KR20080090671A

KR20080090671A - 3ｄ 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20080090671A
Application number: KR1020070033779A
Authority: KR
Inventors: 정지원; 정성훈
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2008-10-09
Also published as: KR101145260B1; CN101281656A; US20080246760A1; CN101281656B

Abstract

본 발명은 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 객체를 모델링한 객체 모델 데이터를 소정 시점(view point)에서의 객체 모델 데이터로 변환하고, 객체의 텍스쳐를 기하학적 수학식으로 나타낸 벡터 그래픽스 데이터로부터 객체의 텍스쳐를 픽셀 단위의 데이터로 나타낸 래스터 그래픽스 데이터를 생성하고, 생성된 래스터 그래픽스 데이터로 구성된 텍스쳐를 변환된 객체 모델 데이터가 나타내는 객체 모델에 매핑함으로써, 종래보다 적은 리소스를 사용하고 연산량이 적기 때문에 기존에 처리 속도의 한계로 표현하지 못했던 다양한 효과의 구현이 가능해 3차원 영상의 리얼리티를 크게 향상시킬 수 있다.

Description

3Ｄ 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 방법 및 장치{Apparatus and method for mapping textures to object model}

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 방법의 흐름도이다.

도 3은 도 1의 래스터 그래픽스 생성부에서 텍스쳐를 생성하는 방법의 흐름도이다.

본 발명은 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 방법 및 장치에 관한 것으로 특히, 3D 객체 모델에 2D 텍스쳐를 매핑하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

최근 프로세서의 처리 능력이 향상되고 3D 엔진이 발전함에 따라 다양한 기기에서 3D 영상 디스플레이에 대한 요구가 점점 커지고 있다. 워크스테이션 등 고사양의 PC 뿐만 아니라 TV, PMP, MP3, 핸드폰 등 디스플레이 장치가 포함되어 있는 기기에서는 3D 영상 디스플레이에 대한 요구가 발생하고 있다. 또한 3D 영상 디스 플레이의 활용 영역이 시뮬레이션 시스템, 가상현실 시스템 등의 영역에서 온라인 게임, 콘솔 게임, 모바일 게임 등의 게임 영역뿐만 아니라 아바타 시스템, 유저 인터페이스, 애니메이션 등으로 그 영역이 점점 넓어지고 있다. 3D 엔진이란, 3D 와이어 프레임 모델(wire frame model)을 2D 이미지로 자동 변환하는 것을 수행하는 방법 또는 장치를 의미한다.

3D 모델은 폴리곤(polygon)의 조합으로 생성되는데, 이 폴리곤에 단순히 색상만으로 질감을 표현할 경우 현실감이 떨어지게 된다. 3D 모델의 리얼리티 향상과 다양한 효과를 위해 여러 가지 형태의 텍스쳐 매핑 방법이 존재한다. 텍스쳐 매핑이란, 텍스쳐를 폴리곤의 조합에 붙여 3D 모델의 현실감을 높여주는 방법을 말한다. 텍스쳐(texture)란 폴리곤의 겉에 입혀지는 그래픽을 말한다.

3차원 공간에 존재하는 3D 모델의 리얼리티 향상을 위해 애니메이션 효과가 많이 사용되는데, 텍스쳐를 이용한 텍스쳐 애니메이션도 기본적으로 많이 사용된다. 상기 텍스쳐 애니메이션은 여러 장의 동일한 사이즈의 텍스쳐를 시간의 흐름에 따라 순차적으로 바꿔주면서 애니메이션 효과를 표현하는 방법과 3D 모델에 큰 사이즈의 텍스쳐를 매핑한 후, 상기 매핑된 텍스쳐를 회전 또는 이동시키면서 애니메이션 효과를 표현하는 방법이 주로 사용된다. 또한 상기 텍스쳐 애니메이션은 카메라의 회전 또는 이동을 통한 방법을 사용할 수도 있다.

상기 텍스쳐 애니메이션은 2D 이미지에 질감, 광원 효과 등을 부여함으로써 입체적인 영상을 제공할 뿐만 아니라 사용자에게 시야를 조정할 수 있게 함으로써, 현실 세계와 유사한 환경을 제공한다. 그러나 종래에는 텍스쳐 매핑에 사용되는 이 미지가 사전에 별도로 준비된 이미지만 가능하기 때문에 상황의 변화에 따른 부드러운 텍스쳐 애니메이션의 표현에 어려움이 있었다. 텍스쳐를 이용하여 애니메이션 효과를 줄 때 가장 많이 사용되는 방법인 여러 장의 텍스쳐를 미리 준비해서 시간의 흐름이나 상황의 변화에 따라 순차적으로 바꾸면서 표현하는 방법은 미리 준비한 텍스쳐의 숫자가 작을 경우 부드러운 애니메이션이 힘든 단점이 있고, 부드러운 애니메이션이 가능할 정도로 텍스쳐를 사용할 경우 텍스쳐의 전체 사이즈가 커져 많은 리소스를 사용하기 때문에 전체 실행 속도가 저하되는 문제점이 있었다. 또한 3D 모델에 큰 사이즈의 텍스쳐를 매핑한 후 이를 회전 또는 이동시키면서 애니메이션 효과를 표현하는 방법은 미리 정해진 텍스쳐만 계속해서 반복되기 때문에 단조로움을 벗어나기 힘들고 현실감있는 3D 영상 처리가 힘들다는 문제점이 있다.

