1 / 51

Lecture #2

Lecture #2. 제 1 장. 컴퓨터 그래픽스 시스템과 모델. 강의 개요. 컴퓨터 그래픽스 개론 및 3 D 그래픽스에 대한 개념을 설명한다. 강의 내용 1. 컴퓨터 그래픽스의 응용 2. 그래픽스 시스템 3. 물리적 이미지/합성이미지 4. 인간의 시각 시스템 5. 바늘구멍 카메라 6. 합성 카메라 모형. 컴퓨터 그래픽스. 컴퓨터를 사용하여 그림을 만들어내는 모든 면을 다룬다. 40년 전 CRT(Cathode-Ray Tube) 에 몇 라인을 출력하는 것에서 시작

jody
Download Presentation

Lecture #2

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Lecture #2 제 1 장. 컴퓨터 그래픽스 시스템과 모델

  2. 강의 개요 • 컴퓨터 그래픽스 개론 및 3D 그래픽스에 대한 개념을 설명한다. • 강의 내용 1. 컴퓨터 그래픽스의 응용 2. 그래픽스 시스템 3. 물리적 이미지/합성이미지 4. 인간의 시각 시스템 5. 바늘구멍 카메라 6. 합성 카메라 모형

  3. 컴퓨터 그래픽스 • 컴퓨터를 사용하여 그림을 만들어내는 모든 면을 다룬다. • 40년 전 CRT(Cathode-Ray Tube)에 몇 라인을 출력하는 것에서 시작 • 현재는 실제 사진과 구별하기 힘든 영상을 제작 • 실시간으로 가상 환경을 출력 가능 • 컴퓨터 그래픽스를 이용한 장편 영화를 제작

  4. 시각화(Visualization) 통상적 컴퓨팅 컴퓨터 그래픽스 컴퓨터 비전 영상처리 다른 분야와의 관계 데이터 기 호 이미지

  5. OpenGL • 특정 그래픽 소프트웨어 시스템 중의 하나 (Silicon Graphics 회사에서 개발) • 실시간 3D 그래픽스 제작용 API (Application Programmer’s Interface) • 다른 대중적인 그래픽 시스템 대부분의 특징을 갖고 있다. • 그래픽 응용프로그램을 제작하는데 있어 넓게 적용되고 있다.

  6. 컴퓨터 그래픽스의 응용 • 정보의 표시 • 설계 • 시뮬레이션 • 사용자 인터페이스

  7. 피부 : 투명 근육 : 불투명 지구 멘틀 - 등온도면 정보의 표시 • 건축 도면 • 지도 • 통계 데이터 표현 • 의학 • 과학적 시각화(Scientific Visualization)

  8. 의학 - CT, MRI 3차원 이미지 생성

  9. 설계 (Computer Aided Design) • VLSI 회로 설계 • 기계

  10. 건축 설계 Wireframe 투시 렌더링

  11. 반복적 설계과정 • 설계도구를 이용한 설계 • 설계의 가시화 • 설계의 테스트 - 시뮬레이션 • 설계의 수정

  12. 시뮬레이션(1) • 비행 시뮬레이션 : 조종사 훈련 • 로봇 시뮬레이터 • 로봇의 설계, 이동 경로 계획, 행동 시뮬레이션

  13. 시뮬레이션(2) • TV, 영화, 광고 • 사진 수준의 이미지 생성 영화의 장면 : 공장 내부 로봇 “Ed”

  14. 영화의 장면들 꽃 섬광

  15. 실제로는 만들기 불가능한 장면

  16. 고급 렌더링 기법들 광선 추적(ray tracing) 기법 조명, 무늬, 환경 사상 방사성(radiosity) 기법

  17. 가상현실 • HMD, 위치 추적, 힘-감지 글러브 • 수술 훈련, 우주 비행사 훈련 Avatar (화신) : 가상 공간에서 서로 상호 작용 HMD 손의 상태 감지 센서

  18. 사용자 인터페이스 • 윈도우, 아이콘, 메뉴 활용 • 지시장치 – 마우스 예) • Windows ME • X-윈도우 • 웹 브라우저

  19. 컴퓨터 그래픽스의 전망 • 컴퓨터 기술의 발전으로 컴퓨터 그래픽스을 적용하는 모든 분야에서 3D CG를 채택 • 컴퓨터 네트워크 기술과 결합 • 3차원 사용자 인터페이스 • 가상 현실 기술의 발전

