[논문]모핑 기법을 활용한 어류 성장 과정 시스템 설계 및 구현

김응곤; 류남훈; 이혜미; 오경숙; 반경진; 한재정; 박영옥

모핑 기법을 활용한 어류 성장 과정 시스템 설계 및 구현
Design and Implementation of Fishes Growth Process System using Morphing Techniques 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.5 no.1, 2010년, pp.102 - 108

김응곤 (순천대학교 컴퓨터과학과) , 류남훈 (순천대학교 컴퓨터과학과) , 이혜미 (순천대학교 컴퓨터과학과) , 오경숙 (순천대학교 컴퓨터과학과) , 반경진 (순천대학교 컴퓨터과학과) , 한재정 (순천대학교 컴퓨터과학과) , 박영옥 (순천대학교 컴퓨터과학과)

초록
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컴퓨터 그래픽스 기술을 접목한 디지털 영상 콘텐츠 산업이 점차 증가하면서, 사용자들은 현실세계와 흡사할 정도의 고품질 애니메이션을 요구하고 있으며, 사이버수족관 및 어류백과사전 등을 통해서 어류의 형태나 유영방식을 관찰하고자 한다. 본 연구에서는 해저 환경을 표현함에 있어서 가장 핵심이 되는 어류의 자연스럽고도 역동적인 움직임을 표현하기 위해 어류 성장 과정 시스템을 설계하고 개발하였다. 본 시스템에서는 기존 어류 유영 방식을 새롭게 보완한 알고리즘을 사용한 시뮬레이션과 기존 모핑 연구에서 제시되지 않은 새로운 모핑 기법을 제안한다. 또한 어류의 성장 과정 중 환경 요인에 따라 발생하는 질병 감염 상태를 현실적으로 표현한다. 기존 어류 연구와 다르게 포괄적인 어류 연구를 진행하여 어류에 관련된 전반적인 특징을 현실적으로 시뮬레이션 하여 살펴보게 된다.

Abstract ▼ AI-Helper

With gradual growth of digital image contents industry connected with computer graphics technology, users require high-quality animations similar to real world and want to observe the type of fishes or their swimming types through cyber aquarium and fish encyclopedia. This study designed and developed fish growth process system to express natural and dynamic movement of fish, which is the critical in expressing submarine environment. This system proposes new mopping technique not presented in existing mopping studies as well as simulation using algorithm that newly supplemented existing fish swimming types. In addition, disease infection status is realistically expressed, which may occur depending on environmental factors during their growth process. With comprehensive fish studies, different from existing fish studies, this study examines the overall features of fish with realistic simulation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그래서 본 논문에서는 3D 어류 객체의 세밀한 움직임을 모핑 처리할 수 있도록 기준점 적용 보간법을 제안한다. 어류의 꼬리는 체축을 기준으로 꼬리 움직임의 최대 각도에 근접할수록 느려지게 되므로, 역동적인 움직임을 효율적으로 표현하기 위해 진자 개념을 적용한 알고리즘을 이용하여 꼬리 움직임을 처리한다[2-3].
본 논문에서는 기존 어류 연구와 다르게 포괄적인 어류 연구를 진행하여 어류의 전반적인 특징을 현실적으로 시뮬레이션 하여 살펴보기 위한 어류 성장 과정 시스템을 설계하고 구현한다. 현실적인 어류 객체의 움직임을 위한 3차원 모핑 기법을 개발하여 3D 어류 객체의 변화를 구현하며, 움직이는 객체인 어류의 성장 과정 및 프레임의 반복이 동시 표현 가능한 모핑 기법을 개발하여 적용함으로써 기존 어류 객체의 제작 방법에 비해 제작 기간 및 비용 절감 효과와 더불어 3D 어류 모델의 역동적인 움직임을 현실적으로 구현할 수 있게 한다.
해저 환경과 관련된 다양한 콘텐츠가 개발되면서 사용자들은 사이버 수족관 등을 통해 고품질의 어류 애니메이션을 관찰하고자 한다. 본 논문에서는 해저 환경을 표현함에 있어 가장 핵심이 되는 어류 객체의 자연스럽고도 역동적인 움직임과 사실적인 유영 형태 및 성장 과정을 관찰할 수 있는 어류 성장 과정 시스템을 구현하였다.
특히 콘텐츠를 구성하는 각 객체들의 모습이나 움직임에 많이 쓰이는 3D 모핑(Morphing) 기술은 객체의 모습과 움직임을 유추해내어 다양한 콘텐츠를 구성할 수 있게 해준다. 해저 환경과 관련한 콘텐츠가 개발되면서 사용자들은 현실세계와 흡사할 정도의 고품질 애니메이션을 요구하고 있으며, 사이버 수족관 및 어류 백과사전 등을 통해서 어류의 형태나 유영방식을 관찰하고자 한다.

