High-quality tetrahedral meshes are crucial for FEM-based simulation of large elasto-plastic deformation and tetrahedral-mesh-based simulation of fluid flow. This paper proposes a volume meshing method that exploits an octree-based adaptive signed distance field to fill the inside of a polygonal object with tetrahedra, of which dihedral angles are good. The suggested method utilizes an octree structure to reduce the total number of tetrahedra by space-efficiently filling an object with graded tetrahedra. To obtain a high-quality mesh with good dihedral angles, we restrict the octree in such a way that any pair of neighboring cells only differs by one level. In octree-based tetrahedral meshing, the signed distance computation of a point to the surface of a given object is a very important and frequently-called operation. To accelerate this operation, we develop a method that computes a signed distance field directly on the vertices of the octree cells while constructing the octree using a top-down approach. This is the main focus of the paper. The suggested tetrahedral meshing method is fast, stable and easy to implement.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.27
no.3
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pp.63-69
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2022
In this paper, we propose a new GPU-based framework for quickly calculating adaptive and continuous SDF(Signed distance fields), and examine cases related to rendering/collision processing using them. The quadtree constructed from the triangle mesh is transferred to the GPU memory, and the Euclidean distance to the triangle is processed in parallel for each thread by using it to find the shortest continuous distance without discontinuity in the adaptive grid space. In this process, it is shown through experiments that the cut-off view of the adaptive distance field, the distance value inquiry at a specific location, real-time raytracing, and collision handling can be performed quickly and efficiently. Using the proposed method, the adaptive sign distance field can be calculated quickly in about 1 second even on a high polygon mesh, so it is a method that can be fully utilized not only for rigid bodies but also for deformable bodies. It shows the stability of the algorithm through various experimental results whether it can accurately sample and represent distance values in various models.
Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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2021.07a
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pp.655-658
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2021
본 논문에서는 GPU 아키텍처를 이용하여 적응형 부호 거리장을 최적화하여 빠르게 구축하고 시각화 할 수 있는 방법에 대해 제안한다. 쿼드트리를 효율적으로 GPU 메모리로 전달하고, 이를 활용하여 삼각형에 대해 유클리디안 거리를 각 스레드 별로 병렬처리하여 최단 거리를 찾는다. 이 과정에서 GPU를 사용하여 삼각형으로 구성된 3D 메쉬로부터 빠르게 적응형 부호 거리장을 계산할 수 있는 최적화 기법과 절단면 보기, 특정 위치의 값 조회, 실시간 레이트레이싱 및 충돌처리 작업을 빠르고 효율적으로 수행할 수 있는지를 보여준다. 또한, 제안하는 프레임워크를 활용하면 하이 폴리곤 메쉬도 1초 내외로 부호 거리장을 계산할 수 있기 때문에 강체뿐만 아니라 변형체에도 충분히 활용될 수 있다.
Proceedings of the Korean Society of Computer Information Conference
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2024.01a
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pp.371-374
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2024
본 논문에서는 PBD(Position-based dynamics)를 이용한 옷감 시뮬레이션에서 페이스(Face) 및 에지(Edge)의 충돌/접촉을 처리할 때 나타나는 표면 떨림 문제를 SDF(Signed Distance Field) 접근법을 통해 안정적으로 해결할 수 있는 기법을 제안한다. 충돌 제약 조건을 이용한 충돌처리에서 나타나는 옷감 시뮬레이션의 떨림 현상을 개선하기 위해 본 논문에서는 페이스 및 에지 내부에 존재하는 충돌 지점의 속도를 충돌 법선 방향과 접선 방향으로 나누어 계산하는 과정을 거치며, 그 운동량을 페이스 및 에지에 포함된 연결된 정점(Vertex)에 전달한다. 본 논문에서 제안하는 기법은 일반적인 SDF 기반 충돌 처리에서 나타나는 충돌 시 떨림 현상을 개선하며, 기존의 방법보다 안정적인 SDF 충돌처리가 가능하기 때문에 다양한 변형체 재질을 시뮬레이션 할 때 활용될 수 있다.
Shriwise, Patrick C.;Davis, Andrew;Jacobson, Lucas J.;Wilson, Paul P.H.