  20. 그래픽 시스템 • 범용 컴퓨터 시스템의 구성 요소들을 모두 포함 그래픽 시스템의 구성

  21. 화소와 프레임 버퍼(1) • 대부분의 그래픽스 시스템은 래스터(raster) 방식을 지원 • 그림은 화소(pixel)의 배열인 래스터로 생성됨 • 비교 : 벡터 방식

  22. 화소와 프레임 버퍼(2) • 프레임 버퍼( Frame Buffer) • 출력될 화소가 저장되는 메모리 • 프레임 버퍼의 깊이(depth) • 각 화소에 사용된 비트 수 • 24 비트 • 대부분의 이미지를 사실적으로 표현 • 전색(Full-color) / 진색(true color) / RGB color • 해상도(resolution): 화소의 수, 그림의 정밀도 결정 cf) 윈도우 바탕 화면의 등록정보 • 주사 변환(scan conversion)/래스터화(rasterization) • 2D 또는 3D 기하학적 도형  화소 할당으로 변환

  23. 프로세서 장치 • 프로세서 • 단순 시스템 : CPU가 모두 수행 • 고급 시스템 : 독립적인 그래픽 프로세서 사용

  24. 출력 장치 • 가장 보편적인 출력 장치 : 음극선관(CRT) • 임의 주사(Random scan) CRT • 래스터 주사(Raster scan) CRT • 재생(Refresh) • 인광체가 빛을 발하는 시간이 극히 짧음 • 깜박임( flicking)을 방지하기 위해 최소 50 Hz 이상 재생 필요 • 재생 속도 : 50 Hz~75 Hz • 래스터 주사 CRT에서 scan 방식 • 비월(Interlaced) : (e.g) TV 브라운관 • 비비월(Non-interlaced) : (e.g) 일반 컴퓨터 모니터

  25. CRT(Cathode-Ray Tube)

  26. 컬러 CRT • RGB 삼색의 인광체를 삼색조(triad)로 배열 • 셰도우 마스크(shadow-mask) • 전자를 조준하기 쉽게 해주는 장치

  27. 기타 출력 장치 • LCD(Liquid Crystal Display) • 수정체의 빛의 굴절 성질을 이용 • 평면 TV (PDP) • 플라즈마 이용

  28. 입력 장치 • 키보드 • 최소한 하나 이상의 지시 장치를 지원 • 디스플레이 장치상의 특정 위치를 지정하고 프로세스에 신호를 주기 위해 하나 이상의 버튼을 제공 • 마우스 • 광펜 • 조이스틱 • 데이터 타블릿(Data Tablet) 등

  29. 망막 필름 이미지: 물리적 이미지 • 물리적 이미지 • 카메라나 인간의 시각 시스템 등의 광학 시스템에 의해 생성 • 물리적 영상획득과정 : 사람 • 물리적 영상획득과정 : 카메라

  30. 이미지: 합성 이미지 • 합성 이미지 • 컴퓨터에 의해 생성된 이미지 • 물리적 이미지와 합성 이미지의 형성 과정이 비슷 • 물리적 영상획득의 시뮬레이션 • 물리적 이미지 생성 과정을 바탕으로 컴퓨터 그래픽스 모형을 제시

  31. 객체와 관측자(1) • 이미지 형성의 두 요소 • 객체(Object) • 관측자(Viewer) • 객 체 • 이미지 형성 과정이나 관측자에 무관하게 공간상에 존재 • 정점(vertex)이라 불리는 공간상의 위치들의 집합으로 객체들을 정의하거나 근사 • 직선 : 두 개의 정점으로 정의 • 삼각성 : 세 개의 정점으로 정의 • 원 : 중심 정점과 원 표면의 하나의 정점으로 정의

  32. 객체와 관측자(2) • 관측자 • 객체들을 관측하여 그들의 이미지를 형성하는 주체 • 관측자 명세 : 위치, 보는 방향, 렌즈 , 투영 등

