ARTM 공정 중의 수지 유동 해석에 관한 연구

강문구,이우일,이재원,이종석 ( Moon Koo Kang,Woo Il Lee,Jae Won Lee,Jong Suk Lee ) 한국복합재료학회 1995 Composites research Vol.8 No.4

전산유체역학을 이용한 실시간 유체 애니메이션 기술

강문구(Moon Koo Kang) 한국가시화정보학회 2004 한국가시화정보학회지 Vol.2 No.2

With all the recent progresses in computer hardware and software technology, the animation of fluids in real-time is still among the most challenging issues of computer graphics. The fluid animation is carried out in two steps - the physical simulation of fluids immediately followed by the visual rendering. The physical simulation is usually accomplished by numerical methods utilizing the particle dynamics equations as well as the fluid mechanics based on the Navier-Stokes equations. Particle dynamics method is usually fast in calculation, but the resulting fluid motion is conditionally unrealistic. The methods using Navier-Stokes equation, on the contrary, yield lifelike fluid motion when properly conditioned, yet the complexity of calculation restrains this method from being used in real-time applications. This article presents a rapid fluid animation method by using the continuum-based fluid mechanics and the enhanced particle dynamics equations. For real-time rendering, pre-integrated volume rendering technique was employed. The proposed method can create realistic fluid effects that can interact with the viewer in action, to be used in computer games, performances, installation arts, virtual reality and many similar multimedia applications.

VARTM 공정에서의 금형 충전 및 기공 형성에 관한 3차원 수치해석

강문구 ( Moon Koo Kang ),배준호 ( Jun Ho Bae ),이우일 ( Woo Il Lee ) 한국복합재료학회 2004 Composites research Vol.17 No.3

켤레조화함수를 이용한 비순차적 의류 주름 모사 알고리즘

강문구(Moon Koo Kang) 한국정보과학회 2005 정보과학회논문지 : 소프트웨어 및 응용 Vol.32 No.3

본 논문에서는 컴퓨터그래픽으로 구현된 인체에 착용되는 의류의 시뮬레이션을 위한 수치해석 알고리즘 및 소프트웨어 개발을 수행하였다. 개발된 알고리즘은 수학적으로 elliptical 혹은 비순차적인 성질을 가지는 두 개의 켤레조화함수(conjugate harmonic functions)들을 사용하여, 지나간 시간단계(time step)에서의 결과에 의존하지 않고 매 순간의 역학적 균형만으로 의류에 형성되는 주름의 형태를 표현한다. Global-local 해석기법을 채택하여 global 스케일에서의 전체적인 변형과 local 스케일에서의 부분적인 변형으로 나누었으며, 이 두 가지 스케일에서의 해석 결과가 선형적으로 중첩될 수 있음을 가정하였다. Global 해석에서는 신체 각 부위의 회전이나 평행이동, 뒤틀림 등의 전반적인 변형에 따른 인체와의 접촉점의 변화와 응력을 고려하였다. Local 해석에서는 국소적인 주름의 형상을 얻기 위해 주름의 진폭등고선과 주름의 방향 사이의 직교성을 가정하여 단순화 시켰다. 본 제안 방법은 불연속적으로 변화하는 두 개의 서로 다른 자세에 대해서도 중간단계 해석을 위한 시간증분의 삽입이 불필요하며, 기존의 방식에서 주로 사용되는 시간적분의 방법을 채택하지 않으므로 연산시간의 절감과 안정성의 향상이 이루어졌다. 임의의 두 자세 사이의 연속 동작을 시뮬레이션 함에 있어서도 두 정지 자세 사이의 움직임을 보간법으로 구현하여 연속적인 의류의 변형을 구현할 수 있었다. This article describes a simplified mathematical model and the relevant numerical algorithm to simulate the draped cloth on virtual human body. The proposed algorithm incorporates an elliptical, or non-consecutive, method to simulate the cloth wrinkles on moving bodies without resorting to the result of the past time-steps of drape simulation. A global-local analysis technique was employed to decompose the drape of cloths into the global deformation and the local wrinkles that will be superposed linearly. The global deformation is determined directly by the rotation and the translation of body parts to generate a wrinkle-free yet globally deformed shape of cloth. The local wrinkles are calculated by solving simple elliptical equations based on the orthogonality between conjugate harmonic functions representing the wrinkle amplitude and the direction of wrinkles. The proposed method requires no interpolative time frames even for discontinuous body postures. Standing away from the incremental approach of time integration in conventional methods, the proposed method yields a remarkable reduction of CPU time and an enhanced stability. Also, the transient motion of cloth could be achieved by interpolating between the deformations corresponding to each static posture.

