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Texturering & Modeling
                 a Procedual Approach



               김정근
Chapter 9

Volumetric Cloud Modeling with
              Implicit Functions
구름을 모델링 하는 것...
매우 어려운 일




복잡한 대기구조

구름의 리얼리즘을 판단
비전문가의 눈으로 구름 모델의 리얼리즘을 판단하기 어려움




                                  3
Agenda                                     Cloud Basics

         Surface-based Cloud Modeling Approaches
                                     Volumetric Cloud Models

              a Volumetric Cloud Modeling System

                       Volumetric Cloud Rendering
                                       Cumulus Cloud Models

                                     Cirrus and Stratus Clouds

                                              Cloud Creatures

                                User Specification and Control

                    Animating Volumetric Procedural Clouds
                                         Procedural animation

                                    Implicit primitive animation

                             Interactivity and Clouds
                               Simple Interactive Cloud Models

                     Rendering Clouds in Commercial Packages

                                              Conclusion
                                                              8
이 챕터에서는

비쥬얼 특성과 물리적인 성질
렌더링 할 때의 주요 이슈
이전의 접근 방식

최근의 인터렉티브한 방식
Volumemetric 절차적 접근 방식
사용자로 하여금 자세한 지오메트리 특성을 몰라도 사실 같은 Volumemetric 구름 모델을 제공
물리학 뿐 아니라 아트에서도 사용할수 있게 유연성을 제공하며 구름의 자연적인 특성과 애니메이션을 용이하게 다룰수 있음



                                                             9
특히 Volumemetric 절차적 접근 방식은

  meta-ball, blobs 과 같은 Primitive   기반의 Implicit Function들을
            쉽게 컨트롤하고 부드럽게 블렌딩할 수 있도록
          Volumemetric 절차적 모델링의 유연성과 결합하여
           또하나의 새롭고 강력한 모델링 테크닉으로 탄생
           *반투명 VolumeMetric 물체에서도 장점을 보여줌




                                                              10
구름의 생성        Cloud Basics




   해발고도에 다른 온도에 영향을 받아 눈에 보이는 얼음 결정들


                 그리고 혹은


 대기중의 작은 물방울로 구성 대기중의 차가운 수증기가 포화상태가 되면
    포화상태의 수증기들이 작은 파티클들로 응집되면서 만들어짐



      수증기가 응집하여 눈에 보이게 형성된 것이 구름


    구름으로 형성되었을 때의 높이 그 외 다양한 조건들에 따라
        구름의 높이나 모양을 형성하는데 영향을 줌


                                          11
공기가 증발할 때의 힘은                                        Cloud Basics




Convection
Convergence
Frontal Boundary
Kelvin-Helmholtz shearing
바람이 수직으로 불어서 구름 모양을 깎을 때 발생하는데 물결의 wave 와 비슷하게 생겼다




                                                                    12
Kelvin-Helmholtz shearing   Cloud Basics




                                           13
Kelvin-Helmholtz shearing   Cloud Basics




                                           14
Cloud Basics




               15
Cirrus / Cirrostratus   Cloud Basics




                                       16
Cirrus / Cirrostratus   Cloud Basics




                                       17
Cirrus / Cirrostratus   Cloud Basics




         해발고도 20000 피트 이상 높이에서
        형성되는 구름은 대부분 앏은 형태이며
         촘촘하지 않은 성긴 구름이 형성되며
               차가운 온도 때문에 구름을
                  구성하고 있는 것들이
        주로 얼음 결정들로 이루어져있기 때문18
Altocumulus   Cloud Basics




                             19
Altocumulus   Cloud Basics




                             20
Altocumulus   Cloud Basics




          해발고도 6500피트~23000피트
    사이에서 형성된 구름들은(예:고적운)주로
         작은 물방울들로 형성되어있어서
    보기에 작은 뭉게구름들이 모여있는것처럼
         보이며, 때때로물결처럼도 보인다 21
Stratus / Stratocumulus   Cloud Basics




                                         22
Stratus / Stratocumulus   Cloud Basics




                                         23
Stratus / Stratocumulus   Cloud Basics




         해발고도 6500피트 아래에서 형성된
              구름들은(예:층운/안개구름)
         역시 작은 물방울들로 구성되어있고,
         큰 구름들이 레이어진 것처럼 보인다.
                           24
Cumulus   Cloud Basics




                         25
Cumulus   Cloud Basics




                         26
Cumulus   Cloud Basics




           가장 특징이 강한 구름 타입
         일반적으로 convection 중 혹은
         기상전선이 올라갈 때 형성되며,
            높이가 거의 없는 것부터,
    강한 대류현상에 의해 아주 두꺼운 높이를
    가진것까지 다양한 형태로 형성될 수 있다. 27
구름들의 모양을
잘 이해해야 하는 또 다른 이유                     Cloud Basics




날씨를 예측할때에도 매우 중요하다
날씨를 살펴보는 사람들은 일기예보용 레이더나 다른 측정 장치로는
수집할 수 없는 강력한 폭풍에 대한 정보를 판단하기 위해
구름의 모양을 주요 핵심 요소로써 살펴보는 트레이닝을 받는다.




                                                     28
비쥬얼 특성                   Cloud Basics




VolumeMetric한 다양한 구조
구름들은 다양한 scale 의 디테일하고 형태가 없지만 VolumeMetric하게 다양한 구조를 가지고 있다.




특징적인 구름 패턴 / 시간에 따른 모양변화
구름형태는 종종 소용돌이(swirling),거품모양,거칠게 흐트러진 형태로 만들어지면서 특징적인 구름 패턴을 만들고 시
간이 흐름에 따라 그 모양이 진화한다.




조명과 쉐이딩 특성
구름이라고 확신을 줄만한 렌더링되어야만 할 요소인 몇가지 조명과 쉐이딩 특성을 가지고 있다.
.




                                                                 29
구름은...   Cloud Basics




    빛을 흡수, 산란, 반사시키는 작은 얼음과 물방울들이
      3차원공간에서의 매개물로 존재하는 것이다.



low-albedo Model
  두번째 발생하는 산란효과는 무시하지만

high-albedo Model
  두번째와 더 높은 차수의 산란 효과도 계산한다



                                    30
High-Albedo Model                                 Cloud Basics




cumulus(적운)
stratus(층운)
cumulonimbus(적란운)
두번째 산란(스캐터링) 효과가 중요하기 때문에 high-albedo Model을 사용




                                                                 31
WaveLength와 Light 와의 관계       Cloud Basics




 정확하게 대기의 확산효과를 만들어보기위해
 wavelength 에 의존적인 산란(scattering)을
       시뮬레이션 해보는 것도 중요




                                             32
Self-shadowing/Shadow              Cloud Basics




정확한 구름 shadowing은 volumetric shadowing 기법이 필요
    volumetric ray tracing을 사용할 때 비용이 매우 비싸짐




              volumetric shadow tables
                          or
          hardware-based 3D texture slicing
                       비용절감