  33. 객체와 관측자(3) • 이미지 • 이미지 : 사람 – 망막, 카메라 – 필름 • 객체와 관측자: 3차원 세계에 존재 • 객체의 명세가 관측자의 명세와 결합하여 2차원 이미지 생성

  34. A camera system with a light source 빛과 이미지 • 빛이 없으면 이미지에 아무것도 보이지 않음 • 물리적 접근 : • 광원  물체의 표면  반사광  카메라 렌즈

  35. 빛 • 전자기파의 한 형태 • 파장 : 350nm - 780nm • 프리즘 The Electromagnetic Spectrum

  36. 단순화된 빛의 모델 • 물리적으로 실제의 광원은 아주 복잡 • 빛의 단순화 • 점 광원(point light) • 모든 방향으로 동일한 에너지 방출 • 단색 광원(monochromatic light) • 빛의 밝기 만을 다룸 Point Light

  37. 광선 추적(Ray Tracing) (1) • 광원으로부터 광선을 따라감 으로써 이미지 형성의 모형 설정 • 광선(ray) : 한 점으로부터 나가서 특정 방향으로 무한하게 진행하는 반직선 • 광선과 표면의 상호 작용 • 정반사(specular) : 거울 • 난반사(diffuse) : 백묵 • 굴절 : 투명 유리, 물 Ray Tracing (원기둥 : 난반사, 사각형 : 거울, 구 : 반투명)

  38. 광선 추적(Ray Tracing) (2) • 물리적인 현상에 근거한 이미지 형성 기법 • 복잡한 물리적 효과를 시뮬레이션 가능 • 굉장히 사실적인 이미지 생성 가능 • 아주 많은 계산량이 필요 보다 단순화된 방법 필요

  39. 인간의 시각 시스템 (1) • 각막(cornea) • 수정체(lens) • 홍체(iris) • 망막(retina) • 간상체(rod) : 야간 • 추상체(cone) : 주간, 3가지 종류(각각 다른 파장에 반응) 인간의 시각 시스템

  40. 녹색 영역 인간의 시각 시스템 (2) • 조도(Intensity) : 빛 에너지의 물리적인 척도 • 휘도(brightness) : 사람이 인식하는 빛의 세기 • 녹색에 보다 민감 CIE 표준 관측자 곡선

  41. 삼색 이론 • 세가지 추상체의 감도 곡선 • 세가지 추상체  필름이나 CRT에 세가지 색을 사용 추상체 감도 곡선

  42. 바늘 구멍 카메라 • 기하학적 모형에 근거한 이미지 형성 방법 • 카메라의 방향 z 축 • 한 점으로부터는 하나의 광선만 통과 바늘구멍 카메라 모델

  43. 바늘 구멍 카메라의 투영 • y : z = yp : d • x : z = xp : d

  44. 화각(Field of view)

  45. 피사계 심도(depth of field) • 무한대의 DOF • 화각 내의 모든 점들의 초점이 맞음 • 바늘 구멍 카메라의 단점 • 화각 조절 불가능 • 구멍을 통과하는 빛의 양이 작다  렌즈를 사용하여 두 문제를 해결 가능

  46. 합성 카메라 모형 (1) • 합성카메라 모형 • 컴퓨터에 의한 이미지 생성이 광학 시스템을 이용한 이미지 생성과 비슷한 것으로 봄 • 몇 가지 원리들 • 객체는 관측자에 독립적으로 기술됨 • 삼각함수에 연산에의해 이미지 계산 가능 영상 시스템

  47. 합성 카메라 모형 (2) • 단순 삼각 함수 계산으로 이미지를 계산 • 필름을 렌즈 앞쪽으로 이동 이미지 형성의 등가적 표현들

  48. 투영면 투영선(Projector) 투영중심(Center of Projection) 합성 카메라 모형 (3) • 이미지 생성 모델 합성 카메라를 이용한 이미지 형성

  49. 화각 • 투영면에 절단 윈도우(clipping window)를 정의함으로써 화각을 기술 클리핑 : (a) 원래 위치 (b) 이동된 윈도우

  50. 영상 생성과정 --- 개념적 (i) 객체의 형상과 위치 { (x, y, z) } (ii) 객체의 재질 (iii) 카메라 • 위치 • 방향 • 초점거리 • 화각 (iv) 조명

More Related