[논문]드라마 VFX의 렌더링 시간 단축을 위한 3DCGI 워크플로우 제안

백광호; 길운; 이병춘; 윤태수

doi:10.6109/jkiice.2020.24.8.1006

드라마 VFX의 렌더링 시간 단축을 위한 3DCGI 워크플로우 제안
3DCGI workflow proposal for reduce rendering time of drama VFX 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.24 no.8, 2020년, pp.1006 - 1014

백광호 (Department of Visual Contents, Dong-seo University) , 길운 (Arcade Game Regional Innovation Center, Dong-seo University) , 이병춘 (Department of Digital Contents, Dong-seo University) , 윤태수 (Department of Visual Contents, Dong-seo University)

초록
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OTT 서비스의 성장으로 해외드라마 유입 증가로 드라마 VFX에 대한 소비자의 기대치는 높아졌으나, 현재의 드라마 제작 시스템에 의한 제작 시간 부족은 VFX의 질적 저하와 작품의 완성도에 악영향을 준다. 본 논문은 기존의 VFX의 제작 시간을 줄이고 VFX의 질을 높이고자 게임엔진을 사용한 배경렌더링과 배경HDRI를 환경 조명으로 적용한 피사체 렌더링 워크플로우를 제안하였다. 제안한 워크플로우는 총 3단계로 검증하였다. 동일 조명환경과 카메라 거리에 따른 게임엔진과 렌더링 소프트웨어 비교, 기존 렌더링 방식과 배경 HDRI 생성을 통한 렌더링 비교, 제안한 워크플로우 유효성을 검증한다. 검증에는 구조적 유사도와 히스토그램을 사용하여 정량적 평가를 하였다. 이 연구는 VFX의 제작 리스크를 개선과 질적 향상을 위한 선택지의 한가지로 기대 할 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Consumer expectations for drama VFX increased as the influx of overseas dramas increased due to the growth of OTT service, but the current production time of the drama production system has a negative effect on the quality and completion of work. This paper proposes a background rendering using a game engine and a subject rendering using background HDRI as environmental lighting. The proposed workflow is expected to reduce the production time of VFX and improve the quality of VFX. The proposed workflow was verified in 3 steps. Comparing game engine and rendering software according to the same lighting environment and camera distance, comparing rendering with existing rendering method and background HDRI generation, and validating the proposed workflow. For verification, quantitative evaluation was performed using Structual similarity index and histogram. This study is expected to be one of the options to improve the quality of VFX and improve the risk.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1 Traditional 3D CGI workflow
그림 Fig. 2 Proposed 3D CGI workflow
표 Table. 1 Experiment environment
그림 Fig. 3 Structural similarity of Stanford Bunny by distance
그림 Fig. 4 Structural similarity of Utah Teapot by distance
표 Table. 2 Comparison of histograms by Distance
그림 Fig. 5 HDRI used in experiments
표 Table. 3 Structural similarity of traditional rendering rendering and HDRI rendering
표 Table. 4 Rendering time comparison
표 Table. 5 Histogram comparison of traditional rendering and HDRI applied rendering
표 Table. 6 Structural similarity for traditional rendering and proposed rendering
표 Table. 7 Histogram comparison of Tranditional workflow and proposed workflow

AI 본문요약
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문제 정의

1)의 검증은 동일 조명환경에 대한 렌더링 소프트웨어와 게임엔진의 유사성 및 3D 렌더링의 게임엔진 활용 가능성을 검증하고자 한다. 조명은 HDRI를 사용하여 동일한 조명환경을 조성하였다.
2)는 주 피사체 렌더링에 대한 배경 HDRI활용을 검증하고자 한다. 기존 렌더링은 사실적인 표현을 위하여 장면에 포함된 오브젝트의 쉐이더와 조명정보를 계산한다.
3)는 기존 워크플로우와 제안한 워크플로우의 결과물을 직접적으로 비교하여 제안한 워크플로우의 유효 실험 환경성을 검증하고자 한다.
기존의 워크플로우와 제안한 워크플로우의 결과물 비교를 통해 제안한 워크플로우의 유효성을 검증하고자 한다. 결과물의 구조적 유사도는 표 6과 같다.
본 논문에서는 VFX제작의 시간적 리스크와 질적 한계를 극복하기 위해 게임엔진을 사용한 배경 렌더링과 배경 HDRI를 환경조명으로 적용한 피사체렌더링 워크플로우를 제안하고자 하며, 이를 통해 렌더링 시간 감소와 멀티패스 렌더링을 실현하고자 한다.
본 논문은 시간이 부족한 드라마 제작 스케쥴에 의한 VFX제작의 시간적 과부하 개선하기 위한 3DCGI 워크플로우를 제안하고자 하였다.
제안하는 워크플로우는 배경 HDRI를 적용한 주 피사체 렌더링과 게임엔진을 사용한 배경 렌더링을 통해 렌더링에 소모되는 시간과 예산을 줄이고 멀티패스 렌더링의 한계를 극복하고자 하였다.

