KR101407639B1

KR101407639B1 - 3차원 그래픽 렌더링 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101407639B1
Application number: KR1020080012669A
Authority: KR
Inventors: 강병권; 조성희
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2014-06-16
Also published as: KR20090040830A

Abstract

3차원 그래픽 렌더링 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래픽 렌더링 장치는, 복수의 오브젝트 각각에 대하여 바운드 박스(Bound box) 정보를 추출하는 오브젝트 정보 추출부와, 추출된 바운드 박스 정보를 이용하여 복수의 오브젝트를 정렬하는 오브젝트 정렬부 및 시점(Visual Point)으로부터 원거리의 오브젝트부터 정렬된 복수의 오브젝트를 순차적으로 렌더링(Rendering)하는 렌더링부를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래픽 렌더링 방법은, 복수의 오브젝트 각각에 대하여 바운드 박스(Bound box) 정보를 추출하는 단계와, 추출된 바운드 박스 정보를 이용하여 복수의 오브젝트를 정렬하는 단계 및 시점(Visual Point)으로부터 원거리의 오브젝트부터 정렬된 복수의 오브젝트를 순차적으로 렌더링(Rendering)하는 단계를 포함한다.

알파 블렌딩, 렌더링, 오브젝트, 정렬

Description

3차원 그래픽 렌더링 장치 및 방법{Apparatus and method for rendering 3D Graphic object}

본 발명은 3차원 그래픽 렌더링 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3차원 GUI의 오브젝트를 순차적으로 정렬하여 반투명한 오브젝트에 알파 블렌딩을 효과적으로 수행할 수 있는 3차원 그래픽 렌더링 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 화상을 그리기 위한 색상은 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 3 가지로 구성될 수 있는데, 이러한 3 가지 색상에 '알파(Alpha)'라는 값을 추가적으로 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 알파 값(Alpha channel)(이하, 알파 채널이라고 한다)은 화상을 표현하는 각 픽셀에 대한 투명도를 나타내며 8 비트(Bit)로 0에서 255까지의 값으로 표현된다. 이때, 0은 완전히 투명한 상태이고, 255는 불투명한 상태를 의미한다. 알파 채널은 주로 유리 창이나 유리 컵과 같은 화상을 혼합할 때 투명한 효과를 표현하기 위해 사용되며, 이처럼 투명한 화상을 혼합하는 방법을 알파 블렌딩(Alpha blending)이라 한다.

알파 블렌딩은 최근 임베디드 시스템(Embeded System)에서 한 좌표축에 대해 깊이가 얕고 서로 근접해있는 반투명한 3차원 오브젝트들을 메뉴 등과 같은 그래픽 유저 인터페이스(Graphic User Interface)(이하, GUI라고 한다)로 표현하는데 사용되고 있다. 즉, 알파 블렌딩은 시점에서 서로 겹쳐 보이는 반투명 오브젝트들의 색상을 혼합하여 렌더링(Rendering)하는 기법이다. 반투명한 하나의 오브젝트가 시점에서 보이는 색상은 자신의 색상과 자신의 투명도에 해당하는 비율로 뒤에 투과되어 보이는 오브젝트의 색상을 합성하여 계산할 수 있다.

알파 블렌딩은 오브젝트들이 그려지는 순서에 따라 그 결과가 달라지기 때문에 반투명한 3차원 오브젝트들은 반드시 시점의 위치를 기준으로 멀리 존재하는 오브젝트부터 순차적으로 렌더링을 해야 정상적인 결과를 얻을 수 있다. 즉, 색상을 합성하는 순서가 바뀌게 되면 전혀 다른 결과가 나오기 때문에, 정확한 알파 블렌딩을 위해서는 오브젝트를 그리는 순서가 매우 중요하다 할 수 있다.

이를 위해 오브젝트를 순차적으로 정렬하는 다양한 정렬 기법들이 개발되어 왔다. 예를 들면, 페인터 알고리즘(Painter's algorithm)은 시점에서 겹쳐 보이는 오브젝트들 중 어떤 것을 앞에 그릴 것인가를 판별하기 위한 알고리즘으로서, 수학적으로 정확한 결과를 만들 수 있지만, 평면으로 이루어진 폴리곤 단위의 정렬을 수행하기 때문에 사용된 폴리곤 수에 그 성능이 매우 크게 좌우된다. 또한, 입체적인 3차원 오브젝트의 경우, 전후 판별을 위한 계산이 매우 복잡하기 때문에 실시간 렌더링에 적용하기 어려운 단점이 있다.

또 다른 예로, BSP tree, K-D tree 등의 공간 분할 자료 구조를 이용한 기법들이 있다. 이러한 기법들은 전경에 배치된 오브젝트들을 3차원 평면을 통해 전후 로 나누고, 이러한 관계를 트리로 구성한 자료 구조이다. 이러한 자료 구조를 이용한 기법은 전처리 과정에서 트리가 구성되면 런타임(Run-Time)에 시점의 변화에 따라 매우 빠른 속도로 오브젝트들을 정렬해낼 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 오브젝트들의 위치가 바뀌게 되면 매번 트리를 재구성해야 하기 때문에 3차원 GUI와 같이 오브젝트들의 애니메이션을 수반하는 어플리케이션에는 적용하기 어려운 기법이라 할 수 있다.

