이 논문은 입력 영상에 대해 기존의 영상기반 렌더링 기법을 적용하고 가상공간지도라는 개념을 도입하여 사실적인 3차원 가상공간을 구축할 수 있는 효율적인 저작도구 개발에 대한 연구를 기술하고 있다. TIP 같은 기존의 기법들은 단일 영상을 사용하여 작은 3D가상공간을 구축하는 반면 여기서 제안하는 저작도구는 복수의 영상을 사용하여 광범위한 가상공간을 구축한다. 이 저작도구는 입력영상 각각에 대해 작은 3차원 가상공간을 구축하고 먼저 정의된 가상공간지도를 사용하여 이 독립적인 3D가상공간을 서로 연결하여 광범위한 3D가상공간을 구축할 수 있게 설계되었다. 가상공간지도는 세 가지 구성요소와 세 가지 방향으로 구성되어있다. 세 가지 구성요소는 특정 공간, 연결점 및 통로이고, 세 가지 방향은 정방향, 역방향 및 양방향이다. 가상공간지도는 가상공간의 연결구조, 네비게이션 정보 등 다양한 정보를 가지고 있다. 또한 이 저작도구는 사용자가 광범위한 3차원 가상공간을 쉽게 구축할 수 있게끔 사용자 인터페이스를 제공하고 있다.
이 논문은 입력 영상에 대해 기존의 영상기반 렌더링 기법을 적용하고 가상공간지도라는 개념을 도입하여 사실적인 3차원 가상공간을 구축할 수 있는 효율적인 저작도구 개발에 대한 연구를 기술하고 있다. TIP 같은 기존의 기법들은 단일 영상을 사용하여 작은 3D가상공간을 구축하는 반면 여기서 제안하는 저작도구는 복수의 영상을 사용하여 광범위한 가상공간을 구축한다. 이 저작도구는 입력영상 각각에 대해 작은 3차원 가상공간을 구축하고 먼저 정의된 가상공간지도를 사용하여 이 독립적인 3D가상공간을 서로 연결하여 광범위한 3D가상공간을 구축할 수 있게 설계되었다. 가상공간지도는 세 가지 구성요소와 세 가지 방향으로 구성되어있다. 세 가지 구성요소는 특정 공간, 연결점 및 통로이고, 세 가지 방향은 정방향, 역방향 및 양방향이다. 가상공간지도는 가상공간의 연결구조, 네비게이션 정보 등 다양한 정보를 가지고 있다. 또한 이 저작도구는 사용자가 광범위한 3차원 가상공간을 쉽게 구축할 수 있게끔 사용자 인터페이스를 제공하고 있다.
This paper presents the development of a certain highly efficient authoring tool for constructing realistic 3D virtual space using image-based rendering techniques based on a virtual space map. Unlike conventional techniques such as TIP, for constructing a small 3D virtual space using single image, ...
This paper presents the development of a certain highly efficient authoring tool for constructing realistic 3D virtual space using image-based rendering techniques based on a virtual space map. Unlike conventional techniques such as TIP, for constructing a small 3D virtual space using single image, the authoring tool developed herein produces a wide 3D virtual space using multiple images. This tool is designed for constructing each small 3D virtual space for each input image, and for interconnecting these 3D virtual spaces into a wide 3D virtual space using a virtual space map. The map consists of three elements such as specific room, link point and passageway, and three directions. It contains various information such as the connection structure, the navigation information and so on. Also, the tool contains a user interface that let users construct the wide 3D virtual space easily.
This paper presents the development of a certain highly efficient authoring tool for constructing realistic 3D virtual space using image-based rendering techniques based on a virtual space map. Unlike conventional techniques such as TIP, for constructing a small 3D virtual space using single image, the authoring tool developed herein produces a wide 3D virtual space using multiple images. This tool is designed for constructing each small 3D virtual space for each input image, and for interconnecting these 3D virtual spaces into a wide 3D virtual space using a virtual space map. The map consists of three elements such as specific room, link point and passageway, and three directions. It contains various information such as the connection structure, the navigation information and so on. Also, the tool contains a user interface that let users construct the wide 3D virtual space easily.
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문제 정의
영상기반 렌더링 기법은 기존의 렌더링 기법들과는 달리 비용이 저렴하고 가상공간의 데이터의 양도 적으며, 하드웨어나 소프트웨어적인 요구사항의 제약이 적으므로, 가상공간에서의 사실성과 몰입감을 극대화하는데 발전 가능성이 크다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 기본적으로 실내 또는 실외를 촬영한 입력 영상에 대해 기존의 영상기반 모델링 및 렌더링 기법 (IBMR)을 적용하고 가상공간지도라는 새로운 개념을 도입하여 3차원 가상공간을 구축하는 저작도구의 개발에 대한 연구를 기술하고 있다.
