최근 가상 현실 및 증강 현실 기술의 발달로 다양한 형태의 기술이 제안되고 발전되고 있다. 특히 가상의 학습공간이나 가상의 건축 공간들을 위한 기술로서 원하는 형태의 그림을 그릴 수 있는 가상 드로잉 툴은 필수적인 요소 중 하나로 볼 수 있다. 기존의 래스터 기반 드로잉 알고리즘은 공간 이동이 잦은 가상 현실에서는 부적합 할 수 있는데, 가상 현실의 특성상 근접하거나 멀어지는 경우가 많기 때문이다. 본 논문에서는 연필 및 에어브러시의 물리적인 특성을 고려하여 실제 결과와 흡사하면서도 확대 및 축소에 강건한 가상의 드로잉 툴 렌더링 알고리즘을 제안한다. 캔버스로부터의 거리, 분사되는 잉크의 양, 움직이는 속도, 마찰력, 압력 등을 고려한다. 드로잉의 기본 단위는 정사각형 패치이며 각 패치는 슈도 랜덤값을 기반으로 하는 입자 형태의 이미지를 가진다. 이러한 입자 패치는 슈도 랜덤 식을 사용하고 매 프레임 마다 재 생성되기 때문에 확대 축소 시 깨짐 현상이 발생하지 않는다. 제안된 알고리즘은 2차원 환경 및 가상 현실 환경에 구현되었다. 2차원 환경은 안드로이드 기반 스마트폰에서 구현하였으며 가상 현실 환경은 언리얼 엔진 4를 사용하여 구현하였다. 구현 결과 확대 축소 시에도 이질감 없이 원래의 질감을 유지하는 렌더링 결과를 얻을 수 있었다.
최근 가상 현실 및 증강 현실 기술의 발달로 다양한 형태의 기술이 제안되고 발전되고 있다. 특히 가상의 학습공간이나 가상의 건축 공간들을 위한 기술로서 원하는 형태의 그림을 그릴 수 있는 가상 드로잉 툴은 필수적인 요소 중 하나로 볼 수 있다. 기존의 래스터 기반 드로잉 알고리즘은 공간 이동이 잦은 가상 현실에서는 부적합 할 수 있는데, 가상 현실의 특성상 근접하거나 멀어지는 경우가 많기 때문이다. 본 논문에서는 연필 및 에어브러시의 물리적인 특성을 고려하여 실제 결과와 흡사하면서도 확대 및 축소에 강건한 가상의 드로잉 툴 렌더링 알고리즘을 제안한다. 캔버스로부터의 거리, 분사되는 잉크의 양, 움직이는 속도, 마찰력, 압력 등을 고려한다. 드로잉의 기본 단위는 정사각형 패치이며 각 패치는 슈도 랜덤값을 기반으로 하는 입자 형태의 이미지를 가진다. 이러한 입자 패치는 슈도 랜덤 식을 사용하고 매 프레임 마다 재 생성되기 때문에 확대 축소 시 깨짐 현상이 발생하지 않는다. 제안된 알고리즘은 2차원 환경 및 가상 현실 환경에 구현되었다. 2차원 환경은 안드로이드 기반 스마트폰에서 구현하였으며 가상 현실 환경은 언리얼 엔진 4를 사용하여 구현하였다. 구현 결과 확대 축소 시에도 이질감 없이 원래의 질감을 유지하는 렌더링 결과를 얻을 수 있었다.
Recently, the improvement of virtual reality and augmented reality technologies leverages many new technologies like the virtual study room, virtual architecture room. Such virtual worlds require free handed drawing technology such as writing descriptions of formula or drawing blue print of building...
Recently, the improvement of virtual reality and augmented reality technologies leverages many new technologies like the virtual study room, virtual architecture room. Such virtual worlds require free handed drawing technology such as writing descriptions of formula or drawing blue print of buildings. In nature, lots of view point modifications occur when we walk around inside the virtual world. Especially, we often look some objects from near to far distance in the virtual world. Traditional drawing methods like using fixed size image for drawing unit is not produce acceptable result because they generate blurred and jaggy result as view distance varying. We propose a novel method which robust to the environment that produce lots of magnifications and minimizations like the virtual reality world. We implemented our algorithm both two dimensional and three dimensional devices. Our algorithm does not produce any artifacts, jaggy or blurred result regardless of scaling factor.
Recently, the improvement of virtual reality and augmented reality technologies leverages many new technologies like the virtual study room, virtual architecture room. Such virtual worlds require free handed drawing technology such as writing descriptions of formula or drawing blue print of buildings. In nature, lots of view point modifications occur when we walk around inside the virtual world. Especially, we often look some objects from near to far distance in the virtual world. Traditional drawing methods like using fixed size image for drawing unit is not produce acceptable result because they generate blurred and jaggy result as view distance varying. We propose a novel method which robust to the environment that produce lots of magnifications and minimizations like the virtual reality world. We implemented our algorithm both two dimensional and three dimensional devices. Our algorithm does not produce any artifacts, jaggy or blurred result regardless of scaling factor.