따라서, 오브젝트를 정렬하는 데 있어서 그 계산량을 대폭 감소시켜 실시간에 정확한 알파 블렌딩을 구현하여 제한적인 성능을 가지는 임베디드 시스템에 적용할 수 있는 렌더링 장치가 필요하다.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 고안된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 3차원 GUI의 반투명한 오브젝트들에 대한 알파 블렌딩을 효과적으로 수행할 수 있고 제한적인 성능을 가지는 임베디드 시스템에 적용할 수 있는 3차원 그래픽 렌더링 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래픽 렌더링 장치는, 복수의 오브젝트 각각에 대하여 바운드 박스(Bound box) 정보를 추출하는 오브젝트 정보 추출부와, 상기 추출된 바운드 박스 정보를 이용하여 상기 복수의 오브젝트를 정렬하는 오브젝트 정렬부 및 시점(Visual Point)으로부터 원거리의 오브젝트부터 상기 정렬된 복수의 오브젝트를 순차적으로 렌더링(Rendering)하는 렌더링부를 포함한다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 3차원 그래픽 렌더링 방법은, 복수의 오브젝트 각각에 대하여 바운드 박스(Bound box) 정보를 추출하는 단계와, 상기 추출된 바운드 박스 정보를 이용하여 상기 복수의 오브젝트를 정렬하는 단계 및 시점(Visual Point)으로부터 원거리의 오브젝트부터 상기 정렬된 복수의 오브젝트를 순차적으로 렌더링(Rendering)하는 단계를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 3차원 그래픽 렌더링 장치 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째, 3차원 GUI를 구성하는 오브젝트들을 정렬하는 데 있어서 그 계산량을 대폭 감소시켜 실시간으로 정확한 알파 블렌딩을 구현할 수 있는 장점이 있다.

둘째,　3차원 GUI를 구성하는 오브젝트들을 정렬하는 데 있어서 그 계산량을 대폭 감소시켜 제한적인 성능을 가지는 임베디드 시스템에 적용할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 3차원 그래픽 렌더링 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단 계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 그래픽 렌더링 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 3차원 그래픽 렌더링 장치(1)는, 오브젝트 정보 추출부(100), 오브젝트 정렬부(200) 및 렌더링부(300)를 포함할 수 있다.

오브젝트 정보 추출부(100)는 복수의 오브젝트 각각에 대하여 바운드 박스(Bound box) 정보를 추출하는 역할을 할 수 있다. 오브젝트 정보 추출부(100)는 복수의 오브젝트 각각에 대하여 오브젝트 좌표계(Object Coordinate)에 대한 바운드 박스의 좌표를 구하는 오브젝트 좌표 추출부(110)와, 구해진 바운드 박스의 좌표를 눈 좌표계(Eye Coordinate)에 대한 좌표로 변환하는 오브젝트 좌표 변환부(120)를 포함할 수 있다.

오브젝트 정렬부(200)는 오브젝트 정보 추출부(100)로부터 추출된 바운드 박스 정보를 이용하여 복수의 오브젝트를 정렬하는 역할을 할 수 있다. 오브젝트 정렬부(200)는 두 개의 오브젝트가 시점에서 겹쳐 보이는지 판단하는 오브젝트 중복 판단부(210)와, 판단 결과, 두 개의 오브젝트가 시점에서 겹쳐 보이는 경우, 두 개의 오브젝트 각각으로부터 기준 평면을 추출하는 기준 평면 추출부(220) 및 추출된 기준 평면을 이용하여 두 개의 오브젝트의 시점으로부터의 전후 관계를 판단하여 정렬하는 오브젝트 위치 판단부(230)를 포함할 수 있다.

렌더링부(300)는 정렬된 복수의 오브젝트를 시점으로부터 멀리 위치하는 오브젝트부터 순차적으로 렌더링(Rendering)하는 역할을 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 그래픽 렌더링 장치(1)는 오브젝트 정보 추출부(100), 오브젝트 정렬부(200) 및 렌더링부(300)의 동작을 제어하는 제어부(400)를 더 포함할 수 있다.

또한, 도시되지는 않았으나, 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 개인 3차원 그래픽 렌더링 장치(1)는 저장부와 디스플레이부를 더 포함할 수 있다.

저장부는 오브젝트의 바운드 박스 정보, 변환된 좌표 정보, 오브젝트의 정렬 정보 등 각종 정보를 저장하는 역할을 할 수 있다. 저장부는 하드 디스크, 플래시 메모리, CF 카드(Compact Flash Card), SD 카드(Secure Digital Card), SM 카드(Smart Media Card), MMC 카드(Multimedia Card) 또는 메모리 스틱(Memory Stick) 등 정보의 입출력이 가능한 모듈로서 개인 폰트 생성 장치(100)의 내부에 구비되어 있을 수도 있고, 별도의 장치에 구비되어 있을 수도 있다.

