Earticle

비선형적 접근이라는 디지털 특성을 가진 컴퓨터 게임은 초기부터 인터랙티브 스토리텔링을 구현하였으며 오늘날 높은 게임엔진 성능으로 유저는 최소한의 제어로 스토리를주도하면서 영화와 같은 리얼타임 스토리를 감상할 수 있는 인터렉티브 무비 장르가 등장하였다. 높아진 기대수준에 맞는 3D리소스 제작에는 많은 인력과 기간이 필요하며 유저의 요구를 예상하고 연출, 제작, 녹음하는 기존의 제작방식에서 보다 더 효과적인 방안이 필요하다. 이에 게임엔진 리소스 제작량을 줄이면서 다양한 상황의 인터랙션을 구현할 수 있는 방안으로 Advanced Sub-unit interaction 방식을 제안하였다. 이는 향상된 물리엔진과 딥러닝으로 강화한 인공지능을 적극적으로 적용하여 캐릭터의 움직임, 대화, 자연환경 효과 등을 게임엔진에서 리얼타임으로 만드는 생성방식이다. 텐서플로우와 같은무료 딥러닝 라이브러리가 활성화 되고 CNN, RNN 학습법과 함께 GAN학습법이 일반화됨에 따라 인공지능의 결과물은 원본과 구별할 수 없을 만큼의 퀄러티를 보여준다. 또한향상된 물리엔진을 적극적으로 적용하여 주변사물의 디테일한 움직임을 생성할 수 있다. 연구에서 고찰된 내용들은 현재도 구현되는 기술들로서 이를 도입한다면 3D 리소스를직접 제작하지 않고 리얼타임으로 생성할 수 있으며 상황설정과 대화로서 유저가 메인스토리의 흐름을 벗어나지 않고 자연스럽게 따라갈 수 있도록 유도할 수 있을 것이다.

Computer games with the digital characteristics of a non-linear approach have implemented interactive storytelling from the beginning, and today, with high game engine performance, users lead the story with minimal control, and there is an interactive movie genre that allows users to enjoy real-time stories such as movies. Appeared. It requires a lot of manpower and time to produce 3D resources that meet the increased expectations, and a more effective method than the existing production method of predicting, directing, producing, and recording users' needs is needed. Therefore, an advanced sub-unit interaction method was proposed as a way to realize interaction in various situations while reducing the amount of game engine resource production. This is a generation method that actively applies the improved physics engine and artificial intelligence reinforced by deep learning to make the character's movement, dialogue, and natural environment effects in real time in the game engine. As free deep learning libraries such as TensorFlow are activated and GAN learning methods along with CNN and RNN learning methods become generalized, the results of artificial intelligence show a quality that is indistinguishable from the original. In addition, by actively applying the improved physics engine, it is possible to create detailed movements of surrounding objects. The contents considered in the study are technologies that are still implemented, and if they are introduced, 3D resources can be created in real time without directly producing them, and the context setting and dialogue can induce users to naturally follow the flow of the main story. There will be.

사람이 만든 대부분의 시스템들은 하이브리드 시스템으로 모델링될 수 있다. 하이브리드 시스템 모델은 의사결정을 담당하는 상위레벨 모델과 기계적 제어를 담당하는 하위레벨 모델로 구성되기 때문에, 그 구조가 복잡하기 마련이며 모델을 해석할 때 모델의 종류에 따라 서로 다른 해석 기법이 요구된다. 상위레벨 모델은 FSM과 같은 이산사건시스템의 해석기법으로 풀이할 수 있으나, 하위레벨은 연속시간 모델로 구성되기 때문에 공학적 수치해석 기법이 동원되어야 한다. 개발자가 이 두 레벨의 모델을 함께 개발하는 방식에는 어려움이 많기 때문에 본 연구에서는 게임 분야에서 널리 사용되어지고 검증되어진 물리엔진 미들웨어를 이용하여 하위레벨의 모델링 및 해석 과정에 적용할 수 있는 방법을 제시한다.