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문제 정의
본 논문에서는 연필 및 에어브러시의 물리적인 특성을 고려하면서도 확대 및 축소에 강건한 가상의 드로잉 툴 렌더 링 알고리즘을 제안한다. 실제 에어브러시는 캔버스로부터의 거리, 분사되는 잉크의 양 움직이는 속도에 따라 그려지는 형태가 변화한다.
제안 방법
즉, 캔버스의 특정 위치에 머문 시간에 비례하여 색 농도가 짙어 지는 특징을 가진다. 가상의 에어 브러시에서 이와 같은 특성을 나타내기 위해 머문시간에 정비례하여 입자 패치의 농도높여준다.
먼저 2D 환경 에서의 렌더 링 결과를 래스터 기반의 알고리즘과 비교하였다. 그림 18는 본 논문의 가상 에어 브러시 렌더링 결과이다.
본 논문의 구현은 2 차원 디바이스 및 가상 현실 디바이스 양측에서 이루어 졌다. 2 차원 디바이스는 안드로이드 기반의 스마트폰을 이용하였고 OpenGL 라이브러리를 기반으로 구현이 되 었다.
생성된 패치는 마지막으로 평면(캔버스)에 중첩되어 그려진다. 본 논문의 입자 패치는슈도 랜덤 식을 사용한다는 점에서 기존에 방식과 차별화 될 수 있다. 기존 방식은 에어브러시의 미세잉크 표현이나 혹연이 뭉개지는 질감을 표현하기 위해 이미지를 사용한다.
본논문에서 제안하는 방식은 래스터 그래픽스의 패치 기반 렌더링 방식을사용하되 패치의 내부에 입혀지는 텍스처는 실시간으로 생성하는 방식 이다. 따라서 래스터 기반 방식의 용이한 구현 난이도의 장점을 취하면서도 벡터 그래픽스 방식의 확대 및 축소에 강건한 장점까지 취할수 있다.
얻어진 사각형 랜덤 이미지를 사각형 패치에 매핑하고 필터링하여 본 논문의 최소 단위 인 입자 패치를 생성하게 된다.
입자 패치는 크기 및 농도를 조절할 수 있는 특징 이 있다. 에어 브러시의 물리적 특성을 기반으로 패치의 크기 및 농도를 계산하여 입자패치에 적용한다.
가상의 드로잉 툴은 위와 같은 물리적 특성들을 고려하여 야 실제와흡사한 렌더 링 결과를 얻을 수 있다. 이를 위해 거리, 분사속도, 마찰력을 입력으로 하며 렌더링 될 밀도를 출력으로 하는 매핑 테 이블을 구성한다. 특히 연필의 경우 흑연이 가지는 강한 정반사 특성을 고려하여 야 한다.
특히 연필의 경우 흑연이 가지는 강한 정반사 특성을 고려하여 야 한다. 이를 위해 무작위 샘플링을 통해 부분적으로 정반사특성을 강하게 주어 실제 연필 드로잉 결과와 흡사한 결과를 낼 수 있도록 한다.
다룬다. 잉크가뿌려진 결과 및 흑연이 뭉개진 결과를 흉내 내기 위해 필요한 매 프레임당 실시간으로 생성되는 랜덤 이미지를 기반으로 랜덤 이미지를 생성한다. 이때 정사각형 형태의 패치 상에 랜덤 이미지가매핑 되어 생성되며 data-checked="false">사용목적에따라입혀지는필터가바뀌고물리적인특성에따라사이즈및 재질이 결정된다.
이러한 방식은 실제 드로잉 툴의 결과 이미지를 사용할 수 있어 실제와 흡사한 결과를 만들어 낼 수 있는 장점이 있는 반면 확대 축소 시 깨짐 현상이 발생한다. 제안하는 방식은 매 렌더링 시 입자 패치의 질감을 크기에 따라 다시 계산하여 매핑하는방식이다.슈도 랜덤 기반이기 때문에 입자 패치가 매우 빠르게 생성이 되며 확대 축소 시에도 원래의 질감을 유지하기 때문에 가상 환경에 적합한 드로잉 알고리즘이라 할 수 있다.
대상 데이터
사용된 게 임 엔진은 에픽 사의 언리 얼 엔진 4 이다. 가상 현실 데모를 위한 HMD (Head mounted display) 는 삼성 오디 세 이를 활용하였다
2차원 환경 은 안드로이 드 기 반 스마트폰에서 구동된다. 가상 현실 환경은 언리 얼 엔진 4를 사용하여 구현하였다. 구현 결과 확대 축소 시에도 이질감 없이 원래의 질감을유지하는 렌더링 결과를 얻을 수 있었다.
가상 현실상에서 구현은 게 임 엔진을 활용하였다. 사용된 게 임 엔진은 에픽 사의 언리 얼 엔진 4 이다. 가상 현실 데모를 위한 HMD (Head mounted display) 는 삼성 오디 세 이를 활용하였다
이론/모형
이는 구글 플레 이 스토어 에서 무료로 다운받아설치할 수 있다 (펜소울). 가상 현실상에서 구현은 게 임 엔진을 활용하였다. 사용된 게 임 엔진은 에픽 사의 언리 얼 엔진 4 이다.