디스플레이부는 입력된 문자의 변형된 궤적을 화면에 표시하는 역할을 할 수 있다. 디스플레이부로 음극선관(CRT, Cathode Ray Tube), 액정 화면(LCD, Liquid Crystal Display), 발광 다이오드(LED, Light-Emitting Diode), 유기 발광 다이오 드(OLED, Organic Light-Emitting Diode) 또는 플라즈마 디스플레이(PDP, Plasma Display Panel) 등의 다양한 디스플레이 장치가 사용될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 그래픽 렌더링 장치의 각 모듈을 이용한 렌더링 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 그래픽 렌더링 장치(1)를 이용한 렌더링 방법을 나타내는 순서도이다.

먼저, 오브젝트 정보 추출부(100)는 3차원 GUI를 구성하고 있는 복수의 오브젝트 각각에 대하여 바운드 박스(Bound box) 정보를 추출할 수 있다. 이를 위해 오브젝트 좌표 추출부(110)는 복수의 오브젝트 각각에 대하여 바운드 박스의 좌표 정보를 추출하고(S501), 오브젝트 좌표 변환부(120)는 추출된 바운드 박스의 좌표를 눈 좌표계에 대한 좌표로 변환할 수 있다(S502).

도 3은 오브젝트 좌표 추출부에서 오브젝트의 바운드 박스에서 좌표 정보를 추출하는 예를 나타내는 도면이고, 도 4는 오브젝트 좌표 변환부에서 좌표를 변환하는 예를 나타내는 도면이다.

오브젝트(101)의 바운드 박스(102)는 3차원 GUI를 구성하는 오브젝트(101)를 둘러싸는 직육면체의 형상을 가지며, 6 개의 평면(Plane)(P0 내지 P5)과 8 개의 꼭지점(Vertex)(V0 내지 V7)으로 구성될 수 있다.

바람직하게는, 오브젝트(101)의 바운드 박스(102) 정보는 오브젝트 좌표계(103)의 세 축에 직교하는 평면들로 둘러싸인 AABB(Axis-Aligned Bound Box)의 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 오브젝트(101)가 오브젝트 좌표계(103)에서 Z 축 에 직교하는 XY 평면에 평행한 두 개의 평면 P0(Z = z1), P5(Z = z2), X 축에 직교하는 YZ 평면에 평행한 두 개의 평면 P4(X = x1), P2(X = x2) 및 Y축에 직교하는 ZX 평면에 평행한 두 개의 평면 P1(Y = y1), P4(Y = y2)에 둘러싸인 형태인 경우에는, 바운드 박스(102)의 좌표 정보는 두 개의 점 V0(x1, y1, z1), V6(x2, y2, z2)으로 완전히 정의될 수 있다.

한편, 오브젝트(101)의 바운드 박스(102)의 좌표 정보는 런타임(Run-Time) 시에 계산될 필요는 없고, 오브젝트(101)를 생성할 때에 오브젝트(101)의 다른 정보와 함께 저장될 수 있다. 따라서, 오브젝트(101)가 실제로 3차원 GUI를 구성할 때에 화면 상에 로딩된 오브젝트(101)의 정보에서 바운드 박스(102)의 좌표 정보 값을 가져오는 것만으로 처리될 수 있다.

오브젝트 좌표 추출부(110)에서 바운드 박스(102)의 좌표 정보를 추출하고 나면, 오브젝트 좌표 변환부(120)는 추출한 바운드 박스(102)의 좌표 정보를 눈 좌표계(Eye-Coordinate)를 기준으로 변환할 수 있다(S502). 눈 좌표계(104)는 사용자나 카메라 등의 영상 장치의 위치를 기준으로 생성된 좌표계로서, GUI 상에서 실제로 오브젝트가 보여지는 좌표계를 의미한다. 따라서, 각각의 오브젝트가 GUI를 구성하기 위해 어떠한 위치에 배열되었는지 알기 위해서는 각각의 오브젝트의 바운드 박스(102) 정보를 눈 좌표계(104)를 기준으로 변환할 필요성이 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 오브젝트 좌표 변환부(120)는 직육면체의 형상을 가지는 바운드 박스(102)의 8개의 꼭지점(V1 내지 V7) 각각에 대하여 눈 좌표계(104)에 해당하는 꼭지점(V1' 내지 V7')의 좌표로 변환할 수 있다. 또한, 변환된 각 꼭지점 정보를 이용하여 바운드 박스(102)를 구성하는 6 개의 평면에 대한 평면 방정식을 계산할 수 있다. 평면 방정식은 이후에 두 개의 오브젝트가 겹치는지 판단하는 데에 사용될 수 있다.

하나의 좌표계 상의 점에 해당하는 다른 좌표계 상의 점의 좌표를 구하는 방법이나, 직육면체의 한 면을 이루는 4개의 꼭지점으로부터 평명 방정식을 구하는 방법은 주지 사실이므로 여기서는 설명을 생략한다.

오브젝트 정렬부(200)는 오브젝트 정보 추출부(100)에서 추출된 바운드 박스 정보를 이용하여 복수의 오브젝트를 정렬할 수 있다. 즉, 오브젝트 정렬부(200)는 복수의 오브젝트를 눈 좌표계의 시점으로부터 겹쳐 보이는 오브젝트 단위로 시점으로부터 떨어진 위치에 따라 정렬할 수 있다. 여기서, 시점(Visual Point)은 사용자나 카메라 등 영상 장치가 위치하는 곳으로서 눈 좌표계에서의 원점(Origin)을 의미할 수 있다.