Most of the man-made systems can be modeled as a hybrid system which consists of both the high-level and the low-level component model. High level model is responsible for decision-making and the low-level one takes control of the mechanical component parts. Since the two models requires different interpretation method according to their type, analysis of a hybrid system becomes a difficult job. For the Analysis of the high-level model, methods for discrete event system models such as FSM can be used. On the contrary, numerical analysis techniques are required for the low-level continuous-time system model. Since it becomes a difficult thing for a modeller specifies and develops both the two-level models altogether, we propose an efficient hybrid simulation method which employs a game physics engine that has been widely and successfuly used in the area of game industry.

In large scale game battle scenes or the virtual reality environment, the scale of the collision handling has been getting bigger and the importance of it has been gradually increasing. In order to compare the collision handling algorithms, this paper develops six different benchmark based on the Bullet physics engine. By massive rigid body collision simulations, the number of collision pairs, the CPU utilization, the memory usage, and the computation time are profiled. For the CPU utilization, the Simple algorithm is the best and provides 19.3% less compared to the other algorithms. In terms of the computation time, the Dbvt algorithm is the best and provides 8.85 times speedup than the worst Simple algorithm. The memory usage of the 32bitAxisSweep3 algorithm is the largest and is average 2.57 times more than the other algorithms. The optimal collision handling algorithm can be selected through performance profiling by considering the criteria such as the minimum computation time, the limited computing resources, the collision shapes and the number of rigid bodies.

This paper analyzes the simulation operation flow of Bullet physics engine. Based on this analysis, four kinds of multi-rigid-body game characters are designed. This paper also profiles the performance metrics such as the CPU utilization, the memory usage, and the computation time by multi- rigid-body character simulations. For the CPU utilization, the Tongs Vehicle is the best and provides 45.1% less than the other character simulations. The computation times of the Four-leg robot and the Dragon are longer than those of the others. The memory usage of the Dragon simulation is the largest, which is average 1.32 times more than the others. Because all parts of Dragon are composed of triangular mesh models in 3DMax. The performance profiling with the criteria such as reducing the computation time and the computing resources, the complexities of the collision shapes, and the number of rigid bodies takes an important role in the design of the multi-rigid-body game characters.

물리엔진은 게임에 등장하는 객체들이 실세계의 물리적 법칙을 따라 움직이는 것처럼 시뮬레이션하는 게임 엔진의 한 요소이다. 본 논문은 오픈 소스로 제공되는 JBox2D 물리 엔진 라이브러리와 안드로이드 그래픽 API를 이용하여 작성한 모바일 게임의 구현 사례를 소개한다. 본 게임은 Crayon Physics로 알려진 PC 게임의 아이디어를 도입하였다. 이 게임은 사용자 캐릭터와 목표 캐릭터 사이에는 길이 끊어진 상태로 시작되며, 사용자는 끊어진 길을 잇는 다각형 물체를 만들어 사용자 캐릭터가 목표 캐릭터에 도달하도록 해야 한다. 사용자 캐릭터가 목표 캐릭터를 만나게 되면 승리하게 된다. 그러나 캐릭터 및 물체는 중력 등의 물리적 법칙에 지배를 받기 때문에 게임 사용자가 물체의 모양과 만드는 시점 등을 잘 설정해야 한다. 본 논문에서는 PC에는 없지만 모바일 단말기에 있는 LCD 터치와 가속도 센서 등의 다양한 입력 방식을 도입하였다. LCD 터치를 이용하여 사용자가 물체를 임의로 만들 수 있게 하였으며, 단말기를 기울여서 가속도 센서를 작동시켜 물체나 사용자 캐릭터를 이동시키는 방법을 도입하였다.

As a software component for computer game, the physics engine simulates objects' movement according to the laws of physics. This paper introduces a design and implementation of mobile game on the Android platform, where we used JBox2D physics engine library and Android graphics APIs. We borrowed the key idea of this game from Crayon Physics which is known as a famous PC game. This game starts with no way from user character to destination character. The game user has to make a way to destination character from user character by creating polygon objects between them. The user wins when user character meets destination character. However, the game user has to decide the time to create objects and their shapes well because all objects in this game are governed by the laws of physics. As an important thing of this paper, we introduced into this game new input methods of LCD touch and sensors embedded in mobile devices but not in PCs. Game users can create objects by drawing polygons with LCD touch and move objects or characters according to sensor values from accelerator sensors by tilting the mobile device.