제안 방법

3D 모델링 프로그램을 통해 제작된 3D 어류 객체의 움직임을 자연스럽고, 현실적으로 표현하기 위해 진자 개념을 적용한 모핑 기법을 이용하여 3D 어류 객체의 변화 기술을 구현한다.
지금까지 연구되지 않았던 진자 개념을 적용한 3차원 모핑 기법을 제안하여 3D 어류 객체의 변화 기술을 구현하였다. 그리고 물속을 헤엄쳐 다니는 어류의 꼬리 움직임처럼 일정 프레임이 반복되는 과정을 자연스럽게 표현하기 위해 프레임 모핑 기법을 제안하여 어류의 성장 과정 및 프레임의 반복에 대해 동시 표현이 가능하게 하였다.
동시에 하나의 키 프레임(Key Frame)만 제작한 후 애니메이션을 위한 각 프레임 별로 어류가 유영하는 속성에 따른 지느러미 형태 변화에 대한 좌표를 생성하고 이에 맞도록 중간 프레임을 계산한다.
본 시스템은 이미지 처리 모듈(Image Process Module), 환경요인 적용 모듈(Environmental Factor Module), 애니메이션 모듈(Animation Module), 인터페이스 모듈(Interface Module)로 나뉘며[1], 그림 1은 어류 성장 과정 시스템의 구성도를 나타낸다.
사용자에게 효율적인 인터페이스를 제공하기 위해 어류의 성장과정을 표현하는 각종 속성들에 대해 수치 및 이미지, 차트 등을 활용하여 표현하고, 슬라이더와 텍스트 상자 등을 통해 매개변수를 대화식으로 입력하도록 한다.
여러 가지 환경적인 요인들로 인해 질병에 걸릴 경우 체표와 지느러미에 특정 색의 반점이 생긴다거나, 체색이 전체적으로 변하기도 한다. 이러한 환경요인들로 인한 반점을 체표에 표현하기 위해 멀티 텍스처 기법을 이용하고, 알파값을 통한 투명도 변화를 적용하여 체색의 변화를 표현한다. 그림 5는 멀티 텍스처를 활용한 폴리곤의 작성과정으로, 텍스처 스테이지 1에서 Arg1과 Arg2 텍스처를 병합한 후 텍스처 스테이지 2로 전달한다.
지금까지 연구되지 않았던 진자 개념을 적용한 3차원 모핑 기법을 제안하여 3D 어류 객체의 변화 기술을 구현하였다. 그리고 물속을 헤엄쳐 다니는 어류의 꼬리 움직임처럼 일정 프레임이 반복되는 과정을 자연스럽게 표현하기 위해 프레임 모핑 기법을 제안하여 어류의 성장 과정 및 프레임의 반복에 대해 동시 표현이 가능하게 하였다.

성능/효과

본 연구에서 제안한 알고리즘을 적용하여 생성한 어류 객체는 꼬리지느러미의 역동적인 움직임을 효율적으로 표현한다. 애니메이션을 위한 각각의 중간 프레임에서는 유영하는 어류의 지느러미 형태 변화에 따른 좌표값이 자동으로 계산되어 생성되므로 3D 어류 객체의 세밀한 움직임이 모핑으로 처리될 수 있다.
본 논문에서는 기존 어류 연구와 다르게 포괄적인 어류 연구를 진행하여 어류의 전반적인 특징을 현실적으로 시뮬레이션 하여 살펴보기 위한 어류 성장 과정 시스템을 설계하고 구현한다. 현실적인 어류 객체의 움직임을 위한 3차원 모핑 기법을 개발하여 3D 어류 객체의 변화를 구현하며, 움직이는 객체인 어류의 성장 과정 및 프레임의 반복이 동시 표현 가능한 모핑 기법을 개발하여 적용함으로써 기존 어류 객체의 제작 방법에 비해 제작 기간 및 비용 절감 효과와 더불어 3D 어류 모델의 역동적인 움직임을 현실적으로 구현할 수 있게 한다.

