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Smoothed Particle Hydrodynamics 기반 고 밀집 군중 시뮬레이션 기법
High Density Crowd Simulation based on SPH 원문보기

한국게임학회 논문지 = Journal of Korea Game Society, v.11 no.6, 2011년, pp.193 - 199  

강신진 (홍익대학교 게임학부) ,  이정 (고려대학교 컴퓨터학과) ,  김수균 (배재대학교 게임공학과)

초록
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고 밀집 상태의 군중 시뮬레이션은 객체 수에 따라 복잡도와 제작 비용이 크게 증가함으로 사실적인 움직임을 표현하는데 어려움이 있다. 본 논문에서는 고 밀집 군중 시뮬레이션 시 사실적인 움직임을 표현하기 위해 Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) 기법을 도입하였다. 본 연구에서는 유체 시뮬레이션에 사용되는 SPH 모델을 응용하여 객체 움직임에 필요한 회피력, 거리 유지력, 그룹 응집력을 새로이 제안하였다. 제안된 객체 운동 수식은 고 밀집 상태에서 유체와 같이 자연스런 객체 움직임을 표현하는데 효과적이다. 실험 결과, 본 시스템은 밀집도 높은 군중 시뮬레이션을 실시간으로 생성 가능함을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Producing high density crowd simulation is time-consuming task as increasing the number of individuals in the crowds. In this paper, we propose a new control technique that can create realistic high density crowd simulation by using Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method from fluid simulation ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • [11]의 연구에서는 일방적인 비압축성을 활용하여 고 밀집 군중 시뮬레이션을 실시간으로 구현한 사례가 있다. 본 논문에서는 고 밀집 군중 시뮬레이션을 위한 새로운 군중 제어 기법을 제안하고자 한다. 이는 군중의 움직임이 연속적이면서도 질량을 보전하는 유체와 흐름과 유사하다는 점에 착안한 것이다.
  • 군중을 컨트롤하기 위해서는 위와 같은 제어 요소들이 사용자에게 파라미터화 되어 노출되어야 하며, 이를 제어함으로써 효과적으로 의도하는 움직임을 만들어 낼 수 있어야 한다. 본 논문에서는 위의 3가지 요소를 각각 회피력, 거리 유지력, 그룹 유지력으로 구분하여 이를 객체 운동 수식에 반영하고자 하였다.
  • 본 시스템에서는 그룹의 현재 위치를 저장하여 이를 객체간의 객체들이 유지하고자 하는 형태로 정의하도록 하였다. 이 단계에서 각 객체간의 거리와 방향 정보를 데이터 구조체에 저장한 뒤 실시간 군중 시뮬레이션 단계에서 그 값을 현재 상태와 비교하여 그 차이를 최소화시키는 힘 fgroup을 계산하였다.
  • 본 연구는 다수의 군중이 밀집되어 있는 상황에서 좀 더 부드러운 군중 흐름을 만들어 내는 것을 목표로 한다.
  • 이러한 구성은 SPH 연산을 포함하여 1,200개의 폴리곤으로 구성된 객체를 초당 12 프레임으로 최대 900개를 애니메이션 시킬 수 있는 성능을 보여줬다. 본 연구에서는 3가지 실험을 통해 본 연구의 유용성을 확인하고자 하였다.
  • 세 번째 실험은 좀 더 다수의 객체로 구성된 시뮬레이션을 진행해 보았다[그림 3]. 이 실험은 강한 그룹 유지력을 가진 소수의 그룹이 약한 밀집도를 가진 그룹을 통과하는 실험으로 영화에서 강한 결속력을 가진 기마 군대가 보병 군대 집단을 돌파하는 모습을 시뮬레이션 해 본 것이다. 실험 결과 방추 형태 진형을 가진 파란색 그룹이 진형을 유지한 채 회색 그룹을 효과적으로 양분하는 모습을 보여준다.
  • 첫 번째 실험은 고 밀집 환경에서 각각의 객체들이 정상적으로 회피하며 상호 최소한의 거리를 유지하는지를 확인하고자 하였다[그림 1]. 이를 위해 의도적으로 좁은 통로를 구성하여 2개의 그룹이 서로 반대 방향으로 통과하는 실험을 해 보았다.

