보고서 정보
주관연구기관 |
서강대학교 산학협력단 |
연구책임자 |
정문열
|
보고서유형 | 1단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2014-03 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
문화체육관광부 |
사업 관리 기관 |
한국콘텐츠진흥원 |
등록번호 |
TRKO201400015596 |
과제고유번호 |
1375025757 |
사업명 |
첨단융복합콘텐츠기술개발(문화부) |
DB 구축일자 |
2014-09-20
|
초록
▼
Ⅳ. 연구개발결과
1. 최종목표 달성결과
2. 세부 연구개발 목표 달성결과
1.1 연구개발 목표 물방울 분사 시스템 시뮬레이션
달성도 100 %
연구개발 내용
분사건 분사 조건 (노즐의 유량, 노즐 구멍의 사이즈, 팬의 풍속) 에 따라 분사된 물방울이 공간에 어떻게 분포되는지 미리 시뮬레이션:
1. 분사조건의 다양화
2. 물방울 분사 영역
3. 실제 분사 시스템의 모델링 및 시뮬레이션
본 연구에서는 상승기류 내 다수 물방울에 대한 거동 특성 분석을 위해 수치해석을 수행하였다.
Ⅳ. 연구개발결과
1. 최종목표 달성결과
2. 세부 연구개발 목표 달성결과
1.1 연구개발 목표 물방울 분사 시스템 시뮬레이션
달성도 100 %
연구개발 내용
분사건 분사 조건 (노즐의 유량, 노즐 구멍의 사이즈, 팬의 풍속) 에 따라 분사된 물방울이 공간에 어떻게 분포되는지 미리 시뮬레이션:
1. 분사조건의 다양화
2. 물방울 분사 영역
3. 실제 분사 시스템의 모델링 및 시뮬레이션
본 연구에서는 상승기류 내 다수 물방울에 대한 거동 특성 분석을 위해 수치해석을 수행하였다.
결과들은 다음과 같다:
1) 노즐과 송풍기의 배열 간격에 따라 생성된 상승기류 유동장의 영향이 물방울의 부유 및 거동에 큰 영향을 미침
2) 특정 지점에서 물방울은 외부로부터 힘을 받아 물방울 분열 현상이 일어남. 노즐 분사 초기에 이와 같은 분열현상이 많이 발생함.
3) 시간에 따라 물방울의 분열현상은 다양한 크기로 분포함
4) 상승기류 영역에 따라 물방울이 밀집되는 영역의 위치도 달라짐
1.2 연구개발 목표 물방울 분사 시스템 구축 및 실험
달성도 100%
연구개발 내용
분사기계 제작: 대형 무지개 생성에 필요한 물방울 분사기계 설계 및 제작
- 미니분사 시스템을 이용한 인공무지개 생성실험: 미니 분사 시스템을 구축하고 다양한 실험과 측정을 통해 무지개 생성의 물리적 조건 발견
- 펌프 시스템 구성 설계: 분사건을 사용하기 위한 물 공급 펌프 시스템의 필요사양을 계산
(1) 미니 분사 시스템: 무지개 형성 공간에 물방울이 머무는 시간을 최대화하고, 공급되는 물을 최소화하는 방안연구
(2) 펌프 시스템 사양: 분사시스템 설계에 필요한 펌프사양의 결정을 위해 유체역학 이론을 바탕으로, 배관의 길이, 배관의 직경, 필요 유량 을 고려하여 관내 손실을 계산하고, 필요한 펌프의 사양을 결정함.
2.1 연구개발 목표 무지개 시뮬레이션 소프트웨어 개발
달성도 100%
연구개발 내용
주어진 배경에 적합한 무지개를 생성하기 위한 분사건 배치 및 관찰자 위치를 결정을 하기 위한 무지개 CAD 소프트웨어 무지개 시뮬레이터는 다음과 같은 요소로 구성되어 있다.
(1) 분사 시스템의 위도와 경도, 일시로부터 태양의 고도와 방위각을 계산하는 부분
(2) 태양으로부터 나온 빛이 배경 표면에 도달하여 관찰자 시점으로 반사되는 표면칼라 (surface color)를 계산하는 부분, 반사된 빛이 물방울 집단을 통과하여 관찰자 시점으로 도착하는 과정에서 약화되어 생성되는 최종 표면 칼라를 계산하는 부분.