다양한 디지털 영상 미디어의 등장과 발전에 따라 애니메이션에 대한 논의가 풍부하게 이루어지고 있다. 다만 그러한 논의의 출발이 되는 애니메이션의 정의와 본질에 관한 문제는 애니메이션이 영화의 시대에 있을 때, 정확하게는 셀룰로이드 필름위에 존재할 때 이루어졌거나, 또는 비디오나 디지털 미디어의 최종 상영형식에 의존하여 이루어지는 경우가 많아, 이에 대한 재검토가 필요한 상황이다. 본 연구는 그 정의를 먼저 재검토하여 애니메이션의 본질적 속성은 무엇인가를 밝히고 있다. 애니메이션은 결국 움직이는 이미지라는 환영을 직접적으로 조작하여 만들어 내는 것이다. 그 환영을 위해 이미지가 어떤 단위로 업데이트되는가 하는 문제는 이제 중요하지 않게 되었다. 디지털 애니메이션의 새로운 미학적 가능성은 프레임이나 픽셀을 검토할 때 보다는 그것이 만들어지는 방법론에서 찾아야 한다. 이에 따라 본 연구는 엔진-애니메이션을 제안한다. 오늘날의 애니메이팅이라는 것은 결국 키프레임을 어떻게 조작하는가의 문제로 환원되는 것이다. 엔진-애니메이션은 이 키프레임의 조작이라는 행위도 애니메이션의 본질적 속성을 담보할 수 없을 것을 가정한다. 지금까지 물리적인 현상을 재현하기 위해 제한적으로 사용되어 왔던 물리엔진의 전면적 사용은 키프레임의 소멸을 요청할 것으로 본다. 본 연구는 이에 따라 물리엔진을 물리현상의 재현을 위해 사용하는 것이 아닌 작품 전체를 작동하는 새로운 방법론으로 삼는 두 작가의 작품세계를 검토한다. 그들에게 물리엔진의 사용은 미학적 선택이었으며, 그것을 통해 그들은 전에는 볼 수 없었던 새로운 차원의 움직이는 이미지를 제시하거나 지각하게 하거나 개입하게 함으로서 애니메이션의 형식적 경계를 실험하고 있다.

Discussions have been active about animation in various forms of digital image media. However, with regard to the issues of definitions and the essence of animation, which form the starting point of such discussions, questions arise as to whether animations are created in the age of cinema, precisely on celluloid film, or as part of the final screening form of videos or digital media. This situation therefore calls for a review. In this study, we initially review the definition of and clarify the essential attributes of animation. Animation is created by manipulating the illusion of moving images. The question of which unit of an image is updated for the illusion is no longer important. The new aesthetic potential of digital animation should be found in the methodology in which it is created, rather than when examining a frame or pixel. Therefore, this study suggests the concept of engine animation. Creating motion from an image relies on the operation of the current key frame. Engine animation assumes that the act of manipulating a key frame cannot guarantee a decisive meaning. The extinction of the key frame will require the full use of the physical engine, which has been used thus far to reproduce physical phenomena. This study examines the works of two artists who use the physical engine as a new methodology to accomplish entire works instead of reproducing physical phenomena. Their use of the physics engine is an aesthetic choice through which they experimented with the formal boundaries of animation by presenting, perceiving, or engaging in new dimensions of moving images never seen before.

We propose an effective kinetic art generation framework based on a 3D physics simulation. The framework focuses on the design process time required for an artist to express artistic ideas while reducing the time and cost of producing machine structures of kinetic art. We utilize JBullet, a well-known physics engine, to verify the physical accuracy of the kinetic art by providing rigid body simulation, collision resolution, and constraints. The experimental results show that the proposed animation framework can effetively handle the tedious and repetitive process of previous kinetic artwork.