가설 설정

  • 2) 거리 유지성: 각 객체들은 다른 객체와의 관계의 수준에 따라 이동 혹은 정지 중에 상호 일정 거리를 유지한다.
  • 본 연구에서는 객체의 기본적인 회피를 위하여 다음과 같은 회피식을 사용하였다. 본 연구에서는 회피력을 상호간에 회피하려는 압력으로 가정하고 이 압력을 계산하기 위해 Muller의 SPH 압력식을 다음과 같이 수정하였다(식 5). 여기서 mj는 파티클 j의 질량이고 pj는 파티클 j에 대한 회피력이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SPH란? SPH는 천체 물리학, 탄도학, 화산학 등 다양한 분야에 사용되는 파티클 기반의 알고리즘이다[12]. 
SPH 기법의 장점은? 이로부터 새로운 속도를 계산한다. SPH 기법은 그리드 대신 파티클에서 시뮬레이션을 수행하므로 유체 시뮬레이션의 Navier-Stokes 식 중 질량 보존 제한과 대류 항을 생략할 수 있어 빠른 계산이 가능하다. SPH 기법에서 특정 파티클 j를 대상으로 특정량 A는 다음과 같은 (식 1)에 의해 결정된다.
본 논문에서는 군중 움직임을 컨트롤하는데 있어 필요한 중요 속성을 어떻게 선별하였는가? 1) 회피성: 각 객체(individual)들은 충돌을 방지하기 위해 회전, 이동, 정지 등의 회피 움직임을 보인다.  2) 거리 유지성: 각 객체들은 다른 객체와의 관계의 수준에 따라 이동 혹은 정지 중에 상호 일정 거리를 유지한다.  3) 연계성: 각 객체들은 다른 객체들과의 관계의 종류와 강도에 따라 집단을 이루었을 때 움직임이 달라진다. 군대와 같은 높은 연계성을 가진 집단에서는 움직임 시 강한 상호 연계성을 보인다.  
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (13)

  1. Reynolds, C. W. "Steering behavior for autonomous characters," Game Developers Conference, 1999. 

  2. Chenney, S. "Flow tiles," Proceedings of the 2004 A CM S IG G RA PH /E urog raphics Sym posium on Computer Animation, pp. 233-242, 2004. 

  3. Ulicny, B., Ciechomski, P.H. and Thalmann, D. "Crowdbrush: interactive authoring of real-time crowd scenes," Proceedings of the 2004 ACM SIGGRAPH/Eurographics symposium on Computer Animation, pp. 243-252, 2004. 

  4. Lerner, A., Chrysanthou, Y. and Lischinski, D. "Crowds by example," Computer Graphics Forum Vol. 26, pp. 655-664, 2007. 

  5. Lee, K. H., Choi, M. G.., Hong, O. Y., and Lee, J. H. "Group Behavior from Video: A Data-driven Approach to Crowd Simulation," ACM SIGGRAPH/Eurographics Symposium on Computer Animation, pp. 109-118, 2007. 

  6. Kwon, T. S., Lee, K. H., and Lee, J. H., Takahashi, S. "Group Motion Editing", ACM Transactions on Graphics, Vol. 27, No. 3, pp. 80, 2008. 

  7. Takahashi, S., Yoshida, K., Kwon, T. S., Lee, K. H., and Lee, J. H. "Spectral-Based Group Formation Control," Computer Graphics Forum, Vol. 28, No. 2, 2009. 

  8. Jin, X., Xu, J., Wang, C. C. L. Huang, S. and Zhang, J. "Interactive control of large crowd navigation in virtual environment using vector field," IEEE Computer Graphics and Applications, 28, pp. 37-46, 2008. 

  9. Oshita, M. and Ogiwara, Y. "Sketch-Based Interface for Crowd Animation," Lecture Notes in Computer Science, Vol. 5531, pp.253-262, 2009. 

  10. 강신진, 감형렬, 신승호, 김창헌, "이미지 데이터를 활용한 군중 제어 기법," 한국컴퓨터그래픽스학회 추계학술대회, pp. 27-28, 2009. 

  11. Rahul Narain, Abhinav Golas, Sean Curtis, and Ming C. Lin, Aggregate Dynamics for Dense Crowd Simulation. In ACM Transactions on Graphics (Proceedings of SIGGRAPH Asia), vol. 28, no. 5, pp. 122:1-122:8. (2009) 

  12. Benz, W. "Smooth particle hydrodynamics: a review," The Numerical Modeling of Nonlinear Stellar Pulsations, pp. 269-288, 1990. 

  13. Muller, M., Charypar, D., and Gross, M. "Particle-based fluid simulation for interactive applications," Proceeding of ACM Siggraph/Eurographics Symposium on Computer Animation, pp. 154-159, 2003. 

저자의 다른 논문 :

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