(3) 태양으로부터 나온 빛이 물방울 집단에 의해 산란되어 관찰자 시점으로 도달하는 볼륨칼라(volume color)를 계산하는 부분. 이 볼륨 칼라가 무지개 모양의 색깔 띠를 생성한다.
(4) 관찰자 시점으로 도달된 표면칼라와 볼륨칼라를 혼합하여 최종 무지개 및 배경 칼라를 생성하는 부분.
3.1 연구개발 목표 무지개 공개 시연 (대구 이월드 공원)
달성도 100%
연구개발 내용
대중이 모이는 공간에 분사건을 설치하여 무지개 생성 공개 시연
● 대구광역시 “이월드‘공원 업무협약 (MOU) 체결
- 기간 : 2014. 3. 28 ~ 5. 28
- 내용 : 놀이 공원 중 유체꽃밭 한가운데 무지개를 생성하기로 하고, 무지개 분사건 2대를 설치, 공개시연 중
인공 무지개 생성의 최적 조건을 찾아내기 위해, 먼저 물 분사 장치 2대를 31m 떨어진 거리에서 서로 마주하도록 위치시켰다. 각 분사 장치에 가하는 물의 압력을 1bar에서 9bar까지 올리면서 다음과 같은 결과들을 기록:
1) 소음측정
2) 팬의 풍속측정, 일반 바람의 풍속 측정
3) 강우량 측정
4) 물이 분포되는 공간의 부피 측정
3. 성과목표 달성결과
가. 연구 성과
ㅇ 논문
- SCI
• 논문명(주저자, 학회명, 게재지, 게재일)
• 논문명(주저자, 학회명, 게재지, 게재일)
- 비SCI
(1) A Physically based rainbow simulator taking the background into consideration, Moon-Ryul Jung (정문열), Light and Color in Nature 학술대회 ( 알라스카, 페어뱅크), 2013, 8월 5- 8일.
- 본 논문의 확장 버전: Applied Optics (SCI) 에 게제 예정
(2) 인공무지개 형성을 위한 부유 물방울의 증발에 관한 연구
양종서, 김대환, 정시영, 대한설비공학회 2013년도, 2013.6, 9-13.
(3) 상승기류 내 다수의 물방울 거동 특성에 대한 수치해석 연구
반수현, 이상혁, 허남건. 한국전산유체공학회 2013.5, 301-305.
ㅇ 특허 출원
- 무지개를 생성하기 위한 물방울 부유 시스템
(출원기관:서강대학교, 출원번호:10-2013-0057272, 출원일:2013-05-21)
- 가습기 연동 무지개 생성 장치
(출원기관: 서강대학교, 출원번호:10-2014-0009689, 출원일: 2014-01-27)
- 밤 무지개 생성 장치
(출원기관: 서강대학교, 출원번호: 10-2014-0009688, 출원일:2014-01-27)
ㅇ 특허 등록
- 특허명(등록기관, 등록번호 : , 등록일 : )
ㅇ 기타 지식재산권
ㅇ 표준특허
ㅇ 표준화
- 표준화 주제(수행기관명, 표준화 기관명, 표준화 단계, 관련번호, 제출(채택)일, 국내/국외)
사업화 내용
- 1차년도 서강대에서의 시연 결과를 보고, 무지개 생성 문의를 해 온 회사들이 총 5 개 있었음. 예술 작품으로 제시하기 위해 비교적 높은 가격 요구하여 성사는 안 됨.
- 현재는 아파트 건설회사에서 문의가 와 논의 중.
- 현재 대구 이월드에서 3개월간 공개 시연 중이므로, 매스컴의 보도 등을 통해 무지개 설치에 관심 있는 회사와 기관들의 문의를 기다리는 중.
- 본 과제는 무지개 기계 (rainbow machine) 이라는 구체적인 결과물이 있으므로, 이를 활용하여 사업화가 가능.