                                                  33
Surface-based Cloud Modeling
Approaches




이전의 접근 방식
그리고 게임
                               34
Surface-based Cloud Modeling
Approaches
Voss (1983)
길이로부터 구름의 이미지를 생산하는 parallel 평면 모델 프랙탈 합성


Gardner (1984, 1985, 1990)
대형 투명 타원체의 투명도를 제어하는 ​푸리에 합성을 사용하여 매우 인상적인 이미
지와 구름의 애니메이션을 생산
푸리에 합성이 절차의 투명한 텍스쳐를 생성하고 구름의 디테일을 생성하는 동안 타
원체의 거대한 컬렉션이 구름의 일반적인 형태를 정의한다
가드너의 접근 방식은 OpenGL 확장 기능을 사용하고 subtracting 블렌딩 모드를 사용
하여 쉽게 하드웨어 구현에 대한 투명성 계산을 채택하여 리얼타임구름 렌더링을 할
수 있게 확장


Kluyskens (2002)
Alias/ Wavefront’s 마야 애니메이션 시스템의 구름을 만들어 유사한 접근 방식
일반적인 구름 모양을 정의하는 스피어를 중복, 무작위로 사용
그 가장자리 근처 스피어의 투명도가 스피어모양이 정의된 것을 눈에 띄지 않도록 증
가하고 있음
                                                        35
게임에서의 사용                                 a Volumetric Cloud Modeling System




Sky dome : 2D cloud texture
노이즈베이스 텍스처를 사용하여 생성, 멀티 텍스쳐링 및 하드웨어 블렌딩을 사용하여
절차적 구름 텍스쳐를 생성에 대한 실시간 접근이 가능(Pallister : 2002)




Billboards와 Imposters




                                                                              36
하지만       a Volumetric Cloud Modeling System




서피스 기반 테크닉을 통해서 거리로부터 보여지는
구름의 리얼한 이미지를 만들 수 있었지만



  사용자가 구름속으로 연속적으로 들어
   가는 것 혹은 그 안을 여행하는 것을
    허용하지 않고 속이 비어있다


                                               37
Volumetric Cloud Rendering

Kajiya / Von Herzen (1984)
컴퓨터 그래픽의 첫 번째 volumetric 구름 모델을 생산하지만, 결과는 사실적이지 않았다.




Stam / Fiume (1995) Foster / Metaxas (1997)
연기와 증기의 volumetric 모델을 생산했지만 모델링 구름에 실질적인 일을 하지 않았다.




Neyret (1997)
예를 들어 bubbling 와 convection 과정 등의 일반적인 물리적 특성을 바탕으로 convection 구름 모델의 일부 예비 결과를 생산
이 모델은 convective 구름을 시뮬레이션을 위해 기대할 수 있지만, 그것은 현재 구름 구조를 모델링하기 위해 표면 (큰 파티클)를
사용함




    Volumemetric 구름 모델링 및 애니메이션 접근 방식을 확장하는 것
                           은
           매우 설득력 있는 이미지와 애니메이션을 생산
                                                                                 38
Volume모델링과 서피스 기반
Imposter 렌더링의 결합                                           Volumetric Cloud Rendering




Harris / Lastra (2001); Harris (2002)
복잡하고 정적인 cloudscapes의 실시간 flythroughs을 생성하는 Imposter 기술을 확장
Spherical particles은 구름을 위한 volumetric 밀도 분포를 (구름 당 약 200 파티클) 생성하는 데 사용되며, 다중 산
란 조명 모델은 파티클의 빠른 음영을 위해 미리 계산
관찰자가 제대로 환경과 실제 구름 사이로 flythrough 할 수 있도록 하려면 imposters 가 자주 업데이트되야 함.




Dobashi et al. (2000)
부분적으로 물리학 기반의 셀룰러 automata 접근 방식을 사용하여 모델링하고 구름의 빠른 렌더링을 허용하도록
imposters를 사용
렌더링을 위한 imposters 의 preintegration이 접근 방법의 성능을 제한




                 이러한 방식은 Volumemetric 구름 모델이 있지만
          렌더링 속도를 위해 텍스처 매핑 imposters 을 사용
                                                                                        39
파티클 시스템                            Volumetric Cloud Rendering




Reeves (1983)
파티클 시스템은 일반적으로 매우 설득력 있는 결과와 함께 등의 연기와 같은 체적 가스, 시뮬레이션등을
쉽게 애니메이션 컨트롤을 제공하는 데 사용된다.




     구름 모델링을 위한 파티클 시스템을 사용할 때 어려움은
    리얼한 구름을 시뮬레이션하는데 필요한 파티클의 엄청난 숫자




                                                                40
Implicit Functions                                          Volumetric Cloud Rendering




Nishita, Nakamae, and Dobashi (1996)
여러 산란 조명 모델에 그의 작품의 기본적인 구름 모델로 Volume 렌더링 implicits를 사용, 조명 효과에 관한 것이 아니라 구
름 형상의 현실적인 모델링에 집중되어있다




Stam / Fiume (1991, 1993, 1995)
연기와 구름을 자신의 모델을 만들 volumetric blobbies를 사용




Ebert (1997); Ebert / Bedwell (1998)
Volumetric 체적 구름의 형성과 기하학을 시뮬레이트하기 위해 파티클 시스템 및 절차적 디테일과 함께 implicits를 사용




  디테일한 구조 모델링을 더 전통적인 절차적 기법을 사용하면서, 구름의 글
  로벌 구조를 animating하고 자연적인 방법을 제공하기 위해 implicits을 사용
  implicits는이 장 의 뒷부분에서 설명하는 구름 형성 역학의 간단한 시뮬레이
              션을 통합 수정된 파티클시스템에 의해 제어된다.
                                                                                    41
a Volumetric Cloud Modeling System
새로운 구름 모델링과 애니메이션 시스템을 개발할 때,
최근 작업(Volume구름)를 기반으로 advanced 모델링 기법과
Volumemetric 절차적 모델링을 선택


프랙탈과 같은 많은 advanced 지오메트리 모델링 기법들 (Peitgen, Jürgens, and Saupe 1992)

Implicit surfaces (Blinn 1982b; Wyvill, McPheeters, and Wyvill 1986; Nishimura et al. 1985)

문법 기반의 모델링 (Smith 1984; Prusinkiewicz and Lindenmayer 1990)

Volumemetric procedural models/hypertextures (Perlin 1985; Ebert, Musgrave, et al. 1994)



                                                    파라미터화
                             디자이너가 상위 레벨에서 물체를 컨트롤하고 애니메이션 해볼 수 있도록
                                  디테일을 절차적으로 일반화(추상화)해서 사용한다



