초록

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1960년대 시작된 컴퓨터 그래픽스에 관한 연구는 그 목표를 사진과 같은 영상을 만들어 내는데 두었다. 지난 30년간 포토리얼리즘이라는 용어로 대변되듯, 기존 컴퓨터 그래픽스의 궁극적인 관심은 얼마나 실제와 같은 영상을 만들 수 있는가에 집중되었다. 이러한 전통적인 컴퓨터 그래픽스는 레디오시티나 광선추적법같이 사물의 물리적인 특성이나 역학적인 특징을 그대로 흉내 내어 매우 사실적인 영상을 만들어내었다.(중략)

1960년대 시작된 컴퓨터 그래픽스에 관한 연구는 그 목표를 사진과 같은 영상을 만들어 내는데 두었다. 지난 30년간 포토리얼리즘이라는 용어로 대변되듯, 기존 컴퓨터 그래픽스의 궁극적인 관심은 얼마나 실제와 같은 영상을 만들 수 있는가에 집중되었다. 이러한 전통적인 컴퓨터 그래픽스는 레디오시티나 광선추적법같이 사물의 물리적인 특성이나 역학적인 특징을 그대로 흉내 내어 매우 사실적인 영상을 만들어내었다.(중략)

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 비사실적 렌더링은 기존의 사실적 렌더링에 상반되는 개념이다. 기존의사 실적 렌더링이 대상(object)을 보다 사실적으로 표현하고자 하였던 반면 비사실적 렌더링은 대상을 표현하는데 있어서 사실적으로 표현하는데 얽매이기 보다는 영상의 특징을 잘 표현하여 그 의미를 잘 전달하는 것을 목표로 삼는다. 따라서 비사실적 렌더링의 평가는 객관적이기 보다는 보는 사람의 주관이 큰 영향을 미친다.
• 변화하게 된다. 더 이상 사실적인 영상만을 만들어 내는데 매달리지 않고, 비사실적인 영상을 만들어 내는 방법을 연구하기 시작했다. 이러한 비사실적 영상을 만들어 내는 방법으로 비사 실적 렌더링이라는 분야가 기존 컴퓨터 그래픽스의 한 분야로 자리 잡게 되었다.
• 모자이크 렌더링은 영상을 입력으로 받아 모자이크 된 결과 영상을 보여주는 것을 목표로 한다. 모자이크 렌더링에 관한 연구는 모자이크를 이루는 각 셀의 모양에 따라 타일로 만드는 셀 모양이 일정한 모자이크를 만드는 연구과 종이를 찢어서 만드는 셀 모양이 일정하지 않은 모자이크를 만드는 연구 그리고 포토 모자이크로 나눌 수 있다.
• 카툰 렌더 링(Cartoon Rendering)은 만화와 같은 결과 영상을 얻는 것을 그 목적으로 한다. 카툰렌더링의 주요 연구에는 만화적 명암, 만화의 윤곽선을 그리는 연구, 그리고 그림자를 표현하는 연구가 있다.