본 논문에서는 랜덤 값을 생성하기 위해 seed를 입력 받는 Pseudo Random 함수를 이 용한다. 입 력 된 seed를 기 반으로 0~1 사이의 실수 값을 생성하는공식은 아래와 같다.
가지도록 한다. 정반사 모델을 표현하기 위해선 음영 모델을 적용해야 하는데 수많은 패치가 그려지는 것을 고려하여가장 단순한 형태의 모델 인 Blinn 조명 모델을 사용한다.
성능/효과
이 그림의 붉은색 수직선을 기준으로 절단면을 도식화해보면 그림 (16)와 같은 형태를 띈다. CutOutvaiue보다 작은 값을 가지는 영역을 렌더링 과정에서 무시하면 그려지게 되는 입자의 수와 크기가 줄어드는 것을 확인 할수 있다. 가상에어 브러시의 경우 투명도로 농도가 결정되는 반면 가상 연필은 실제 입자의 밀도에 따라농도가 정해지는 차이를 확인할수 있다.
가상 현실 환경은 언리 얼 엔진 4를 사용하여 구현하였다. 구현 결과 확대 축소 시에도 이질감 없이 원래의 질감을유지하는 렌더링 결과를 얻을 수 있었다. 특히 가상 현실 환경에서는 확대 축소에 강건한 가상 드로잉 툴 알고리즘이 매우 효과적 임을 확인할 수 있었다.
먼저 실제 에 어 브러시 가동작하는 원리를 분석하여 보면 노즐의 각도, 분사되는 잉크의 양, 캔버스까지의 거리를 기준으로 실제 그려 지는 농도 및 두께 가 결정되 는 것을 알 수 있다. 즉, 그림 (6)에서 표현된 것처 럼 노즐의 분사 각, 캔버스와의 거 리, 분사 압력 조절을 통해 다양한 형 태의 스트로크를 표현할 수 있다.
왼쪽 이미지의 경우 명확하게 사각형 형태의 앨리어싱이 생기는 것을 확인할 수 있다. 본 논문의 결과 이미지는 이러한 앨리어싱이 전혀 나타나지 않음을 확인할 수 있다.
가진다. 본 논문의 입자 방식 표현은 그림 ⑶과 같이 이 러한 단점을 효과적으로 보완할 수 있다. 기존의 단순 블렌딩 방식이 아닌 실제 입자들로중첩이 되기 때문이다.
안하였다. 제 안된 알고리즘은 확대 및 축소에 강건한 결과를 나타냈으며 이는 가상 현실과 같이 오브젝트의 확대 및 축소가 빈번하게 일어나는 환경에 적합한 렌더링 알고리즘이라 할 수 있다. 입자 패치는 가상의 크레용, 붓, 볼펜 렌더링 알고리즘에도 적용이 가능하다.
각 렌더링 결과의 왼쪽은 비교적 원거리에서 캔버스를 보았을 때의 이미지이며 오른쪽은 근접하여 관찰하였을 때의 결과이다. 제안된 알고리즘은 거리에 상관없이 깨끗한 렌더링 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
구현 결과 확대 축소 시에도 이질감 없이 원래의 질감을유지하는 렌더링 결과를 얻을 수 있었다. 특히 가상 현실 환경에서는 확대 축소에 강건한 가상 드로잉 툴 알고리즘이 매우 효과적 임을 확인할 수 있었다.
후속연구
입자 패치는 가상의 크레용, 붓, 볼펜 렌더링 알고리즘에도 적용이 가능하다. 향후 추가적인 브러시에 대한 연구를 진행한다면 더욱 다양한 가상 드로잉 툴 알고리즘이 구현될 것으로 기대된다.
참고문헌 (15)
A. Quint, "Scalable vector graphics," in IEEE MultiMedia, vol. 10, no. 3, pp. 99-102, July-Sept. 2003
S. DiVerdi, "A Modular Framework for Digital Painting," in IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, vol. 21, no. 7, pp. 783-793, July 1 2015.
Alexander V. ReshetovYevgeniy P. KuzminDenis V. IvanovAlexander N. Yakovlev. , "Spatial patches for graphics rendering", US Patent US7102636B2, March 31, 2001
Katsuaki Kitajima, "Air Brush", US Patent US6431466B1, August 13, 2002
Jonathan Konieczny, Gary Meyer, "Airbrush Simulation for Artwork and Computer Modeling", in NPAR '09 Proceedings of the 7th International Symposium on Non-Photorealistic Animation and Rendering Pages 61-69, August 01, 2009
Roy Shilkrot, Pattie Maes, Amit Zoran, "Physical Rendering with a Digital Airbrush" in MIT Open Access Article, July 02, 2018
Stephen J. DiVerdi, "Systems and methods for particle-based digital airbrushing", US Patent US8854342B2, March 02, 2012
Stephen J. DiVerdi, "Methods and apparatus for deformation of virtual brush marks via texture projection", US Patent US8896579B2, March 02, 2012
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