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이미지 와핑을 이용한 실시간 그림자 생성 기법
Real-Time Shadow Generation using Image Warping 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 시스템 및 이론, v.29 no.5, 2002년, pp.245 - 256  

강병권 (서강대학교 컴퓨터학과) ,  임인성 (서강대학교 컴퓨터학과)

초록
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컴퓨터 그래픽스에서 그림자는 장면의 사실성을 높이기 위하여 매우 중요한 요소이다. 전경을 렌더링 할 때 그림자의 모양이나 위치를 정확하게 나타내는 것도 중요하지만, 실제 세계에서 흔히 볼 수 있는 면적을 가지는 광원에 의한 부드러운 그림자를 효과적으로 표현하는 것도 중요하다. 그러나 현존하는 대부분의 그림자 생성 기법들은 사실적인 그림자를 사실적인 실시간으로 생성해 내기에 어려움이 많다. 기존에 제안된 영상 기반 렌더링 기법을 이용하면 실시간으로 그림자를 생성해 내는데 유용하게 사용될 수가 있다. 하지만 이러한 방법에서는 일반적으로 그림자 지도의 크기가 지나치게 방대해지기 때문에, 텍스춰 메모리에 올리기에 무리가 따르게 되므로, 효율적인 압축기법이 필요하다는 단점이 있다. 이러한 그림자 지도의 크기와 압축의 부담으로 인해, 다양한 물체의 움직임을 표현하거나, 부드러운 그림자로의 확장에 어려움이 있을 수 있다. 이러한 점을 해결하고자, 본 논문에서는 영상 기반 렌더링 기법을 적용한 방법에 이미지 와핑 기법을 응용하여 그림자 지도의 크기를 대폭 줄일 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 이 방법에서는 물체가 움직이는 범위와 상관없이 매우 적은 개수의 그림자 지도만으로 그림자를 만들어 낼 수 있기 때문에, 부드러운 그림자를 만들기 위한 방법으로 쉽게 적용할 수 있다. 이 논문에서 개발한 기법은 3차원 게임이나 가상 현실 등 관련 분야에서 사실적인 영상을 실시간으로 생성해 내는 데 유용하게 쓰일 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Shadows are important elements in producing a realistic image. Generation of exact shapes and positions of shadows is essential in rendering since it provides users with visual cues on the scene. It is also very important to be able to create soft shadows resulted from area light sources since they ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 것이다. 각 실험은 다양한 그림자 지도의 크기에 대하여 경계가 뚜렷한 그림자를 생성하는 속도를 측정한 것이다. 기존의 방법은 그림자 텍스춰들을 압축하지 않고 사용하는 경우('기존의 방법-비압축')와 [23] 에서제시한 웨이블릿 기법으로 압축하여 사용하는 경우('기존의 방법-압축, )에 대하여 실험하였다.
  • 본 논문에서는 이러한 단점을 해결하고자 기존의 영상 기반 렌더링을 이용한 그림자 생성 기법에 이미지와 핑 기법을 도입하여 그림자 지도의 크기를 대폭 줄일 수 있는 방법을 제안하였다. 이 방법에서는 텍스춰 매핑 기법을 이용하여 이미지 와핑을 매우 빠른 속도로 수행할 수 있었으며, 그로 인해 실제 세계에서와 같은 부드러운 그림자를 실시간에 가까운 속도로 생성해 낼 수 있었다.
  • 이 논문에서 제안하는 방법의 궁극적인 목표는 그림자 지도를 사용하는 기존의 영상 기반 렌더링 기법보다 적은 양의 메모리를 사용하면서 대등한 속도를 얻을 수 있는 방법을 개발하는 것이다 이를 위해서 ⑼에서 설명한 메쉬 와핑 알고리즘을 이용하면 지나치게 많은 계산량을 필요로 하고 따라서 그 속도가 느려지기 때문에 적합한 방법이라 할 수 없다. 따라서 매우 빠른 속도로 이미지 와핑을 할 수 있는 방법을 필요로 하게 되었는데, 텍스춰 매핑 하드웨어를 이용한 이미지 와핑 방법이 가장 빠른 속도를 낼 수 있었다.
  • 이 논문에서는 기존의 영상 기반 렌더링 기법이 지나치게 큰 텍스춰 메모리를 요구하는 문제점이 있었기 때문에 이미지 와핑을 이용하여 최소한의 그림자 지도만으로 모든 위치의 그림자를 빠르게 생성해 낼 수 있는 방법을 제안하고자 한다. 즉, 중간 단계의 그림자를 만들어 낼 수 있는 최소한의 그림자 지도만을 미리 생성하여 텍스춰 메모리에 올리고, 그것들을 이용하여 이미지 와핑을 함으로써 그 사이의 위치에 대한 그림자들을 생성하고자 하였다.
  • 그림자를 이미지 모핑을 이용해 구현하였다. 논문에서는 면적의 양 끝점에서 생성된 그림자 지도에서 이미지 모핑을 이용하여 그 중간 단계에 해당되는 그림자 지도들을 생성하고 누적하여 부드러운 그림자를 만들 수 있다고 하였다. 그러나 물체가 움직이는 경우에 대하여 매번 그림자 지도를 새로 생성해야 하고, 다시 모핑을 해야하기 때문에 3차원 게임과 같은 실시간 응용에 적용하기가 적합하지 않다.
  • 이 장에서는 기존의 영상 기반 렌더링을 이용한 방법이 지나치게 큰 그림자 지도를 필요로 한다는 단점을 해결하기 위하여 이미지 와핑 기법을 이용한 방법을 제안하고자 한다. 이미지 와핑은 주어진 이미지를 사용자가 원하는 모양으로 변형시키는 기법으로써, 이미 수많은 영화들에 특수 효과로 사용된 바 있는 방법이다.

