3. 연구개발의 내용 및 범위 가. 연구개발의 내용 (1) 연구개발 목표 (가) 연구개발 절차도 (나) 참여기관별 연구개발 목표 ● 주관기관 : (주)포디비전 - 시뮬레이터 게임 상품 기획 총괄 - 체감형 게임 2종 선정 및 시뮬레이터 적용 - 시범 콘텐츠 3종 제작 - System Integration ● 참여기관 : (주)시뮬라인 - 6자유도 시제품 개발 - 모터 제어 API 개발 - 운동판의 기하학적 모델링 - 모션콘트롤 SDK, 모션라이브러리 개발자문
3. 연구개발의 내용 및 범위 가. 연구개발의 내용 (1) 연구개발 목표 (가) 연구개발 절차도 (나) 참여기관별 연구개발 목표 ● 주관기관 : (주)포디비전 - 시뮬레이터 게임 상품 기획 총괄 - 체감형 게임 2종 선정 및 시뮬레이터 적용 - 시범 콘텐츠 3종 제작 - System Integration ● 참여기관 : (주)시뮬라인 - 6자유도 시제품 개발 - 모터 제어 API 개발 - 운동판의 기하학적 모델링 - 모션콘트롤 SDK, 모션라이브러리 개발자문 ● 참여기관 : KETI 지능메카트로닉스연구센터 - Washout 필터 개발 - Pre-processing 필터 개발 - 모션 라이브러리 개발 - 모션콘트롤 SDK 개발 - Developer's Manual 제작 다) 연구개발 내용 ● 주관기관(포디비전) : 모션 콘트롤 SDK를 활용하여 3종 시범콘텐츠 제작 ① 개발목표 모션 시뮬레이터에서 구현 가능한 3D 콘텐츠 제작 ② 개발내용 및 범위 PC기반하의 OpenGL 에뮬레이션 3차원 엔진과 가속 툴 개발 본 과제에서는 OpenGL에 호환되는 3차원 가속 엔진과 이 엔진을 이용하여 3D 가상 시뮬레이션 게임을 제작함. ③ 3D 콘텐츠와 시뮬레이터의 연동 ④ 3D 게임 콘텐츠 제작 ㉮ 시뮬레이터 3D엔진과 개발 툴을 이용한 게임 ㉯ 3D 게임 제작 ㉰ 3D 게임 검수 및 출시 ● 참여기관 (시뮬라인) : 6자유도 모션베이스 시스템 제작 ① 설치 사양 ㅁ전원: 3상 220 VAC, 60㎐, 30KVA 단상220 VAC, 60㎐, 1KVA 。높이: 1.56m 。바닥 면적: 4m×3.5m 。시스템 무게: 1350kg ② 소프트웨어 옵션 ㉮ 실시간 인터액티브 운영 소프트웨어 ㉯ Show control 소프트웨어 & 하드웨어 ㉰ 편집 소프트웨어 ● 참여기관 (전자부품연구원) 。Washout 필터 개발 : Washout 필터 분석 및 구현. 。Pre-processing 필터 개발 。모션 라이브러리 개발 : Pre-processing 필터 및 washout 필터의 모든 계수를 각종 성능의 가상 모델에 맞게 미리 튜닝 하여 라이브러리를 제작. 초음속 전투기, 점보 여객기, 소형 비즈니스 제트기, F1 경주차, 각종 스포츠카, 버스, 트럭, 고급 승용차, 카트라이더 4종등 12가지 이상의 가상 모델을 위한 튜닝을 하여 계수들의 라이브러리를 개발하였다. ① 게임공간 객체의 3D 모션의 모션 플랫폼으로 변환하기 위한 Washout 필터 개발 ② 운동감 증진을 위한 인간 감성기반 모션 라이브러리 구축 기술개발 ③ 모션 콘트롤 에디터 개발 ④ 모션라이브러리 개발 ㉮ 모션 라이브러리 구축 ㉯ 모션 라이브러리 호출 ㉰ 모션생성 ㉱ 모션중첩 ⑤ 모션콘트롤 SDK 개발 나. 연구개발의 범위 (1) 모션 콘트롤 SDK를 활용하여 3종 시범 콘텐츠 제작 가) 게임 기획 ① 3D 게임 엔진은 게임 기획과 연계하여 개발 ② Prototype 제작 실험 나) Scene graph management ① Visual mesh ② 물체 종류 및 관리방법 정의 ③ Texture memory management ④ LOD ⑤ Culling ⑥ Image-based rendering 다) 3D 그래픽 ① 최종 그래픽 화면 -> 결국 프로그래머의 손에서 나옴 ② 폴리곤 최적화 / Visual quality최적화 ③ Multi-texturing, lighting, shadow, fog, image-based rendering 등 기법 조합/ 실험 ④ Graphics hardware의 한계점 실험 라) Realtime 3D engine ① 3D 게임 엔진은 게임 기획과 연계하여 적합한 엔진 선정 ② Prototype제작 실험 ③ In-house tool 개 발 ④ 기타 유틸리티 마) Interaction 설 계 ① Interaction ② Camera control ③ Collision detection & response ④ Dynamics 6) Software engineering & Project management ① Software engineering ② R&D에서의 Project관리 ③ 결과의 재사용성 7) Production의 질적 향상 ① Production에서의 의사 결정 유리 -> 게임의 질 향상 ② Production에서 시행착오 최소화 -> 일정 차질의 최소화 ③ 빠른 prototype의 구축/실험 ④ 아이디어를 현실화하기 쉬운 연구 수행 시스템 (2) 6자유도 모션 시뮬레이터 제작 가) 목적 : 영상, 음향, 움직임을 이용하여 만들어낸 가상현실에 사람을 몰입시키는 기술. 。Interactive (상호작용형, 대화형) / Non-interactive Simulators 。Interactive: 운전/경주 게임 시뮬레이터 。실시간으로 운전자의 input에 따라 움직임 생성 。Non-Interactive: 극장식/관람형 시뮬레이터 。화면내 움직임이 미리 정해진 괘도를 따른다. 나) 주요소요 기술 。영상 및 음향 。실시간 S/W 제어 。디지털 신호처리 。아날로그/ 디지털 전자 회로 。모터 제어 。동역학 기계설계 다) 자유도 (Degrees of Freedom) 。모든 움직임은 6 개의 자유도로 표현할 수 있다. 。운동판은 자유도의 수와 Actuator 수는 일치한다. 라) Washout Algorithm and Motion Cueing 。Motion Cueing: 시뮬레이터의 움직임 범위는 제한되었으므로 움직임의 변화 (시작 부분)를 충실히 재현 시킨다. 이후에 시뮬레이터는 중립위치로 서서히 복귀한다. 。Washout Algorithm: Motion Cue (운동판이 움직여야 하는 궤도)를 계산하고 중립 위치로 복구 시키는 알고리즘. (3) 모션콘트롤 SDK 및 라이브러리 개발 가) 게임공간 객체의 3D 모션의 모션 플랫폼으로 변환하기 위한 Washout 필터 개발 ① 카메라 위치정보에 따른 모션 플랫폼의 비력/각속도 추정 기술개발 ② 게임공간 객체의 3D 모션의 모션 플랫폼으로 변환하기 위한 washout 필터 개발 ③ 최적 실감효과를 위한 Washout 필터 계수의 Auto-tuning 기술개발 나) 운동감 증진을 위한 인간 감성기반 모션 라이브러리 구축 기술개발 ① 운동감 증진을 위한 부가 모션 생성을 위한 Pre-processing 필터 개발 ② 다중 운동 감각 반영형 모션 중첩 기술개발 ③ 가상 모델기반 모션 라이브러리 구축 기술개발 다) 모션 콘트롤 에디터 개발 。모터 API 통신을 위한 Packet 개발 。3D 라이브러리를 이용한 Motion Base Animation 모듈 개발 。TCP/IP 연동형 통신 모듈 개발 (4) Washout filter tuning 。Washout 필터 개발에 있어서 가장 민감한 부분은 각종 필터 계수들을 정하는 절차다. 대상 가상 모델의 동력학적 특성에 따라 필터의 계수들을 다르게 정해야 좋은 운동감을 얻을 수 있기 때문이다. 。일반적으로 washout 필터의 튜닝은 trial and error 방식으로 여러 가지 조합을 만들어 감성공학적으로 평가하여 계수들을 정한다. 。Washout 필터 이외에 pre-processing 필터도 시뮬레이터의 특성에 영향을 미치므로 pre-processing 필터도 함께 튜닝한다.
