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3차원 그래픽스의 동영상에 대한 반사 효과의 고속처리
High Performance Reflection Effect Processing for Moving Pictures in 3 Dimensional Graphics 원문보기

한국지능시스템학회 논문지 = Journal of Korean institute of intelligent systems, v.19 no.3, 2009년, pp.444 - 449  

이승희 (충북대학교 전자정보대학 컴퓨터공학) ,  이건명 (충북대학교 전자정보대학 컴퓨터공학)

초록
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컴퓨터 하드웨어 고성능화와 함께 실시간 컴퓨터그래픽스를 활용하는 응용 시스템이 많이 출현하고 있다. 이 논문에서는 3차원 컴퓨터그래픽스에서 모델 내에 애니메이션 동영상이 재생되고 있는 상황에서 반사효과를 효율적으로 구현하는 방법을 제안한다. 제안한 방법은 동영상이 재생영역이 특정 반사평면의 어느 위치에 어떤 형태로 반사되는지 기하학적으로 계산한 다음, 텍스쳐 매핑하는 방법으로 반사효과를 구현하는 것이다. 제안한 방법이 기존의 스텐실 버퍼를 이용한 반사평면 효과 기법에 비하여 동영상과 반사평면의 영상이 함께 나타나는 경우에 처리 속도에는 큰 영향이 없고, 최소 30%에서 최대 127% 정도의 처리율이 개선되는 것을 실험 데이터에서 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

With the advance of high performance computing hardware, many applications have been emerging which exploit real-time computer graphics capabilities. This paper is concerned with an effective realization method for reflection effect for the situations in which moving pictures are played in 3D comput...

주제어

#3차원 컴퓨터그래픽스   #반사효과   #애니메이션   #렌더링  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 기존의 광선추적법이나 스텐실 버퍼를 사용하는 평면반사효과 기법을 적용하면 이러한 모델 중에 재생되는 동영상의 반사효과를 구현할 수 있지만, 계산 비용이 크기 때문에 하드웨어적인 제약이나 실시간 제약 때문에 적용하기 곤란할 수 있다. 따라서 이 논문에서는 이러한 반사효과를 적은 비용을 구현할 수 있는 방법을 제안한다.
  • 이 논문에서는 3차원 모델의 표면에 동영상이 상연되고 있고 이것이 반사면에 비춰지는 상황에서의 효과적인 렌더링에 대해서 효과적인 방법을 모색한다. 동영상은 최소 초당 15 프레임정도로 재생이 되어야 자연스러워 보이기 때문에 하나의 이미지를 생성하는데 1/15초 이내에 시간만이 허용된다.
  • 3차원 컴퓨터 그래픽스로 재현된 모델의 품질을 결정하는 중요한 요인은 렌더링된 영상으로부터 현실 세계에서 느끼는 것과 같은 현실감을 느끼게 하는 것과 애니메이션인 경우에는 끊김 현상이 없도록 하면서 최소 프레임 재생률을 보장하도록 하는 것이다. 이 논문에서는 3차원 컴퓨터그래픽스에서 모델 내에 애니메이션 동영상이 재생되고 있는 상황에서 반사효과를 효율적으로 구현하는 방법을 제안하였다. 제안한 방법은 동영상이 재생영역이 특정 반사평면의 어느 위치에 어떤 형태로 반사되는지 기하학적으로 계산한다음, 텍스쳐 매핑하는 방법으로 반사효과를 구현하는 것이다.
  • 이중 스텐실 버퍼를 이용한 기법이 효과적이기는 하지만 두 번의 렌더링을 하는 것은 애니메이션으로 재현되어야 하는 3차원 그래픽스에서는 부담이 크기 때문에 적용하는데 제약이 있다. 이 논문에서는 모든 반사 특성이 있는 표면에 대한 반사효과를 구현하는 것보다는 관찰자에게 가장 크게 영향을 줄 수 있는 반사평면에 대해서 상연되는 동영상의 반사효과를 구현하는 방법을 제안한다.
  • 한편 환경 매핑의 경우에도 1/15초 이내에 최소 7번의 렌더링을 하는 것은 무리이고, 스텐실 버퍼를 사용하는 평면 반사 효과 기법은 1/30초 이내에 하나의 프레임 이미지만 만들 수 있으면 되기 때문에 적용가능할 수 도 있지만, 일반 개인용 컴퓨터에서 게임 등의 응용에서 이러한 효과를 활용하기에는 적용하기 어려울 수도 있다. 이 논문에서는 스텐실 버퍼를 사용하는 평면 반사 효과 기법보다 효과적으로 거울, 스크린 등의 평면에 상연되는 동영상이 대리석 표면과 같이 매끈한 반사평면에 반사되는 효과를 구현하는 방법을 제안한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
3차원 컴퓨터 그래픽스 기술은 어느 분야에서 활용되고 있는가? 3차원 그래픽스에서는 가상환경을 구성하는 모든 물체를 3차원 공간상의 좌표로 표현하는 모델링을 한 다음, 3차원 물체를 2차원 화면에 대응하는 평면으로 투영(projection)을 하고 나서, 대응되는 화면상의 각 픽셀의 색상값을 결정하는 렌더링(rendering) 과정을 거쳐서, 이미지를 생성한다.[1] 이러한 3차원 컴퓨터 그래픽스 기술은 교육, 영화, 시뮬레이션, 게임, 시뮬레이션, 의료, 데이터의 시각화 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
3차원 컴퓨터 그래픽스는 어떤 기술인가? 3차원 컴퓨터 그래픽스는 실세계에서 사진을 찍어 2차원 이미지가 만들어지는 것과 같은 효과를 컴퓨터를 사용하여 계산적으로 구현하는 기술로서, 사진을 찍을 대상이 실제 존재하는 것이 아니라 컴퓨터 내부에 데이터로 존재하고, 사진을 찍는 것이 광학적인 현상에 의하는 것이 아니라 계산을 통해 수행된다.
광추적 기법의 단점은 무엇인가? 이러한 현실감있는 렌더링 기법으로, 빛의 물리적인 특성을 반영하여 광원으로 부터의 빛이 어떤 반사, 굴절을 통해서 면에 어떤 세기로 도달하는지 추적하여 계산하는 광추적(ray tracing) 기법[1]이 있다. 이 방법은 양질의 결과를 얻을 수있는 반면, 이론적으로 가능한 모든 광의 반사 및 굴절을 계산해야 하기 때문에 많은 시간과 비용을 필요로 한다. 광선추적법의 시간적 부담을 회피하는 렌더링 기법으로 환경 매핑(environment mapping)기법[1]이 사용되기도 한데, 이 방법은 미리 만들어둔 주위 환경 이미지를 물체 표면에 입혀서 투영시키는 것이다.
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참고문헌 (5)

  1. H. Bungartz, M. Griebel, and C. Zenger, 'Introduction to Computer Graphics', Charles River Media, 2004 

  2. J. Kilgard, 'Improving Shadows and Reflections via the Stencil Buffer', http://developer.nvidia.com/attach/6641, 1999 

  3. Mark J. Kilgard, 'Creating Refelctions and Shadows with Stencil Buffers', GDC 99, 1999 

  4. R. Bastos, W. Stuerzlinger, 'Forward Mapped Planar Mirror Reflections', University of North Carolina at Chapel Hill, Computer Science Technical Report TR98-206, 1998 

  5. W. F. Engel, A. Geva, 'Beginning Direct3D Game Programming'(2nd Ed.), Prima Tech, 2000 

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