VTK 안내


우리가 사는 공간이 3차원이고, 물리도 3차원을 그 바탕으로 하고 있습니다. 따라서 물리적인 내용을 2차원의 화면으로 나타내는데는 한계가 있습니다. 지금은 2차원 영상으로 3차원을 느끼게 하는 기술이 발달하여 3D 영화가 널리 보급되고 있지만 이것은 시점이 고정되어 있는 환경에서 입체를 느낄 수 있는 정도로 진정으로 3D라고 하기는 어렵습니다. 이는 두 개의 평면영상을 겹친 것 정도로 볼 수 있을 것입니다.
진정한 3차원 영상은 3차원 공간을 가득채우고 있는 영상정보라고 할 수 있습니다. 우리 몸을 3차원 스캔한 MRI 영상이 하나의 예입니다. 이렇게 구성된 3차원 영상은 돌려보거나 단면의 영상을 보거나 마음대로 조작을 할 수 있습니다. 컴퓨터로 실현하는 이러한 기법을 3D Visualization이라 합니다.
물리적인 내용이라도 1차원이나 2차원으로 표현하는 것이 충분한 경우도 있지만 꼭 3차원이 되어야 하는 것도 있습니다. 수소원자의 전자의 구름분포가 그 예입니다. 따라서 이 사이트를 구성하면서 3D를 제대로 표현하기 위해서 여러 가지를 모색하여 플래시로 구현한 경우도 있고, Java로 구현한 경우도 있습니다. 그러나 플래시나 Java는 기본적으로 3D의 표현능력을 가지고 있지 않습니다. 물론 Java는 일반적인 프로그램 언어이므로 이로부터 무엇이든 할 수 있고, 또한 Oracle(예전의 Sun)에서는 Java 3D를 이용할 수도 있긴 합니다.
여기서는 Java + VTK 를 이용해서 내용 중에서 3D가 필요한 부분에 이용합니다. Java에 VTK를 더하는 것은 인터넷에 공개된 내용이 거의 없어서 매우 힘든 작업이었습니다. 그러나 근근히 해낸 후 몇몇 물리적인 내용을 이로써 나타내 보니 결과는 놀라울 정도었습니다. (이 사이트의 웹교재 > 현대불리 > 양자역학 > 수소원자의 양자론의 마지막 페이지를 보기 바랍니다.) 그러나 이를 웹상에서 볼 수 있으려면 다음의 절차를 따라서 VTK를 설치해야 합니다.

VTK 설치절차

VTK로 표시된 프로그램은 Java Applet에 VTK이라는 그래픽 도구를 덧씌운 것으로 작성하였습니다. 따라서 컴퓨터에 Java와 함께 VTK가 제대로 설치되어야 프로그램을 운용할 수 있습니다.

1. Java 설치

VTK를 운용하는데 필요한 Java는 Java 7 입니다. 따라서 Oracle사에서 JRE 7을 다운받아서 설치해야 합니다. 만일 Java 6 이나 그 이하를 설치해 있다면 이를 제거하고 JRE 7로 Upgrade하시기 바랍니다.

Java 다운로드 사이트 => Java SE 7u1 의 JRE

2. VTK 설치

VTK는 Visualization Toolkit 으로 3D 관련 가장 강력한 공개 개발도구 입니다. 이는 C++으로 개발된 것으로 CMake를 통해서 다른 운용체계, 다른 프로그램 언어에서 사용할 수 있게 합니다. (VKT 참고)
웹에서 VTK을 이용하기 위해서는 Java에서 이용할 수 있는 라이브러리로 만들어야 합니다. 이렇게 특정한 운영체계, 특정한 언어로 개발한 프로그램을 다른 환경에서 사용할 수 있게 하는 것을 Wrapping이라 합니다. vtk.org에서는 이렇게 Wrapping하는 툴로 CMake도 제공하고 있습니다. 이에따라 Java에서 이용할 수 있는 라이브러리를 힘들게 구축하였습니다. 여기서 이를 VTK Java Wrapper이라고 부르도록 합니다. 이의 구축환경은 다음과 같습니다.

- VTK 5.8.0 버전 이용 (2011.11.11 현재 최신 버전)
- CMake 2.8.6 이용 (2011.11.11 현재 최신 버전)
- Java 7 SE (JDK 1.7) 이용 (2011.11.11 현재 최신 버전)
- Windows 7에서 Visual Studio .NET 2008 이용 (x86, 32bit)
이러한 환경으로 VTK Java Wrapper를 제작했으므로 Windows 환경에서만 작동됩니다. (Window 7에서 브라우저 Internet Explorer, Chrome, FireFox, Safari으로 작동되는 것을 확인하였음)

(1) 사용자 컴퓨터에 VTK Java Wrapper를 설치한다.
Java Wrapper 다운로드(~25Mb)
Zip 파일을 다운로드 해서 컴퓨터의 적절한 디렉토리에 압축을 풀어둔다. (266개의 파일)
(ex) c:\JavaVTK\bin

(2) 압축을 푼 Dir에 Path를 건다.
절차(Windows 7의 경우): 시작 -> '제어판' -> '시스템 및 보안' -> '시스템' -> '고급 시스템 설정' -> '고급' 탭 -> '환경변수' -> 'user에 대한 사용자 변수' 혹은 '시스템 변수' -> 'PATH' -> '변수값'에 Path 추가한다.
ex) PATH=c:\JavaVTK\bin;...

3. VTK를 이용한 Applet이 있는 페이지 열람시 다음과 같은 인증절차가 나옵니다. 이 때 실행 버튼을 눌러서 승인 해야합니다.

이는 Java Applet이 앞의 절차에 따라 사용자의 컴퓨터에 추가로 설치된 VTK 라이브러리를 이용하기 때문입니다.

VTK 프로그램 화면 조작법

3D로 나타나는 화면은 마우스로 회전, 확대 등 다양한 방법으로 볼 수 있다.

1. 회전: 화면에서 마우스를 드래그 한다. (왼편 버튼을 누른채로 이동)

2. 확대-축소: 화면에서 오른편 버튼을 누른채로 마우스 이동한다.

3. 이동: Shift를 누른채로 마우스를 드래그 한다.

4. 표면과 격자선보기: 'w'를 누르면 격자선(wire frame)이 보이고, 's'를 누르면 표면그림으로 보인다.

5. 최적화면 보기: 'r'을 누른다.