제안 방법

1) 모델링을 바탕으로 텍스쳐 제작(Texturing), 리깅(Rigging) 을 진행한다.
3가지 검증을 통해 게임엔진을 활용한 배경 렌더링으로 배경 제작에 대한 시간을 단축하고 HDRI를 활용하여 주 피사체에 대한 렌더링 시간 단축 가능성을 검증하고자 한다.
그 화상 데이터가 어떤 농도치를 갖는 픽셀로 구성되었는지 조사하는데 쓰이며, 화상이 소정 형상의 히스토그램을 갖도록 계조 처리를 한다.[20]
그래픽 표현의 오차 측정은 구조적 유사도와 히스토그램(Histogram)을 통해 비교한다. 구조적 유사도는 Structural Similarity Index(SSIM)을 사용한다.
검증하고자 한다. 조명은 HDRI를 사용하여 동일한 조명환경을 조성하였다. 카메라와 피사체의 거리는 1000cm부터 3000cm까지 500cm간격의 5단계로 구성하였다.

대상 데이터

[16] 해당 HDRI는 동일 장소에 대한 다양한 시간대의 HDRI를 포함하고 있다. 본 실험에는 낮 시간대인 1시 50분대 HDRI를 사용하였다.
사용하였다. 섭스텐스 페인터에서 제작된 쉐이더는 각각의 렌더링 소프트웨어에 대응하여 쉐이더의 출력이 가능함으로 브이레이, 레드시프트, 아놀드, 언리얼용 쉐이더로 출력하여 사용하였다.
쉐이더(Shader)는 섭스텐스 페인터(Substance painter) 에서 오브젝트에 최초로 부여되는 기본 쉐이더(Default shader)를 사용하였다. 섭스텐스 페인터에서 제작된 쉐이더는 각각의 렌더링 소프트웨어에 대응하여 쉐이더의 출력이 가능함으로 브이레이, 레드시프트, 아놀드, 언리얼용 쉐이더로 출력하여 사용하였다.
실험에 사용한 HDRI의 사이즈는 2048*1024이며 피사체와 동일한 위치에 파노라마 카메라(Panorama Camera)를 위치시켜 각각의 렌더링 소프트웨어에서 렌더링 하였다. 그림 5는 아놀드에서 생성한 HDRI 이미지이다.
실험에는 2가지의 피사체 모델링과 1가지의 배경 모델링을 사용하였다. 피사체 오브젝트는 스탠퍼드 버니 (Stanford Bunny)[12]와 유타 주전자(Utah teapot)[13]을 사용하였다.
이를 개선하고자 장면에 포함된 환경과 조명을 HDRI로변환하여 환경조명으로 적용한다. 실험에는 현업에서 사용 빈도가 높은 레드시프트, 브이레이, 아놀드를 사용한다.
조명은 HDRI를 사용하여 동일한 조명환경을 조성하였다. 카메라와 피사체의 거리는 1000cm부터 3000cm까지 500cm간격의 5단계로 구성하였다.
사용하였다. 피사체 오브젝트는 스탠퍼드 버니 (Stanford Bunny)[12]와 유타 주전자(Utah teapot)[13]을 사용하였다. 해당 모델링은 컴퓨터 그래픽스 연구에서 표준 참조 물체로 사용되고 있다.