제안 방법

• 겹쳐지지 않는 범위 안에서 타일의 위치와 방향을 자유롭게 변경시켜주기 위해서 CVD(Centroid Voronoi Diagram)을 이용하여 기본적으로 비슷한 공간을 확보한 후에 타일을 생성해주어 타일들간에 공간이 생기게 해주었다(그림 8).
• 모양의 색종이를 생성해야 한다. 그러기 위해서 자동화된 다각형 생성을 위한 보로노이 다이어그램을 이용하였다. 그리고 색종이의 크기를 어느 정도 균일하게 만들어 주기 위해서 입력 영상을 균일한 사이즈의 영 역으로 분할한 후에 랜덤으로 특징 점을 생성해준다.
• 그러기 위해서 자동화된 다각형 생성을 위한 보로노이 다이어그램을 이용하였다. 그리고 색종이의 크기를 어느 정도 균일하게 만들어 주기 위해서 입력 영상을 균일한 사이즈의 영 역으로 분할한 후에 랜덤으로 특징 점을 생성해준다. 그런 다음에 보로노이 다이어그램을 적용해주면 어느 정도 균일한 사이즈의 불규칙한 모양의 색종이를 생성할 수 있다(그림 11).
• 브러시 스트로크의 위치를 결정하는 방법으로 이 기술에서는 입력영 상을 격자로 나누어 각 하나의 격 자마다 하나의 브러시 스트로크를 위치시켰다. 브러시 스트로크의 방향은 브러시 스트로크가 위치한 점에서의 그 라디언트 방향의 직각인 방향을 스트로크의 방향으로 결정하였다(그림 4).
• 색종이의 질감을 표현해주기 위해서 Perlin 노이즈 함수를 이용하여 생성한 종이 의 질감과 실제로 구겨진 종이를 스캔하여 만들어진 텍스쳐를 DB에 저장하여 원하는 종이의 질감 및 구겨진 효과를 표현하였다(그림 13).
• 에지를 표현해주기 위하여 에지를 기준으로 영역을 분리하고 각각의 영역별로 레이어를 생성하여 따로 보로노이 다이어그램으로 영역을 생성한다. 그런 후에 그 영역의 모양과 색상이 가장 유사한 이미지를 이미지DB에서 찾아서 채워준다(그림 6).
• 이러한 실제 미술 작품의 특성을 반영하기 위하여 다양한 크기의 브러시로 곡선 브러시를 만들어가는 연구가 진행되었다. 이 연구에서는 브러시의 크기에 따라 레이어를 나누어 각 레이어마다 브러시 의 크기를 할당하여 스트로크를 그리고 이를 적층하여 결과 영상을 완성한다. 각 레이어의 브러시 스트로크는 같은 색을 가지는 점을 제어점으로 하여 곡선을 이룬다.
• 작은 이미지를 이용해 큰 이미지를 구성하는 모자이크 방법으로 입력영상과 색상이 비슷하도록 컬러를 조절해주어서 생성하였다(그림 14).

이론/모형

• 상세도를 표현하기 위한 쿼드트리 기술입력 영상에서도 이미지의 미세한 부분을 표현하기 위해서 색종이를 잘게 찢어서 붙여주기 위하여 쿼드트리 알고리즘을 사용하였다. 영역의 경계 부분에 서는 세분화 수준을 높게 하여 색종이 셀들의 크기를 작게 조절해주고 그렇지 않은 영역에서는 색종이의 크기를 크게 조절해 주었다(그림 12).
• 쉐이딩 방법으로는 기존의 퐁 쉐이딩같은 방법을 쓰기 보다는 채질감을 드러낼 수 있는 쉐이딩 기법을 사용한다. 예를 들어 금속성의 물체를 기술 삽화 렌더링으로 표현하는 경우 금속성 물체의 특유의 비등방성(anisotropy)이 표현되도록 한다.
• 아닌 불규칙하게 나타난다. 이 것을 표현해주기 위해서 주로 자연에서 나타나는 불규칙한 곡선이나 곡면 모델링에 사용되는 랜덤 프랙탈 기법을 사용한다(그림 9).
• 그림 1은 칼라 변환을 적용한 영상이다. 이 방법은 소스 이미지의 칼라분포 형태를 참조 이미지의 칼라 분포 형태로 변환하기 위해, 선형 히스토그램 매칭이라 불리는, 간단한 통계학적 방법을 이용하였다.

성능/효과

• 초기의 브러시 스트로크를 통한 회화적 렌더링에 관한 연구는 스트로크의 위치, 색, 크기, 방향, 모양의 속성 중에서 위치와 방향을 마우스 커서의 움직임으로 결정하였다. 또한 색, 크기, 모양 등의 속성을 다양하게 변화시 킴으로써 다양한 결과 영상을 얻어낼 수 있었다.

후속연구

• 1990 년대 들어서 활발히 연구되기 시작한 비사 실적 렌더링 분야 역시 짧은 기간 동안 크게 발전하였다. 앞으로 비사실적 렌더링 분야는 그 범주를 점점 확대해 갈 것으로 보이며 보다 많은 연구가 계속될 것으로 생각된다.

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