따라서 상기 기법들을 실시간으로 현실감있게 표현하기 위해서는 많은 양의 리소스와 연산량이 필요하므로 3D 영상에 쉽게 적용하기 어려운 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 벡터 그래픽스 데이터를 이용하여 텍스쳐를 실시간으로 생성하고, 상기 생성된 텍스쳐를 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다. 또한, 상기된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 방법은 적어도 하나의 객체를 모델링한 객체 모델 데이터를 소정 시점(view point)에서의 객체 모델 데이터로 변환하는 단계; 상기 객체의 텍스쳐를 기하학적 수학식으로 나타낸 벡터 그래픽스 데이터로부터 상기 객체의 텍스쳐를 픽셀 단위의 데이터로 나타낸 래스터 그래픽스 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 래스터 그래픽스 데이터로 구성된 텍스쳐를 상기 변환된 객체 모델 데이터가 나타내는 객체 모델에 매핑하는 단계를 포함한다.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상기된 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.

상기 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 장치는 적어도 하나의 객체를 모델링한 객체 모델 데이터를 소정 시점(view point)에서의 객체 모델 데이터로 변환하는 기하 변환부; 상기 기하 변환부의 객체의 텍스쳐를 기하학적 수학식으로 나타낸 벡터 그래픽스 데이터로부터 상기 객체의 텍스쳐를 픽셀 단위의 데이터로 나타낸 래스터 그래픽스 데이터를 생성하는 래스터 그래픽스 생성부; 및 상기 생성된 래스터 그래픽스 데이터로 구성된 텍스쳐를 상기 변환된 객체 모델 데이터가 나타내는 객체 모델에 매핑하는 래스터라이저를 포함한다.

본 발명은 3D 그래프 파이프라인에 관한 발명으로서, 상기 3D 그래픽 파이프라인(3D Graphic Pipeline)이란, 3차원 공간의 객체 또는 장면을 표현하는 기하학적 데이터로부터 2D 이미지를 생성하여 화면에 출력하는 과정을 의미한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 장치는 데이터 설정부(110), 기하 변환부(120), 래스터라이저(130), 래스터 그래픽스 생성부(170), 및 디스플레이부(160)으로 구성된다. 텍스쳐 생성부(170)는 벡터 그래픽스 처리부(140) 및 벡터 그래픽스 후처리부(150)로 구성된다.

벡터 그래픽스(vector graphics)는 이미지를 표현하기 위해 수학적 함수에 기초한 점,선 곡선, 다각형과 같은 기하학적 기본 구성요소를 사용하는 것을 말한다. 벡터 그래픽스는 색상과 위치 정보를 포함하는 벡터라는 선과 곡선을 사용하여 나타낸 이미지를 렌더링(rendering)한다. 벡터 그래픽스을 편집하면 그래픽의 모양을 나타내는 선과 곡선의 속성을 수정하게 되므로 벡터 그래픽스은 해상도에 영향을 받지 않는다. 즉, 벡터 그래픽스의 모양 품질을 바꾸지 않고도 벡터 그래픽스를 이동, 크기 조절, 모양 변경 및 색상 변경을 할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 해상도의 출력 장치에 나타낼 수 있다. 예를 들어, 직선은 직선 그리기 함수와 두 끝 점의 좌표값으로, 원은 원 그리기 함수와 원의 중심 및 반지름 값으로 표현한다. 이 때 수학적 함수들을 그래픽 명령어 형태로 메모리에 직접 저장하므로 일반적으로 그래픽 파일의 크기가 작다.

래스터 그래픽스(Raster Graphics)에서는 그래픽 객체들을 구성하고 있는 픽 셀들의 값들이 메모리에 그대로 저장되는 방식이다. 벡터 그래픽스에서는 그림들이 수학적 함수들을 의미하는 그래픽 명령어들로 메모리에 저장되는데 비해, 래스터 그래픽스에서는 그림에 해당하는 픽셀값들이 메모리에 저장된다. 따라서, 그림의 크기를 확대하면 그림을 구성하고 있는 픽셀들의 크기만 커질 뿐이므로 화질이 떨어지는 특성이 있다. 벡터 그래픽스에서는 화면의 복잡도에 비례하여 그림파일의 크기가 증가하지만, 래스터 그래픽스에서는 화면상의 그림의 복잡도와 상관없이 그림파일의 크기가 항상 일정하다.

