• 한국CDE학회논문집
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• 제13권6호
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• pp.469-477
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• 2008

Physically-based rendering is an image synthesis technique based on simulation of physical interactions between light and surface materials. Since generated images are highly photorealistic, physically-based rendering has become an indispensable tool in advanced design visualization for manufacturing and architecture as well as in film VFX and animations. Especially, BRDF (bidirectional reflectance distribution function) is critical in realistic visualization of materials since it models how an incoming light is reflected on the surface in terms of intensity and outgoing angles. In this paper, we introduce techniques to represent BRDF as B-spline volumes and to utilize them in physically-based rendering. We show that B-spline volume BRDF (BVB) representation is suitable for measured BRDFs due to its compact size without quality loss in rendering. Moreover, various CAGD techniques can be applied to B-spline volume BRDFs for further controls such as refinement and blending.

• 한국HCI학회:학술대회논문집
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• 한국HCI학회 2008년도 학술대회 3부
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• pp.19-24
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• 2008

본 논문은 원격제어(teleoperation)시스템에서 카메라로부터의 실시간 영상정보를 이용하여 조작대상이 되는 물체의 물리기반모델(physically-based model)을 만들고 이를 기반으로한 햅틱 렌더링 알고리즘의 개발에 관한 것이다. CCD 카메라를 통한 영상정보와 물성치(mechanical properties)를 이용하여 변형체(deformable object)의 물리적 기반 모델이 구현되고 햅틱장치로 조종되는 평면 로봇(planar robot)을 제어하여 변형체에 변형을 가하면 구현된 물리적 모델에 의해 햅틱 피드백을 위한 반력값이 계산된다. 스네이크 알고리즘을 이 용하여 영상정보로부터 변형체의 외형정보(geometry information)를 추출하며, 변형체의 경계(boundary)에서의 반력값을 계산하기 위해 경계요소법(boundary element method)을 사용한다. 제안된 햅틱 렌더링 알고리즘을 이용하여 원격조작간에 힘센서를 사용하지 않고 사용자에게 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회A
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• pp.1594-1599
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• 2008

Haptic rendering is a process that provides force feedback during interactions between a user and an object. This paper presents a haptic rendering technique for a telemanipulation system of deformable objects using image processing and physically based modeling techniques. The interaction forces between an instrument driven by a haptic device and a deformable object are inferred in real time based on a continuum mechanics model of the object, which consists of a boundary element model and ${\alpha}$ priori knowledge of the object's mechanical properties. Macro- and micro-scale experimental systems, equipped with a telemanipulation system and a commercial haptic display, were developed and tested using silicone (macro-scale) and zebrafish embryos (micro-scale). The experimental results showed the effectiveness of the algorithm in different scales: two experimental systems applied the same algorithm provided haptic feedback regardless of the system scale.

• International Journal of CAD/CAM
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• 제9권1호
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• pp.79-83
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• 2010

Tidal bore is a peculiar nature phenomenon which is caused by the lunar and solar gravitation. Based on the physical characters of tidal bores, in this paper we propose a novel method to model and render this phenomenon, especially the tidal waves in Qiantang estuary. According to Boltzmann equation for tidal waves, we solve it with the novel triangle mesh of Kinectic Flux Vector Splitting (KFVS) mode. Then a method combining a curve forecasting wave and particles model is proposed to render the dynamic scenes of overturning tidal waves. Finally, with some rendering technologies, various realistic tidal waves under diversified conditions is rendered in real time.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제23권4호
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• pp.416-422
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• 2019

본 논문은 절차적함수를 이용하여 실시간으로 3차원 구름을 모델링하고 렌더링하는 알고리즘을 제안한다. 구름 모델링은 절차적 노이즈 함수인 fbm(Fractional Brownian Motion)을 변형하여 사용하며, 이 값을 대기의 수증기 밀도 값으로 이용한다. 이 밀도 값은 파라미터로 주어진 3가지 구름의 형태를 위해 변형되며 렌더링단계의 입력 값으로 들어간다. 레이마칭(ray marching)기법을 이용한 렌더링 단계에서는 이 밀도 값을 이용하여 구름의 색상을 결정하며 이때 밀도에 따른 빛의 감소 및 산란현상은 물리적으로 계산된다. 대기모델로 렌더링 된 하늘 위에 제안한 알고리즘에 의해 구현된 구름들이 블랜딩되며, 이 때 바람의 방향에 따라 구름이 움직이도록 한다. 제안된 구름 생성 및 렌더링은 GLSL언어를 이용해서 GPU상에서 구현되었다.