예를 들어, 3차원 GUI를 구성하는 N 개의 오브젝트가 있다고 가정하면, N 개의 오브젝트 중 두 개의 오브젝트 즉, i번째(i는 자연수)인 제1 오브젝트와 j번째(j는 자연수)인 제2 오브젝트를 비교하여 시점으로부터의 전후 관계를 판단하여 정렬할 수 있다. 이와 같이, 두 개의 오브젝트에 대해 시점으로부터 전후 관계를 판단하여 정렬하는 방법으로 전체 N 개의 오브젝트 내 모든 오브젝트에 대하여 반복적으로 수행할 수 있다. 즉, 전체 오브젝트 리스트를 O = {O₁, O₂, ..., O_N}이라고 하면, O₁과 O₂, O₁과 O₃, ..., O₁과 O_N, O₂와 O₃, O₂와 O₄, ..., O_N _-1과 O_N에 대하여 반복적으로 전후 관계를 판단하고 정렬을 수행하게 된다.

이하, 제1 오브젝트와 제2 오브젝트를 비교하여 정렬하는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 오브젝트 중복 판단부(210)는 제1 오브젝트와 제2 오브젝트가 시점에서 겹쳐 보이는지 판단할 수 있다(S503). 이는 여러 오브젝트가 겹쳐지는 경우에만 알파 블렌딩을 위한 정렬을 할 필요가 있기 때문이다. 만약, 특정 오브젝트에 대하여 겹쳐지는 오브젝트가 존재하지 않는 경우, 그 오브젝트는 오브젝트의 위치에 따른 순서에 관계없이 렌더링 되더라도 알파 블렌딩의 결과에 영향을 미치지 않으므로 정렬할 필요가 없다.

본 발명의 일실시예에 따른 오브젝트 중복 판단부(210)에서 제1 오브젝트와 제2 오브젝트가 시점에서 겹쳐 보이는지 판단하는 일실시예를 설명하면 다음과 같다.

우선, 두 오브젝트의 바운드 박스를 구성하는 평면들 중에서 시점에서 보이는 평면들을 찾을 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 오브젝트의 바운드 박스는 직육면체의 형태를 가지기 때문에 최소 1 개(도 5의 (a))에서 최대 3 개(도 5의 (c))의 평면이 보일 수 있다. 시점에서 보이는 평면을 찾기 위해 각 평면과 시점의 위치 관계를 고려할 수 있는데, 시점이 평면의 앞쪽에 있는 경우를 시점에서 보이는 평면으로 볼 수 있다. 상술한 바와 같이, 오브젝트 좌표 변환부(120)에서 구한 6 개의 평면 방정식은 눈 좌표계에서 계산된 것이고, 시점은 눈 좌표계의 원점에 위치하기 때문에 각각의 평면 방정식 Ax+By+Cz+D=0에서 D값의 부호만 비교함으로써 쉽게 판별할 수 있다.

시점에서 보이는 평면들이 결정되면, 그 평면들의 외곽을 이루는 꼭지점들을 찾아낼 수 있다. 시점에서 보이는 평면들의 개수에 따라 평면들의 외곽을 이루는 꼭지점들의 개수가 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 5의 예를 참조하면, 시점에서 보이는 평면이 1 개인 경우(도 5의 (a))에는 4 개의 꼭지점들로 이루어진 사각형을 형성할 수 있고, 평면이 2개(도 5의 (b)) 또는 3개(도 5의 (c))인 경우에는 6개의 꼭지점들로 이루어진 사각형 또는 육각형이 형성될 수 있다.

바람직하게는, 시점에서 보이는 평면들과 이들 평면의 외곽을 이루는 꼭지점들의 관계를 기록한 룩업 테이블(Lookup Table)을 이용할 수 있다.

도 6은 시점에서 보이는 평면들과 이들 평면의 외곽을 이루는 꼭지점들의 관계를 기록한 룩업 테이블의 예를 나타내는 도면이다.

룩업 테이블을 만들기 위해, 오브젝트의 바운드 박스를 구성하는 각각의 평면들과 평면을 이루고 있는 각각의 꼭지점에 대해 일정한 순서로 번호가 부여될 수 있다. 그리고, 시점에서 보이는 평면들에 대하여 그 외곽을 이루는 꼭지점들의 번호들로 하나의 인덱스(Index)를 생성할 수 있다. 도 3의 예에서는 바운드 박스의 6개의 평면에 P0 내지 P5까지, 8개의 꼭지점에 V0 내지 V7까지 번호를 부여한 것을 볼 수 있다.

예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 시점에서 보이는 평면이 P0인 경우에는, 4 개의 꼭지점 V0, V1, V2, V3이 평면의 외곽을 이루는 꼭지점이 될 수 있다. 또 다른 예로, 시점에서 보이는 평면이 P0과 P1인 경우, 6 개의 꼭지점 V0, V1, V5, V6, V2, V3이 평면들의 외곽을 이루는 꼭지점이 될 수 있다. 또 다른 예로, 시점에서 보이는 평면이 P0, P1, P2인 경우, 6 개의 꼭지점 V0, V1, V5, V6, V7, V3이 평면들의 외곽을 이루는 꼭지점이 될 수 있다. 주의할 것은, 도 3에 도시된 바와 같이, 바운드 박스의 평면 0과 평행하게 마주 보는 평면 5는 시점에서 동시에 보일 수 없으므로, 이러한 평면들은 제외하고 고려되어야 한다는 것이다.

