Video & Image VIPLProcessing Lab. 2014-1 Myoung-Jin Kim, Ph.D. (webzealer@ssu.ac.kr)
목차 1 컴퓨터그래픽스의역사 2 컴퓨터그래픽스의활용 3 컴퓨터그래픽스시스템
컴퓨터그래픽스란? 컴퓨터그래픽스에대한다양한시각 컴퓨터를이용하여그림을그리거나조작하는기술 그림을그리거나조작하기위해사용되는컴퓨터기술 이러한기술을이용하여만든그림 그래픽스시스템을위한하드웨어기술 입출력장치, 비디오메모리, 그래픽스처리기 그래픽스시스템을위한소프트웨어기술 그래픽스기본요소그리기알고리듬 그래픽스객체의이동, 회전, 크기조정등의기하변환 2차원및 3차원뷰잉알고리듬 조명및물체의렌더링알고리듬 교재관련부분 : 2 쪽
컴퓨터그래픽스의역사 초기 Whirlwind computer SAGE 의 CRT 콘솔 http://en.wikipedia.org/ 교재관련부분 : 9~20 쪽
컴퓨터그래픽스의역사 초기 ooooooooooooooooooooooooo...ooo...ooo...ooooooo...oooooooooooooooooo... oooooooooooooooooooooooo.oo..ooooo...o...oooooooooooooooooooooooo.... oooooooooooooooooooooooooooooo...ooo......ooooooooooooooooooooo..... oooooooooooooooooooooooooooo.oooooooooo..o.....ooooooooooooooooooo...... oooooooooooooooooooooooooo..oooooooooo......oooooooooooooooo...... oooooooooooooooooooooooooo.ooooooooooooo......ooooooooooooo...oooo...... oooooooooooooooooooooooo.ooooooooooooooooo....oooooooooooo...ooooo.....o ooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo....oooooooooo...oo@@ooo...o@@ oooooooooooooooooooooooooooooooooooooo.o....ooooooooo...oo@@@ooo...o @@@ oooooooooooooooooooo.ooooooooooooooo....oooooo...oo@@@@ooo...o@ @@@ ooooooooooooooooooo.ooooooooooooooo...... oooooo...ooo@@@@@oo...o@@@ @@@ oooooooooooooooooo..ooooooooooooooo...ooo.......oooo...ooo@@@@@@oo...o@@@@ @@@.ooo...ooo@@@@@o..@@@@@ @@@ ooooooooooooooooo..ooooooooooooo...ooo... 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컴퓨터그래픽스의역사 Sketchpad 1963년 Ivan Sutherland의 MIT 박사학위논문 Sketchpad, a Man-Machine Graphical Interface Systems 벡터디스플레이모니터와라이트펜을사용하여대화식디자인 대화형컴퓨터그래픽스의시초 Sketchpad 데모비디오클립 ( ) http://www.youtube.com/watch?v=usyot_ha_ba&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=bkm3cmrqk2o&nr=1 교재관련부분 : 9~20 쪽
컴퓨터그래픽스의역사 ACM SIGGRAPH Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques 1963년 ACM(Association for Computer Machinery) 산하에결성된컴퓨터그래픽스분야의전문가그룹 컴퓨터그래픽스전문저널발간 매년학술대회 (SIGGRAPH) 개최 교재관련부분 : 9~20 쪽
컴퓨터그래픽스의역사 Evans & Sutherland 1968년미국 Utah 대학의 David Evans와 Ivan Sutherland 교수가설립한컴퓨터회사 졸업생및학생들이직원으로참여 James Clark(Silicon Graphics사의공동창업자 ) Ed Catmull(Pixar사의공동창업자 ) John Warnock(Adobe사의공동창업자 ) 시뮬레이션용그래픽스시스템개발 Picture System 시리즈 : 클리핑과원근투시를하드웨어로지원하는실시간벡터디스플레이사용 현재디지털영화관, 디지털천체투영관을위한소프트웨어및하드웨어생산 교재관련부분 : 9~20 쪽
