선박 운항 시뮬레이션 가시화를 위한 그래픽 렌더링 엔진 기술의 개선 방향

황호진(Ho-Jin Hwang),문두환(Duhwan Mun) 한국항해항만학회 2010 한국항해항만학회지 Vol.34 No.3

시뮬레이션 가시화 기술은 시뮬레이터 사용자가 직접적으로 접하게 되는 기술이며, 사용자들은 보다 빠르고, 보다 현실적이며, 보다 직관적인 시뮬레이션 영상을 요구하고 있다. 컴퓨팅 기술 및 영상장비 기술 등의 하드웨어는 우수한 성능으로 발전된 반면, 현재 일반적으로 선박 운항 시뮬레이터에 사용되고 있는 그래픽 렌더링 엔진은 그 한계를 나타내고 있다. 또한 이러한 배경에서 본 논문에서는 선박 운항 시뮬레이션 시스템의 가시화를 위해 필요한 요구사항을 도출하였다. 가시화 요구사항들을 반영할 수 있는 상업용 및 공개용 그래픽 렌더링 엔진에 대해 조사/검토하며, 시스템 요구사항을 만족시키기 위한 그래픽 렌더링 엔진의 장단점을 분석하였다. 이를 통해 선박 운항 시뮬레이션 가시화에 대한 그래픽 렌더링 엔진으로서 OGRE3D의 활용가능성을 평가하였으며, 예부선 운항 시뮬레이션 가시화를 대상으로 OGRE3D 엔진의 타당성을 검토하였다. Simulation visualization technology is an important constituent through which users directly interact with simulators. Simulator users have a needs for more fast, realistic and intuitive visualization. Though hardware-related performances such as computing power and visual equipment have been grown, the limits have existed in graphics rendering engines generally used in marine simulator up to now. This paper has focused on the review of graphic rendering engines available for simulation visualization. We had deduced system requirements for visualization of ship handling simulation, had surveyed graphic rendering engines as commercial and open source, and analyzed strengths and weakness of them. The feasibility study for simulation visualization of tug-barge transportation with an open source graphics rendering engine(OGRE3D) has been demonstrated.

예부선 운항 시뮬레이션 가시화를 위한 그래픽 렌더링 엔진 기술 동향 분석

황호진(Ho-Jin Hwang),문두환(Duhwan Mun) 한국항해항만학회 2009 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.추계

Visual simulation technology is one of important constituents experienced directly by simulator users. Simulator users have a needs for more fast, realistic and intuitive visualization. Though hardwares such as computing power and visual equipment have been grown, the limits have been indicated in graphic rendering engine generally used in marine simulator up to now. This paper has focused on the review of applicability about graphic rendering engines for visual simulation. We had derived system requirements in visualization of tug-barge simulation, had surveyed graphic rendering engines as commercial and open source, and analyzed strengths and weakness of them. 시뮬레이션 가시화 기술은 사용자가 직접 접하게 되는 기술이며, 시뮬레이터 사용자들은 보다 빠르고, 보다 현실적이며 보다 직판적인 영상을 요구하고 있다. 컴퓨터 기술 및 영상장비 기술 등의 하드웨어는 우수한 성능으로 발전된 반면, 현재 일반적으로 선박 운항 시뮬레이터에 사용되고 있는 그래픽 렌더링 엔진은 그 한계를 나타내고 있다. 이러한 배경에서 본 논문에서는 예부선 시뮬레이션 시스템의 가시화를 위해 필요한 시스템의 요구사항을 도출하고 상용 및 공개용 그래픽 렌더링 엔진에 대한 조사/검토하고, 시스템 요구사항을 만족시키기 위한 그래픽 렌더링 엔진의 장단점을 분석하여, 향후 그래픽 렌더링 엔진의 활용가능성을 평가하였다.

Simulation of Deformable Objects using GLSL 4.3

( Nak-jun Sung ),( Min Hong ),( Seung-hyun Lee ),( Yoo-joo Choi ) 한국인터넷정보학회 2017 KSII Transactions on Internet and Information Syst Vol.11 No.8

In this research, we implement a deformable object simulation system using OpenGL`s shader language, GLSL4.3. Deformable object simulation is implemented by using volumetric mass-spring system suitable for real-time simulation among the methods of deformable object simulation. The compute shader in GLSL 4.3 which helps to access the GPU resources, is used to parallelize the operations of existing deformable object simulation systems. The proposed system is implemented using a compute shader for parallel processing and it includes a bounding box-based collision detection solution. In general, the collision detection is one of severe computing bottlenecks in simulation of multiple deformable objects. In order to validate an efficiency of the system, we performed the experiments using the 3D volumetric objects. We compared the performance of multiple deformable object simulations between CPU and GPU to analyze the effectiveness of parallel processing using GLSL. Moreover, we measured the computation time of bounding box-based collision detection to show that collision detection can be processed in real-time. The experiments using 3D volumetric models with 10K faces showed the GPU-based parallel simulation improves performance by 98% over the CPU-based simulation, and the overall steps including collision detection and rendering could be processed in real-time frame rate of 218.11 FPS.

