기하모델-볼륨모델간 실시간 변환을 이용한 기하모델 변형방법
Geometric Model Deformation Method using Realtime Geometry-Volumetry Transformation
0
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
가상현실 기술의 발전에 따라 다양한 종류의 교육/훈련 시뮬레이션들이 개발되고 있다. 이러한 시뮬레이션에서 중요한 기술은 외력에 의해 대상물체를 변형하는 것이다. 여기서는 단단한 물체의 일부가 깎이는 변형을 실시간에 처리할 수 있는 방법을 다루고자 한다. 이 논문에서는 2단계 복셀화(voxelization)와 적응형 리메싱(remeshing)을 이용한 기하모델 변형 기법을 제안한다. 먼저 대상 메쉬를 고해상도로 복셀화하고 생성된 볼륨 데이터를 압축한다. 외력에 의해 모델의 일부가 절단되거나 연마되면 이것을 직접 메쉬에 적용하는 대신 변환된 볼륨 데이터에 반영하여 해당 복셀(voxel)을 수정한다. 이후 Marching Cubes 알고리즘을 통하여 메쉬를 다시 추출하고 라플라시안 스무딩(Laplacian smoothing)을 통해 표면을 부드럽게 한다. 기존 Marching Cubes 알고리즘 및 라플라시안 스무딩 알고리즘은 처리속도가 느리기 때문에 실시간 변형처리가 어렵다. 이를 해결하기 위해 전체 메쉬에 대해 리메싱하는 것이 아니라 변형된 부분에 대해서만 리메싱을 적용함으로써 실시간 메쉬 생성이 가능하도록 했다. 이 방법의 유효성을 확인하기 위해 치과 수술 시뮬레이션에 이 방법을 적용하여 치아의 일부를 깎아내는 시술이 가능함을 확인하였다.
Abstract
With the development of virtual reality technology, various types of education/training simulations are being developed. An important technique in these simulations is to deform the object by an external force. Here, we will discuss how to process the deformation of a part of a solid object in real time. In this paper, we propose a geometric model transformation technique using two-step voxelization and adaptive remeshing. First, the target mesh is voxelized at high resolution and the generated volume data is compressed. If a part of the model is cut or polished by an external force, the corresponding voxel is modified by reflecting it in the converted volume data instead of directly applying it to the mesh. Then, the mesh is extracted again through the marching cube algorithm and the surface is smoothed through Laplacian smoothing. Existing marching cube algorithms and Laplacian smoothing algorithms have slow processing speeds, so real-time transformation processing is difficult. To solve this problem, real-time mesh creation was made possible by applying remeshing only to the deformed part instead of remeshing the entire mesh. In order to confirm the effectiveness of this method, it was confirmed that it is possible to shave part of the teeth by applying this method to dental surgery simulation.
참고문헌 (20)
- 전승곤, "가상 소방 훈련에서 컨트롤러 양식에 따른 사용자 요인 조사", 한국차세대컴퓨팅학회 논문지, 16(5), pp.91~105 (2020), 한국차세대컴퓨팅학회[DOI]
- 이호준, "VREscapeSim : 사용자 스스로 체득하는 가상현실 지하철 재난 탈출 기능성 게임", 한국차세대컴퓨팅학회 논문지, 12(4), pp.125~132 (2016), 한국차세대컴퓨팅학회
- 박정운, "교통사고 외상 후 스트레스장애(PTSD) 치료를 위한 VR 기반 라이프케어 콘텐츠 개발 연구", 한국차세대컴퓨팅학회 논문지, 14(3), pp.56~65 (2018), 한국차세대컴퓨팅학회
- J. A. Buchanan, "Use of simulation technology in dental education", Journal of dental education, 65(11), pp.1225~1231 (2001)
- I. Badash, "Innovations in surgery simulation: a review of past, current and future techniques", Annals of translational medicine, 4(23), pp.453~462 (2016)
- J. Bert, "New hybrid voxelized", analytical primitive in Monte Carlo simulations for medical applications, 2016, pp.61(9), 3347~3364
- W. E. Lorensen, "Marching cubes : A high resolution 3D surface construction algorithm", ACM siggraph computer graphics, 21(4), pp.163~169 (1987)
- A. B. Mor, "Modifying soft tissue models: Progressive cutting with minimal new element creation", International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, pp.598~607 (2000), Springer
- Vollmer, Jörg, "Improved laplacian smoothing of noisy surface meshes", Computer graphics forum, 18(3) (1999), Blackwell Publishers Ltd
- H. W. Nienhuys, "A surgery simulation supporting cuts and finite element deformation", International conference on medical image computing and computer-assisted intervention, pp.145~152 (2001), Springer
- Y. Duan, "Volume preserved mass–spring model with novel constraints for soft tissue deformation", IEEE journal of biomedical and health informatics, 20(1), pp.268~280 (2014)
- T. Stumpp, "A Geometric Deformation Model for Stable Cloth Simulation", VRIPHYS, 8, pp.39~46 (2008)
- W. W. Feng, "A deformation transformer for real-time cloth animation", ACM transactions on graphics (TOG), 29(4), pp.1~9 (2010)
- M. Camara, "Soft tissue deformation for surgical simulation : a position-based dynamics approach", International journal of computer assisted radiology and surgery, 11(6), pp.919~928 (2016)
- A. Segato, "Position-based dynamics simulator of brain deformations for path planning and intra-operative control in keyhole neurosurgery", IEEE Robotics and Automation Letters, 6(3), pp.6061~6067 (2021)
- Y. Sui, "Real‐time simulation of soft tissue deformation and electrocautery procedures in laparoscopic rectal cancer radical surgery", The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery, 13(4), pp.1827~1838 (2017)
- N. Umetani, "Positionbased elastic rods", Proceedings of the ACM SIGGRAPH, 2015, 21~30
- D. A. Rajon, "Marching cube algorithm : review and trilinear interpolation adaptation for image-based dosimetric models", Computerized Medical Imaging and Graphics, 27(5), pp.411~435 (2003)
- T. Möller, "Fast, minimum storage ray", triangle intersection, 1997, pp.2(1), 21~28
- G. C. Burdea, "Haptic feedback for virtual reality", Virtual reality and prototyping workshop, 2, pp.17~29 (1999)