Augmented Reality (AR) is a useful technology for various industrial systems. This paper suggests a new playground system which uses markerless AR technology. We developed a virtual playground system that can learn physics and kinematics from the physical play of people. The virtual playground is a space in which real scenes and CG are mixed. As for the CG objects, physics of the real world is used. This is realized by a physics engine. Therefore it is necessary to analyze information from cameras, so that CG reflects the real world. Various games options are possible using real world images and physics simulation in the virtual playground. We think that the system is effective for education. Because CG behaves according to physics simulation, users can learn physics and kinematics from the system. We think that the system can take its place in the field of education through entertainment.

레이싱 게임은 자동차의 물리 지형과의 마찰 그리고 오브젝트간의 충돌을 구성하여 시뮬레이션되어야 한다. 그러나 NPC 의 이동 시에 NPC 도 PC 와 같이 일반적인 자동차 물리를 사용한다면 많은 부하가 걸리게 된다. 따라서 본 논문에서는 부하를 줄이고 NPC 의 이동을 구성하며 인공지능을 포함하여 스스로 길을 찾아가는 효과를 연출하기 위해 물리엔진과 네비게이션 메쉬를 사용하였다.

레이싱 게임은 자동차의 물리 지형과의 마찰 그리고 오브젝트간의 충돌을 구성하여 시뮬레이션되어야 한다. 그러나 NPC 의 이동 시에 NPC 도 PC 와 같이 일반적인 자동차 물리를 사용한다면 많은 부하가 걸리게 된다. 따라서 본 논문에서는 부하를 줄이고 NPC 의 이동을 구성하며 인공지능을 포함하여 스스로 길을 찾아가는 효과를 연출하기 위해 물리엔진과 네비게이션 메쉬를 사용하였다.

본 논문은 3차원 게임 내에서 물리 엔진을 이용하여 다양한 객체들의 충돌 처리를 구현하는 방법과 그에 따른 문제점에 대해 설명한다. 특히, 3D 게임콘텐츠에서 실시간으로 유용하게 사용될 수 있는 알고리즘을 제안한다.

This paper proposes the collision detection of objects of variety how to implement method and corresponding problems in 3D game engine. Specially, I propose the algorithm using a game engine technique to produce 3D game contents.

국내 게임 분야의 기술은 업소용 게임장을 중심으로 3차원 영상과 부분적인 체감형 인터페이스를 채용한 게임이 빠른 증가 추세이고, 게임 내용에 따른 재미 요소와 인간의 감각을 매개로 하는 다양한 체감형 반응.조작 장치의 시험적 상용화가 증가되고 있다. 따라서 3D 영상 및 실세계를 정밀하게 실시간으로 시뮬레이션 할 수 있는 물리 엔진의 필요성이 대두되고 있다. 이에 본 논문에서는 PC를 기반으로 한 물리엔진에 대한 설계와 구현 결과에 대해서 서술한다.

A mobile manipulator is capable of handling a wide range of workspaces by overcoming the limitations of mobility inherent in existing fixed-base manipulators. To simulate the mobile manipulator, two contact operations should be considered in the physics engines. One of these operations is the grasp stability between the gripper and the object, while the other involves the contact between the wheels of the mobile robot and the ground during driving. However, it is still difficult to choose an appropriate physics engine for simulating these contact operations of the mobile manipulator. In this paper, the performance of physics engines for simulating the mobile manipulator is evaluated. Firstly, the grasp stability of the physics engine is quantitatively evaluated based on the contact force discontinuity. Secondly, when the mobile robot is controlled by open or closed-loop control methods, differences in the path taken by the mobile robot depending on the physics engine are analyzed. To assess the performance of robot simulation, three dynamic simulators-MuJoCo, CoppeliaSim, and IsaacSim-are used along with five physics engines: MuJoCo, Newton, ODE, Bullet, and PhysX.