데이터 설정부(110)는 데이터의 특성에 따라 데이터들을 분류하고, 3차원 공간의 객체 또는 장면을 표현하는 3D 모델 데이터를 기하 변환부(120)로 출력하고, 텍스쳐로 사용할 벡터 그래픽스 데이터를 벡터 그래픽스 처리부(140)로 출력한다. 텍스쳐(texture)란 재질이나 질감을 가지고 있는 2차원 이미지이며, 텍스쳐를 3차원 객체의 표면에 입히는 작업을 텍스쳐 매핑이라고 한다.

기하 변환부(120)는 데이터 설정부(110)로부터 3D 모델 데이터를 수신하고, 상기 수신된 3D 모델 데이터를 카메라가 바라보는 방향에서의 3D 모델 데이터로 변환한다. 상기 변환에는 이동, 신축, 회전과 같은 기본적인 기하 변환 외에도 반사(reflection), 밀림(shearing)과 같은 특수한 변환을 포함한다.

래스터라이저(130)는 기하 변환부(120)에서 변환된 3D 모델 데이터를 수신하고, 상기 수신된 3D 모델 데이터에 래스터 그래픽스 생성부(170)에서 생성된 텍스쳐를 매핑해서 화면에 그려질 이미지를 생성한다. 상기 생성된 이미지는 래스터 그래픽스 방식으로 구성됨이 바람직하다.

래스터 그래픽스 생성부는 (170)는 데이터 설정부(110)로부터 벡터 그래픽스 데이터를 수신하고, 상기 수신된 벡터 그래픽스 데이터로부터 텍스쳐를 생성하고, 상기 생성된 텍스쳐를 래스터라이저(130)로 출력한다.

벡터 그래픽스 처리부(140)는 데이터 설정부(110)로부터 벡터 그래픽스 데이터를 수신하고, 상기 수신된 벡터 그래픽스 데이터로부터 래스터 그래픽스 방식으로 이루어진 이미지 프레임(frame)을 생성한다.

벡터 그래픽스 후처리부(150)는 벡터 그래픽스 처리부(140)에서 생성된 이미지 프레임을 수신하고, 상기 수신된 이미지 프레임을 래스터라이저(130)가 기하 변환부(120)로부터 수신한 3D 모델 데이터가 나타내는 객체 모델에 매핑할 수 있는 텍스쳐로 변환한다.

디스플레이부(160)는 래스터라이저(130)에서 생성된 이미지를 수신하고 상기 수신된 이미지를 이용하여 3차원 공간의 객체 또는 장면을 실제 화면에 표현한다. 디스플레이부(160)는 프레임 버퍼를 포함함이 바람직하다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 방법은 도 1에 도시된 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 장치에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도 도 1에 도시된 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 장치에 관하여 이상에서 기술된 내용은 본 실시예에 따른 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 방법에도 적용된다.

210 단계에서 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 장치는 3D 모델 데이터를 소정 시점(view point)에서의 3D 모델 데이터로 변환한다. 상기 변환에는 상기 3D 모델 데이터가 나타내는 3D 모델을 이동, 신축, 회전하는 기본적인 기하 변환 외에도 반사, 밀림과 같은 특수한 변환을 포함한다.

220 단계에서 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 장치는 210 단계에서 변환된 3D 모델 데이터가 나타내는 3D 모델에 사용할 텍스쳐를 래스터라이저(130)가 벡터 그래픽스 후처리부(150)로부터 수신하였는지 판단한다. 상기 변환된 3D 모델 데이터에 사용할 텍스쳐를 래스터라이저(130)가 수신하지 않은 경우에는 벡터 그래픽스 후처리부(150)로부터 수신할 때까지 대기하고, 수신한 경우에는 230 단계로 진행한다.

230 단계에서 래스터라이저(130)는 벡터 그래픽스 후처리부(150)로부터 수신한 텍스쳐를 기하 변환부(120)에서 변환된 3D 모델 데이터가 나타내는 3D 모델에 매핑한다.

240 단계에서 3D 객체 모델에 텍스쳐를 매핑하는 장치는 텍스쳐가 매핑된 3D 모델을 화면에 디스플레이한다.

도 3은 도 1의 래스터 그래픽스 생성부에서 텍스쳐를 생성하는 방법의 흐름도이다. 도 1과 도 3을 참조하여 텍스쳐를 생성하는 방법을 설명하기로 한다.

310 단계에서 벡터 그래픽스 처리부(140)는 데이터 설정부(110)로부터 수신한 벡터 그래픽스 데이터로부터 래스터 그래픽스 데이터로 이루어진 이미지 프레임을 생성한다.

