컴퓨터 그래픽스 소개(기본 개념)

컴퓨터 그래픽스 (Computer Graphics)

 : 컴퓨터를 이용하여 영상을 제작하는 기술

 

이미징: 2차원 이미지 표현

  ex) 와핑, 경계선 검출, 모핑

 

모델링: 3차원 오브젝트 표현

            간단한 모양의 물체들에 boolean연산(합집합, 교집합, 차집합)을 계층적으로 표현

              ex) 폴리곤, 메쉬 분할, 

 

렌더링: 3차원 모델들로부터 2차원 이미지 생성

            빛의 움직임을 시뮬레이션 하여 이미지 생성

               ex)Photorealistic Rendering, Non-Photorealistic Rendering

• Real-time Rendering
• 일반적으로 3D 렌더링을 의미
• 이미지가 표시되는 프레임 속도

 

• 그래픽 프로세스 : Image Storage & Display

 

애니메이션: 시간의 흐름에 따라 변화를 시뮬레이션

 

그래픽스 Applications

• CAD: 건축 공학을 위한 그래픽 시스템  ex) 빌딩, 자동차, 비행기, 기계 등의 디자인
• Simulation: 교육적인 목적을 위해 물리적/경제적인 다양한 상황의 모델을 컴퓨터로 생성
• Computer Art: 예술가들을 위한 그래픽스
• Entertainment: 영화 ,게임, 가상현실 등을 위한 그래픽스
• Data Visualization: 과학, 공학, 의학 데이터의 가시화를 위한 그래픽스

 

 

그래픽스 시스템

 : 컴퓨터 그래픽스 시스템도 일종의 컴퓨터 시스템

  6개의 구성요소 (입력장치, 중앙처리장치, 그래픽 처리장치, 메모리, 프레임 버퍼, 출력 장치)

  ex) 3차원 물체를 입력하는 방법: 3D 스캐너 사용, 모델링으로 만들기 …

 

픽셀과 프레임 버퍼

• 레스터 방식
• 그래픽스 시스템 안에서 픽셀의 배열, 즉 래스터로 생성됨
• 각 픽셀은 영상의 한 위치나 작은 영역에 대응
• 픽셀은 프레임 버퍼라고 부르는 메모리의 한 부분에 집단으로 저장

• 해상도(resolution)
  • 프레임 버퍼의 픽셀 수가 우리들이 볼 수 있는 영상의 상세함을 결정

• 1bit 깊이의 프레임 버퍼
• 8bit 깊이의 프레임 버퍼
• 각 픽셀의 비트 수로 정의되는 프레임 버퍼의 깊이(depth), 즉 정밀도(precision)가 주어진 시스템이 얼마나 많은 색을 표현할 수 있는지를 결정

레스터화(rasterization) / 주사변화(scan conversion)

: 응용 프로그램에 의하여 픽셀에 관한 정보를 처리하여 프레임 버퍼에 저장시키는 것

 

 

The CPU and GPU

• CPU (Central processing unit): 일반 처리와 그래픽 처리를 모두 수행할 수 있음

• Rasterization OR scan conversion
• GPU (Graphics processing units): 특정 그래픽 기능을 수행하기 위해 맞춤 제작되었고, 높은 수준의 병렬처리 능력을 가지고 있음

 

출력장치

• Cathode-ray tude (CRT)모니터의 원리

: TV의 원리와 유사하게 전자총으로부터 전자빔을 스크린에 주사

• 해상도(Resolution), 스캔라인(Scan Line), 종횡비(Aspect Ratio)
• 발광체의 지속성(Persistence of Phosphors)

• 레스터 모니터의 원리

: 대부분의 Display Monitor는 래스터 스캔방식이며, 특성상 Shading 및 Coloring에 적합

• Pixel(Picture Element) -> Scan Line -> Raster(set of horizontal scan lines)
• 앨리어싱: 지그재그 현상

(해결)-> 안티앨리어싱

• 래스터 : 생성된 그래픽 이미지를 Frame buffer에 저장
• Frame buffer: 프레임 버퍼의 깊이

 

입력장치

: 대부분의 그래픽 시스템은 키보드와 다른 작은 입력장치를 제공한다

 

Image Formation

• 이미지 형성 요소
  • 객체(Object): 모든 관찰자와 이미지 형성 과정에 독립적
  • 관찰자(Camera): 객체의 이미지 형성
  • 광원(Light sources)

Light and Images

: 빛과 물체 표면 사이의 상호작용

  얼마나 많은 빛이 카메라로 들어오는지

• 빛: light = visible spectrum

 

Imaging Models

• Ray tracing: 이미지 형성 기법
  • 포인트 소스에서 나오는 광선을 따라 카메라의 렌즈로 들어가는 광선을 찾음

• Radiosity: 에너지 보존을 기반으로 함
  • 핀홀 카메라

 

Synthetic-Camera Model

• 3차원 컴퓨터 그래픽스의 개념적 토대
  • 프로젝터(Projector): 렌즈 중심에서 물체의 한 점까지 선분
  • COP(center of projection): 렌즈의 중심
  • 투영면(Projection plane): 렌즈 앞으로 이동하는 가상 영상 평면