TMA 모델을 이용한 해양파 시뮬레이션 방법
An Ocean Wave Simulation Method Using TMA Model
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초록
컴퓨터 그래픽스 분야에서는 해양파(ocean waves)를 표현하기 위한 여러가지 방법들이 있지만, 완전한 해결책은 아직까지 제시되지 못하고 있다. 해양파는 여러가지 원인에 의해 생성되지만, 가장 지배적인 요소는 바람과 중력에 의한 표면 중력파(surface gravity waves)이다. 본 논문에서는 해양학 분야의 정밀한 해양파 모델에 기초하여, 실시간에 표면 중력파를 시뮬레이션하는 방법을 제시한다. 기존 연구들은 수심이 무한대라고 가정하는 Pierson-Moskowitz(PM) 모델[1]을 사용하여, 얕은 바다를시뮬레이션하기에는 무리가 따랐다. 본 논문에서는 좀더 정밀한 Texel-Marsen-Arsloe(TMA) 모델[2]을 사용하여 더욱 사실적인 해양파를 표현할 수 있다. TMA 모델을 분석한 후, 3차원 컴퓨터 그래픽스 프로그램들에서 사용할 수 있는 실제적인 구현 모델(implementation model)을 정립하였고, 이를 구현한 프로토타입 시스템은 펜티엄-4 1.6GHz PC들에서 초당 30프레임 이상을 표시할 수 있음을 보였다. 본 논문에서 제안하는 방법은 기존 연구들에 비해, (1) 사용자가 제어할 수 있는 매개변수들이 더욱 다양해짐으로써, 사용자 요구에 적합한 파형(wave shape)들을 다양하게 생성할 수 있고, (2) 정밀한 해양파 모델을 사용하여, 얕은 바다에서도 더욱 사실적인 파도를 표현할 수 있다.
Abstract
In the field of computer graphics, we have several research results to display the ocean waves on the screen, while we still not have a complete solution yet. Though ocean waves are constructed from a variety of sources, the dominant one is the surface gravity wave, which is generated by the gravity and the wind. In this paper, we present a real-time surface gravity wave simulation method, derived from a precise ocean wave model in the oceanography. There are research results based on the Pierson-Moskowitz(PM) model[1], which assumes infinite depth of water and thus shows some mismatches in the case of shallow seas. In this paper, we started from the Texel, Marsen and Arsloe(TMA) model[2], which is a more precise wave model and thus can be used to display more realistic ocean waves. We derived its implementation model for the graphics applications and our prototype implementation shows about 30 frames per second on the Intel Pentium 4 1.6GHz-based personal computer. Our major contributions to the computer graphics area will be (1) providing more user-controllable parameters to finally generate various wave shapes and (2) the improvement on the expression power of waves even in the shallow seas.
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