최근 애니메이션 분야의 군중 환경은 디지털 산업에 필수적인 요소이다. 군중 애니메이션은 가상환경에 존재하는 다수의 캐릭터 움직임을 보다 사실적으로, 보다 효율적으로 보다 쉽게 제공하기 위해 장면의 사실성, 시스템의 성능 그리고 사용자와의 상호작용성 중의 일부를 초점으로 연구되는 캐릭터 애니메이션 기술로 정의한다. 가상환경에서 군중이 이동을 자연스럽게 표현하기 위해서는 군중에 대한 행동 패턴을 설정하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 가상 해저환경에 존재하는 다수의 물고기들의 군중 행동 패턴을 설계하고, FSM 군중 행동 시뮬레이터 시스템을 개발하여 메시 수, 프레임 수, 시간 등의 조건을 비교 분석한다.
최근 애니메이션 분야의 군중 환경은 디지털 산업에 필수적인 요소이다. 군중 애니메이션은 가상환경에 존재하는 다수의 캐릭터 움직임을 보다 사실적으로, 보다 효율적으로 보다 쉽게 제공하기 위해 장면의 사실성, 시스템의 성능 그리고 사용자와의 상호작용성 중의 일부를 초점으로 연구되는 캐릭터 애니메이션 기술로 정의한다. 가상환경에서 군중이 이동을 자연스럽게 표현하기 위해서는 군중에 대한 행동 패턴을 설정하는 것이 중요하다. 본 논문에서는 가상 해저환경에 존재하는 다수의 물고기들의 군중 행동 패턴을 설계하고, FSM 군중 행동 시뮬레이터 시스템을 개발하여 메시 수, 프레임 수, 시간 등의 조건을 비교 분석한다.
Recently the crowd environment in the department of the animation is necessary to the digital industry. The goal of researching a proper crowd animation is to design character animation that is defined by the reality of scenes, performance of system and interaction with users to show the crowd vivid...
Recently the crowd environment in the department of the animation is necessary to the digital industry. The goal of researching a proper crowd animation is to design character animation that is defined by the reality of scenes, performance of system and interaction with users to show the crowd vividly and effectively in cyber underwater. It is important to set up the crowd behavior patterns to represent for moving crowd naturally in cyber space. In the paper, we expressed the behavior patterns for flocks of fish in cyber underwater, and compared with the number of mesh, the number of fish, the number of frame, elapsed time, and resolution and analyzed them with the fish behavior simulating system.
Recently the crowd environment in the department of the animation is necessary to the digital industry. The goal of researching a proper crowd animation is to design character animation that is defined by the reality of scenes, performance of system and interaction with users to show the crowd vividly and effectively in cyber underwater. It is important to set up the crowd behavior patterns to represent for moving crowd naturally in cyber space. In the paper, we expressed the behavior patterns for flocks of fish in cyber underwater, and compared with the number of mesh, the number of fish, the number of frame, elapsed time, and resolution and analyzed them with the fish behavior simulating system.
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문제 정의
본 연구에서는 가상 해저 환경에서 군중을 표현하는 애니메이션의 사실감을 높이기 위하여 군중 행동패턴을 설계하였다. 가상 해저 환경 속에서 장면의 사실성과 시스템의 성능, 사용자와의 상호 작용성을 효율적으로 표현하고 군중 행동 장면을 생성하기 위해 본 연구에서는 사실적이고 효율적인 가상 해저 환경 속에서 포식자와 피식자로 구분하여 군중 행동에 적용되는 행동 유형 및 이벤트를 생성하는 FSM 애니메이션 시스템을 구현했다.
본 논문에서는 군중 애니메이션의 최소 단위인 물고기에 대한 속성을 개별적으로 객체들의 행동 패턴에 대한 설계를 한다. 군중의 구성원을 검색한 후 구성원이 인식 영역 내에 위치한 경우 기본 스쿨링 규칙인 분리, 정렬, 결합, 규칙과 장애물 및 다른 군중들과의 회피 규칙을 수행한다.
본 연구에서는 가상 해저 환경에서 군중을 표현하는 애니메이션의 사실감을 높이기 위하여 군중 행동패턴을 설계하였다. 가상 해저 환경 속에서 장면의 사실성과 시스템의 성능, 사용자와의 상호 작용성을 효율적으로 표현하고 군중 행동 장면을 생성하기 위해 본 연구에서는 사실적이고 효율적인 가상 해저 환경 속에서 포식자와 피식자로 구분하여 군중 행동에 적용되는 행동 유형 및 이벤트를 생성하는 FSM 애니메이션 시스템을 구현했다.