가설 설정

  • 1. 전경에 투영의 방향을 맞추는 모델뷰 변환(model- view transform) 과정.
  • 우선 설명의 편의상 물체가 평면상에서 이동한다고 가정하자. 이러한 경우 움직이는 영역에 대하여 각 모서리와 중간 지점에 대하여 3X3의 위치에 대해 미리 그림자 지도를 생성한다.
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참고문헌 (23)

  1. Franklin C. Crow, 'Shadow Algorithms for Computer Graphics,' Computer Graphics (SIGGRAPH '77 Proceedings), pp.242-248, 1977 

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  4. 이중연, 임인성, '영상기반 렌더링 기법을 이용한 실시간 그림자 생성', '컴퓨터그래픽스학회논문지, 제7권, 제1호, pp.27-35, 2001년 3월 

  5. Hansong Zhang, 'Forward Shadow Mapping,' Eurographics Workshop on Rendering '98 Proceedings, pp,131-138, 1998 

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  8. Wolfgang Heidrich, Stefan Brabec, Hans-Peter Seidel, 'Soft Shadow Maps for Linear Lights,' http://www.opengl.org./news/archives00/oct00.html, 2000 

  9. Wolberg, G., Digital Image Warping, IEEE Computer Society Press, 1990 

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  11. Tom McReynolds, David Blythe, 'Advanced Graphics Programming Techniques Using OpenGL,' SIGGRAPH '99 Course notes, 1999 

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  19. Alan Watt, Mark Watt, Advanced Animation and Rendering Techniques, ACM Press, New York, 1992 

  20. James D. Foley, Andries van Dam, Steven K. Feiner, John F. Hughes, Computer Graphics: Principles and Practice, 2nd Edition, Addison Wesley, Reading MA. 1996 

  21. Tom McReynolds. 'Advanced Graphics Programming Techniques Using OpenGL,' SIGGRAPH '98 Course notes, 1998 

  22. 이승원, 웨이블릿 기반 압축기법을 이용한 영상기반 렌더링의 성능 향상에 관한 연구, 석사논문, 서강대학교 컴퓨터학과, 1998년 2월 

  23. Chandrajit Bajaj, Insung Ihm, Sanghun Park, '3D RGB Image Compression for Intractive Applications.' ACM Transactions on Graphics. Vol. 20, No. 1, pp.10-38, January 2001 

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