• 한국HCI학회:학술대회논문집
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• 한국HCI학회 2008년도 학술대회 1부
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• pp.414-419
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• 2008

최근 컴퓨터 그래픽스 분야에서 3차원 렌더링은 영화 제작, 광고, 인테리어 시뮬레이션, 의료 영상 등 많은 분야에서 중요하게 사용되고 있으며 기술의 발달로 인해 그 사실성이 매우 높아지고 있다. 또한 렌더링 기술의 발달과 하드웨어의 비약적인 발전에 의해 실시간 게임 등에도 물리 기반 3차원 렌더링 기법들이 응용되어 사실성을 더해 가고 있다. 그러나 영화 제작 등에 사용될 수 있는 정도의 고품질 영상을 생성하기 위해 아직 적지 않은 시간을 필요로 하는 한계를 가기고 있다. 본 논문에서는 가상의 3차원 공간에 만들어진 복잡한 장면에 대하여 고품질 영상의 매우 중요한 요소 중의 하나인 물리 기반 전역 조영을 빠른 시간 안에 사실적으로 생성할 수 있는 렌더링 기법을 제안한다. 특정 제약 속에서 빠른 계산을 가능하게 하는 프로그래밍 가능한 그래픽스 하드웨어를 사용하여 물리 기반 전역 조영 알고리즘을 가속하고 포톤 매핑 기법을 적용한 광선 추적법 기반에서 효과적으로 동작할 수 있도록 렌더링 시스템의 구조를 최적화 하였다.

• 한국정보과학회논문지:컴퓨팅의 실제 및 레터
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• 제16권12호
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• pp.1165-1176
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• 2010

구름, 연기, 가스 등과 같은 반투과 매체 (participating media)를 사실적으로 가시화해주기 위해서는 그 내부에서 빛이 진행하는 과정을 물리적으로 시뮬레이션 해주어야 한다. 이 과정은 볼륨 렌더링 방정식이라는 적분 방정식을 통하여 표현할 수 있으나, 이를 정밀하게 푸는 것은 상당한 계산 시간을 요한다. 최근 GPU의 성능 향상에 힘입어, 반투과 매체에 대한 고속의 렌더링 기법들이 소개되고 있으나, 아직도 해결해야할 문제들이 많이 남아있다. 본 논문에서는 기존의 GPU 기반의 반투과 매체 렌더러의 기능/성능 향상을 위하여 적용한 렌더링 기법들을 설명하고, 그러한 노력들이 어떠한 개선 효과를 달성하였는지 분석한다. 이러한 기법들은 추후 각종 디지털콘텐츠 제작에 있어 특수 효과 생성을 위한 고속의 사실적인 볼륨 렌더러 구축에 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

• 한국컴퓨터그래픽스학회논문지
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• 제22권3호
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• pp.53-61
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• 2016

본 논문에서는 번개의 물리적 특성을 고려하여 기존의 랜덤 트리 기반의 번개 경로 생성 알고리즘보다 사실적이며, 물리 기반 시뮬레이션 알고리즘보다 빠른 번개 경로 생성 알고리즘을 제시한다. 절연 파괴 현상을 물리적으로 접근한 Dielectric Breakdown Model을 사용하고, 전위장(Electric potential field)의 특징을 빠르게 근사하여 번개의 경로를 생성하는 알고리즘을 제시한다. 또한, 장애물이 있는 복잡한 장면에서 번개가 장애물을 회피하는 가이드 경로 방법을 제시한다. 마지막으로, 번개 잔가지의 두께와 밝기의 물리적 특성을 고려하여 빠르고 사실적인 번개를 렌더링한다. 본 논문에서 제시한 번개 경로는 약 1.56의 프랙탈 차원(Fractal dimension)을 가져 자연 현상의 번개와 유사한 결과를 보여주고, 기존의 물리 기반 알고리즘에 비해 월등히 빠르게 경로를 생성한다. 다만, 실시간 게임에 적용 가능한 성능을 위한 추가 적인 작업이 필요하고, 향후 GPU를 활용하여 번개 경로 생성 알고리즘을 개선하면 실시간 게임에 충분히 적용할 수 있을 것이라 판단한다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제25권2호
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• pp.103-109
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• 2004

가상 관절경은 무릎, 어깨 둥 관절에 대한 단층촬영 영상으로부터 관절 내부의 해부학적 구조를 3차원으로 재구성함으로써 광학 관절경을 모사 하는 기법이다. 이 논문에서는 볼륨 렌더링 기법의 일종인 등위면 광선투사법을 이용하여 3차원 영상을 신속하게 생성하는 가상 관절경 기법을 제안한다 여기서 제안하는 등위면 광선투사법은 최대-최소맵을 이용하여 전처리 과정 없이도 실시간에 가까운 속도로 고화질의 영상을 얻을 수 있다. 또한 물리 기반 카메라 제어 모델을 이용함으로써 사용자가 복잡한 해부구조를 가진 관절강 내부에서 가상 카메라를 자유롭게 이동시킬 수 있다. 이러한 고속 렌더링 방법과 현실감 있는 카메라 제어기법을 이용하여 대화식 가상 관절경을 개발하였다.

• 한국CDE학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.346-354
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• 2009

BRDF (bidirectional reflectance distribution function) is critical in realistic simulation of material appearances since it models the directional characteristics of reflection of light. Although many BRDF models have been proposed so far, it is still not easy to find one specific model that could represent all the reflection properties of real materials such as generalized diffusion, off-specular reflection, Fresnel effect, and back scattering. In this paper, we compare three BRDF models including B-spline volume BRDF (BVB), Cook-Torrance, and Lafortune in their ability to represent the measured BRDF data for physically-based rendering. We show that B-spline volume BRDF surpass the others in quality of data fitting and rendering, especially for materials without specular reflections.