제안 방법
Tu는 물리 기반 가상 해저 세계를 모델링하였다. 가상 해저 세계는 인공적으로 설계된 물고기들이 존재하는데 이러한 물고기의 구성을 위해 몸체 모델링에서부터 내부에 인공지능을 적용하여 가상 해저 내에서 자동으로 움직이는 객체를 개발하였다. 인공 물고기의 설계요소는 다음과 같다[8].
가상 현실이나 게임 콘텐츠 개발자가 쉽게 군중 애니메이션 콘텐츠를 제작할 수 있도록 하기 위해 간단한 사용자 인터페이스를 통하여 군중 행동을 모델링하는 군중행동 시뮬레이터를 개발한다. 메뉴 방식의 따라 대화식으로 손쉽게 군중의 행동을 모델링하여 이를 저장한 후 게임 콘텐츠에 직접 이용하는 방법과 다른 콘텐츠와 합성하여 활용할 수 있도록 한다.
가상해저 생태계는 피식자와 포식자로 구분하였다. 피식자와 포식자는 두 종류의 생물 사이에 먹고 먹히는 관계가 있을 때 먹는 쪽을 포식자, 먹히는 쪽을 피식자라고 한다.
본 논문에서는 가상 해저환경에 존재하는 다수의 물고기들의 군중 행동 패턴을 설계하고, FSM 군중 행동 시뮬레이터 시스템을 개발하여 메시 수, 프레임수, 시간 등의 조건을 비교 분석한다.
본 논문의 군중 행동 애니메이션 시스템 성능을 측정하고, FSM(Fish Schooling Model) 애니메이션 시스템에 적용하기 위해 물고기 수, 메시 수, 프레임 수, 시간, 해상도 등의 조건을 비교 분석하였다. 초당 프레임 수를 측정하기 위하여 OpenGL에서 한 프레임에 대하여 렌더링이 완료되면 SwapBuffers 함수를 호출하는데 이 함수를 몇 번 호출했는지 횟수를 체크하였다.
본 연구에서 적용된 군중 행동 애니메이션은 wander, separation, alignment, cohesion, flee, path following, leader following이다.
무리 시뮬레이션을 위한 핵심을 아래 3가지로 분류하였다. 새들 간의 충돌 회피, 무리의 속도에 개별 속도를 맞춤, 무리의 중심으로 이동 경향 등 입자 시스템 이론에 적용한 새의 무리 시뮬레이션을 하였다.
세 번째는 카메라 제어 모듈로 군중 행동의 뷰를 제어하기 위하여 카메라 제어 모듈을 개발한다. OpenGL에서 제공하는 기본적인 카메라 제어 함수를 이용한다.
87년 Reynolds는 SIGGRAPH에서 그래픽스 분야에서 최초로 발표된 무리 시뮬레이션에 대한 논문을 발표하였다. 이 논문을 통하여 새 무리 이동을 시뮬레이션 하였고 새 한 마리를 하나의 입자로 가정하여 입자 시스템(particle system)이론을 적용하여 새 무리의 이동을 자동화 하였다. 무리 내부에 존재하는 모든 입자 단위를 시뮬레이션 하는 것은 부담이 크기 때문에 주위에 있는 무리 개체 간의 관계를 통해 새로운 무리의 행동을 생성하였다[5][6][7].
자율행동은 물고기 객체 자신의 상태와 주변 환경에 따라 자동으로 움직이며, 자율행동 요소는 속도 변경, 방향 변경, 먹이 탐색 등이 있다. 자율 행동 부분을 검사한 다음 물고기들의 군중 리스트를 확인하고 장애물 및 충돌 검사를 한 다음 군중 이벤트 부분을 실행한다.
군중 행동 애니메이션 시스템은 군중 행동 모듈, 군중 생성 배치 모듈, 카메라 제어 모듈, 사용자 인터페이스 모듈과 같이 구성한다. 첫 번째로 군중 행동 모듈은 wander, separation, cohesion, alignment, hunt 군중 행동 유형을 디스플레이한다. 그림 2는 이벤트 중심의 피식자와 포식자 간의 군중 행동 모듈의 플로우 차트를 나타낸 것이다.