본 논문에서는 여러 장의 영상을 입력하여 여러 개의 가상공간을 구축하고 가상공간지도의 개념을 도입하여 이를 연결함으로써 광범위한 3차원 가상공간을 구축할 수 있는 MVSD 저작도구의 설계에 관하여 기술하였다.
본 장에서는 단일 영상기반 가상공간을 구축하기 위해 사용된 각 영상기반 모델링 및 렌더링 기법 등의 구현과 영상기반 가상공간 구축을 위해 사용된 MVSD 가상공간지도의 구현에 대해 기술하고자한다. 그리고 MVSD 저작도구에 의해 구축된 3차원 가상공간에서의 네비게이션 시스템의 구현을 포함하고 있다.
본 장에서는 제안하고자 하는 가상공간지도 기반 3차원 가상공간 저작도구인 MVSD (Map-based Virtual Space Designer) 시스템의 설계에 대하여 설명하고자한다. 좀 더 자세히 서술하면, 먼저 각 입력영상마다 독립적인 3차원 가상공간을 구축한다.
본 절에서는 MVSD 저작도구를 사용하여 광범위한 3차원 가상공간을 구축하기 위해 필요한 MVSD 가상공간 지도의 구성요소들에 대해 정의하고자 한다. MVSD 가상공간지도는 단일 영상기반 가상공간들 간의 연결 구조를 나타낼 뿐만 아니라, 전체 가상공간을 네비게이션 할 때 중요한 지도 역할을 하게 된다.
본 절에서는 MVSD 저작도구의 전체적인 인터페이스의 구현을 다루고자 한다. 그림 10은 MVSD 저작도구의 기능을 요약하여 보여주고 있는 메인 인터페이스이다.
본 절에서는 각각의 단일 영상기반 가상공간의 구현에 대하여 다루고자 한다. 3차원 가상공간 구축기법에 따른 3차원 가상공간 구현에 앞서 일반적인 단일 영상기반 가상공간의 모델을 정의하도록 한다.
여기에서 제안하고 있는 가상공간지도 기반의 3차원 가상공간 저작도구는 광범위한 3차원 가상공간을 구축하는데 목표를 두고 있다. 실제 세계의 광범위한 공간을 각직의 세부공간으로 나누어 촬영한 뒤, 각 입력 영상에 대하여 적합한 영상기반 모델링 및 렌더링 기법을 선택하여 각각의 독립적인 3차원 가상공간을 구축한다.
네비게이션 시스템을 제공한다〔5〕. 이 방법의 목표는 정밀한 3차원 장면 모델을 구현하는 것이 아니며, 2.5차원 구조의 간단한 장면 모델을 구현하여 3차원 가상공간에서 네비게이션이 가능하게 하는 것이다.
제안 방법
MVSD 저작도구는 여러 개의 입력영상에 대해서 독립적인 각각의 단일 영상기반 가상공간을 구축하고, 이들을 상호 연결하여 복수 영상기반 가상공간을 구축하도록 설계하였다. 본 절에서는 각각의 단일 영상기반 가상공간의 구현에 대하여 다루고자 한다.
가상공간을 구축하기 위한 입력영상의 개수에 따라 3차원 가상공간을 단일영상기반 가상공간과 복수영상기반 가상공간으로 나누어 설계하고 구축기법을 정의한다.
실제 세계의 광범위한 공간을 각직의 세부공간으로 나누어 촬영한 뒤, 각 입력 영상에 대하여 적합한 영상기반 모델링 및 렌더링 기법을 선택하여 각각의 독립적인 3차원 가상공간을 구축한다. 그러고 나서 미리 정의된 연결 구조로 각각의 가상공간들을 통합하여 광범위한 3 차원 가상공간을 구축한다. 또한 본 논문에서는 이렇게 구축된 광범위한 3차원 가상공간 내부구조를 반영하는 가상공간 지도(Virtual Space Map)를 정의하고, 각각의 3차원 가상공간을 관측자가 정의된 가상공간 지도를 통하여 네비게이션 할 수 있도록 네비게이션 시스템 설계를 제안한다.
그리고 3차원 공간상에 원통형으로 같은 크기의 여러 개의 사각형을 배열하여 요구하는 가상공간을 구성한다. 그리고 3차원상의 각 사각형에 입력된 파노라마 영상을 대응되도록 텍스쳐 매핑을 한다. 그리고 가상 카메라는 원통의 중점에 배치하면 가상공간이 생성된다.
단일 영상기반 가상공간을 구축하게 된다. 그리고 각 3차원 가상공간을 가상공간지도를 이용하여 광범위한 복수 영상기반 가상공간을 구축할 수 있도록 설계하였다. 이러한 이유로 특정 가상공간에서 또 다른 가상공간으로의 네비게이션 기능을 설계할 필요성이 있다.