                                                                                              42
Procedural이 내포하는 속성은
a Volumetric Cloud Modeling System




flexibility
                                     구름과 같은 복잡한 Volumemetric 현상은 다루기 쉬운
                                     모델링과 애니메이션을 만드는데 있어 필요하다

data amplification

abstraction of detail

 ease of parametric control




                                                                          43
제작시 고려한 점                                        a Volumetric Cloud Modeling System




Physics-based 을 사용하지 않음
애니메이터가 구름 모델의 디테일한 3D 상의 밀도를 제어하고 설정하는 하는 것은 비현실적임
예를 들어 이슬점,특정 분포,온도,기압 경도,그밖 의것들을 정확하게 애니메이팅


물리 법칙의 상위레벨에서 제한 없이 작업
Volumetric procedural model
 procedural techniques 의 모든 장점을 가지고 있고 advanced modeling technique 이 가장 flexible하기때문에 구
 름 모델링에 자연스러운 선택
물체의 의밀도를 를판단하기위해 하나의 procedure 가 evaluation되기때문에 어떤 advanced modeling
technique, 간단한 물리 시뮬레이션,수학 function 혹은 예술적인 알고리즘이 이 모델에 포함되어질 수 있다.




                                                                                          44
두가지 level 의 모델을 사용
a Volumetric Cloud Modeling System




구름의 미세 구조(내부)                                        turbulent
 절차적인 turbulence 와 noise function 들을 가지고 구름의 미세구조를 만들어낼 수 있다
 *챕터7의 기본gas function(가스 함수)와 유사한 방식
 필요로하는 레벨의 자연스러운 디테일을 절차적으로 시뮬레이션
 밀도 분포의 모양을 만들고 밀도가 감소할때의 선명함정도를 제어하는데 간단한 수학 함수가 추가된다




 구름의 대형 구조(외관)                                   Implicit functions
 구름의 전체구조를 만들때 사용, 밀도분포를 부드럽게 블렌딩하고 설정하기에 용이하기때문
 사용자는 전체 구름 모양을 만드는데 사용할 implicit primitive 의 무게,위치,타입을 간단하게 설정
 sphere, 실린더,타원체,스켈레탈 implicit,등 어떠한 implicit primitive들도 구름의 전체구조를 만들때 사용
 중간정도의 반투명으로 Volume 렌더링되기때문에,모든 볼류Metric field function이 다 렌더
 그에반해서 implicit surface 모델링은 물체를 만들기위해 field 의 작은 영역만 렌더



                                                                             45
Implicit functions
a Volumetric Cloud Modeling System




 Summed
  primitive implicit surface 가 합쳐지거나



Weighted
  가중치를 가지거나



 Parameterized
  파라메터화되어져서 최종형태가 결정된다




                                       46
Implicit functions
 a Volumetric Cloud Modeling System




반지름이 r 이고 중점이 center 인sphere 의 implicit 공식




implicit functions 의 진짜 힘은 떨어져있는 primitive 들 사이의 밀도영역을 부드
럽게 블렌딩해주데 있음(density function)
Wyvill’ standard cubic function (Wyvill, McPheeters, and Wyvill 1986)




                                                                        47
Density function의 장점
a Volumetric Cloud Modeling System




 첫째
  primitive 간의 거리가 R 일때,최종 표면을 생성하는데
  필요로한 primitive 개수를 감소시키면서, 값이 빠르게(급격히) 0 으로 떨어짐


둘째
  r = 0 과 r = R 인 지점의 변화율이 0 이고
  0.5 주변값이 symmetrical 해서, primitive 간의 부드러운 블렌딩을 제공한다




                                                         48
Density function의 장점
a Volumetric Cloud Modeling System




 최종 implicit density 값은
  각각의 primitive 의 density field 값들의 가중치 합을 한 것이다




  q 는 p 에서 i 까지의 거리중 제일 가까운 점
  고체가 아닌 implicit primitive 를 표현하기 위해, blending 함수를 evaluation하기에
  앞서,점(point) 의 위치는 절차적으로 변하게한다.
  이러한 점의 위치를 절차적으로 변경하는것은 procedure 과 implicit function 과
  implicit space 에서의 warping의 결과물이 될 수 있다.

                                        이러한 기술들이 합쳐져서
                                      하나의 간단한 구름 모델이 된다
                                                                    49
a Volumetric Cloud Modeling System




 implicit primitive 들의 density 와 사용자가 정의하는 블렌드 % 를 이용해서 순수한
 turbulence 기반 density 와 합침 (60~80% 가 좋은 결과가 나온다)
 두개의 밀도(density ) 를 블렌딩함으로써 생성된 구름은 procedural turbulence
 function 에 의해 결정된 implicit function density 에 의해 구름의 영역이 결정
 implicit function 에 의해 구름이 완전히 결정될때 그 구름들은 보다 더 솜털같은 공
 처럼 보일것
 procedural alteration (절차적 변화)와 turbulence 를 추가함으로써 보다 사실적으
 로 보여질것

                                                               50
Volumetric Clouds Rendering




                              51
Cumulus Cloud Models
Volumetric Cloud Rendering




                                    본질적으로 매우 일반적이며
                             원형 또는 타원형의 implicit 프리미티브를
                                                    52
                                     사용하여 쉽게 시뮬레이션
Cumulus Cloud Models
Volumetric Cloud Rendering




                             53
Cumulus Cloud Models
Volumetric Cloud Rendering




                             54
Cumulus Cloud Models
Volumetric Cloud Rendering




                             55
Cumulus Cloud Models
Volumetric Cloud Rendering




Parms[3]
Implicit (메타 볼) 밀도와 turbulence 밀도와 Implicit 밀도의 결과 간의 블렌딩 함수 값
전체의 구름 밀도가 implicit 필드 값의 생산을 보장하며 기본형으로 정의되는 바깥부분에 생기는 것부터의 구름 조각을 방지
큰 parms[3]을 사용하여 구름을 생성할때 그들은 implicit primitives 에 의해 대개는 정의 하고 있고 smoother 그리고 적은 turbulent를 생
성


Parms[1]
밀도 크기 조정 파라미터



Parms[2]
pow( )function의 지수



Parms[4]
implicit primitive를 평가하기 전에 포인트를 대신해서 사용하는 turbulence 의 양을 컨트롤




                         적운 구름의 좋은 이미지를 보려면 유용한
                         값
                     0.2 <parms[1]<0.4,parms[2]=0.5,parms[3]=0.4, andparms[4]=0.7.
                                                                                               56
Cirrus and Stratus Clouds
Volumetric Cloud Rendering




Thinner less dense, and wispier
Cumulus 구름과 밀도, 두께, falloff 에서 크게 다르며 얇고 낮은 밀도 그리고 조각임




Cumulus cloud 절차의 파라미터 변경
밀도값 파라미터는 적은 값, 지수는 큰 값을을 선택하며 구름이 아닌 그리고 개별 구름의 거대한 숫자의 큰영역을 만듬
각 구름의 형태는 아마도 Volumemetric 절차적 함수 그리고 turbulence 시뮬레이션에 의해 제어되며
cumulus 구름과는 대조적으로 메인 형태 제어는 implicit 함수에 의해 컨트롤
더 많은 자연 가닥을 생산하는 제트 기류의 방향을 따라 밀도를 조절하는 데 유용



