In this thesis, we propose a haptic volume visualization technique that enables people to feel haptic feedback in volumetric data. The existing haptic rendering techniques have a limitation in that people can feel haptic feedback only for the surface extracted through the isometric surface of the volumetric data. We propose a method to enable people to feel haptic feedback on the inside of volumetric data as well as surface of the data. The deformation produced by the haptic probe inside the volumetric data is simulated using the finite element method. The haptic feedback is modeled using the stresses and strains resulting from the simulation. This allows users to feel haptic feedback inside the volumetric data and provide a richer experience when they interact with volumetric data. The proposed technique can be applied not only to volumetric data consisting of a single material but also to volumetric data consisting of several kinds of materials with an additional internal structure. The proposed method not only expresses the difference between distinct materials through material properties such as Young's modulus and Poisson's ratio, but also provides stable haptic feedback when moving from one material to another material. In order to perform the simulation within the haptic rendering time while using the finite element methiod, we performed simulation on region where actual deformation is happening rather than executing the finite element method for the entire volumetric data.
본 논문은 볼륨 데이터에서 햅틱 피드백을 느낄 수 있게 하는 햅틱 볼륨 시각화 기법을 제안한다. 기존의 햅틱 렌더링 기법은, 볼륨 데이터의 등각곡면을 통해 추출된 표면에 대해서만 햅틱 피드백을 느낄 수 있는 한계점을 가진다. 제안하는 기법은 볼륨 데이터의 표면 뿐만 아니라 볼륨 데이터 내부에서 햅틱 피드백을 느낄 수 있도록 하는 방법이다. 볼륨 데이터 내부에서 햅틱 프로브가 만들어내는 변형을 유한요소법을 이용하여 시뮬레이션한다. 시뮬레이션 결과로 얻어진 응력과 변형을 이용해 햅틱 피드백을 모델링한다. 이를 통해 볼륨 데이터 내부에서 햅틱 피드백을 느낄 수 있게 함으로써 사용자에게 더욱 풍부한 경험을 제공할 수 있다. 제안한 기법은 하나의 물질로 이루어진 볼륨 데이터 뿐만 아니라, 여러 종류의 물질로 이루어져 추가적인 내부 구조를 가진 볼륨 데이터에도 적용이 가능하다. 제안한 기법은 물질의 성질 중 영률과 푸아송 비를 통해 서로 다른 물질 간의 차이를 표현할 수 있을 뿐만 아니라, 한 물질에서 다른 물질로 이동할 때 안정적인 햅틱 피드백을 제공한다. 유한요소법을 사용하면서도 햅틱 렌더링 시간 내에 시뮬레이션을 시행하기 위해, 전체 볼륨 데이터에 대해 유한요소법을 시행하는 것이 아닌, 변형이 일어나는 지역에 대해서만 시뮬레이션을 진행함으로써, 햅틱 렌더링에서 요구하는 시간을 달성하였다.