컴퓨터 그래픽 프로그램을 이용한 환경조각의 3D 시뮬레이션 제작과정 연구

김영희(Kim Younghee),조연제(Cho Younje) 한국디지털디자인학회 2011 디지털디자인학연구 Vol.11 No.1

기존의 전통적인 조각제작과정에서 구상된 작품은 주어진 재료를 통해 제작되고 그 과정에서 작가의 의도에 맞지 않는 형태나 재료 때문에 많은 시행착오를 겪게 되며 작가의 의도와 맞지 않는 작품이 도출되는 문제점이 발생한다. 하지만 환경조각에 있어 이러한 문제점은 컴퓨터 그래픽 프로그램의 사용으로 해소 할 수 있게 되었다. 이는다양한 3D시뮬레이션(3D Simulation)을 통해 작품을 설치하기에 앞서 미리 작품의 배경을 만든후 작품의 형태와 재료 시공방법 등을 예측해 볼 수 있다는 점에서 이전 시대의 작품 제작 과정과의 분명한 차이점을 드러낸다. 3D 시뮬레이션과 같은 그래픽 기술의 발달은 재료나 그것을 다루는 기술을 전제해야 하는 예술의 본질을 변화시키고 있다. 환경조각은 그 특성상 공공장소에 작품이 설치되기 때문에 복잡하고 다양해진 사회적 환경을 철저하게 분석하고 그에 걸 맞는 작품을 관람자에게 제공해야한다. 복잡해진 사회의 다양한 요구와 눈높이에 맞는 환경 조형물을 제작하기 위해 컴퓨터 그래픽을 활용한 3D 시뮬레이션과 같은 작업은 환경조각의 새로운 활로를 모색 할 수 있는 최적의 작업 도구로 여겨진다. 또한 기존의 제작 방법이었던 아이디어 스케치나 모형제작을 통한 작업방법과는 달리 3D 시뮬레이션이 도입된 이후에는 수천 년 동안 이루어져 왔던 전통 방식과는 다른 양상의 작업이 진행되고 있다. 이러한 3D 시뮬레이션을 이용한 환경조각 변화된 제작과정은 그 수행과정에 따라 스케치과정 설계도면 작성과정 배경과 작품모델링과정 맵핑과정 환경설정 및 렌더링과정 리터치과정으로 나뉘어 각 공정별로 전문화된 프로그램이 사용되어 제작된다. 3D 시뮬레이션을 이용하는 조각가들은 이전 시대와는 다른 보다 편리한 작업 환경에서 작품을 제작하고 있으며 이러한 변화는 지속적으로 확장되어 질것으로 판단된다. 이는 디지털 환경이 사용자 편리 위주의 프로그램 개발과 다양한 기법들이 계속 연구되어 질것으로 3D 시뮬레이션을 이용한 환경조각 제작방식도 더욱 발전할 것으로 전망되기 때문이다. The development of a graphic technology such as the 3D simulation changes the essence of art which should be based on the material or the technology required to handle it. Since the environmental sculpture is installed in a public place due to its characteristics it is necessary to analyze the complicated social environment with various aspects thoroughly and provide appropriate works to the public society. A work tool like the 3D simulation can be regarded as the optimal work tool which can be used to search for the new direction of the environmental sculpture reflecting various demands and viewpoints of the complex society. Unlike the existing method such as idea sketching or modeling a new kind process different from the traditional methods that have been around for centuries is being used after the introducing of the 3D simulation. The process of creating an environmental sculpture through 3D simulation is divided into sketching process Blueprint drafting process background and work modeling process mapping process configuration/rendering process and retouching process respect to its execution process and a specialized program is used for each specific stage of the process. The sculptors utilizing 3D simulation have been enjoying much more convenient working environment than the ones from the previous generation and it is conceivable that this transformation will continue to expand. This is due to the development of user friendly program and continuous study of various techniques for the digital environment; therefore the method of environmental sculpture production through the 3D simulation is also expected to advance even further. programs and techniques will be continuously used.