Implicit Primitives 변경
단순히 몇 가지 implicit 기본형과 구름의 글로벌 모양 (envelope)을 지정하거나 각 구름의 위치와 모양을 결정하는 implicit primitives 를 지정




              사용자는 바람의 흐름의 주된 방향을 지정하고
         다음과 같이 밀도를 제어하려면 이 벡터의 turbulent 버전을 사용

                                                                                           57
Cirrus and Stratus Clouds
Volumetric Cloud Rendering




                             58
Cirrus and Stratus Clouds
Volumetric Cloud Rendering




                             59
Cirrus and Stratus Clouds
Volumetric Cloud Rendering




                             60
Cirrus and Stratus Clouds
Volumetric Cloud Rendering




                             넓은 타원형 기본형과 원통형 primitives로
                             만든 몇 개의 낮은 Cirrus 구름으로 만들어
                                                    61
                                   높은 권층운 레이어를 보여준다
Cirrus and Stratus Clouds
Volumetric Cloud Rendering




                             Mackerel stratus 구름 계층은 X및 Y방향의
                                           Turbulent Sine Wave 밀도를
                                                               62
                                                  조절하여 만들어졌다
Cloud Creatures                              Volumetric Cloud Rendering



volumetric procedural models과 implicit functions 의 조합은 현실적인 구름, 예술
적인 구름과 구름 제작을 만드는 시스템을 사용하기 쉽게 제공

현재 간단한 GUI는 시스템의 일부에 대한 액세스를 허용하며 컨트롤의 나머지는
텍스트 기반 인터페이스를 통해 사용할 수 있다.
implicit primitives
더 복잡한 모양 생성할수 있는 전체 구름 모델링 시스템의 파라미터
시간 베이스 변형
애니메이션

쉽게 설계하며 implicit primitives 및 절차적 매개 변수를 제어하여 애니메이션한
다
 implicit primitives 조화 및 변형
 Specification(사양)
 골격구조의 애니메이션
 amorphous volumetric creatures의 직관적인 인터페이스를 규정
                                                                      63
Cloud Creatures   Volumetric Cloud Rendering




                                           64
User Specification and Control
Volumetric Cloud Rendering




구름 매크로구조에 대해 implicit primitives을 사용하기 때문에, 사용자는 위
치, 유형, 및 각 implicit primitive의 무게를 지정하여 일반적인 구름 구조를 만
                                든다
 밀도 스케일링 계수
  밀도 분포의 거듭제곱 지수
  구름이 허용하는 warping 절차
  Volumemetric 절차 함수의 이름




                                                        65
User Specification and Control
Volumetric Cloud Rendering




                             implicit primitives 의 사용은 이러한
                              전통적인 절차적 기법보다 훨씬 더
                              자연스러운 인터페이스를 만든다.         66
Animating Volumetric Procedural Clouds




                                         67
Procedural Animation
Animating Volumetric Procedural Clouds



알고리즘을 애니메이트
 implicit primitives과 절차적 구름 스페이스 둘다 모두



Warping
 implicit primitive 애니메이션의 가장 유용한 형태



Time-Varying Warp
서서히 구름, 그들의 움직임과 바람 그리고 다른 힘에 의해 자신의 변형의 형성을 시뮬레이션 시간에 걸쳐 구름의 모양
을 워프하는데 사용




                                                               68
Procedural Animation
Animating Volumetric Procedural Clouds



제트 기류
구름의 형성은 일반적으로 제트 기류를 기반으로 변경된다
이 효과를 시뮬레이션 하기 위해 필요한 모든 것은 제트 기류를 나타내는 벡터를 따라 primitives를 워프하는 것
implicit 기능을 평가하기 전에 warping 포인트에 의해 수행
warping의 양은 풍속에 의해 제어하거나 점차적으로 초기 구름 개발을 시뮬레이트하는 데 시간이 지남에 따라추가




                                                                    69
Procedural Animation
Animating Volumetric Procedural Clouds




                                                       제트 기류를 따라
                                         cumulus cloud warping의 결과인
                                                      애니메이션 프레임  70
Implicit Primitive Animation
 Animating Volumetric Procedural Clouds



Implicit 서피스와 동일한 방식으로 애니메이션
각자의 primitive’s 위치 매개 변수 (예 : 반지름)이며, 무게는 시간이 지남에 애니메이션 할수 있다.


파티클 애니메이션 프로그램
구름 파티클 시스템의 역학을 제어하려면 어떠한 상업적인 파티클 애니메이션 프로그램도 사용할 수 있다.


구름 역학에 대한 유용한 접근법
질적인 역학- 관찰된 속성과 구름의 형성의 간단한 시뮬레이션



구름 형성의 넓은 범위를 만드는 기본적인 물리적인 힘
계산이 비싸고, 매우 제한적인, 시뮬레이션하기가 매우 복잡


파라미터화된 규칙의 결합
관찰할 수있는 구름 동작을 시뮬레이션하는 파라미터화된 규칙의 결합은 강력한 구름 애니메이션 시스템을 생산

                                                                 71
Implicit Primitive Animation
Animating Volumetric Procedural Clouds




                                         애니메이션 “A Cloud Is Born”
                                                  에서의 구름층   72
Implicit Primitive Animation
Animating Volumetric Procedural Clouds




                                            Volumetric procedural implicit
                                         particle system of cumulus cloud
                                                                      73
Implicit Primitive Animation
Animating Volumetric Procedural Clouds




                               Volumetric procedural implicit particle
                                       system of cirrostratus clouds
                                                                 74
Interactivity and Clouds



     Interactive 속도로 렌더링 및 애니메이션 할 수 있는
 구름의 생성 모델은 그래픽 하드웨어 속도와 프로그래밍의 최근의
       증가와 함께 다루기 쉬워지고 흥미로운 도전이다




                                          75
구름 형성 시뮬레이션에서
중요한 물리적 프로세스                   Interactivity and Clouds
Neyret (1997)


Rayleigh-Taylor instability

Bubbles

Temperature Rate Variation

Kelvin-Helmholtz instability

Vortices, and Bernard cells

   그의 모델은 다양한 스케일, 버블 생성, 구름 진화의 현상을 고려함

                                                          76
Simple Interactive Cloud Models
Interactivity and Clouds




                           마야의 MEL 스크립트
                                          77
Rendering Clouds in Commercial Packages
Interactivity and Clouds




                                              volumeGas
                           Volume-rendering plug-in For Maya
                                                         78
Rendering Clouds in Commercial Packages
Interactivity and Clouds