성능/효과
Leader following 군중 행동의 사용하는 물고기 한 마리의 메시 수는 24개이다. 메시 수가 240개일 때 1024*768 해상도에서 24 frame/sec의 프레임 비율이 측정되고, 메시 수가 900개 일 때 48 frame/sec의 프레임을 측정되었으며 가장 메시 수가 많은 4800개일 경우 1024 * 768 해상도에서 96 frame/sec의 비율이 측정되었다. 일반적으로 물고기의 수가 50에서 100마리로 렌더링 할 때에 프레임 비율이 떨어진 것을 볼 수 있을 것이다.
Path following 군중 행동의 사용하는 물고기 한 마리의 메시 수는 24개이다. 메시 수가 240개일 때 1024*768 해상도에서 24 frame/sec의 프레임 비율이 측정되고, 메시 수가 900개일 때 36 frame/sec의 프레임을 측정되었으며 가장 메시 수가 많은 4800개일 경우 1024 * 768 해상도에서 73 frame/sec의 비율이 측정되었다. 일반적으로 물고기의 수가 50에서 100마리로 렌더링 할 때에 프레임 비율이 떨어진 것을 볼 수 있을 것이다.
후속연구
이런 상황에서는 가상 환경에 존재하는 다수의 캐릭터 각각의 움직임을 수작업에 의존하는 기존의 애니메이션 제작 방법으로 제작할 경우 많은 시간과 비용이 필요하다. 하지만 이를 자동화하면 보다 사실적, 효율적인 가상 환경을 표현할 수 있기 때문에 군중 행동 장면을 생성하기 위해서 자동화된 연구가 진행되어야 한다. 국내에서는 가상 환경을 구축하여 실감 체험 할 수 있는 VR 콘텐츠 기술 개발에 관련하여 군중 장면 처리 및 군중 행동 시스템의 구현에 관한 연구가 있었으나 자연스러운 군중 행동 시스템을 개발하는 연구는 아직 미흡한편이다[3][4][5].
향후 연구 과제는 해양 상태 문화의 사실적 표현, 현실감 증대, 콘텐츠 구성의 다양성을 위해 유체 표현기술을 포함한 특수효과, 3D 모델링, 체감 처리기술 등의 기술 개발을 통하여 해양 생태문화를 콘텐츠화 함으로써 새로운 비즈니스 모델개발을 통한 IT 산업의 활성화를 이룬다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
군중 애니메이션은 무엇인가?
최근 애니메이션 분야의 군중 환경은 디지털 산업에 필수적인 요소이다. 군중 애니메이션은 가상환경에 존재하는 다수의 캐릭터 움직임을 보다 사실적으로, 보다 효율적으로 보다 쉽게 제공하기 위해 장면의 사실성, 시스템의 성능 그리고 사용자와의 상호작용성 중의 일부를 초점으로 연구되는 캐릭터 애니메이션 기술로 정의한다. 가상환경에서 군중이 이동을 자연스럽게 표현하기 위해서는 군중에 대한 행동 패턴을 설정하는 것이 중요하다.
초기의 군중 애니메이션의 모태가 된 것은 무엇인가?
초기의 군중 애니메이션의 모태가 된 것은 1987년에 Reynolds가 제안한 동물 무리의 행동 모델이다. 10년 뒤에 1997년에 Benford, Greenhalgh, Lloyd가 가상환경에서의 군중에 대한 모델을 제안했고, Brogan과 Hodgins가 그룹 행동에 대한 모델을 제안했고 활발한 연구를 보였다[1][2].
다수의 캐릭터 각각의 움직임을 수작업에 의존하는 기존의 애니메이션 제작 방법을 자동화 하면 무엇을 표현할 수 있는가?
이런 상황에서는 가상 환경에 존재하는 다수의 캐릭터 각각의 움직임을 수작업에 의존하는 기존의 애니메이션 제작 방법으로 제작할 경우 많은 시간과 비용이 필요하다. 하지만 이를 자동화하면 보다 사실적, 효율적인 가상 환경을 표현할 수 있기 때문에 군중 행동 장면을 생성하기 위해서 자동화된 연구가 진행되어야 한다. 국내에서는 가상 환경을 구축하여 실감 체험 할 수 있는 VR 콘텐츠 기술 개발에 관련하여 군중 장면 처리 및 군중 행동 시스템의 구현에 관한 연구가 있었으나 자연스러운 군중 행동 시스템을 개발하는 연구는 아직 미흡한편이다[3][4][5].
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