3D Cloud Animation using Cloud Modeling Method of 2D Meteorological Satellite Images

2차원 기상 위성 영상의 구름 모델링 기법을 이용한 3차원 구름 애니메이션

  • Lee, Jeong-Jin (Dept. of Digital Media, The Catholic University of Korea) ;
  • Kang, Moon-Koo (Charming Incorporated) ;
  • Lee, Ho (Dept. of Radiation Oncology, Stanford University) ;
  • Shin, Byeong-Seok (Dept. of Computer Science and Information Engineering, Inha University)
  • 이정진 (가톨릭대학교 디지털미디어학부) ;
  • 강문구 ((주)차밍) ;
  • 이호 (스탠포드대학교 방사선종양학과) ;
  • 신병석 (인하대학교 컴퓨터정보공학과)
  • Published : 2010.02.20

Abstract

In this paper, we propose 3D cloud animation by cloud modeling method of 2D images retrieved from a meteorological satellite. First, on the satellite images, we locate numerous control points to perform thin-plate spline warping analysis between consecutive frames for the modeling of cloud motion. In addition, the spectrum channels of visible and infrared wavelengths are used to determine the amount and altitude of clouds for 3D cloud image reconstruction. Pre-integrated volume rendering method is used to achieve seamless inter-laminar shades in real-time using small number of slices of the volume data. The proposed method could successfully construct continuously moving 3D clouds from 2D satellite images at an acceptable speed and image quality.

본 논문에서는 기상 위성으로부터 수신된 2차원 영상들을 구름 모델링 기법을 이용하여 3차원 입체 영상으로 재구성하는 구름 애니메이션 방법을 제안한다. 먼저 위성 영상들에 다수의 제어점을 분포시킨 후, 박판 스플라인 워핑 해석을 통하여 구름의 움직임을 모델링한다. 이에 더하여 가시채널과 적외채널 영상으로부터 구름의 양과 높낮이 정보를 추출하여 입체감을 가진 3차원 구름을 모델링한다. 구름 가시화를 위하여 적은 수의 볼륨데이터 슬라이스로도 우수한 품질의 영상을 빠르게 얻을 수 있는 선적분 볼륨 렌더링 방식을 사용한다. 제안 기법으로 2차원 위성 영상으로부터 적절한 속도와 화질을 갖는 3차원 구름 애니메이션이 가능하다.

Keywords

References

  1. S. A. Albers, J. A. McGinley, D. L. Birkenheuer, J. R. Smart, "The local analysis and prediction system (LAPS): Analyses of clouds, precipitation, and temperature", Weather and Forecasting, Vol. 11, No. 3, pp. 273-287, 1996. https://doi.org/10.1175/1520-0434(1996)011<0273:TLAAPS>2.0.CO;2
  2. 안명환, 김금란, "기상인공위성의 현황과 계획: 정지궤도 통신해양기상위성의 기상분야 요구상에 관하여", 대기, 12권, 4호, pp. 20-42, 2002.
  3. 김용상, 박옥란, 이용희, "중규모 모델의 구름자료 초기화를 위한 3차원 구름 분석", 대기,13권, 1호, pp. 224-227, 2003.
  4. W. T. Reeves, "Particle systems - a technique for modeling a class of fuzzy objects", ACM Transactions on Graphics, Vol. 2, No. 2, pp. 91-108, 1983. https://doi.org/10.1145/357318.357320
  5. R. Fedkiw, J. Stam, H. W. Jensen, "Visual Simulation of Smoke", Proceedings of ACM SIGGRAPH 2001, pp. 15.22, 2001.
  6. G. Gardner, "Visual simulation of clouds", Proceedings of ACM SIGGRAPH 1985, pp. 297-304, 1985.
  7. Y. Dobashi, K. Kaneda, H. Yamashita, T. Okita, T. Nishita, "A simple, efficient method for realistic animation of clouds", Proceedings of the 27th annual conference on computer graphics and interactive techniques, pp. 19-28, 2000.
  8. J. Kniss, S. Premoze, C. Hansen, D. Ebert, "Interactive translucent volume rendering and procedural modeling", Proceedings of the conference on Visualization 2002, pp. 109-116, 2002.
  9. B. K. P. Horn, B. G. Schunck, "Determining optical flow", Artificial Intelligence, Vol. 17, pp. 185-203, 1981. https://doi.org/10.1016/0004-3702(81)90024-2
  10. Z. Xie, G. E. Farin, "Image registration using hierarchical B-splines", IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol. 10, No. 1, pp. 85 - 94, 2004. https://doi.org/10.1109/TVCG.2004.1260760
  11. J. F. Blinn, "Light reflection functions for simulation of clouds and dusty surfaces", Proceedings of ACM SIGGRAPH 1982, pp. 21 - 29, 1982.
  12. H. W. Jensen, P. H. Christensen, "Efficient simulation of light transport in scenes with participating media using photon maps", Proceedings of ACM SIGGRAPH 1998, pp. 311-320, 1998.
  13. M. Levoy, "Efficient Ray Tracing of Volume Data", ACM Transactions on Graphics, Vol. 9, No. 3, pp. 245-261, 1990. https://doi.org/10.1145/78964.78965
  14. R. Yagel, Z. Shi, "Accelerating volume animation by space-leaping", Proceedings of IEEE Visualization 1993, pp.62-69, 1993.
  15. J. Danskin, P. Hanrahan, "Fast algorithms for volume ray tracing", Workshop on Volume Visualization, pp. 91-98, 1992.
  16. S. Rottger, M. Kraus, T. Ertl, "Hardwareaccelerated volume and isosurface rendering based on cell-projection", Proceedings of IEEE Visualizastion 2000, pp. 109-116, 2000.
  17. F. L. Bookstein, "Principal warps: thin-plate splines and the decomposition of deformations", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 11, No. 6, pp. 567 - 585, 1989. https://doi.org/10.1109/34.24792
  18. K. Rohr, H. S. Stiehl, R. Sprengel, T. M. Buzug, J. Weese, M. H. Kuhn, "Landmarkbased elastic registration using approximating thin-plate splines", IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. 20, No. 6, pp. 526-534, 2001. https://doi.org/10.1109/42.929618
  19. K. Engel, M. Kraus, T. Ertl, "High-quality pre-integrated volume rendering using hardwareaccelerated pixel shading", Proccedings of ACM Siggraph/Eurographics Workshop on Graphics Hardware 2001, pp. 9-16, 2001.