                                          79
Conclusion

이전 3개의 챕터의 목표는 현실적인 이미지와
가스와 유체의 애니메이션을 만들뿐만 아니라
이러한 기술의 발전에 대한 통찰력을 제공하는
데 사용되는 여러 가지 기법을 설명하는데 있
음



             절차적 모델링 그리고 애니메이션테크닉을 탐
             구하고 확장하는데 영감을 주고 절차적 디자인
                    접근 방법에 대한 통찰력을 제공


                                    80
Q&A
감사합니다

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  • 1. Texturering & Modeling a Procedual Approach 김정근
  • 2. Chapter 9 Volumetric Cloud Modeling with Implicit Functions
  • 3. 구름을 모델링 하는 것... 매우 어려운 일 복잡한 대기구조 구름의 리얼리즘을 판단 비전문가의 눈으로 구름 모델의 리얼리즘을 판단하기 어려움 3
  • 4.
  • 5.
  • 6.
  • 7.
  • 8. Agenda Cloud Basics Surface-based Cloud Modeling Approaches Volumetric Cloud Models a Volumetric Cloud Modeling System Volumetric Cloud Rendering Cumulus Cloud Models Cirrus and Stratus Clouds Cloud Creatures User Specification and Control Animating Volumetric Procedural Clouds Procedural animation Implicit primitive animation Interactivity and Clouds Simple Interactive Cloud Models Rendering Clouds in Commercial Packages Conclusion 8
  • 9. 이 챕터에서는 비쥬얼 특성과 물리적인 성질 렌더링 할 때의 주요 이슈 이전의 접근 방식 최근의 인터렉티브한 방식 Volumemetric 절차적 접근 방식 사용자로 하여금 자세한 지오메트리 특성을 몰라도 사실 같은 Volumemetric 구름 모델을 제공 물리학 뿐 아니라 아트에서도 사용할수 있게 유연성을 제공하며 구름의 자연적인 특성과 애니메이션을 용이하게 다룰수 있음 9
  • 10. 특히 Volumemetric 절차적 접근 방식은 meta-ball, blobs 과 같은 Primitive 기반의 Implicit Function들을 쉽게 컨트롤하고 부드럽게 블렌딩할 수 있도록 Volumemetric 절차적 모델링의 유연성과 결합하여 또하나의 새롭고 강력한 모델링 테크닉으로 탄생 *반투명 VolumeMetric 물체에서도 장점을 보여줌 10
  • 11. 구름의 생성 Cloud Basics 해발고도에 다른 온도에 영향을 받아 눈에 보이는 얼음 결정들 그리고 혹은 대기중의 작은 물방울로 구성 대기중의 차가운 수증기가 포화상태가 되면 포화상태의 수증기들이 작은 파티클들로 응집되면서 만들어짐 수증기가 응집하여 눈에 보이게 형성된 것이 구름 구름으로 형성되었을 때의 높이 그 외 다양한 조건들에 따라 구름의 높이나 모양을 형성하는데 영향을 줌 11
  • 12. 공기가 증발할 때의 힘은 Cloud Basics Convection Convergence Frontal Boundary Kelvin-Helmholtz shearing 바람이 수직으로 불어서 구름 모양을 깎을 때 발생하는데 물결의 wave 와 비슷하게 생겼다 12
  • 13. Kelvin-Helmholtz shearing Cloud Basics 13
  • 14. Kelvin-Helmholtz shearing Cloud Basics 14
  • 16. Cirrus / Cirrostratus Cloud Basics 16
  • 17. Cirrus / Cirrostratus Cloud Basics 17
  • 18. Cirrus / Cirrostratus Cloud Basics 해발고도 20000 피트 이상 높이에서 형성되는 구름은 대부분 앏은 형태이며 촘촘하지 않은 성긴 구름이 형성되며 차가운 온도 때문에 구름을 구성하고 있는 것들이 주로 얼음 결정들로 이루어져있기 때문18
  • 19. Altocumulus Cloud Basics 19
  • 20. Altocumulus Cloud Basics 20
  • 21. Altocumulus Cloud Basics 해발고도 6500피트~23000피트 사이에서 형성된 구름들은(예:고적운)주로 작은 물방울들로 형성되어있어서 보기에 작은 뭉게구름들이 모여있는것처럼 보이며, 때때로물결처럼도 보인다 21
  • 22. Stratus / Stratocumulus Cloud Basics 22
  • 23. Stratus / Stratocumulus Cloud Basics 23
  • 24. Stratus / Stratocumulus Cloud Basics 해발고도 6500피트 아래에서 형성된 구름들은(예:층운/안개구름) 역시 작은 물방울들로 구성되어있고, 큰 구름들이 레이어진 것처럼 보인다. 24
  • 25. Cumulus Cloud Basics 25
  • 26. Cumulus Cloud Basics 26
  • 27. Cumulus Cloud Basics 가장 특징이 강한 구름 타입 일반적으로 convection 중 혹은 기상전선이 올라갈 때 형성되며, 높이가 거의 없는 것부터, 강한 대류현상에 의해 아주 두꺼운 높이를 가진것까지 다양한 형태로 형성될 수 있다. 27
  • 28. 구름들의 모양을 잘 이해해야 하는 또 다른 이유 Cloud Basics 날씨를 예측할때에도 매우 중요하다 날씨를 살펴보는 사람들은 일기예보용 레이더나 다른 측정 장치로는 수집할 수 없는 강력한 폭풍에 대한 정보를 판단하기 위해 구름의 모양을 주요 핵심 요소로써 살펴보는 트레이닝을 받는다. 28
  • 29. 비쥬얼 특성 Cloud Basics VolumeMetric한 다양한 구조 구름들은 다양한 scale 의 디테일하고 형태가 없지만 VolumeMetric하게 다양한 구조를 가지고 있다. 특징적인 구름 패턴 / 시간에 따른 모양변화 구름형태는 종종 소용돌이(swirling),거품모양,거칠게 흐트러진 형태로 만들어지면서 특징적인 구름 패턴을 만들고 시 간이 흐름에 따라 그 모양이 진화한다. 조명과 쉐이딩 특성 구름이라고 확신을 줄만한 렌더링되어야만 할 요소인 몇가지 조명과 쉐이딩 특성을 가지고 있다. . 29
  • 30. 구름은... Cloud Basics 빛을 흡수, 산란, 반사시키는 작은 얼음과 물방울들이 3차원공간에서의 매개물로 존재하는 것이다. low-albedo Model 두번째 발생하는 산란효과는 무시하지만 high-albedo Model 두번째와 더 높은 차수의 산란 효과도 계산한다 30
  • 31. High-Albedo Model Cloud Basics cumulus(적운) stratus(층운) cumulonimbus(적란운) 두번째 산란(스캐터링) 효과가 중요하기 때문에 high-albedo Model을 사용 31
  • 32. WaveLength와 Light 와의 관계 Cloud Basics 정확하게 대기의 확산효과를 만들어보기위해 wavelength 에 의존적인 산란(scattering)을 시뮬레이션 해보는 것도 중요 32