게임 환경내의 수중 Sand Clouds의 실시간 시뮬레이션

박명철(Myeong Chul Park),하석운(Seok Wun Ha) 한국컴퓨터게임학회 2006 한국컴퓨터게임학회논문지 Vol.8 No.-

게임과 같은 실시간 동작 환경에서 먼지나 수중 뻘물 등의 표현은 가상 환경의 사실성을 증대시키는데 매우 중요하다. 다양한 수송 수단에 의한 먼지 반응의 실시간 시뮬레이션에 대한 많은 연구 활동이 있는 반면, 뻘물과 같은 수중환경에서의 실시간 시뮬레이션을 위한 연구 활동은 미비한 실정이다. 본 논문에서는 미립자 시스템과 물리적 모델을 이용한 실시간 수중 뻘물 발생 시뮬레이션을 제안한다. 먼저, 수중환경에서 뻘물 생성과 관련된 영향이 있는 요인과 영향력을 분석하고, 물리적 기반의 경험적인 모델을 구축한다. 구축된 모델에 근거한 성공적인 시뮬레이션을 결과로서 보인다. In a virtual environment like a game, it is very important to increase reality of the virtual environment representing dusty and underwater sand cloud in the real-time environment. Although we have much researched about real-time simulation of dusty effect at means of various transportations, research for real-time simulation at underwater environment like underwater sand cloud is insufficient. We propose real-time simulation what happen real-time underwater sand cloud using the particle system and physical model in this paper. First of all, we analyze mathematically influence of the process of being sand cloud and also design the expressing model based on physical underwater environment. We show the results using the proposed simulation.

OpenGL에서 객체 선택과 실제 로봇의 제어 기능을 가지는 로봇 그래픽 시뮬레이터의 개발

김태원(Tae-Won Kim),김현민(Hyun-Min Kim),김성욱(Sung-Uk Kim),박지관(Ji-Gwan Park),김원호(Won-Ho Kim),신진호(Jin-Ho Shin) 한국정보기술학회 2010 Proceedings of KIIT Conference Vol.2010 No.-

본 연구에서는 로봇 경로의 초기 위치와 최종 위치가 GUI에서 마우스로 클릭되면, OpenGL의 객체 선택을 이용하여 3차원 직교 좌표점이 추출되며, 로봇의 끝점이 오프라인 그래픽 시뮬레이터뿐만 아니라, 온라인으로 실제 로봇 실험에서 주어진 경로를 추종할 수 있도록 통합 로봇 시뮬레이터가 개발된다. 삼성 FARAMAN AS2 6축 수직 다관절 로봇에 대해 정기구학, 역기구학, 자코비언 및 경로 계획이 구현된다. 통합 로봇 시뮬레이터는 Windows XP 환경에서 MFC, OpenGL 라이브러리, 서보 드라이브와 범용 DSP 모션 제어 보드를 이용하여 개발된다. 개발된 통합 로봇 그래픽 시뮬레이터는 로봇의 오프라인 그래픽 시뮬레이션과 온라인 제어 실험에 대한 결과들을 같은 컴퓨터에서 프로그램의 변경 없이 쉽게 비교하고 분석할 수 있어서 매우 효과적이다. 또한 객체 선택에 의한 로봇 제어의 구현을 통해 사용자 편의성이 증대된다. In this work, if the initial position and final position of a robot path are clicked by a mouse in the GUI, then three-dimensional Cartesian coordinate positions are extracted using an object picking in OpenGL and an integrated robot simulator is developed so that the robot end-point can track the given path in real robot experiment on-line as well as an off-line graphic simulator. For Samsung FARAMAN AS2 6-axis vertical articulated robot. the forward kinematics. inverse kinematics, Jacobian and path planning are implemented. The integrated robot simulator is developed using MFC, OpenGL Library, servo drive and general-purpose DSP motion control board in a Windows XP environment. It is very effective that the developed integrated robot graphic simulator can easily compare and analyze the results for the off-line simulation and on-line control experiment of the robot in a same computer without the change of the program. Also, user convenience is improved through the implementation of robot control by a object picking.

컴퓨터를 이용한 도시 경관 시뮬레이션에 관한 연구

최중현 우송대학교 1996 우송대학교 논문집 Vol.1 No.-

In many areas of planning and design, various methods and media for simulating natural and artificial environment have been developed and used in order to forecast possible future changes or to assess proposed plans and designs. There are, however, situations in which such simulations are more likely to be mistrusted or misinterpreted. It is mainly due to the fact that traditional simulation methods often depend upon the subjective judgement as well as the level of skill of the juman preparer. Therefore, this paper first investigates and extracts some fundamental definitions of and principles for effective preparation and use of visual simulation. Based upon the extracted principles, a visual simulation system for urban landscape management is developed, which makes use of the recent development of personal computer-based graphics technology that has been gaining higher level of credibility as well as wider availability. The developed ;system is then applied to a study on the method of urban landscape management in order to investigate and analyse some problems, and to suggest some practical techniques and future development policy for a practical urban landscape simulation system.