이론/모형

게임엔진 렌더링은 RTX 2070 Super 그래픽카드를 사용하여 실시간 레이트레이싱(Real time Raytracing) 을 적용하였다.
통해 비교한다. 구조적 유사도는 Structural Similarity Index(SSIM)을 사용한다. SSIMe인간의 시각에 의해 인식되는 이미지 품질 비교 체계에 근접하여 이미지 품질을 정량적으로 평가하는데 사용된다.
[17] 하지만 재질과 빛의 속성 변화는 이미지 품질에 영향을 주지 않는다. 이러한 빛과 재질에 의한 시각적 변화는 히스토그램을 통하여 정량적 평가에 사용된다. [18]

성능/효과

1) 모델링, 리깅, 애니메이션, 텍스쳐 생성, 장면 배치, 조명 설치까지는 기존의 워크플로우를 따른다.
사용한다. 3) 배치와 조명이 완료된 장면은 주 피사체 렌더링을 위한 조명과 환경을 포함한 HDRI와 배경 렌더링을 위한 조명 HDRI로 출력한다.
검증결과 렌더링 소요 시간 절감은 소프트웨어에 따라 다소 차이를 보였으나, 전체적으로 절반이상의 절감을 보였다. 동일한 조명환경에서 렌더링 소프트웨어와 게임엔진은 약 83~94%의 유사도를 보였으며, 게임엔진에서 상대적으로 쉐도우 영역이 강조되는 것을 확인할 수 있었다.
기대 할 수 있다. 결과적으로 드라마 VFX의 리스크를 줄여 장르적 한계를 극복할 것으로 예상된다. 본 논문은 구성은 다음과 같다.
보였다. 동일한 조명환경에서 렌더링 소프트웨어와 게임엔진은 약 83~94%의 유사도를 보였으며, 게임엔진에서 상대적으로 쉐도우 영역이 강조되는 것을 확인할 수 있었다.
레드시프트와 브이레이는 배경을 포함한 렌더링과 HDRI를 적용한 렌더링에서 히스토그램의 파형의 유사성을 보였다. 아놀드의 경우 HDRI에서 상대적으로 완만한 파형을 보였다.
모든 실험에 사용한 모든 렌더링 소프트웨어에서 동일한 현상이 발생하였으며, 이를 통해 카메라와 피사체의 거리가 멀어질수록 구조적 유사도의 증가를 확인 할 수 있다.
스탠퍼드 버니는 레드시프트 88.4%, 브이레이 87.93%, 아놀드 84.94%, 유타 주전자는 레드시프트 90.17%, 브이 레이 90%, 아놀드 88.69%의 구조적 유사도를 보였다. 표 7은 결과물에 대한 히스토그램 비교이다.
스탠포드 버니는 레드시프트 95.23%, 브이레이 95.58%, 아놀드 94.49%의 구조적 유사도를 보였으며, 유타 주전자 레드시프트 93.31%, 브이레이 97.04%, 아놀드 95.71% 의 구조적 유사도를 보였다.
제시한 워크플로우를 통하여 VFX제작에서 오는 시간 부족 개선과 더불어 렌더링에서 절약한 제작 시간을 VFX의 전체적인 질적 향상에 활용 가능하다.
제안한 워크플로우는 3단계의 검증을 통하여 유효성을 증명하였다.
나타났다. 제안한 워크플로우는 기존의 워크플로우의 결과물과 100% 동일한 품질을 생산하지 못하지만 80% 이상의 유사도를 보인다. 배경 제작에서는 실시간 렌더링이 가능하며, 주 피사체의 제작시간은 약 3분의 1수준으로 단축 가능 하였다.
제안한 워크플로우는 상대적으로 적은 시간에 기존 워크플로우와 유사한 그래픽 표현력을 보여주며, 줄어든 제작 시간은 작업자의 역량이 요구되는 공정으로 재분배함으로써 후반작업 전반에 대한 제작 효율과 질적 향상을 기대 할 수 있다. 결과적으로 드라마 VFX의 리스크를 줄여 장르적 한계를 극복할 것으로 예상된다.
제안한 워크플로우는 전반적으로 쉐도우 영역이 강하며, 하이라이트 영역이 넓게 나타났다. 미드 톤에서는 레드시프트는 유사한 형태를 보였으며, 브이레이와 아놀드는 미드톤 영역의 범위에서 게임엔진이 조금더 밝게 표현되었다.
최종 워크플로우 유효성 검증 결과 약 84~90%의 구조적 유사도를 보였으며, 상대적으로 쉐도우 영역이 강하게 나타나며, 하이라이트 영역이 넓게 나타났다. 제안한 워크플로우는 기존의 워크플로우의 결과물과 100% 동일한 품질을 생산하지 못하지만 80% 이상의 유사도를 보인다.

후속연구

본 논문에서는 동일 조명환경 구성과 렌더링에 집중하였으며, 이후 다양한 재질에 대한 결과물 비교와 합성 이후의 최종 결과물 도출에 대한 추가 연구가 필요하다.

참고문헌 (20)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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