이 출발지 정보를 가지고 관측자의 현재 가상공간에서의 처음 위치와 시점을 초기화하게 된다. 그리고 관측자의 시점 및 시선 변경을 거치면서 MVSD 가상공간지도의 네비게이션 정보를 검색하게 된다. 현재 관측자의 시점 정보와 검색한 목적지 네비게이션 정보가 일치할 경우에 관측자가 다음 3차원 가상공간을 이동할 수 있도록 현재 관측자 상태를 변경한다.
효율성과 편의성을 제공하는 것이다. 따라서 이 저작도구는 입력 영상 각각에 대해 작은 3차원 가상공간을 구축하고 먼저 정의된 가상공간지도를 사용하여 이 독립적인 3D 가상공간을 서로 연결하여 광범위한 3차원 가상공간을 구축할 수 있게 설계되었다. 또한 이 저작도구는 사용자가 광범위한 3차원 가상공간을 쉽게 구축할 수 있게끔 사용자 인터페이스를 제공하고 있다.
그러고 나서 미리 정의된 연결 구조로 각각의 가상공간들을 통합하여 광범위한 3 차원 가상공간을 구축한다. 또한 본 논문에서는 이렇게 구축된 광범위한 3차원 가상공간 내부구조를 반영하는 가상공간 지도(Virtual Space Map)를 정의하고, 각각의 3차원 가상공간을 관측자가 정의된 가상공간 지도를 통하여 네비게이션 할 수 있도록 네비게이션 시스템 설계를 제안한다. 이후 2장에서는 IBMR(Image-Based Modeling and Rendering) 배경 모델링 기법들로써 평면 영상을 이용한 TIP 기법과 파노라마 영상을 이용한 실린더 기반의 기법에 관련된 기존의 연구에 대하여 기술한다〔5, 6.
그리고 현재 추가되어 있는 여러 가상공간의 연결 구조를 알기 위해서 가상공간지도의 연결 정보가 있어야하며 사용자에 의해서 연결 구조를 지정 또는 수정할 수 있어야 한다. 마지막으로 사용자는 현재 위치한 가상공간의 네비게이션정보와 관측자 정보를 알아볼 수 있도록 구현하였다.
좀 더 자세히 서술하면, 먼저 각 입력영상마다 독립적인 3차원 가상공간을 구축한다. 이렇게 구축된 가상공간을 연결하기 위해 가상공간 지도를 정의하고, 가상공간 지도의 연결구조에 따라 각 가상공간을 연결하여 보다 광범위한 3차원 가상공간을 구축할 수 있도록 하는 것이다.
이렇게 정의된 3차원 가상공간 모델을 기반으로 MVSD 가상공간지도의 구성요소 중에서 주로 특정 공간(Specific Room)과 연결점(Link Point) 가상공간을 구축하기 위한 기법으로 파노라마 영상을 이용한 실린더 기반 가상공간 구축기법을 구현하였고, 가상공간 지도(Virtual Space Map) 의 구성요소 중 통로(Passageway) 공간을 구축하기 위한 기법으로 평면 영상을 이용한 TIP 가상공간 구축기법을 구현하였다. 그림 8은 실린더 기반 가상공간 구축기법을 사용하여 구축된 가상공간을 보여주고 있다.
데이터처리
네비게이션 기능에는 가상공간에서 관측자 시점 이동이 가능한지, 관측자 360도 회전 기능 등이 있다. 표 4에서는 기존의 가상공간구축기법과 본 논문에서 제안한 가상공간 구축기법으로 구축된 가상공간에 대한 네비게이션 기능을 비교 분석하였다. 표 4에서 MVSD 저작도구로 구축된 3치원 가상공간의 네비게이션 기능이 기존의 기법보다 우수함을 보여주고 있다.
이론/모형
만약 모든 입력 영상에 대하여 하나의 기법만을 적용한다면, 결과적으로 생성된 가상공간의 장면의 사실성이 현저히 떨어질 것이다. 그래서 각 입력영상마다의 특성을 분석하여 가장 적합한 3차원 가상공간구축기법을 적용하여야 한다.
성능/효과
따라서 이 저작도구를 사용하면 가상공간에 대해 잘 모르는 사용자도 손쉽게 3차원 가상공간을 저작하고 네비게이션 할 수 있게 해준다. 이 논문에서 제안한 MVSD 저작도구에 의한 3차원 가상공간은 영상을 기반으로 하고 있으므로 3차원 모델기반 렌더링 같은 기존의 전통적인 방법보다 빨리 가상공간을 구축할 수 있다. 그리고 이 저작도구로 구축된 가상공간의 네비게이션 기능은 영상을 기반으로 가상공간을 구축하는 기존의 기법인 TIP 이나 실린더 기법보다 더 우수하다.
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