입자 동역학 시뮬레이션과 선적분 볼륨 렌더링을 이용한 실시간 유체 애니메이션

이정진(Jeongjin Lee),강문구(Moon Koo Kang),김동호(Dongho Kim),신영길(Yeong Gil Shin) 한국정보과학회 2005 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.32 No.1·2

The fluid animation procedure consists of physical simulation and visual rendering. In the physical simulation of fluids, the most frequently used practices are the numerical simulation of fluid particles using particle dynamics equations and the continuum analysis of flow via Navier-Stokes equation. Particle dynamics method is fast in calculation, but the resulting fluid motion is conditionally unrealistic. The method using Navier-Stokes equation, on the contrary, yields lifelike fluid motion when properly conditioned, yet the complexity of calculation restrains this method from being used in real-time applications. Global illumination is generally successful in producing premium-quality rendered images, but is also excessively slow for real-time applications. In this paper, we propose a rapid fluid animation method incorporating enhanced particle dynamics simulation method and pre-integrated volume rendering technique. The particle dynamics simulation of fluid flow was conducted in real-time using Lennard-Jones model, and the computation efficiency was enhanced such that a small number of particles can represent a significant volume. For real-time rendering, pre-integrated volume rendering method was used so that fewer slices than ever can construct seamless inter-laminar shades. The proposed method could successfully simulate and render the fluid motion in real time at an acceptable speed and visual quality. 유체 애니메이션은 물리적 시뮬레이션과 시각적 렌더링으로 구성된다. 물리적 시뮬레이션은 입자 동역학을 이용한 해석 방법과 나비어-스토크스(Navier-Stokes) 방정식을 이용한 연속체 유동해석 방법이 많이 사용된다. 입자 동역학을 이용한 시뮬레이션은 연산 속도는 빠르나 유체의 움직임이 경우에 따라 부자연스러우며, 나비어-스토크스 방정식을 이용한 방법은 적절한 조건 하에서 사실적인 유체의 움직임을 표현할 수 있으나 방대한 연산량과 계산의 복잡성으로 인하여 실시간 응용이 어렵다. 우수한 품질의 렌더링 영상은 주로 전역적 조명 방법을 사용하여 얻을 수 있는데, 이 역시 실시간 응용에 적합한 속도를 내기에는 부적합하다. 본 논문에서는 개선된 입자 동역학 시뮬레이션과 선적분 볼륨 렌더링을 이용한 고속유체 애니메이션 방법을 제안한다. 레나드-존스(Lennard-Jones) 모델을 이용한 입자동역학 해석기법을 이용하여 유체의 움직임을 고속으로 시뮬레이션 하였으며, 적은 수의 입자만으로도 충분한 유체의 부피를 표현할 수 있도록 연산효율을 개선하였다. 또한 실시간 렌더링을 위하여 적은 수의 슬라이스로도 우수한 품질의 영상을 빠르게 얻을 수 있는 선적분 볼륨 렌더링 방식을 사용하였다. 본 제안 방법을 사용하여 실시간 응용에 적절한 속도와 화질을 보여주는 유체 애니메이션이 가능하다.

실시간 유체역학 시뮬레이션 및 볼륨렌더링 기술을 이용한 영화 특수효과 제작

홍성욱(Sung Wook Hong),강문구(Moon Koo Kang),강성욱(Sung Uk Kang) 한국HCI학회 2004 한국HCI학회 학술대회 Vol.2004 No.2

가상 대장내시경을 위한 가시성을 이용한 자동 경로 생성법

이정진(Jeongjin Lee),강문구(Moon Koo Kang),조명수(Myoung Su Cho),신영길(Yeong Gil Shin) 한국정보과학회 2005 정보과학회논문지 : 시스템 및 이론 Vol.32 No.9·10