Development of the Maintenance Process Based on Graphic Simulation for the Parts of the Equipment at the outside of the MSM′s Workspace in a Hot Cell

Jong-Youl Lee,Seong-Hyun Kim,Tae-Gil Song,Byung-Suk Park,Ji-Sup Yoon 한국방사성폐기물학회 2003 방사성폐기물학회지 Vol.1 No.1

사용후핵연료와 같은 고준위 방사성물질을 취급하는 핫셀 내에서 원격취급장치인 MSM의 작업영역을 벗어난 지역에 위치한 공정장치부품 유지보수공정을 개발하였다. 이를 위하여 대상 핫셀공정인 사용후핵연료 차세대관리공정에 대한 가상목업을 구축하였으며, 구축된 가상목업을 이용하여 MSM 작업영역 및 작업자 시각영역을 분석하고, 그래픽 가상목업의 충돌감지 기능을 이용한 서보 조종기의 경로계획을 수립하였다. 또한, 분석한 결과를 토대로, 서보조종기에 의한 사각지역 내 부품 유지보수 공정을 설정하였으며, 설정된 공정은 그래픽 전산모사를 통하여 검증하였다. 제안된 유지보수 공정은 실제 핫셀공정 수행시 유용하게 활용될 것이며, 그래픽 가상목업은 다양한 핫셀 공정에 대한 분석 및 작업자 훈련 시스템으로 활용하여, 작업 효율성 및 안전성 향상에 기여할 것으로 기대된다. In this study, the maintenance process by the servo manipulator has been developed for the parts of the equipment, which we unable to reach out by the Master-Slave Manipulator(MSM) in a hot cell. To do this, a virtual mock-up is implemented using the iか prototyping technology. Using this mock-up, the workspace of the manipulators in the hot cell and the operator's view through the wall-mounted lead glass have been analyzed. In addition, the path planning of the servo manipulator using the collision detection function of the virtual mock-up has been established. From these, the maintenance process for the parts of the equipment, which are located at the outside of the MSM's workspace using the servo manipulator has been proposed and verified through the graphic simulation. It is revealed that the proposed remote maintenance process of the equipment can effectively be used in the real hot cell operation. It is also believed that the implemented virtual mock-up of the hot cell can effectively be applied in analyzing the various hot cell operation and enhancing the reliability and safety in a hot cell remote handling for the spent fuel management.

Numerical efficiency of CUDA based parallel programming for dynamic analysis of multi-body systems with multi-joints and multi-force elements

전철웅,손정현 대한기계학회 2013 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.27 No.12

The graphic processor unit (GPU) is an ideal solution to problems involving parallel data computations. A serial CPU-based program of dynamic analysis for multi-body systems is rebuilt as a parallel program that uses the GPU’s advantages. We developed an analysis code named GMAP to investigate how the dynamic analysis algorithm of multi-body systems is implemented in the GPU parallel programming. The numerical accuracy of GMAP is compared with the commercial program MSC/ADAMS. The numerical efficiency of GMAP is compared with the sequential CPU-based program. Multiple pendulums with bodies and joints and the net-shape system with bodies and spring-dampers are employed for computer simulations. The simulation results indicate that the accuracy of GMAP’s solution is the same as that of ADAMS. In the net type system that has 2370 spring-dampers, GMAP indicates an improved efficiency of about 566.7 seconds (24.7% improvement). It is noted that the larger the size of the system, the better the time efficiency.

오프라인 프로그래밍을 이용한 스카라 로봇의 통합제어 시스템 설계

정동연,한성현 한국공작기계학회 2002 한국공작기계학회지 Vol.11 No.3

We developed a Off-Line Graphic Simulator which can simulate a robot model in 3D graphics space in Windows 95 version. 4 axes SCARA robot was adopted as an objective model. Forward kinematics. inverse kinematics and robot dynamics modeling were included in the developed program. The interface between users and the off-line program system in the Windows 95's graphic user interface environment was also studied. The developing language is Microsoft Visual C++. Graphic libraries. OpenGL, by Silicon Graphics. Inc. were utilized for 3D graphics.