KR0180160B1

KR0180160B1 - 3차원 물체의 랜더링 방법

Info

Publication number: KR0180160B1
Application number: KR1019950032555A
Authority: KR
Inventors: 신광성
Original assignee: 배순훈; 대우전자주식회사
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR970017052A

Abstract

본 발명은 랜더링 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 랜더링할 물체의 데이터를 입력하는 단계(31); 입력된 데이터의 상세도(LOD)를 기준치와 비교하는 단계(32); 상기 비교결과 기준치를 초과하면, 물체를 구성하는 면의 법선을 산출하는 단계(33); 산출된 법선방향으로 색의 그라데이션(gradation)을 수행하는단계(34); 및 상기 그라데이션된 물체의 선과 에지를 엔티에일리에이징하는 단계(35)로 구성되어 상세도가 기준치보다 클 경우에는 색상의 그라데이션을 수행한 후 엔지에서 엔티에일리에이징을 수행함으로써 랜더링을 위한 계산량을 줄여 처리속도를 향상시킬 수 있다.

Description

3차원 물체의 랜더링 방법

제1도는 일반적인 컴퓨터 그래픽의 시스템의 예.

제2도는 제1도에 도시된 그래픽 프로세서가 수행하는 기능 블록도.

제3도는 본 발명에 따른 랜더링 방법을 도시한 순서도.

제4도는 본 발명에 따른 랜더링 장치를 도시한 블록도.

제5도는 본 발명을 설명하기 위하여 도시한 도면.

제6도의 (a) 내지 (c)는 제5도의 원기둥을 그래픽 처리하는 예이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 중앙처리장치 2 : 시스템버스

3 : 시스템 메모리 4 : 모니터

10 : 그래픽 보드 11 : 그래픽 프로세서

12 : 그래픽 프로세서메모리 13: 프레임 버퍼

14 : 비디오 콘트롤러 21 : 지오메트리 프로세싱

22 : 라스터라이져 41 : 비교기

42 : 그라데이션 처리부 43 : 엔티에일리에이징 처리부

51 : 조명 53 : 관찰자

53 : 물체

본 발명은 그래픽 처리기술에 관한 것으로, 특히 임의의 3차원 물체(3D Object)를 상세도에 따라 구분하여 랜더링(randering)하는 방법에 관한 것이다.

최근 자동화가 진전되고 정보사회로의 발전이 진행되면서 컴퓨터 그래픽의 응용분야가 급속히 확대되고 있는 가운데, 3차원 그래픽을 실시간으로 처리하기 위한 고속 그래픽 처리기술의 개발에 관심이 집중되고 있다. 이러한 그래픽 처리기술을 이용하여 현실감 있는 영상을 만들기 위해서는 고해상도 디스플레이(1280×1024 이상)가 필요하며, 1백만개 이상의 화소(pixel)에 대해 변환(transformation)과 색상계산을 직접 수행할 경우 방대한 량의 계산을 해야 한다. 이와 같은 많은 계산량을 줄이기 위하여 물체의 곡면을 작은 폴리곤(polygon)의 메쉬(mesh)로 나타내고, 폴리곤의 각 정점(vertex)에 대한 변환, 색상 계산 등을 수행한 후, 라스터 라이져(rasterizer)에서 폴리곤 내부의 각 화소에 해당하는 색상의 근사치를 계산하는 방법(Gouraud shading, Phong shading)이 많이 쓰이고 있다.

이러한 3차원 그래픽 시스템이 구비된 컴퓨터 구조의 일예는 제1도에 도시된 바와 같이, 시스템 버스(2)에 연결되어 전반적인 프로그램을 수행하는 범용 중앙처리장치(CPU:1)와 시스템 버스에 연결되어 중앙처리장치(1)가 필요로 하는 데이터를 저장하는 시스템 메모리(3), 시스템 버스에 연결된 그래픽 보드(10 : 그래픽 악셀레이터라고도 한다)로 구성되어 있다. 그리고, 상기 그래픽 보드(10)는 시스템 버스(2)와 연결되며 그래픽 처리관련 프로세스를 수행하는 그래픽 프로세서(11)와; 상기 그래픽 프로세서(11)에서 필요로 하는 각종 데이터 및 프로그램을 저장하는 그래픽 프로세서 메모리(12); 상기 그래픽 프로세서(11)에 의해 처리 완료된 디스플레이용 데이터를 저장하고 있는 프레임 버퍼(13); 및 상기 프레임 버퍼(13)에 저장된 데이터를 모니터(4)상에 디스플레이하는 비디오 프로세서(14)로 구성되어 있다.

