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Morphology and Color Changes in Drying Leaves

1. 연구 소개

낙엽은 수분의 건조가 진행됨에 따라서 표면에 주름이 생기고 색상은 점차 바래진다. 본 연구는 수축에 의해서 자연스럽게 주름을 생성할 수 있는 새로운 셸 구조를 제안하고, 복잡한 주름을 생성하도록 야기하는 잎 내부의 불균일한 수분 손실과 흐름을 계산함으로써 시간의 흐름에 따라서 자연스러운 낙엽의 형상 변화 과정을 시뮬레이션 하고자 한다.

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2. Voronoi-Triangle Double Layer

우리가 낙엽을 정의하기 위해서 사용하는 이중 레이어 구조는, 상하층 혹은 같은 평면 내의 수축량의 차이가 발생할 때 그 차이에 따라서 구조적으로 구부러질 수 있도록 한다. 시각적으로 가장 도드라지는 잎맥을 따라서 메쉬 구조를 생성하기 위해서, 우리는 삼각형 메쉬를 기반으로 하는 이중 레이어 구조를 정의를 한다. 잎의 경계 형태와 그 내부의 잎맥 구조를 고려하여 생성된 삼각형 메쉬가 주어져 있을 때, 우리는 그에 대응하는 Voronoi diagram을 사용하여 두 레이어를 정의하고, 각 삼각형의 Voronoi 점과 세 꼭지점을 연결함으로써 두께를 가지는 메쉬를 정의한다.

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3. Osmotic Water Flow

잎은 잎맥에서부터 거리가 먼 영역부터 점진적으로 그 건조된 영역이 확대된다. 따라서, 잎의 건조 영역을 점차 확장 시킬 때 잎맥의 형태를 고려하기 위해서는 잎 내 수분의 흐름을 컨트롤 하기 위한 기법이 요구된다. 일반적인 전파 방정식은 수분의 흐름이 모든 방향으로 동일하게 전파되기 때문에, 수분의 흐름을 컨트롤 하기에는 쉽지 않다. 우리는 실제 잎 내부에서 수분의 흐름이 세포간의 삼투압에 차이에 의해서 발생한다는 이론을 기반으로 하여, 수분의 차이가 아니라 농도의 차이에 의해서 수분의 흐름을 컨트롤 하는 기법을 소개한다. 수분의 흐름은 농도가 동일한 방향으로, 즉 용질량과 수분량이 비례하도록 하는 방향으로 수분이 전파되기 때문에, 용질량의 분포를 디자인 함으로써 수분의 흐름을 컨트롤 할 수 있도록 한다.

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4. Color Changes

잎 내부의 세포나 수액에는 크게 네 가지 색소, chlorophyll, carotene, anthocyanins, tannins가 분포해 있으며, 이들 색소는 특정 스펙트럼의 빛을 흡수함으로써 각각 녹색, 노란색, 빨강색, 갈색을 표현한다. 잎의 색상은 이러한 색소의 비율에 따라서 결정이 되는데, 색소의 생성과 파괴가 환경 요인에 따라 민감하게 변화하기 때문에 계절의 변화에 따라서 잎의 색상이 부드럽게 변화하게 된다.

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5. Simulation Results

본 기법을 통해서 시뮬레이션 한 결과가 매우 사실적이라는 것을 증명하기 위해서, 우리는 실제 잎의 건조 결과와 시뮬레이션 결과를 다음과 같이 비교해 보았다.

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6. Related Publications

SoHyeon Jeong, Si-Hyung Park and Chang-Hun Kim, "Simulation of Morphology Changes in Drying Leaves", Computer Graphics Forum, Accepted.

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