따라서, 시점에서 보이는 평면들의 인덱스와 그에 대응하여 평면들의 외곽을 이루는 꼭지점 번호들의 리스트는 총 26 개의 항목을 갖는 룩업 테이블로 구성될 수 있다. 한편, 이러한 룩업 테이블은 오브젝트 정보 추출부(100)에서 오브젝트로부터 바운드 박스 정보를 추출할 때에 미리 작성될 수도 있다.

시점에서 보이는 평면들의 외곽을 이루는 꼭지점들이 결정되면, 선택된 꼭지점 리스트들의 각 꼭지점들을 눈 좌표계에서 깊이 축, 예를 들어 Z 축에 수직인 임의의 평면에 투영하여 도 7에서와 같이 시점에서 보이는 2차원 형태의 다각형으로 변환할 수 있다.

두 개의 오브젝트에 대해 얻어진 2차원 다각형이 겹치는지 판단할 수 있다. 두 개의 2차원 다각형이 겹치는지 판단하기 위해 스캔라인(Scanline) 판별법 등 주지의 방법을 사용할 수 있다. 만약, 두 개의 2차원 다각형이 겹쳐진다면 두 개의 오브젝트는 시점에서 겹쳐 보이는 오브젝트인 것으로 판단할 수 있다.

이상, 본 발명의 일실시예에 따른 오브젝트 중복 판단부(210)에서 제1 오브젝트와 제2 오브젝트가 시점에서 겹쳐 보이는지 판단하는 일실시예를 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 당업자에 의해 변경 가능하다.

오브젝트 중복 판단부(210)에서 제1 오브젝트와 제2 오브젝트가 시점에서 겹쳐 보인다고 판단된 경우에는, 기준 평면 추출부(220)는 시점에서 가까운 오브젝트를 찾기 위해 제1 오브젝트 및 제2 오브젝트로부터 기준 평면을 추출할 수 있다(S504). 기준 평면은 제1 및 제2 오브젝트 중 어느 하나의 오브젝트의 바운드 박스를 구성하는 6 개의 평면들 중에서 다른 오브젝트의 바운드 박스를 구성하는 8 개의 꼭지점이 모두 그 평면의 앞 쪽에 위치하게 되는 평면을 의미할 수 있다. 이 때, 평면의 앞 쪽이란 평면의 법선 벡터의 방향을 의미한다. 오브젝트의 바운드 박스가 직육면체이기 때문에 3차원 공간 상의 두 직육면체 사이에는 이러한 기준 평면이 최소 1 개 이상 존재할 수 있다.

도 8은 기준 평면 추출부에서 두 개의 오브젝트로부터 기준 평면을 추출하는 예를 나타내는 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1 오브젝트(222)를 구성하는 모든 꼭지점 V0₁ 내지 V7₁은 제2 오브젝트(223)의 제1 평면(224)의 앞 쪽에 위치하게 된다. 반면, 제2 오브젝트(223)의 제2 평면(225)의 경우에는, 제1 오브젝트(222)의 일부 꼭지점(V2₁, V5₁, V6₁, V7₁)은 제2 평면(225)의 뒤 쪽에 위치하게 된다. 이러한 경우, 제2 오브젝트(223)의 제1 평면(224)만이 기준 평면으로 선택될 수 있다.

기준 평면 추출부(220)에서 기준 평면을 추출하면, 오브젝트 위치 판단부(230)는 추출된 기준 평면을 이용하여 상기 제1 오브젝트와 상기 제2 오브젝트의 상기 시점으로부터의 전후 관계를 판단하여 정렬할 수 있다(S505 내지 S508).

추출한 기준 평면의 개수를 판단한 결과(S505), 추출된 기준 평면이 1 개인 경우에는, 2 가지로 나누어 생각할 수 있다. 시점이 기준 평면의 앞에 존재하는 경우에는 기준 평면을 포함하는 오브젝트가 다른 오브젝트보다 시점에서 멀리 위치하게 된다. 반대로, 시점이 기준 평면의 뒤에 존재하는 경우에는 기준 평면을 포함하는 오브젝트가 다른 오브젝트보다 시점에 가까이 위치하게 된다. 다시 도 8을 참조하면, 시점(221)이 기준 평면 즉, 제2 오브젝트의 제1 평면(224)의 앞쪽에 위치하므로, 기준 평면(224)을 포함하는 제2 오브젝트(223)가 제1 오브젝트보다 시점에서 멀리 존재한다고 판단할 수 있다.