나. 사업화 성과(기술이전, 국내․외 판매 등)
다. 기타 성과
라. 파급효과
기술적 측면
▷ 본 기법은 세계적으로 최대 크기의 다양한 색상과 분위기를 가지는 무지개를 재창조하는 기술로 인정받고 지명도 있는 특허가 될 것임
▷ 본 기법은 과학기술을 이용하여 자연을 재창조하는 공공예술 작품의 시대를 여는 역할을 할 것임
경제/산업적 측면
▷ 무지개는 각종 이벤트에 중요한 장치로 역할 가능
▷ 건축물 미술장식품 시장에 새로운 아이템으로 부각 가능
▷ 공공장소를 명소화 하는데 기여하는 퍼블릭 아트로 부상 가능
==> 도시경관 산업, 이벤트 산업, 관광 산업, 건축미학 산업 가능
==> 교육 프로그램 산업 (무지개 생성원리 데모, 무지개를 소재로 하는 연극/ 공연 등) 가능
==> 공공예술 및 이벤트 회사를 창업하여, 무지개를 소재로 하는 문화예술 설치 사업 가능
Abstract
▼
Rainbows created by artificial means help create fantasy of rainbow for modern city-dwelling people who rarely encounter rainbows. They can be also used for various events and ceremonies. Moreover, rainbows can be used as sightseeing contents. They illustrate an approach to create pubic artworks wit
Rainbows created by artificial means help create fantasy of rainbow for modern city-dwelling people who rarely encounter rainbows. They can be also used for various events and ceremonies. Moreover, rainbows can be used as sightseeing contents. They illustrate an approach to create pubic artworks without intervening natural space and environments.
This research aims at creating rainbow machines which forms a huge volume of water drops for the purpose of creating rainbow. It also aims at discovering conditions of water drops in which rainbows are formed. To do so, we used fluid simulation of waterdrops and developed a mini waterdrop floating system. To help set up rainbow systems, we also developed a rainbow simulator which creates rainbow images against the background of landscape in which rainbows are to be seen. We developed a simulator which generates images of rainbow based on atmospheric optical laws. To produce photo-realistic images, we have taken efforts to combine the research and developments conducted by both fields: computer graphics and atmospheric optics. From the computer graphics, we took GPU programming techniques to help produce realistic background image in real-time. From atmospheric fields, we have taken the radiative transfer equation which uses the scattering coefficient, and absorption coefficient, and phase function for the waterdrop medium. We produce the intensity of light arriving at the eye of the viewer for each of a discrete number of wavelengths in the visible spectrum 360-830 nm. Then we generate a RGB image from the spectral images for each wavelength. The scattering coefficient of waterdrop medium, which is defined to be the scattering cross-section of waterdrops per unit volume, is computed from two given parameters: the number density of waterdrop medium, and the scattering cross-section of a waterdrop. The scattering cross-section of a waterdrop is computed by means of ray-tracing based on geometric optics. Geometric optics does not consider the interference among rays that the same wave produces as it passes through the same drop.
But we use geometric optics assuming that waterdrops have a statistical distribution of sizes, and thus the mentioned interferences of waterdrops cancel each other to a considerable extent. The absorption coefficient and phase function of waterdrop medium are also computed by ray tracing. Also, the influence of the background is incorporated into rainbow simulation. First, we study how the perception of rainbow is influenced by the brightness contrast between the rainbow and the background including clouds, terrain, mountains, and buildings. Second, we study how the perceptions of rainbows size and distance are influenced by the background, especially terrain and buildings.
목차 Contents
- 제출문 ... 1
- 보고서 요약서 ... 2
- 요약문 ... 3
- SUMMARY ... 9
- CONTENTS ... 10
- 목차 ... 11
- 참고문헌 ... 11
- 표 차례 ... 11
- 그림차례 ... 11
- 제1장 연구개발과제의 개요 ... 13
- 1.1 연구개발의 목적 및 필요성 ... 13
- 1.2 연구개발의 내용 및 범위 ... 13
- 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 14
- 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 16
- 3.1. 물방울 분사 시스템 시뮬레이션 ... 16
- 3.2. 물방울 분사 시스템 구축 및 실험 ... 25
- 3.3. 무지개 시뮬레이션 소프트웨어 개발 ... 50
- 3.4. 무지개 공개 시연 (대구 이월드 공원) ... 51
- 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 61
- 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 62
- 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 63
- 제7장 연구시설ㆍ장비 현황 ... 63
- 끝페이지 ... 63
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