  • 33. Self-shadowing/Shadow Cloud Basics 정확한 구름 shadowing은 volumetric shadowing 기법이 필요 volumetric ray tracing을 사용할 때 비용이 매우 비싸짐 volumetric shadow tables or hardware-based 3D texture slicing 비용절감 33
  • 34. Surface-based Cloud Modeling Approaches 이전의 접근 방식 그리고 게임 34
  • 35. Surface-based Cloud Modeling Approaches Voss (1983) 길이로부터 구름의 이미지를 생산하는 parallel 평면 모델 프랙탈 합성 Gardner (1984, 1985, 1990) 대형 투명 타원체의 투명도를 제어하는 ​푸리에 합성을 사용하여 매우 인상적인 이미 지와 구름의 애니메이션을 생산 푸리에 합성이 절차의 투명한 텍스쳐를 생성하고 구름의 디테일을 생성하는 동안 타 원체의 거대한 컬렉션이 구름의 일반적인 형태를 정의한다 가드너의 접근 방식은 OpenGL 확장 기능을 사용하고 subtracting 블렌딩 모드를 사용 하여 쉽게 하드웨어 구현에 대한 투명성 계산을 채택하여 리얼타임구름 렌더링을 할 수 있게 확장 Kluyskens (2002) Alias/ Wavefront’s 마야 애니메이션 시스템의 구름을 만들어 유사한 접근 방식 일반적인 구름 모양을 정의하는 스피어를 중복, 무작위로 사용 그 가장자리 근처 스피어의 투명도가 스피어모양이 정의된 것을 눈에 띄지 않도록 증 가하고 있음 35
  • 36. 게임에서의 사용 a Volumetric Cloud Modeling System Sky dome : 2D cloud texture 노이즈베이스 텍스처를 사용하여 생성, 멀티 텍스쳐링 및 하드웨어 블렌딩을 사용하여 절차적 구름 텍스쳐를 생성에 대한 실시간 접근이 가능(Pallister : 2002) Billboards와 Imposters 36
  • 37. 하지만 a Volumetric Cloud Modeling System 서피스 기반 테크닉을 통해서 거리로부터 보여지는 구름의 리얼한 이미지를 만들 수 있었지만 사용자가 구름속으로 연속적으로 들어 가는 것 혹은 그 안을 여행하는 것을 허용하지 않고 속이 비어있다 37
  • 38. Volumetric Cloud Rendering Kajiya / Von Herzen (1984) 컴퓨터 그래픽의 첫 번째 volumetric 구름 모델을 생산하지만, 결과는 사실적이지 않았다. Stam / Fiume (1995) Foster / Metaxas (1997) 연기와 증기의 volumetric 모델을 생산했지만 모델링 구름에 실질적인 일을 하지 않았다. Neyret (1997) 예를 들어 bubbling 와 convection 과정 등의 일반적인 물리적 특성을 바탕으로 convection 구름 모델의 일부 예비 결과를 생산 이 모델은 convective 구름을 시뮬레이션을 위해 기대할 수 있지만, 그것은 현재 구름 구조를 모델링하기 위해 표면 (큰 파티클)를 사용함 Volumemetric 구름 모델링 및 애니메이션 접근 방식을 확장하는 것 은 매우 설득력 있는 이미지와 애니메이션을 생산 38
  • 39. Volume모델링과 서피스 기반 Imposter 렌더링의 결합 Volumetric Cloud Rendering Harris / Lastra (2001); Harris (2002) 복잡하고 정적인 cloudscapes의 실시간 flythroughs을 생성하는 Imposter 기술을 확장 Spherical particles은 구름을 위한 volumetric 밀도 분포를 (구름 당 약 200 파티클) 생성하는 데 사용되며, 다중 산 란 조명 모델은 파티클의 빠른 음영을 위해 미리 계산 관찰자가 제대로 환경과 실제 구름 사이로 flythrough 할 수 있도록 하려면 imposters 가 자주 업데이트되야 함. Dobashi et al. (2000) 부분적으로 물리학 기반의 셀룰러 automata 접근 방식을 사용하여 모델링하고 구름의 빠른 렌더링을 허용하도록 imposters를 사용 렌더링을 위한 imposters 의 preintegration이 접근 방법의 성능을 제한 이러한 방식은 Volumemetric 구름 모델이 있지만 렌더링 속도를 위해 텍스처 매핑 imposters 을 사용 39
  • 40. 파티클 시스템 Volumetric Cloud Rendering Reeves (1983) 파티클 시스템은 일반적으로 매우 설득력 있는 결과와 함께 등의 연기와 같은 체적 가스, 시뮬레이션등을 쉽게 애니메이션 컨트롤을 제공하는 데 사용된다. 구름 모델링을 위한 파티클 시스템을 사용할 때 어려움은 리얼한 구름을 시뮬레이션하는데 필요한 파티클의 엄청난 숫자 40
  • 41. Implicit Functions Volumetric Cloud Rendering Nishita, Nakamae, and Dobashi (1996) 여러 산란 조명 모델에 그의 작품의 기본적인 구름 모델로 Volume 렌더링 implicits를 사용, 조명 효과에 관한 것이 아니라 구 름 형상의 현실적인 모델링에 집중되어있다 Stam / Fiume (1991, 1993, 1995) 연기와 구름을 자신의 모델을 만들 volumetric blobbies를 사용 Ebert (1997); Ebert / Bedwell (1998) Volumetric 체적 구름의 형성과 기하학을 시뮬레이트하기 위해 파티클 시스템 및 절차적 디테일과 함께 implicits를 사용 디테일한 구조 모델링을 더 전통적인 절차적 기법을 사용하면서, 구름의 글 로벌 구조를 animating하고 자연적인 방법을 제공하기 위해 implicits을 사용 implicits는이 장 의 뒷부분에서 설명하는 구름 형성 역학의 간단한 시뮬레이 션을 통합 수정된 파티클시스템에 의해 제어된다. 41
  • 42. a Volumetric Cloud Modeling System 새로운 구름 모델링과 애니메이션 시스템을 개발할 때, 최근 작업(Volume구름)를 기반으로 advanced 모델링 기법과 Volumemetric 절차적 모델링을 선택 프랙탈과 같은 많은 advanced 지오메트리 모델링 기법들 (Peitgen, Jürgens, and Saupe 1992) Implicit surfaces (Blinn 1982b; Wyvill, McPheeters, and Wyvill 1986; Nishimura et al. 1985) 문법 기반의 모델링 (Smith 1984; Prusinkiewicz and Lindenmayer 1990) Volumemetric procedural models/hypertextures (Perlin 1985; Ebert, Musgrave, et al. 1994) 파라미터화 디자이너가 상위 레벨에서 물체를 컨트롤하고 애니메이션 해볼 수 있도록 디테일을 절차적으로 일반화(추상화)해서 사용한다 42
  • 43. Procedural이 내포하는 속성은 a Volumetric Cloud Modeling System flexibility 구름과 같은 복잡한 Volumemetric 현상은 다루기 쉬운 모델링과 애니메이션을 만드는데 있어 필요하다 data amplification abstraction of detail ease of parametric control 43