본 논문에서는 물리엔진 기반으로 지능형 주행 시스템을 구현하여 사용자에게 쾌적한 주행 환경을 제공하여 사용자가 즐거움을 느낄 수 있도록 하는 것에 목적을 두고 있다. 이를 위해 시스템 환경 내에서 사용자의 위치 및 회전각을 추출한 다음 유한 상태 머신과 베이즈 이론에 입각하여 구현된 모듈에 입력하여서 분석을 한다. 그리고 모듈에서 나온 분석 결과를 장애물이나 커브 구역에서 제공 함으로서 사용자가 현 위치에 따른 환경을 인지하여 좀 더 나은 주행을 할 수 있도록 하였다. 또한 시스템 내부적으로 분석된 자료가 주행 시스템에 피드백 과정을 통해 입력되어 자동적으로 환경에 적응하여 주행 시간을 단축하는 시스템을 설계 하였고, 일부 기능에 대한 구현을 완료하였다.

본 논문에서는 물리엔진 기반으로 지능형 주행 시스템을 구현하여 사용자에게 쾌적한 주행 환경을 제공하여 사용자가 즐거움을 느낄 수 있도록 하는 것에 목적을 두고 있다. 이를 위해 시스템 환경 내에서 사용자의 위치 및 회전각을 추출한 다음 유한 상태 머신과 베이즈 이론에 입각하여 구현된 모듈에 입력하여서 분석을 한다. 그리고 모듈에서 나온 분석 결과를 장애물이나 커브 구역에서 제공 함으로서 사용자가 현 위치에 따른 환경을 인지하여 좀 더 나은 주행을 할 수 있도록 하였다. 또한 시스템 내부적으로 분석된 자료가 주행 시스템에 피드백 과정을 통해 입력되어 자동적으로 환경에 적응하여 주행 시간을 단축하는 시스템을 설계 하였고, 일부 기능에 대한 구현을 완료하였다.

이 논문은 게임물리엔진에서 게임세계의 물리적인 요소를 통하여 게임에 존재하는 캐릭터들에게 인공지능을 부여하기 위한 연구에 관해서 다룬다. 게임속에서의 물리적인 상황을 자동인식하기 위해서 신경망을 이용하였다. 게임속에서의 인공지능의 적용은 게임의 속도저하를 가져오게 되는데 이 논문에서는 그러한 단점을 보완하기 위하여 물리엔진에서 캐릭터의 움직임을 계산하는 수치적분 메서드들에 대한 각 물리상황에 따른 최적의 성능을 분석하여 각각의 물리 상황마다 다른 수치 적분 메서드를 적용하는 내부 구조를 취하였다. 수치적분 메서드에 대한 각각의 성능 분석은 세가지의 물리적 상황을 구분하여 그에 기반하여 실험되었다. 인공지능 캐릭터에 대한 실험은 신경망의 토폴로지에 대한 변화와 학습 횟수에 대한 변화 및 은닉층에 대한 변화로 신경망에서의 최적의 성능에 대한 평가를 실시하였다.

오늘날 중․고등학생들은 일상적으로 게임을 즐기며 게임 개발에도 흥미를 보인다. 학생들의 게임에 대한 관심을 과학 교육에 활용하는 방안의 하나로, 이 연구에서는 소프트웨어 개발 교육과 과학 탐구 활동을 접목시켜 보았다. 먼저‘유니티(Unity)’라는 게임 엔진에서 거미줄 그물망 모형을 구현했다. 그리고 유니티에 탑재된 물리 엔진을 활용하여 시뮬레이션을 수행함으로써 거미줄 그물망 구조의 역학적인 특성을 탐구했다. 탐구 결과는 선행 연구들의 결과와 일치했다. 여기서 더 나아가 거미줄의 각기 다른 지점에 먹이가 매달린 경우의 역학적 특성도 탐구했고, 실험 결과를 바탕으로 거미의 생존 측면에서 거미줄의 그물망 구조가 갖는 이점을 간단히 고찰했다.

Computer games have become a significant part of the daily lives of secondary school students nowadays. Taking advantage of their interests in games and game development, we attempt to incorporate software education into science research projects in this paper. We implemented a computational model representing spiderwebs on Unity, a well-known game engine, and ran various simulations of the spiderweb model to examine its mechanical properties. Since the results from the spiderweb model on the Unity engine were in accordance with previous results in the literature, we were able to investigate the effects of preys captured in spiderwebs using Unity. Based on our results, we briefly discuss how the structural properties of spiderwebs can be beneficial for the survival of spiders.