컴퓨터그래픽스의역사 Geometry Engine 1979년 Stanford 대학의 James Clark 교수가개발, Silicon Graphics사에서상용화 실시간래스터그래픽스시스템 기하모델에기반한영상생성의초기단계를구성하는기하파이프라인 객체를모델링하는다각형및기타기하객체의꼭짓점에기하변환을적용하여장면을정의한후조명및음영처리 초기에는소프트웨어로구현되었으나, 1980년대초 VLSI가출현하면서하드웨어로구현 쥬라기공원, 터미네이터, 토이스토리등의영화제작에서활용 교재관련부분 : 9~20 쪽
컴퓨터그래픽스의역사 GUI (Graphical user interface) 텍스트형태의명령과출력대신그림으로기호화된명령과정보출력으로사용자가컴퓨터시스템과상호작용하는사용자인터페이스 1973년 Xerox PARC의 Alto personal computer 처음으로 GUI를제시 윈도, 아이콘, 메뉴를사용하여파일삭제, 이동등의명령지원 1984 년 Macintosh GUI 를채택한최초의성공적인상용컴퓨터 마이크로소프트사의 Windows 운영체제, 유닉스의 X 등이 GUI 환경으로널리사용됨 교재관련부분 : 9~20 쪽
컴퓨터그래픽스의역사 다양한렌더링기술의발전 Jack Bresenham : 래스터장치에서직선을그리는방법창안 안티에일리어싱 Pierre Bézier : 매개변수스플라인곡선및곡면 가시면결정 반사모델, 조명모델 : Gouraud, Phong, Blinn 등 광선추적법 입자시스템, 프렉탈등 ( 출처 : http://en.wikipedia.org/) 교재관련부분 : 9~20 쪽
목차 1 컴퓨터그래픽스의역사 2 컴퓨터그래픽스의활용 3 컴퓨터그래픽스시스템
컴퓨터그래픽스의활용분야캐드 / 캠프레젠테이션가상현실미술애니메이션 / 게임교육훈련자연과학가시화그래픽사용자인터페이스
컴퓨터그래픽스의활용분야 CAD(Computer-aided design) 컴퓨터보조설계 : 컴퓨터를이용하여객체를설계하는기술 설계에필요한인력, 시간, 노력등을단축함으로써설계효율향상 자동차, 조선, 항공산업, 건축설계등에활용 2 차원도면제작시스템부터 3 차원입체모델링에이르는다양한 패키지가활용되고있음 디지털프로토타이핑 제품을설계및최적화, 검증하고, 이를시각적으로보여주는 과정을디지털방식으로진행 물리적인시제품을제작하는과정에비해설계기간을단축하고, 비용을절감하는데기여함 CAM(Computer-aided manufacturing) 과함께제조공정에 연결될수있음 자동생산에따른효율과가공의정밀도향상교재관련부분 : 9~20 쪽
컴퓨터그래픽스의활용분야 디지털아트 컴퓨터를통해디지털형태로표현하는예술 컴퓨터그래픽스소프트웨어, 디지털사진기술, 포토샵과같은드로잉도구를사용 디지털회화, 디지털설치예술, 가상현실등다양한형태의표현활용 ( 출처 : http://en.wikipedia.org/) Ice Age Premonition by George Grie Wires by Perry Welman 교재관련부분 : 9~20 쪽
컴퓨터그래픽스의활용분야 과학적가시화 (Scientific visualization) McCormick의정의 : 과학적시각화는복잡한수치, 때로는대규모수치로표현되는복잡한과학적개념이나결과의이해를돕기위하여컴퓨터그래픽스를이용하여시각적인영상을만드는것 McCormick ( 출처 : http://en.wikipedia.org/) 교재관련부분 : 9~20 쪽
컴퓨터그래픽스의활용분야 가상현실 (Virtual reality) 컴퓨터시뮬레이션을통해 현실에가까운감각을제공하는가상의환경 기술적요소 입체화면, 3 차원입체음향, 데이터장갑 장면데이터베이스, 그래픽소프트웨어 ( 출처 : NASA) 스크린이나특수입체디스플레이를통한시각정보제공 데이터장갑등을이용하여컴퓨터와상호작용 음향, 촉각정보등의부가정보를통해현실감증대 인지과학, 전자공학, 기계공학, 음향학 존재하지않는가상의환경을구성하되그것이마치현실과똑같이느껴지도록만드는데주안점 교재관련부분 : 9~20 쪽
컴퓨터그래픽스의활용분야 교육, 훈련 그래픽디스플레이를특수하드웨어시스템과결합하여모의훈련을위한시뮬레이터를구성 장비의조작에따라실제상황처럼느낄수있도록실시간으로그래픽스장면을생성하여화면을통해제공 ( 출처 : NASA) 모의비행훈련장치 교재관련부분 : 9~20 쪽