만약, 추출된 기준 평면이 1 개보다 많은 경우에는 두 개의 오브젝트는 시점에서 겹쳐져 보이고 기준 평면의 개수가 1 개 이상이므로 3차원 공간에서 꼬인 위치 관계가 된다. 이 때에는 두 개의 오브젝트의 바운드 박스를 구성하는 16 개의 꼭지점 중에서 시점에서 가장 가까운 꼭지점의 거리에 따라 두 오브젝트 간의 전후 관계를 판단할 수 있다.

i번째인 제1 오브젝트와 j번째인 제2 오브젝트를 정렬을 마치게 되면, j값을 증가시켜 j+1번째 오브젝트를 제2 오브젝트로 하여 제1 오브젝트와 정렬을 할 수 있다(S509 및 S512). 만약, i번째인 제1 오브젝트와 다른 모든 오브젝트들과의 정렬을 마친 경우, i값을 증가시켜 i+1번째 오브젝트를 제1 오브젝트로 하여 다시 다른 오브젝트들과의 정렬을 수행할 수 있다(S510 및 S513)

상술한 바와 같이, 전체 N 개의 오브젝트를 두 개씩 비교함으로써 전체 오브젝트들의 전후 관계를 판별할 수 있다. N 개의 데이터를 소정의 기준에 따라 정렬 하는 방법은 버블 정렬(Bubble sorting), 선택 정렬(Selection sorting) 등 다양한 수치 정렬 알고리즘과 같이 잘 알려져 있으므로, 여기서 자세한 설명은 생략하도록 한다.

이와 같이, 모든 오브젝트들의 전후 관계가 판별되어 정렬이 끝났으면 렌더링부(300)는 겹쳐지는 오브젝트들을 전후 관계에 따라 시점으로부터 멀리 있는 오브젝트부터 순차적으로 렌더링을 수행할 수 있다.

이 때, 렌더링은 복수의 오브젝트 내에서 시점으로부터 겹쳐 보이는 오브젝트 단위로 이루어질 수 있다. 즉, N 개의 오브젝트에 대해 정렬이 끝난 경우, 시점으로부터 가장 멀리 떨어진 N번째 오브젝트로부터 가장 가까운 1번째 오브젝트까지 순차적으로 렌더링을 수행할 수도 있으나, 시점으로부터 겹쳐 보이는 오브젝트 단위로 나누어 수행할 수도 있다. 왜냐하면, 겹치지 않는 오브젝트들 간에는 렌더링 순서에 무관하게 같은 결과를 나타내기 때문이다.

도 9a는 복수의 오브젝트들이 배열된 예를 나타내는 도면이고, 도 9b는 도 9a의 예를 시점에서 바라본 결과를 나타내는 도면이다.

3차원 GUI를 구성하는 7 개의 오브젝트가 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 배열되었다고 가정하면, 시점으로부터 가까운 오브젝트부터 7 개의 오브젝트를 배열한 순서는 {1, 2, 4, 5, 6, 7, 3}이다. 그러나, 오브젝트 1과 오브젝트 2는 서로 겹치지 않으므로, 반드시 오브젝트 2부터 렌더링을 해야 할 필요는 없다.

상술한 바와 같이, 오브젝트 중복 판단부(210)에서 두 오브젝트가 시점에서 겹쳐 보이는지 판단하여 정렬을 수행하면, 도 9a에서와 같이, 실제로 시점에서 겹 쳐 보이는 오브젝트 단위로 정렬을 수행할 수 있다.

도 9a의 예에서는 오브젝트 1, 4, 7 및 3으로 정렬된 제1 단위(301), 오브젝트 2 및 6으로 정렬된 제2 단위(302),, 오브젝트 5만으로 구성된 제3 단위(303)로 정렬될 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 단위(301 내지 303) 각각에 대해서는 서로 겹치는 오브젝트가 없으므로 순서에 상관없이 렌더링을 수행할 수 있다.

도 10은 복수의 오브젝트 내에서 시점으로부터 겹쳐 보이는 오브젝트 단위로 렌더링을 수행하는 알고리즘의 일 예를 나타내는 도면이다.

여기서, MakeRenderingOrder 함수는 오브젝트 i를 입력받아 렌더링을 수행하는 함수이다. 먼저, 오브젝트 i에 대해 렌더링을 수행한 후, 오브젝트 i의 앞에 있는 오브젝트 리스트 내 임의의 오브젝트 j에 대해 오브젝트 j의 뒤에 있는 오브젝트 리스트 내에서 오브젝트 i를 제거한다. 그리고, 오브젝트 j의 뒤에 있는 오브젝트 리스트 내에 다른 오브젝트가 존재하지 않는 경우, 오브젝트 j가 가장 뒤에 있다는 것을 의미하므로, 오브젝트 j에 대한 렌더링을 수행하게 된다. 모든 오브젝트에 대하여 상기 작업을 반복하여 수행함으로써 렌더링을 수행할 수 있다. 도 10의 알고리즘은 정렬된 복수의 오브젝트에 대해 렌더링을 수행하는 하나의 예에 불과하며, 이에 한정되지 않는다.

종래에는 입체적인 3차원 GUI를 구성하는 복수의 오브젝트를 정렬하고 렌더링하는 데 있어서 정렬을 위해 오브젝트 간의 전후 관계를 판단하는데 있어서 계산이 매우 복잡하기 때문에 하드웨어 성능에 제약이 있는 임베디드 시스템에서 실시간 렌더링에 적용하기 어려운 문제가 있었다.