가상 대장내시경(virtual colonoscopy)은 컴퓨터단층촬영(computed tomography) 영상으로부터 대장의 형상을 입체적으로 재구성하여 대장 내부의 종양을 빠르고, 쉽게 진단할 수 있는 방법으로서, 기존의 침습적인 대장 진단법의 단점을 보완한 방법이다. 효과적인 임상 진단을 위해서는 가상 대장내시경을 위한 탐색 경로를 빠르고 정확하게 생성할 필요가 있으며, 이를 위하여 몇 가지 방식이 개발되어 사용되고 있다. 그러나 기존의 방법들은 거리맵 등의 자료구조를 전처리 단계에 미리 생성하여야 하고, 경로를 구성하는 모든 점들에 대하여 방대한 양의 위치 계산이 필요하므로 긴 연산 시간이 소요된다. 본 논문에서는 이러한 연산시간을 크게 단축시킬 수 있는 가시성을 이용한 자동 경로 생성법을 제안하였다. 본 제안 방법에는 거리맵 계산 등의 전처리 과정이 필요 없으며, 탐색 경로를 표현하는 곡선의 모든 점이 아닌 곡선을 대표하는 소수의 제어점(control point)을 생성하는 방법으로 계산량을 줄여 경로 생성 시간을 단축하였다. 또한, 가시성에 기반을 두어 경로를 생성하기 때문에 자연스러운 가상 카메라의 움직임이 가능하고, 가상 탐사에 편리하고, 정확한 경로를 생성할 수 있다. 이 방법은 가상 대장내시경 이외에도 다양한 종류의 곡관 내부의 가상 탐사에 응용될 수 있다. Virtual colonoscopy is an easy and fast method to reconstruct the shape of colon and diagnose tumors inside the colon based on computed tomography images. This is a non-invasive method, which resolves weak points of previous invasive methods. The path for virtual colonoscopy should be generated rapidly and accurately for clinical examination. However, previous methods are computationally expensive because the data structure such as distance map should be constructed in the preprocessing and positions of all the points of the path needs to be calculated. In this paper, we propose the automatic path generation method based on visibility to decrease path generation time. The proposed method does not require preprocessing and generates small number of control points representing the path instead of all points to generate the path rapidly. Also, our method generates the path based on visibility so that a virtual camera moves smoothly and a comfortable and accurate path is calculated for virtual navigation. Also, our method can be used for general virtual navigation of various kinds of pipes.

Hercules AS4/3502 프리프레그의 경화 특성에 관한 연구

정석주(Suk Choo Chung),강문구(Moon Koo Kang) 한국항공우주학회 1999 韓國航空宇宙學會誌 Vol.27 No.5

VARTM 공정에서의 거시적 수지 유동의 Dual-Scale 분석

박윤희 ( Yun Hee Park ),강문구 ( Moon Koo Kang ),이우일 ( Woo Il Lee ) 한국복합재료학회 2002 Composites research Vol.15 No.6

본 실험에서는 2관능성 에폭시 수지(2EP)와 생분해성 poly(butylene succinate)(PBS) 블렌드의 유변학적 특성, 경화거동, 열안정성 그리고 기계적 특성을 살펴보았다. 유변학적 특성은 레오미터를 이용하여 등온 조건 하에서 검토하였고, 젤화 시간과 경화 온도를 이용한 Arrhenius 방정식을 적용하여 가교 활성화 에너지(E_c)를 구하였다. E_c는 2EP에 대한 PBS의 비율이 10 wt%로 증가함에 따라 증가하였다. DSC 측정 결과, 경화 활성화 에너지(E_a)는 E_c와 유사한 경향을 나타내었는데 이는 2EP와 PBS 사이의 분자상호작용이 증가하였기 VARTM공정에서는 수지유동을 빠르게 하기 위해 투과촉진층이 사용되는데 투과촉진층과 섬유층 사이의 수지 속도차가 크다. VARTM제품은 길이에 비해서 두께가 얇으나 두 가지 다른 유동 매질 사이에 발행하는 lead-lag 유동을 관찰하기 위해서는 두께 방향을 고려한 3차원해석이 요구된다. 그런데 3차원해석에 있어서 계산 시간이 문제가 된다. 일반 PC로 절점수가 많은 3차원 문제를 해석하려면 오랜 시간이 소요되므로 비실용적이다. 그래서 본 연구에서는 dual-scale기법을 도입하여 전체 영역은 2.5차원으로 해석하고 주요한 관심 영역만을 3차원으로 해석하였다. 2.5차원 시뮬레이션만으로 예측하기 어려운 lead-lag 유동과 같은 특이한 유동 경향을 국부적인 3차원 해석을 통해서 발견할 수 있었다. 본 연구에서 개발된 global-local 해석기술은 일반 PC에서 적당한 계산 시간 내에 균일하지 않은 유동 매질 사이를 지나는 유동흐름의 특성 분석에 효과적으로 사용될 수 있다. In VARTM process where a sacrificial medium is used to facilitate the resin flow, the velocity of resin varies drastically between the sacrificial medium and the fiber preform. Although the thickness-to-length ratio of a VARTM product is usually small, a 3-D analysis is prerequisite to analyze the lead-lag flow in the two different media. The problem associated with the full 3-D analysis is the CPU time. A full 3-D numerical mesh comprising large number of nodes requires an impractical CPU time on average computer platforms. In this study, a dual-scale analysis technique was developed. The flow analysis for the entire calculation domain was conducted in 2.5-D, and the 3-D analysis was performed for a small area of special concern. In some numerical examples, the local 3-D analysis could discover an eccentric flow pattern as well as the lead-lag flow that will inevitably be neglected in 2.5-D simulations. The global-local analysis technique practiced in this study can be used to analyze the intricate flow of resin through non-uniform media in affordable CPU times.