Abstract▼
3. Scope & Details of R & D A. Accomplishment of R & D (1) Goal (a) Flowchart for R & D b) Details of R & D ● Leading firm(4DVision, Inc.) : Production of three 3D motion-based contents using SDK. ① Target 3D contents compatible with motion simulator ② Scope and details of R
3. Scope & Details of R & D A. Accomplishment of R & D (1) Goal (a) Flowchart for R & D b) Details of R & D ● Leading firm(4DVision, Inc.) : Production of three 3D motion-based contents using SDK. ① Target 3D contents compatible with motion simulator ② Scope and details of R & D PC compatible tools for 3D acceleration and OpenGL emulation This project requires to produce 3D VR simulation games using 3D accelerator engine. ③ Linkup of 3D contents and simulator ④ Production of 3D games - Games based on 3D simulator accelerator engine and developers' tools - Final products of 3D games - Inspection & commercialization ● Participating firm( Simul_Line,Inc.) : 6 DOF Motion platform ① Requirements of installation 。Power: 3-Phase 220 VAC, 60㎐, 30KVA Single-Phase 220 VAC, 60㎐, 1KVA 。Height: 1.56m 。Floor square: 4m×3.5m 。Weight: 1350kg ② Software options - Software for realtime interactive function - Software & hardware for show control - Editing software ● Participating institute ( KETI ) 。Development of washout filter : Analyzing and prototyping washout filter 。Producing pre-processing filter 。Developing motion library : Motion library to be made by tweaking all the factors of pre-processing and washout filter to best go with all kinds of potential simulators. These libraries should have well tuned coefficients for over 12 kinds of virtual models such as supersonic fighter aircraft, jumbo airliner, small business plane, F1 racing car, deluxe car and also Kartriders of 4 kinds. ① Washout filter to translate motion of objects in 3D games into actual motion of simulators. ② Developing human sensibility-based motion libraries to enhance the perceived movements. ③ Developing motion editor ④ Developing motion libraries a. Setup motion library b. Motion library call c. Creation of motion d. Motion overlap ⑤ Developing motion control SDK B. Scope of R & D (1) Producing 3 kinds of demo contents using motion control SDK 1) Planning a game ① 3D game engine to be developed in connection with games planned ② Prototype production and experiments 2) Scene graph management ① Visual mesh ② Defining objects and control methods ③ Texture memory management ④ LOD ⑤ Culling ⑥ Image-based rendering 3) 3D graphics ① final graphic quality -> Image quality depends on a programmer ② Polygon optimization / Visual quality optimization ③ All techniques to be tried and combined for multi-texturing, lighting, shadow, fog, image-based rendering ④ Tests on the limitations to graphics hardwares' functionalities 4) Realtime 3D engine ① 3D game engine to be selected in connection with the game planned ② Tests on a prototype ③ Development of in-house tool ④ Other utilities 5) Design of Interaction ① Interaction ② Camera control ③ Collision detection & response ④ Dynamics 6) Software engineering & Project management ① Software engineering ② Project control on R&D ③ Check on re-usability of the outcomes 7) Enhancement of production quality ① Advantage of decision-making on production -> Enhanced quality of game ② Minimization of trial and errors in production -> Minimizing the disruption in schedule ③ Rapid setup of a prototype and tests ④ Task force system to easily put an idea into realization (2) Production of 6 DOF simulator a) Goal : The technology to immerse gamers into the virtual world made of graphics, sound, motion. 。Interactive / Non-interactive Simulators 。Interactive: Driving/Racing game simulators 。Realtime motion creation according to the inputs made by gamers 。Non-Interactive: Theatrical/viewing simulator 。All motions are fixed before the experience begins b) Main technologies required 。Graphic image and sound 。Realtime S/W control 。Processing digital signals 。Electronic circuit교 to process analog and digital signals 。Motor control 。Mechanic design based on Kinetics c) Degrees of Freedom 。All motions to be expressed at 6 Degrees of freedom. 。The number of DOF of motion platform stands for that of actuators d) Washout Algorithm and Motion Cueing 。Motion Cueing: Motion platform needs to return to neutral position after it has reached a certain angle of motion as simulator has limited range of movements. 。Washout Algorithm: This algorithm enables simulator to get back home( neutral position ) by calculating the motion cues. (3) Developing motion control SDK and motion library a) Developing washout filter to translate the movement of 3D objects of virtual space into actual movement of simulator ① Technique to presume the velocity/angular velocity of motion platform considering the position data obtained through camera ② developing washout filter to translate the movement of 3D objects of virtual space into actual movement of simulator ③ Developing a technique to automatically fine-tune coefficients of washout filter for best effect of motion b) Developing techniques to set up motion libraries to enhance the sense of movement ① Pre-processing filter to create augmented sense of movement ② Motion overlapping techniques to reflect sense of multiple movements c) Developing motion control editor 。Designing packets for motor API communications 。Designing modules of motion base animation using 3D libraries 。Developing modules for TCP/IP-linked communications (4) Washout filter tuning 。The most sensitive part of developing washout filter is to set various coefficients as the best sense of movement can be obtained by setting the various coefficients differently according to the kinetic uniqueness of the targeted virtual models'. 。Generally speaking, tuning of washout filter is carried out by setting coefficients after assessing the combinations of them on the trial and error basis from the viewpoint of human sensibility engineering 。Pre-processing filter needs to be tuned together as it also affects the simulators' uniqueness
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