그러나, 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 그래픽 렌더링 장치(1)의 경우, 3차원 GUI를 구성하는 오브젝트들을 정렬하는 데 있어서 그 계산량을 대폭 감소시킬 수 있으므로 실시간으로 정확한 알파 블렌딩을 구현할 수 있고 제한적인 성능을 가지는 임베디드 시스템에도 적용할 수 있다. 따라서, 반투명 오브젝트들의 알파 블렌딩 효과를 쉽게 적용할 수 있게 됨으로써 다양한 시각적 효과를 구현할 수 있게 될 뿐만 아니라 시각적으로 부드러운 3차원 GUI를 제공할 수 있게 되어 다양한 분야의 임베디드 시스템에 3D GUI를 보급할 수 있는 기회로 사용될 수 있다.

이 때, 본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 그래픽 렌더링 장치를 이용한 렌더링 방법을 나타내는 순서도이다.

도 3은 오브젝트 좌표 추출부에서 오브젝트의 바운드 박스에서 좌표 정보를 추출하는 예를 나타내는 도면이다.

도 4는 오브젝트 좌표 변환부에서 좌표를 변환하는 예를 나타내는 도면이다.

도 5는 오브젝트 중복 판단부에서 오브젝트의 바운드 박스로부터 시점에서 보이는 평면을 추출하는 예를 나타내는 도면이다.

도 7은 시점에서 보이는 평면들의 외곽을 이루는 꼭지점으로부터 2차원 다각형으로 변환하는 예를 나타내는 도면이다.

도 9a는 복수의 오브젝트들이 배열된 예를 나타내는 도면이다.

도 9b는 도 9a의 예를 시점에서 바라본 결과를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 오브젝트 정보 추출부

110: 오브젝트 좌표 추출부

120: 오브젝트 좌표 변환부

200: 오브젝트 정렬부

210: 오브젝트 중복 판단부

220: 기준 평면 추출부

230: 오브젝트 위치 판단부

300: 렌더링부

400: 제어부

Claims

복수의 오브젝트 각각에 대하여 상기 복수의 오브젝트를 둘러싸는 다면체인 바운드 박스(Bound box) 정보를 추출하는 오브젝트 정보 추출부;

상기 추출된 바운드 박스 정보를 이용하여 상기 복수의 오브젝트를 정렬하는 오브젝트 정렬부; 및

시점(Visual Point)으로부터 원거리의 오브젝트부터 상기 정렬된 복수의 오브젝트를 순차적으로 렌더링(Rendering)하는 렌더링부를 포함하는 3차원 그래픽 렌더링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 오브젝트 정보 추출부는,

상기 복수의 오브젝트 각각에 대하여 오브젝트 좌표계(Object Coordinate)에 대한 상기 바운드 박스의 좌표를 구하는 오브젝트 좌표 추출부; 및

상기 구해진 바운드 박스의 좌표를 눈 좌표계(Eye Coordinate)에 대한 좌표로 변환하는 오브젝트 좌표 변환부를 포함하는 3차원 그래픽 렌더링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 오브젝트 정렬부는 상기 복수의 오브젝트 중 i번째(i는 자연수)인 제1 오브젝트와 j번째(j는 자연수)인 제2 오브젝트의 상기 시점으로부터의 전후 관계를 판단하여 정렬하고, 상기 제1 및 제2 오브젝트의 전후 관계를 판단 및 정렬을 상기 복수의 오브젝트 내 모든 오브젝트에 대하여 반복적으로 수행하는 3차원 그래픽 렌더링 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 오브젝트 정렬부는,

상기 제1 및 제2 오브젝트가 상기 시점에서 겹쳐 보이는지 판단하는 오브젝트 중복 판단부;

상기 판단 결과, 상기 제1 및 제2 오브젝트가 상기 시점에서 겹쳐 보이는 경우, 상기 제1 오브젝트와 상기 제2 오브젝트로부터 기준 평면을 추출하는 기준 평면 추출부;

상기 추출된 기준 평면을 이용하여 상기 제1 오브젝트와 상기 제2 오브젝트의 상기 시점으로부터의 전후 관계를 판단하여 정렬하는 오브젝트 위치 판단부를 포함하는 3차원 그래픽 렌더링 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 오브젝트 중복 판단부는 상기 제1 및 제2 오브젝트 각각에 대하여 상기 바운드 박스를 구성하는 평면들 중에서 상기 시점에서 보이는 평면들을 추출하고, 상기 시점에서 보이는 평면들의 외곽을 이루는 꼭지점들을 추출한 후, 상기 꼭지점들로 이루어진 2차원 다각형이 겹쳐 보이는지 판단하는 3차원 그래픽 렌더링 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 기준 평면은 상기 제1 및 제2 오브젝트 중 어느 하나의 오브젝트의 바운드 박스를 구성하는 평면들 중에서 다른 오브젝트의 바운드 박스를 구성하는 모든 꼭지점들이 그 평면의 앞 쪽에 위치하게 되는 평면인 3차원 그래픽 렌더링 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 오브젝트 위치 판단부는 상기 추출된 기준 평면의 개수에 따라 상기 시점으로부터의 전후 관계를 판단하는 3차원 그래픽 렌더링 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 오브젝트 위치 판단부는 상기 추출된 기준 평면의 개수가 1개인 경우, 상기 시점과 상기 기준 평면의 위치를 비교하여 상기 시점으로부터의 전후 관계를 판단하는 3차원 그래픽 렌더링 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 오브젝트 위치 판단부는 상기 추출된 기준 평면의 개수가 2개 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 오브젝트의 바운드 박스를 구성하는 꼭지점들 중 상기 시점에서 가장 가까운 꼭지점의 거리에 따라 상기 시점으로부터의 전후 관계를 판단하 는 3차원 그래픽 렌더링 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 렌더링은 상기 복수의 오브젝트 내에서 상기 시점으로부터 겹쳐 보이는 오브젝트 단위로 이루어지는 3차원 그래픽 렌더링 장치.
복수의 오브젝트 각각에 대하여 상기 복수의 오브젝트를 둘러싸는 다면체인 바운드 박스(Bound box) 정보를 추출하는 단계;

