는 등화기 출력 신호의 전력에 비례하는 adaptive modulus와 adaptive stepsize를 DSE-MMA에 적용하므로서 저하되는 등화 성능을 개선할 수 있음을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인한다. 개선된 등화 성능을 기존 DSE-MMA와 비교하기 위하여 수신측에서의 등화기 출력 신호인 복원된 신호 성상도, 잔류 isi, MD (Maximum Distortion), MSE 및 외부 잡음에 대한 알고리즘의 강인성을 알 수 있는 SER 성능을 사용하였다. 컴퓨터 시뮬레이션 결과 Hybrid-DSE-MMA 알고리즘은 모든 잔류 isi와 MD, MSE 및 SER등의 모든 성능 지수에서 DSE-MMA 보다 개선 되지만 수렴 속도가 늦어짐을 알 수 있었다.
광섬유 통신 시스템이 고속화되고 장거리를 전송하게 될 수록 편광모드 분산의 중요성은 더욱 부각되어 있다. 따라서 본 논문에서는 복굴절 광섬유에서 비선형 광펄스의 전파특성을 편광 모드 분산의 영향을 고려하여 시뮬레이션하였으며 이러한 현상이 발생되는 것을 알 수 있었다. 그리고 광섬유 비션형성에 의해서 GVD(Group Velocity Dispersion)와 마찬가기로 PMD(Polarization Mode Dispersion)에서도 부분적인 보상 현상이 나타남을 수치 결과를 통해 알 수 있었다. 이러한 광 전송 시뮬레이션을 구현하기 위해서 기존의 단계분할 푸리에 방식 (SS-FM, Split-Step Fourier Method)보다 장거리 전송시 오차의 발생이 적은 단계 분할 유한 요소법)SS-FEM, Split-Step Finite Element Method)을 적용하였으며, 또한 그 단점인 수행 속도를 개선한 희귀 행렬 근사 단계 분할 유한 요소법을 제안하였다. 그 결과 제안된 방법이 기존의 푸리에 연산법이나 일반적인 유한 요소법과 비교하여 더 빠른 수행 속도를 나타내는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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