320 단계에서 벡터 그래픽스 후처리부(150)는 벡터 그래픽스 처리부(140)로부터 수신한 이미지 프레임으로부터 3D 모델에 매핑할 텍스쳐를 생성한다.

330 단계에서 벡터 그래픽스 후처리부(150)는 래스터라이저(130)로 320 단계에서 생성된 텍스쳐를 출력한다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다.

상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 벡터 그래픽스 데이터를 이용하여 동적 텍스쳐를 생성하고, 상기 생성된 동적 텍스쳐를 3차원 영상에서 애니메이션 효과를 주기 위한 텍스쳐 소스로 활용함으로써, 부드러운 애니메이션 효과를 표현할 때 기존의 방식처럼 많은 양의 텍스쳐를 사용하거나 많은 양의 연산을 사용할 필요없이 매 프레임마다 적절한 텍스쳐를 생성해서 사용할 수 있다. 또한 3차원 영상에서 화려하고 현실감있는 애니메이션의 표현을 보다 쉽게 처리할 수 있으며 작은 사이즈의 가벼운 3D 엔진에서도 충분히 고품질의 3D 영상 처리가 가능하다. 또한, 상대적으로 적은 리소스를 사용하고 연산량이 적기 때문에 기존에 처리 속도의 한계로 표현하지 못했던 다양한 효과의 구현이 가능해 3차원 영상의 리얼리티를 크게 향상시킬 수 있다.

Claims

(a) 적어도 하나의 객체를 모델링한 객체 모델 데이터를 소정 시점(view point)에서의 객체 모델 데이터로 변환하는 단계;

(b) 상기 객체의 텍스쳐를 기하학적 수학식으로 나타낸 벡터 그래픽스 데이터로부터 상기 객체의 텍스쳐를 픽셀 단위의 데이터로 나타낸 래스터 그래픽스 데이터를 생성하는 단계; 및

(c) 상기 생성된 래스터 그래픽스 데이터로 구성된 텍스쳐를 상기 변환된 객체 모델 데이터가 나타내는 객체 모델에 매핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 (a) 단계에서의 변환과 상기 (b) 단계에서의 래스터 그래픽스 데이터 생성을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 (b) 단계는

(b1) 상기 벡터 그래픽스 데이터로 이루어진 이미지 프레임으로부터 상기 래스터 그래픽스 데이터로 이루어진 이미지 프레임을 생성하는 단계;

(b2) 상기 생성된 이미지 프레임으로부터 상기 변환된 객체 모델 데이터가 나타내는 객체 모델에 매핑할 수 있는 텍스쳐를 생성하는 단계인 것을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 변환은 상기 적어도 하나의 객체를 모델링한 객체 모델 데이터를 평행이동, 확대, 축소, 회전하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 객체 모델 데이터는 3D 객체를 모델링한 3D 객체 모델 데이터임을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 방법.
제 1 항에 또는 제 2 항에 있어서,

상기 매핑된 객체 모델을 화면에 출력하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 방법.
적어도 하나의 객체를 모델링한 객체 모델 데이터를 소정 시점(view point)에서의 객체 모델 데이터로 변환하는 기하 변환부;

상기 기하 변환부의 객체의 텍스쳐를 기하학적 수학식으로 나타낸 벡터 그래픽스 데이터로부터 상기 객체의 텍스쳐를 픽셀 단위의 데이터로 나타낸 래스터 그래픽스 데이터를 생성하는 래스터 그래픽스 생성부; 및

상기 생성된 래스터 그래픽스 데이터로 구성된 텍스쳐를 상기 변환된 객체 모델 데이터가 나타내는 객체 모델에 매핑하는 래스터라이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 기하 변환부에서의 변환과 상기 래스터 그래픽스 생성부에서의 래스터 그래픽스 데이터 생성을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 래스터 그래픽스 생성부는

상기 벡터 그래픽스 데이터로 구성된 이미지 프레임으로부터 상기 래스터 그래픽스 데이터로 이루어진 이미지 프레임을 생성하는 벡터 그래픽스 처리부; 및

상기 벡터 그래픽스 처리부에서 생성된 이미지 프레임으로부터 상기 기하 변환부에서 변환된 객체 모델 데이터가 나타내는 객체 모델에 매핑할 수 있는 텍스쳐를 생성하는 벡터 그래픽스 후처리부를 포함함을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 변환은 상기 적어도 하나의 객체를 모델링한 객체 모델 데이터를 평행이동, 확대, 축소, 회전하는 것을 포함함을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 객체 모델 데이터는 3D 객체를 모델링한 3D 객체 모델 데이터임을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

상기 래스터라이저로부터 매핑된 객체 모델을 수신하고, 상기 수신된 객체 모델을 화면에 출력하는 디스플레이부를 더 포함함을 특징으로 하는 텍스쳐 매핑 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.