컴퓨터그래픽스의활용분야 영화, 애니메이션 영화의특수효과, 가상의등장인물생성 3D 모델링에의해제작되는애니메이션영화 영화쥬라기공원중의장면 3 차원애니메이션영화토이스토리 교재관련부분 : 9~20 쪽
목차 1 컴퓨터그래픽스의역사 2 컴퓨터그래픽스의활용 3 컴퓨터그래픽스시스템
디스플레이방식 초기의디스플레이장치 음극선관 (CRT)
디스플레이방식 현재의디스플레이장치 LCD, 플라즈마, OLED 등
디스플레이방식 벡터디스플레이 임의주사디스플레이라고부르기도함 선그리기형태로그림을디스플레이 : 도형을구성하는 선분들을하나씩그리는방식 MoveTo(0.6, 0.25) LineTo(0.2, 0.7) LineTo(0.8, 0.5) LineTo(0.6, 0.25) 디스플레이리스트 교재관련부분 : 24~26 쪽
디스플레이방식 래스터주사디스플레이 한번에한행씩, 위에서아래로스크린을가로질러 디스플레이하는방식 인터레이싱 (Interlacing) ( 비월주사, 짜깁기, Interleaving) 래스터화 (Rasterization) = 스캔변환 (Scan Conversion) 물체좌표에서화면좌표로 부동소수좌표에서정수좌표로 픽셀 주사선 프레임 교재관련부분 : 24~26 쪽
디스플레이방식 래스터주사디스플레이 픽셀 (pixel) 또는화소 : 디스플레이되는각각의점 화소 = Picture Element = Pixel = Raster 프레임 (frame) : 전체스크린영역 재생버퍼 (refresh buffer) 또는프레임버퍼 (frame buffer) : 한프레임의픽셀값들을저장하는버퍼 해상도 (resolution) : 디스플레이장치에서서로겹치지않고그릴수있는점들의수 주사변환 (scan conversion) 또는래스터화 (rasterization) : 디스플레이하려는그래픽스객체를이산적인픽셀값들의집합으로표현하는것 교재관련부분 : 24~26 쪽
디스플레이방식의비교 벡터디스플레이 부드러운선을표현할수있다. 패턴으로채워진영역이나사실적인음영을갖는장면을표현하기어렵다. 교재관련부분 : 24~26 쪽
디스플레이방식의비교 래스터주사디스플레이 다양한표면패턴, 조명효과등을나타낼수있도록픽셀값들을계산하여사실적인영상을디스플레이할수있다. 그래픽스객체들을하나하나의점들의집합으로주사변환을해야한다. 에일리어싱현상이발생한다. 교재관련부분 : 24~26 쪽
디스플레이방식의비교 래스터주사디스플레이 프레임버퍼 = 컬러버퍼 = 비디오메모리 DA 변환기 프레임버퍼 ( 디지털정보 ) 아날로그전압 거의동시 ( 매우빠름 )
디스플레이방식의비교 벡터디스플레이 프레임버퍼없음 디스플레이리스트 : 명령어집합
디스플레이방식의비교 래스터주사디스플레이 vs. 벡터디스플레이 래스터그래픽 벡터그래픽 에일리어싱 발생 없음 채움다각형 빠른렌더링 느린렌더링 래스터변환 필수적 불필요 메모리 대용량프레임버퍼 소용량디스플레이리스트
그래픽스시스템의구성 CPU GPU 시스템메모리 입출력장치 시스템버스 비디오 BIOS 비디오메모리 비디오출력인터페이스 비디오카드 디스플레이모니터 교재관련부분 : 21~24 쪽
비디오카드 그래픽스처리장치 (GPU) 그래픽스연산의처리를담당하는그래픽스전용보조프로세서 주사변환, 2차원및 3차원그래픽스렌더링, 디지털비디오데이터처리등의작업을담당함 비디오 BIOS 비디오카드의동작을제어하고, 그래픽스소프트웨어와 비디오카드가상호동작하기위한인터페이스를제공하는 펌웨어형태의기본프로그램 교재관련부분 : 21~24 쪽
비디오카드 비디오메모리 GPU 동작에필요한프로그램및데이터저장 그래픽데이터저장 : 프레임버퍼, 깊이버퍼등 비디오출력인터페이스 프레임버퍼에저장된화면을디스플레이장치에출력 RAMDAC 비디오출력 : VGA, DVI, HDMI 등 교재관련부분 : 21~24 쪽
정리하기 1 2 3 4 컴퓨터그래픽스는그림을그리거나조작하기위해사용되는컴퓨터기술을연구하는학문분야이다. 벡터디스플레이방식은선그리기방식으로물체를디스플레이한다. 매끄러운선을그리게되는장점이있지만, 패턴, 사실적음영등의표현에어려움이있다. 래스터주사디스플레이방식에서는주사변환과정을통해픽셀단위로표현한그림을화면에디스플레이한다. 다양한표면패턴, 조명효과등을나타낼수있도록픽셀값들을계산하여사실적인영상을디스플레이할수있다 주사변환이필요하며, 에일리어싱현상이발생할수있는단점이있다. 그래픽스시스템에서는그래픽스처리장치 (GPU) 를사용하여고속으로그래픽스처리를전담하게함으로써 CPU의그래픽스처리부하를줄인다.