후속연구

이는 기존 방법이 가지고 있던 부자연스러운 움직임 및 모핑 결과를 해결하여 실제 어류의 유영을 직접 관찰하지 않고도 어종에 맞는 유영 방식을 시뮬레이션 할 수 있다. 또한 기존 어류 객체의 제작 방법에 비해 제작 기간 및 비용의 절감 효과를 기대할 수 있을 것으로 본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	움직이며 성장하는 경우를 복합적으로 모핑할 때, 일반적인 모핑 기법을 사용하면 발생되는 문제점은?	기존의 어류 유영 방식에 있어 꼬리지느러미의 획일적인 움직임을 나타내기 위한 모핑 기법은 실제 어류의 움직임에 속도 개념이 적용되어 있지 않은 실정이다. 유영하는 어류와 같이 움직이면서 성장하는 경우를 복합적으로 모핑하기 위해 일반적인 모핑 기법을 적용하면 프레임의 반복 과정이 사라지는 등의 예기치 않은 문제가 발생하게 된다. 또한, 어류의 성장 과정 중 발생할 수 있는 질병에 의한 신체 이상 징후는 일반 텍스처(Texture) 기법으로 서서히 변해가는 신체 특징을 표현할 수 없다.
	자연스러운 꼬리 움직임을 표현하기 위한 방법으로 사용하는 두 가지 방법은?	자연스러운 꼬리 움직임을 표현하기 위한 방법으로는 일반적으로 두 가지가 사용된다. 첫 번째 방법은 3D 모델링 프로그램을 이용하여 전체 프레임을 제작하는 방법으로서 세밀한 묘사가 가능하지만 제작 기간과 비용이 과다 소요되는 단점이 있다. 두 번째 방법은 핵심이 되는 몇 개의 프레임을 제작한 후 선형보간법에 의해 모핑 처리하는 방법으로 제작 기간 및 비용 절감 효과가 우수하지만 섬세한 움직임 표현에 제한이 있다.
	어류 성장 과정 시스템은 어떤 모듈로 나눌 수 있는가?	본 시스템은 이미지 처리 모듈(Image Process Module), 환경요인 적용 모듈(Environmental Factor Module), 애니메이션 모듈(Animation Module), 인터페이스 모듈(Interface Module)로 나뉘며[1], 그림 1은 어류 성장 과정 시스템의 구성도를 나타낸다.

참고문헌 (8)

EungKon Kim, NamHoon Ryu, and KyeongJin Ban, "3D Morphing Techniques for Fish Growth Process System Implementation Based on Environmental Factors," IEEE Computer Society, NCM2008, Vol.2, pp.3-8, 2008.
류남훈, 반경진, 김경옥, "어류의 동작속도에 따른 키프레임 추출법", 한국통신학회, 2009년도 한국통신학회 하계종합학술발표회, pp.139-143, 2009.
유봉길, 류남훈, 반경진, "진자개념을 적용한 자연스러운 어류 움직임 표현 기법", 한국전자통신학회 논문지, 제4권, 제2호, pp.108-115, 2009.

원문보기 상세보기
J. Czarnowski, R. Cleary, and B. Creamer, "Exploring the possibility of placing traditional marine vessels under oscillating foil propulsion," Proc.7th(1997) Int. Offshoreand- PolarEng. Conf., Honolulu, HI, pp.76-82, May 1997.
Micheal Sfakiotakis, David M. Lane, and J. Bruce C. Davies, "Review of Fish Swimming Modes for Aquatic Locomotion," IEEE Journal of Oceanic Engineering, Vol.24, No.2, pp.237-252, 1999.

상세보기
Harold C. Sun and Dimitris N. Metaxas, "Automating gait animation," SIGGRAPH 2001, Computer Graphics Proceedings, Annual Conference Series, pp.261-270, August 2001.
Kingsley Stephens, Binh Pham, and Aster Wardhani, "Modelling Fish Behaviour," ACM, pp.71-78, 2003.
Marc Ziegler, "Morphological Computation in Underwater Locomotion," Department of Information Technology University of Zurich, pp.5-11, 2005.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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