상기 추출된 바운드 박스 정보를 이용하여 상기 복수의 오브젝트를 정렬하는 단계; 및

시점(Visual Point)으로부터 원거리의 오브젝트부터 상기 정렬된 복수의 오브젝트를 순차적으로 렌더링(Rendering)하는 단계를 포함하는 3차원 그래픽 렌더링 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 바운드 박스 정보를 추출하는 단계는,

상기 복수의 오브젝트 각각에 대하여 오브젝트 좌표계(Object Coordinate)에 대한 상기 바운드 박스의 좌표를 구하는 단계; 및

상기 구해진 바운드 박스의 좌표를 눈 좌표계(Eye Coordinate)에 대한 좌표로 변환하는 단계를 포함하는 3차원 그래픽 렌더링 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 복수의 오브젝트를 정렬하는 단계는,

상기 복수의 오브젝트 중 i번째(i는 자연수)인 제1 오브젝트와 j번째(j는 자연수)인 제2 오브젝트의 상기 시점으로부터의 전후 관계를 판단하여 정렬하는 단계; 및

상기 제1 및 제2 오브젝트의 전후 관계를 판단하고 정렬하는 단계를 상기 복수의 오브젝트 내 모든 오브젝트에 대하여 반복적으로 수행하는 단계를 포함하는 3차원 그래픽 렌더링 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 오브젝트의 전후 관계를 판단하여 정렬하는 단계는,

상기 제1 및 제2 오브젝트가 상기 시점에서 겹쳐 보이는지 판단하는 단계;

상기 판단 결과, 상기 제1 및 제2 오브젝트가 상기 시점에서 겹쳐 보이는 경우, 상기 제1 오브젝트와 상기 제2 오브젝트로부터 기준 평면을 추출하는 단계;

상기 추출된 기준 평면을 이용하여 상기 제1 오브젝트와 상기 제2 오브젝트의 상기 시점으로부터의 전후 관계를 판단하는 단계; 및

상기 전후 관계에 따라 상기 제1 오브젝트와 상기 제2 오브젝트를 정렬하는 단계를 포함하는 3차원 그래픽 렌더링 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 오브젝트가 상기 시점에서 겹쳐 보이는지 판단하는 단계는,

상기 제1 및 제2 오브젝트 각각에 대하여 상기 바운드 박스를 구성하는 평면들 중에서 상기 시점에서 보이는 평면들을 추출하는 단계;

상기 제1 및 제2 오브젝트 각각에 대하여 상기 시점에서 보이는 평면들의 외곽을 이루는 꼭지점들을 추출하는 단계; 및

상기 제1 및 제 2 오브젝트 각각에 대하여 상기 꼭지점들로 이루어진 2차원 다각형이 겹쳐 보이는지 판단하는 단계를 포함하는 3차원 그래픽 렌더링 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 기준 평면은 상기 제1 및 제2 오브젝트 중 어느 하나의 오브젝트의 바운드 박스를 구성하는 평면들 중에서 다른 오브젝트의 바운드 박스를 구성하는 모든 꼭지점들이 그 평면의 앞 쪽에 위치하게 되는 평면인 3차원 그래픽 렌더링 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 시점으로부터의 전후 관계를 판단하는 단계는 상기 추출된 기준 평면의 개수에 따라 판단되는 3차원 그래픽 렌더링 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 추출된 기준 평면의 개수가 1개인 경우, 상기 시점과 상기 기준 평면의 위치를 비교하여 상기 시점으로부터의 전후 관계를 판단하는 3차원 그래픽 렌더링 방법.
제 17 항에 있어서,

상기 추출된 기준 평면의 개수가 2개 이상인 경우, 상기 제1 및 제2 오브젝트의 바운드 박스를 구성하는 꼭지점들 중 상기 시점에서 가장 가까운 꼭지점의 거리에 따라 상기 시점으로부터의 전후 관계를 판단하는 3차원 그래픽 렌더링 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 렌더링은 상기 복수의 오브젝트 내에서 상기 시점으로부터 겹쳐 보이는 오브젝트 단위로 이루어지는 3차원 그래픽 렌더링 방법.