CAVE상에서의 Visible Korean Human의 대화식 입체 가시화 소프트웨어 개발

Abstract

Ⅰ. 제목 CAVE상에서의 Visible Korean Human의 대화식 입체 가시화 소프트웨어 개발 Ⅱ. 연구개발의 목적 본 연구는 한국과학기술정보연구원에서 생성한 방대한 크기의 Visible Korean Human 데이터로부터 컴퓨터 그래픽스 및 가상현실 기술을 적용하여 원래의 인체 영상에 대한 모습을 3차원적으로 복원할 수 있는 소프트웨어를 개발함을 목표로 한다. 특히 한국과학기술정보연구원의 슈퍼컴퓨팅센터에 설치한 CAVE 시스템상에서 복원된 영상을 대화식으로, 그리고 입체적으로 가시화를 함으로써, 일반 사용자들이 가상 환경에 몰입하여 Visible Korean Human의 신체를 효과적으로 탐색할 수 있는 소프트웨어를 개발한다. Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위 본 연구의 구체적인 내용 및 범위는 다음과 같다. 1) Visible Korean Human의 CT 데이터의 효과적인 가시화를 위한 소프트웨어 개발. 2) 슈퍼컴퓨팅센터의 CAVE 시스템에서 사용자가 Visible Korean Human의 피부와 뼈를 각각 또는 동시에 입체적으로 관찰할 수 있는 소프트웨어 개발. 3) 사용자가 Visible Korean Human의 신체를 움직이거나, 원하는 물질을 선택하거나, 물질의 색깔을 바꾸거나, 광원의 위치를 바꾸는 등의 조작을 대화식으로 가할 수 있는 기능 제공. Ⅳ. 연구개발결과 지난 6개월간의 연구․개발을 통하여 슈퍼컴퓨팅센터의 CAVE 시스템에 연결된 SGI Onyx 3400 시스템 상에서 C/C++, OpenGL, OpenGL Performer, OpenGL Multipipe, trackd API 등의 툴을 사용하여 대화식 입체 가시화 소프트웨어를 개발하였다. 본 소프트웨어 개발에 있어 효율적인 입체 가시화를 위하여 방대한 볼륨 데이터의 빠른 렌더링에 적합한 텍스춰 매핑 하드웨어를 사용하는 영상 기반 렌더링 기법을 개발하고 적용하였다. 본 소프트웨어는 Visible Korean Human 데이터와 Visible Man 데이터를 동시에 가시화할 수 있도록 고안되었다. 또한 CAVE 상에서 유연한 사용자 인터페이스를 통하여 대화식으로 탐색을 하거나, 뼈나 피부 중 원하는 물질을 선택을 하거나, 물질과 광원의 색깔, 그리고 광원의 위치 등을 자유자재로 선택할 수 있도록 하였다. 또한 신체 데이터에 대한 CT 단면 슬라이스 및 X-Ray 효과를 내주는 기법을 적용하여 효과적인 가시화가 가능케 하였다. Ⅴ. 연구개발의 활용 계획 무엇보다도 본 연구를 통하여 획득한 요소 기술들은 Visible Korean Human 데이터의 효용성을 극대화하는데 일조를 할뿐만 아니라, 과학적 가시화 분야에서 빈번히 산출되고 있는 방대한 크기의 유사한 볼륨 데이터를 입체적으로 가시화하는데 있어 유용하게 쓰일 것이다. 또한 본 연구에서 획득한 그래픽스 기술들은 장기적으로는 일부의 연구진들만 접할 수 있는 SGI Onyx 3400과 같은 고가의 장비 외에도 비교적 저가로 구축할 수 있는 PC 시스템에서도 용이하게 적용할 수 있을 것이다. 그러한 기술들은 PC와 저가의 입체영상용 안경으로 쉽게 구축할 수 있는 입체 영상 시스템에서 Visible Korean Human의 데이터를 3차원적으로 복원하여 입체적으로 관찰할 수 있는 소프트웨어를 개발하는데 있어 중요한 요소 기술로 사용될 수 있을 것이다.

Ⅰ. Title Development of Software for Interactive Stereoscopic Visualization of Visible Korean Human on CAVE Ⅱ. Objective of the study This research aims at developing a visualization system that, through the application of 3D graphics techniques, reconstructs human body from the huge Visible Korean Human dataset, being generated by Korea Institute of Science and Technology Information (KISTI). More specifically, we develop software that allows users to immerse themselves in virtual environment, created by the CAVE system installed in Supercomputing Center of KISTI, where they navigate and investigate the reconstructed Visible Korean Human effectively. For this, the software system is designed to interactively produce stereoscopic images from the dataset. Ⅲ. Content and scope of the study This research is concerned with the following specific problems: 1) Development of software that effectively visualizes the Visual Korean Human`s CT dataset. 2) Development of software that allows users to investigate skin and/or bone of the Visible Korean Human stereoscopically in the CAVE system of Supercomputing Center of KISTI. 3) Development of software that allows users to interactively manipulate the reconstructed human body, classify materials, and modify material and lighting parameters. Ⅳ. Result of the study Through the past six months` research and development efforts, we have developed interactive stereoscopic visualization software for the Visible Human Korean dataset. This software was implemented on the SGI Onyx system connected to the Supercomputing Center`s CAVE system, using C/C++, OpenGL, OpenGL Performer, OpenGL Multipipe, and trackd API. For the effective visualization, we developed an image-based rendering technique, accelerated by texture-mapping hardware, that is appropriate for fast rendering of huge volume data. The resulting software is efficient enough to visualize both Visible Korean Human and the Visible Man from National Library of Medicine simultaneously. The flexible user interface of the software system allows users to interactively navigate through the virtual environment, dynamically changing material and lighting parameters. As well as the 3D reconstructed images of skin and bone, it enhances the effectiveness in visualization by displaying the CT slices and simulated X-Ray images. Ⅴ. Application schemes First of all, the technologies on interactive stereoscopic visualization, acquired through this research, will help maximize the utility of the Visible Korean Human dataset. It can also be effectively used in visualizing other huge volume datasets frequently generated in various scientific visualization areas. Furthermore, we plan to utilize the obtained technologies in developing visualization software on cheaply built PC systems. Through this effort, it will be possible to stereoscopically reconstruct the Visible Korean Human in the PC-based virtual reality environment that is easily accessible to users.