컴퓨터 그래픽스의 개요

01 컴퓨터 그래픽스의 개요

컴퓨터그래픽 정의

• 컴퓨터 처리에 속하는 수치, 문자를 입력 데이터로써 도형, 화상 정보를 출력, 즉 화상을 생성 처리하는 일

컴퓨터 그래픽스의 발전

• 1970년대
  • 60년대 나온 CAD 시스템이 널리 사용되기 시작
• 1980년대
  • DOS 시스템에서 Window로 넘어감
  • Graphics Art
• 1990년대
  • 하드웨어 분야에서 급격한 발전이 이루어진 시기
  • 3D Graphics 발전
  • 하드웨어 발전이 소프트웨어 발전을 이끌어 줌
    • H/W가 발전할수록 S/W의 성능을 100% 이끌 수 있기 때문
    • 새 H/W가 나온다면 이를 활용해 더 좋은 어플을 개발이 가능하기 때문
• 2000년대
  • 실시간 렌더링으로 인해 물체의 사실감, 자연스러움 증가시키는 그래픽 기술 ⇒ 진짜 물건이나 사람 대신 그래픽으로 처리 가능
  • 모바일 환경 및 무선 환경으로 PDA, 휴대폰 등

2차원 그래픽과 3차원 그래픽

2차원 그래픽

• 벡터 그래픽\(_{Vector \ Graphics}\)
  • 그래픽에 사용된 객체들을 수학적 함수로 표현해 기억 공간에 저장하는 방식
  • 화면을 확대하더라도 화질 변화 X

    <?xml version = "1.0"?>
    <svgwidth="200" height="200">
         <ellipsecx="110" cy="50" rx="70" ry="40">
             style="fill:blue;stroke:blue; stroke-width:2"/
         <polygonstyle="fill:green;stroke:green;"
     stroke-width:2"points="130,40 140,190 50,190"
          />
    </svg>
  

  SVG에 위와 같이 입력 시 아래와 같은 그림이 출력이 된다.

  

• 래스터 그래픽\(_{Raster \ Graphics}\)
  • 래스터 그래픽 출력 장치에 표시하기 위한 그래픽 데이터를 픽셀 단위로 기억 공간에 저장
  • 화면 확대 시 화질 감소

  • 화질이 출력 장치의 해상도 성능에 따라 바뀜

    

• 래스터 그래픽과 벡터 그래픽의 차이

  

  • 위 그림을 보면 비트맵은 화면 확대 시 화질이 깨지지만 벡터는 깨지지 않는다는 것을 확인할 수 있다

3차원 그래픽

• 3차원 그래픽 생성과정
  1. 모델링\(_{Modeling}\)
     • 3차원 좌표계에서 물체의 모양을 표현하는 과정
     • 와이어프레임\(_{Wireframe}\) 모델
     • 다각형 표면\(_{Polygon \ Surface}\) 모델
     • 솔리드\(_{Solid}\) 모델링
     • 3차원 스캔에 의한 모델링

     ---

     

  2. 투영\(_{Projection}\)
     • 3차원 객체를 2차원 화면에 투영
     • 즉, 3차원 객체를 사진처럼 2차원으로 축소 시키는 것이다.
     • 평형 투영법과 원근 투영법
  3. 렌더링\(_{Rendering}\)
     • 색상과 명암의 변화와 같은 3차원적인 질감을 더하여 현실감을 추가하는 과정
     • 은면의 제거\(_{Hidden \ Surface \ Removal}\)
       • 3D 장면에서 물체 중 일부가 다른 물체에 의해 가려져 숨겨진 부분을 결정하고 표시하지 않는 기술
     • 쉐이딩\(_{Shading}\), 텍스쳐 매핑\(_{Texture \ Mapping}\) , 그림자\(_{Shadow}\)
       • 쉐이딩은 3D 모델의 표면에 빛과 그림자의 효과를 적용하여 모델이 입체적으로 보이도록 만드는 기술
       • 텍스쳐 매핑은 3D 모델의 표면에 2D 이미지나 패턴을 적용해 모델에 표면에 목재, 벽돌, 피부, 옷감과 같은 다양한 재질과 디자인을 부여하는 기술
       • 그림자 기술은 빛의 방향과 위치에 따른 물체의 그림자를 생성하고 표시하는 기술입
     • 광선추적법\(_{Ray \ Tracing}\)
       • 광선추적법은 3D 그래픽스 렌더링에서 현실적인 빛의 반사, 굴절, 그림자, 반사 등을 물리적으로 정확하게 시뮬레이션하는 렌더링 기술

       

       

그래픽스, 이미지처리, 애니메이션 및 가상현실

그래픽스와 이미지처리

• 로젠펠드는 그래픽스, 이미지처리 및 컴퓨터 비전의 차이점을 구분

애니메이션과 가상현실

• 애니메이션\(_{Animation}\)
  • 일련의 정지된 그림이나 이미지를 연속적으로(초당 15 프레임 이상) 보여주어 연속된 동작으로 느낌

  • 인간의 잔상효과를 이용

    

• 가상현실\(_{Virtual \ Reality}\)
  • 컴퓨터 그래픽스 기술을 이용하여 가상공간과 객체들을 구축, 관찰자\(_{Viewer}\)가 가상공간을 돌아다니며 체험
  • 가상공간과 물체의 실시간 디스플레이(초당 15 Frame이상)가 중요

컴퓨터 그래픽스의 활용

컴퓨터 그래픽스의 활용분야

1. CAD
   • 건축 설계
   • 부품설계 및 도면작성\(_{Drafting}\), 기계설계
2. 컴퓨터 애니메이션과 시뮬레이션
   • 프레임들의 빠른 연속적인 디스플레이
   • 교육, 훈련(조종 훈련), 물리학적 시스템의 특성과 동작 이해
3. 컴퓨터 디자인 및 아트
   • 상업 디자인
   • 창작 미술
   • 손상된 그림 복구
4. 게임 및 엔터테이먼트
   • 영화, 게임 , 뮤직 비디오, TV 프로그램 등
   • 컴퓨터 게임: 2차원 게임에서 3차원 게임으로 발전
5. 프리젠테이션 및 데이터 시각화\(_{Data \ Visualization}\)
   • 프리젠테이션 그래픽스\(_{Presentation \ Graphics}\): 그래프, 차트, 비즈니스 그래픽, 프로젝트 관리
   • 컴퓨터 생성 모델\(_{Visualization}\): 물리적, 금융, 경제 모델
   • 일기예보도 여기 포함
6. 멀티미디어 분야에서 활용
   • 그래픽은 멀티미디어 응용에서 가장 자주 이용하는 매체
   • 웹페이지, 디지털 방송, 휴대폰, 사이버 클래스, 가상환경의 구축, 아바타 생성
   • VR Chat도 여기 들어감
7. GUI
   • window
   • Icons
   • Menu
8. 전자 출판
   • 문서 준비 시스템 (Document Preparation System)
   • 출판 (DTP: 데스크톱 퍼블리싱)
9. 공간 정보의 표현
   • 지리 정보 시스템(GIS: Geographic Information System)
   • 차량 주행 안내 시스템(Car Navigation System)
   • C3I, C4I (Military, Police, Emergency monitoring) : 50년대 중반 SAGE 방공 시스템이 시초
10.  이미지 처리(Image Processing)
    • Feature Detection
    • Pattern Recognition
    • 3D Reconstruction(예: MRI, CT)