Nuclear Engineering and Technology
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v.49
no.6
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pp.1189-1198
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2017
Computer-aided design (CAD)-based Monte Carlo radiation transport is of value to the nuclear engineering community for its ability to conduct transport on high-fidelity models of nuclear systems, but it is more computationally expensive than native geometry representations. This work describes the adaptation of a rendering data structure, the signed distance field, as a geometric query tool for accelerating CAD-based transport in the direct-accelerated geometry Monte Carlo toolkit. Demonstrations of its effectiveness are shown for several problems. The beginnings of a predictive model for the data structure's utilization based on various problem parameters is also introduced.
In this paper, we introduced a novel voxel-wise UV parameterization and view-dependent texture synthesis for the immersive rendering of a truncated signed distance field (TSDF) scene model. The proposed UV parameterization delegates a precomputed UV map to each voxel using the UV map lookup table and consequently, enabling efficient and high-quality texture mapping without a complex process. By leveraging the convenient UV parameterization, our view-dependent texture synthesis method extracts a set of local texture maps for each voxel from the multiview color images and separates them into a single view-independent diffuse map and a set of weight coefficients for an orthogonal specular map basis. Furthermore, the view-dependent specular maps for an arbitrary view are estimated by combining the specular weights of each source view using the location of the arbitrary and source viewpoints to generate the view-dependent textures for arbitrary views. The experimental results demonstrate that the proposed method effectively synthesizes texture for an arbitrary view, thereby enabling the visualization of view-dependent effects, such as specularity and mirror reflection.
Kim, Po-Ram;Shin, Seung-Ho;Lim, Jae-Ho;Kim, Chang-Hun
Journal of the Korea Computer Graphics Society
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v.17
no.1
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pp.17-24
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2011
In Computer Graphics, interaction between a particle-based fluid and a rigid body is important. In General, this interaction has been simulated in a discrete environment. As a result, there have been lots of errors. The larger the time step is used, the bigger the error is. This paper describes how to minimize the error in a discrete environment. To be specific, the collision handling method is that estimates particle collision using a signed distance function increases continuously according to space. At the time a fluid particle and a rigid body model collide, the exact collision time and the position is estimated. Through this, we propose the method how to be simulated the interaction between a fluid and a rigid body model as a continuous environment.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.3
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pp.147-156
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2008
A new approach based on cone prism intersection method combined with sorting algorithm is proposed for the fast and robust signed distance field computation. In the method, the space bounding the geometric model composed of triangular net is divided into multiple smaller cells. For the efficient calculation of distance fields, valid points among the triangular net which will generate minimum distances with current cell are selected by checking the intersection between current cell and cone prism generated at each point. The method is simple to implement and able to achieve an order of magnitude improvement in the computation time as compared to earlier approaches. Further the method is robust in handling the traditional sign problems. The validity of the suggested method was demonstrated by providing numerous examples including Boolean operation, shape deformation and morphing of complex geometric models.
This paper describes the design and hardware implementation of a Single Input Fuzzy Logic Controller (SIFLC) to regulate the output voltage of a boost power converter. The proposed controller is derived from the signed distance method, which reduces a multi-input conventional Fuzzy Logic Controller (CFLC) to a single input FLC. This allows the rule table to be approximated to a one-dimensional piecewise linear control surface. A MATLAB simulation demonstrated that the performance of a boost converter is identical when subjected to the SIFLC or a CFLC. However, the SIFLC requires nearly an order of magnitude less time to execute its algorithm. Therefore the former can replace the latter with no significant degradation in performance. To validate the feasibility of the SIFLC, a 50W boost converter prototype is built. The SIFLC algorithm is implemented using an Altera FPGA. It was found that the SIFLC with asymmetrical membership functions exhibits an excellent response to load and input reference changes.
We propose a new pipeline of fluid surface reconstruction that incorporates hybrid SDF(signed distance fields) and adaptive fluid surface techniques to finely reconstruct liquid-solid mixed surfaces. Previous particle-based fluid simulation suffer from a noisy surface problem when the particles are distributed irregularly. If a smoothing scheme is applied to reduce the problem, sharp and detailed features can be lost by over-smoothing artifacts. Our method constructs a hybrid SDF by combining signed distance values from the solid and liquid parts of the object. We also proposed a method of adaptively reconstructing the surface of the fluid to further improve the overall efficiency. This not only shows the detailed surface of the solid and liquid parts, but also the detail of the solid surface and the smooth fluid surface when both materials are mixed. We introduce the concept of guiding shape and propose a method to get signed distance value quickly. In addition, the hybrid SDF and mesh reconstruction techniques are integrated in the adaptive framework. As a result, our method improves the overall efficiency of the pipeline to restore fluid surfaces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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