  • 44. 제작시 고려한 점 a Volumetric Cloud Modeling System Physics-based 을 사용하지 않음 애니메이터가 구름 모델의 디테일한 3D 상의 밀도를 제어하고 설정하는 하는 것은 비현실적임 예를 들어 이슬점,특정 분포,온도,기압 경도,그밖 의것들을 정확하게 애니메이팅 물리 법칙의 상위레벨에서 제한 없이 작업 Volumetric procedural model procedural techniques 의 모든 장점을 가지고 있고 advanced modeling technique 이 가장 flexible하기때문에 구 름 모델링에 자연스러운 선택 물체의 의밀도를 를판단하기위해 하나의 procedure 가 evaluation되기때문에 어떤 advanced modeling technique, 간단한 물리 시뮬레이션,수학 function 혹은 예술적인 알고리즘이 이 모델에 포함되어질 수 있다. 44
  • 45. 두가지 level 의 모델을 사용 a Volumetric Cloud Modeling System 구름의 미세 구조(내부) turbulent 절차적인 turbulence 와 noise function 들을 가지고 구름의 미세구조를 만들어낼 수 있다 *챕터7의 기본gas function(가스 함수)와 유사한 방식 필요로하는 레벨의 자연스러운 디테일을 절차적으로 시뮬레이션 밀도 분포의 모양을 만들고 밀도가 감소할때의 선명함정도를 제어하는데 간단한 수학 함수가 추가된다 구름의 대형 구조(외관) Implicit functions 구름의 전체구조를 만들때 사용, 밀도분포를 부드럽게 블렌딩하고 설정하기에 용이하기때문 사용자는 전체 구름 모양을 만드는데 사용할 implicit primitive 의 무게,위치,타입을 간단하게 설정 sphere, 실린더,타원체,스켈레탈 implicit,등 어떠한 implicit primitive들도 구름의 전체구조를 만들때 사용 중간정도의 반투명으로 Volume 렌더링되기때문에,모든 볼류Metric field function이 다 렌더 그에반해서 implicit surface 모델링은 물체를 만들기위해 field 의 작은 영역만 렌더 45
  • 46. Implicit functions a Volumetric Cloud Modeling System Summed primitive implicit surface 가 합쳐지거나 Weighted 가중치를 가지거나 Parameterized 파라메터화되어져서 최종형태가 결정된다 46
  • 47. Implicit functions a Volumetric Cloud Modeling System 반지름이 r 이고 중점이 center 인sphere 의 implicit 공식 implicit functions 의 진짜 힘은 떨어져있는 primitive 들 사이의 밀도영역을 부드 럽게 블렌딩해주데 있음(density function) Wyvill’ standard cubic function (Wyvill, McPheeters, and Wyvill 1986) 47
  • 48. Density function의 장점 a Volumetric Cloud Modeling System 첫째 primitive 간의 거리가 R 일때,최종 표면을 생성하는데 필요로한 primitive 개수를 감소시키면서, 값이 빠르게(급격히) 0 으로 떨어짐 둘째 r = 0 과 r = R 인 지점의 변화율이 0 이고 0.5 주변값이 symmetrical 해서, primitive 간의 부드러운 블렌딩을 제공한다 48
  • 49. Density function의 장점 a Volumetric Cloud Modeling System 최종 implicit density 값은 각각의 primitive 의 density field 값들의 가중치 합을 한 것이다 q 는 p 에서 i 까지의 거리중 제일 가까운 점 고체가 아닌 implicit primitive 를 표현하기 위해, blending 함수를 evaluation하기에 앞서,점(point) 의 위치는 절차적으로 변하게한다. 이러한 점의 위치를 절차적으로 변경하는것은 procedure 과 implicit function 과 implicit space 에서의 warping의 결과물이 될 수 있다. 이러한 기술들이 합쳐져서 하나의 간단한 구름 모델이 된다 49
  • 50. a Volumetric Cloud Modeling System implicit primitive 들의 density 와 사용자가 정의하는 블렌드 % 를 이용해서 순수한 turbulence 기반 density 와 합침 (60~80% 가 좋은 결과가 나온다) 두개의 밀도(density ) 를 블렌딩함으로써 생성된 구름은 procedural turbulence function 에 의해 결정된 implicit function density 에 의해 구름의 영역이 결정 implicit function 에 의해 구름이 완전히 결정될때 그 구름들은 보다 더 솜털같은 공 처럼 보일것 procedural alteration (절차적 변화)와 turbulence 를 추가함으로써 보다 사실적으 로 보여질것 50
  • 52. Cumulus Cloud Models Volumetric Cloud Rendering 본질적으로 매우 일반적이며 원형 또는 타원형의 implicit 프리미티브를 52 사용하여 쉽게 시뮬레이션
  • 53. Cumulus Cloud Models Volumetric Cloud Rendering 53
  • 54. Cumulus Cloud Models Volumetric Cloud Rendering 54
  • 55. Cumulus Cloud Models Volumetric Cloud Rendering 55
  • 56. Cumulus Cloud Models Volumetric Cloud Rendering Parms[3] Implicit (메타 볼) 밀도와 turbulence 밀도와 Implicit 밀도의 결과 간의 블렌딩 함수 값 전체의 구름 밀도가 implicit 필드 값의 생산을 보장하며 기본형으로 정의되는 바깥부분에 생기는 것부터의 구름 조각을 방지 큰 parms[3]을 사용하여 구름을 생성할때 그들은 implicit primitives 에 의해 대개는 정의 하고 있고 smoother 그리고 적은 turbulent를 생 성 Parms[1] 밀도 크기 조정 파라미터 Parms[2] pow( )function의 지수 Parms[4] implicit primitive를 평가하기 전에 포인트를 대신해서 사용하는 turbulence 의 양을 컨트롤 적운 구름의 좋은 이미지를 보려면 유용한 값 0.2 <parms[1]<0.4,parms[2]=0.5,parms[3]=0.4, andparms[4]=0.7. 56
  • 57. Cirrus and Stratus Clouds Volumetric Cloud Rendering Thinner less dense, and wispier Cumulus 구름과 밀도, 두께, falloff 에서 크게 다르며 얇고 낮은 밀도 그리고 조각임 Cumulus cloud 절차의 파라미터 변경 밀도값 파라미터는 적은 값, 지수는 큰 값을을 선택하며 구름이 아닌 그리고 개별 구름의 거대한 숫자의 큰영역을 만듬 각 구름의 형태는 아마도 Volumemetric 절차적 함수 그리고 turbulence 시뮬레이션에 의해 제어되며 cumulus 구름과는 대조적으로 메인 형태 제어는 implicit 함수에 의해 컨트롤 더 많은 자연 가닥을 생산하는 제트 기류의 방향을 따라 밀도를 조절하는 데 유용 Implicit Primitives 변경 단순히 몇 가지 implicit 기본형과 구름의 글로벌 모양 (envelope)을 지정하거나 각 구름의 위치와 모양을 결정하는 implicit primitives 를 지정 사용자는 바람의 흐름의 주된 방향을 지정하고 다음과 같이 밀도를 제어하려면 이 벡터의 turbulent 버전을 사용 57
