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문제 정의
- 본 논문에서는 3차원 얼굴 메이크업을 위해 실제 피부의 다양한 측정값을 적용한 사실적인 피부 렌더링 방법을 개발하였다. 페인팅과 같은 메이크업 어플리케이션의 특성상 잦은 리샘플링이 필요하므로, 3차원 스캐너[3]로부터 얻은 고해상도의 데이터를 메쉬화 과정 없이 바로 사용할 수 있는 포인트 기반의 형상 표현[4]을 사용하였다.
- 본 논문에서는 기본적인 색상 변경을 수행하는 페인팅 효과 외에 부분별로 반사 매개변수 값을 조절할 수 있다. 이를 통해 얼굴 피부를 구성하는 각 스플랫의 경면광을 조절하여 광택(glossy)이 나는 효과나 무광(matt)의 효과를 적용 가능하며, 광택의 유무를 통해 실제 화장품의 재질에 따른 효과를 시뮬레이션할 수 있다.
- 3차원 얼굴에 메이크업 하는 과정을 시뮬레이션하기 위해서는 사용자 인터랙션을 통한 인터페이스가 정의 되어야 한다. 본 논문에서는 마우스나 타블렛을 이용한 2차원적인 페인팅 인터페이스를 개발하였다.
- 하지만 포인트 기반의 3차원 기하 정보 수정을 위해 보다 일반적인 용도로 개발되었으며, 물체의 재질에 대해서는 고려하지 않았다. 본 논문에서는 메쉬 기반의 페인팅 방법을 보완하기 위해 포인트 기반의 형상 표현을 채택하여 처리하였으며, Pointshop3D에서 고려하지 않은 물체의 재질에 대해서 고려하여 보다 사실적인 메이크업을 구현하였다.
- 본 논문에서는 얼굴 메이크업 시뮬레이션에서 사용할 수 있도록 메이크업 할 때 변화하는 피부를 사실적으로 렌더링하는 방법을 개발하였다. 이를 위하여 포인트 기반의 표면하 산란과 specular BRDF를 구현하였고, 화장품을 페인팅하는 과정에서 색상뿐만 아니라 화장품의 재질에 따라 달라지는 피부 표면의 반투명성과 반사 매개변수 값을 변경할 수 있도록 하였다.
- 또한 측정치에 기반한 specular BRDF 연산을 수행하여 사람의 피부에서 일어나는 경면 반사를 사실적으로 시뮬레이션하였다[6]. 본 연구에서는 이러한 광학적인 효과들을 포인트 기반의 형상 표현을 사용하여 구현하고, 이를 얼굴 메이크업 시뮬레이션에 적용하고자 한다. 이때 색상뿐만 아니라 피부의 반사도를 사용자가 변경 가능하게 함으로써 화장품에 따라 달라지는 사실적인 3차원 메이크업 결과를 시뮬레이션할 수 있게 하였다[6,7].
- 본 연구에서는 포인트 기반 렌더링 환경에서 사실적인 피부를 표현하기 위하여 확산광의 BSSRDF와 경면광의 BRDF를 사용한 조명연산 방법을 적용하였다[4]. 그림 7의 윗 줄은 조명 연산을 적용하지 않은 얼굴 렌더링 결과이며, 그림 7의 가운데 줄은 확산광의 표면하 산란만을 고려한 얼굴 렌더링 결과이다.
가설 설정
- 일반적으로 빛의 산란 형태는 입사부분과 그 주변의 재질과 형태에 따라 이방성을 가지지만, 본 논문에서는 스플랫을 이용한 연산과정의 단순화를 위해서 빛의 산란 형태를 등방성으로 가정하였다. 대부분의 실시간 표면하 산란 방법에서도 연산과정의 연산 속도를 향상시키기 위해 빛의 산란형태를 등방성으로 가정한다. 이 가정에 따라 빛이 입사하여 표면 위의 다른 점으로 사출되는 범위를 스플랫의 반지름 값으로 표현하고, 입사점으로부터 멀어질수록 가우시안 분포의 가중치를 따라 빛의 세기가 작아진다고 가정하였다.
- 대부분의 실시간 표면하 산란 방법에서도 연산과정의 연산 속도를 향상시키기 위해 빛의 산란형태를 등방성으로 가정한다. 이 가정에 따라 빛이 입사하여 표면 위의 다른 점으로 사출되는 범위를 스플랫의 반지름 값으로 표현하고, 입사점으로부터 멀어질수록 가우시안 분포의 가중치를 따라 빛의 세기가 작아진다고 가정하였다. 본 논문에서는 각 정점의 확산정보를 스플랫에 적용하여 중첩시키는 과정을 통해서 표면하 산란을 근사화하였다.
- 확산 반사 결과를 계산하기 위한 스플랫 기반 확산은 물체 내부에서 빛이 산란하는 현상을 오브젝트 공간상에서 효율적으로 근사화하기 위하여 렌더링 기본 요소인 스플랫을 이용하여 빛이 산란하는 형태를 표현하였다. 일반적으로 빛의 산란 형태는 입사부분과 그 주변의 재질과 형태에 따라 이방성을 가지지만, 본 논문에서는 스플랫을 이용한 연산과정의 단순화를 위해서 빛의 산란 형태를 등방성으로 가정하였다. 대부분의 실시간 표면하 산란 방법에서도 연산과정의 연산 속도를 향상시키기 위해 빛의 산란형태를 등방성으로 가정한다.
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