  • 58. Cirrus and Stratus Clouds Volumetric Cloud Rendering 58
  • 59. Cirrus and Stratus Clouds Volumetric Cloud Rendering 59
  • 60. Cirrus and Stratus Clouds Volumetric Cloud Rendering 60
  • 61. Cirrus and Stratus Clouds Volumetric Cloud Rendering 넓은 타원형 기본형과 원통형 primitives로 만든 몇 개의 낮은 Cirrus 구름으로 만들어 61 높은 권층운 레이어를 보여준다
  • 62. Cirrus and Stratus Clouds Volumetric Cloud Rendering Mackerel stratus 구름 계층은 X및 Y방향의 Turbulent Sine Wave 밀도를 62 조절하여 만들어졌다
  • 63. Cloud Creatures Volumetric Cloud Rendering volumetric procedural models과 implicit functions 의 조합은 현실적인 구름, 예술 적인 구름과 구름 제작을 만드는 시스템을 사용하기 쉽게 제공 현재 간단한 GUI는 시스템의 일부에 대한 액세스를 허용하며 컨트롤의 나머지는 텍스트 기반 인터페이스를 통해 사용할 수 있다. implicit primitives 더 복잡한 모양 생성할수 있는 전체 구름 모델링 시스템의 파라미터 시간 베이스 변형 애니메이션 쉽게 설계하며 implicit primitives 및 절차적 매개 변수를 제어하여 애니메이션한 다 implicit primitives 조화 및 변형 Specification(사양) 골격구조의 애니메이션 amorphous volumetric creatures의 직관적인 인터페이스를 규정 63
  • 64. Cloud Creatures Volumetric Cloud Rendering 64
  • 65. User Specification and Control Volumetric Cloud Rendering 구름 매크로구조에 대해 implicit primitives을 사용하기 때문에, 사용자는 위 치, 유형, 및 각 implicit primitive의 무게를 지정하여 일반적인 구름 구조를 만 든다 밀도 스케일링 계수 밀도 분포의 거듭제곱 지수 구름이 허용하는 warping 절차 Volumemetric 절차 함수의 이름 65
  • 66. User Specification and Control Volumetric Cloud Rendering implicit primitives 의 사용은 이러한 전통적인 절차적 기법보다 훨씬 더 자연스러운 인터페이스를 만든다. 66
  • 68. Procedural Animation Animating Volumetric Procedural Clouds 알고리즘을 애니메이트 implicit primitives과 절차적 구름 스페이스 둘다 모두 Warping implicit primitive 애니메이션의 가장 유용한 형태 Time-Varying Warp 서서히 구름, 그들의 움직임과 바람 그리고 다른 힘에 의해 자신의 변형의 형성을 시뮬레이션 시간에 걸쳐 구름의 모양 을 워프하는데 사용 68
  • 69. Procedural Animation Animating Volumetric Procedural Clouds 제트 기류 구름의 형성은 일반적으로 제트 기류를 기반으로 변경된다 이 효과를 시뮬레이션 하기 위해 필요한 모든 것은 제트 기류를 나타내는 벡터를 따라 primitives를 워프하는 것 implicit 기능을 평가하기 전에 warping 포인트에 의해 수행 warping의 양은 풍속에 의해 제어하거나 점차적으로 초기 구름 개발을 시뮬레이트하는 데 시간이 지남에 따라추가 69
  • 70. Procedural Animation Animating Volumetric Procedural Clouds 제트 기류를 따라 cumulus cloud warping의 결과인 애니메이션 프레임 70
  • 71. Implicit Primitive Animation Animating Volumetric Procedural Clouds Implicit 서피스와 동일한 방식으로 애니메이션 각자의 primitive’s 위치 매개 변수 (예 : 반지름)이며, 무게는 시간이 지남에 애니메이션 할수 있다. 파티클 애니메이션 프로그램 구름 파티클 시스템의 역학을 제어하려면 어떠한 상업적인 파티클 애니메이션 프로그램도 사용할 수 있다. 구름 역학에 대한 유용한 접근법 질적인 역학- 관찰된 속성과 구름의 형성의 간단한 시뮬레이션 구름 형성의 넓은 범위를 만드는 기본적인 물리적인 힘 계산이 비싸고, 매우 제한적인, 시뮬레이션하기가 매우 복잡 파라미터화된 규칙의 결합 관찰할 수있는 구름 동작을 시뮬레이션하는 파라미터화된 규칙의 결합은 강력한 구름 애니메이션 시스템을 생산 71
  • 72. Implicit Primitive Animation Animating Volumetric Procedural Clouds 애니메이션 “A Cloud Is Born” 에서의 구름층 72
  • 73. Implicit Primitive Animation Animating Volumetric Procedural Clouds Volumetric procedural implicit particle system of cumulus cloud 73
  • 74. Implicit Primitive Animation Animating Volumetric Procedural Clouds Volumetric procedural implicit particle system of cirrostratus clouds 74
  • 75. Interactivity and Clouds Interactive 속도로 렌더링 및 애니메이션 할 수 있는 구름의 생성 모델은 그래픽 하드웨어 속도와 프로그래밍의 최근의 증가와 함께 다루기 쉬워지고 흥미로운 도전이다 75
  • 76. 구름 형성 시뮬레이션에서 중요한 물리적 프로세스 Interactivity and Clouds Neyret (1997) Rayleigh-Taylor instability Bubbles Temperature Rate Variation Kelvin-Helmholtz instability Vortices, and Bernard cells 그의 모델은 다양한 스케일, 버블 생성, 구름 진화의 현상을 고려함 76
  • 77. Simple Interactive Cloud Models Interactivity and Clouds 마야의 MEL 스크립트 77
  • 78. Rendering Clouds in Commercial Packages Interactivity and Clouds volumeGas Volume-rendering plug-in For Maya 78
  • 79. Rendering Clouds in Commercial Packages Interactivity and Clouds 79
  • 80. Conclusion 이전 3개의 챕터의 목표는 현실적인 이미지와 가스와 유체의 애니메이션을 만들뿐만 아니라 이러한 기술의 발전에 대한 통찰력을 제공하는 데 사용되는 여러 가지 기법을 설명하는데 있 음 절차적 모델링 그리고 애니메이션테크닉을 탐 구하고 확장하는데 영감을 주고 절차적 디자인 접근 방법에 대한 통찰력을 제공 80
  • 81. Q&A