그리고, 제2도는 그래픽 프로세서가 파이프라인 방식으로 처리하는 기능 블록도로서, 물체(object)를 나타내는 기본 요소(primitive)들이 지오메트리 프로세서(geometry processor:21)와 라스터 라이져(rasterizer:22)를 거치면서 화소 데이터로 변환되어 프레임 버퍼(23)에 저장되도록 되어 있다.

여기서, 지오메트리 프로세서(21)는 지오메트릭 변환(geometric transformation), 빛 모델링(light modeling), 클리핑(clipping), 퍼스팩티브 프로젝션(perspective projection) 등의 파이프라인(pipeline)으로 구현된다. 라스터 라이져(22)는 프리미티브의 각 화소에 대해 세이딩 모델에 의거하여 칼라값을 결정하고, 지(Z)-버퍼를 이용하여 은면을 제거한다. 이때, 지오메트리 프로세싱에는 소량의(즉, 폴리곤의 각 정점에 대한) 복잡한 연산이 수행되는 반면, 라스터 라이징에는 다량의(즉, 폴리곤 내부의 각 픽셀에 대한) 비교적 간단한 연산이 반복적으로 수행됨에 따라 고성능 그래픽 시스템에서는 라스터 엔진으로 전용 칩을 각자가 설계하여 사용하는 추세이다.

한편, 컴퓨터 그래픽스분야에서 2차원 화면상에 3차원 물체(object)를 랜더링하고자 할 때, 종래에는 상세도에 따라 모델을 달리하여 랜더링을 처리하였기 때문에 요구되는 도형의 상세도(LOD:Level of Detail)가 크면, 3차원 물체의 랜더링(rendering)에 시간이 많이 걸리는 문제점이 있다. 즉, 상세도(LOD)가 크면 그에 따라 폴리곤의 수가 많은 모델을 선정하여 랜더링해야 하기 때문에 랜더링을 위해 소요되는 시간이 그만큼 증가하게 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 요구되는 상세도(LOD)가 기준치 이상으로 클 경우에는 폴리곤 수가 적은 모델을 선정하여 랜더링하되, 그라데이션과 엔티에일리에이징을 이용하여 신속하게 랜더링하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 본 발명의 방법은, 그래픽 처리장치를 이용하여 3차원 물체를 모델링함에 있어 디스플레이를 위해 상세도(LOD)가 클수록 폴리곤 수가 증가하는 모델을 적용하여 랜더링하는 방법에 있어서, 랜더링할 물체의 데이터를 입력하는 단계; 입력된 데이터의 상세도(LOD)를 기준치와 비교하는 단계; 상기 비교결과 상세도가 기준치를 초과하면, 상세도가 기준치 이하인 경우의 모델을 이용하여 랜더링하고, 물체를 구성하는 면의 법선을 산출하는 단계; 산출된 법선방향으로 색의 그라데이션(gradation)을 수행하는 단계; 상기 그라데이션된 물체의 선과 에지를 엔티에일리에이징하는 단계; 및 상기 비교결과, 상세도가 기준치를 초과하지 않으면 상세도에 대응하는 모델을 적용하여 랜더링하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위하여 일반적인 그래픽 처리장치와 상세도(LOD)에 대해 설명한다.

그래픽에 있어서 상세도(Level Of Detail)란 시점과 물체간의 거리에 따라 물체를 표현하는 정도를 결정하는 방법을 말한다. 즉, 물체가 시점에 가까이 있을수록 자세하게 표현된-폴리곤 수가 많은-모델을 사용하고, 시점에서 멀수록 눈으로 식별하기 어려우므로 단순한-폴리곤수가 적은-모델을 사용하는 것이다. 따라서 상세도가 높을 경우에는 상세도가 낮은 경우보다 랜더링에 많은 시간이 소요된다.

예컨대, 그래픽 프로세서(11)가 약 1000개의 폴리곤을 약 0.03초에 처리할 수 있다고 가정하고, 1000개의 폴리곤을 모델로 사용하는 상세도(LOD)를 Dth라 하며, 랜더링에 허용 가능한 시간이 약 0.03초라 하자. 물체와 시점과 거리가 가까워져 현재의 상세도(D)가 증가하면(DDth) 이에 따라 폴리곤 수가 1000개 이상인 모델이 사용되야 하고, 그에 따라 랜더링 시간이 0.03초를 초과하여 허용된 시간을 벗어나게 된다. 따라서 기준치를 1000개의 폴리곤을 사용하는 상세도(Dth)로 정하면, 랜더링에 소요되는 시간을 일정 범위로 한정할 수 있다.

그런데 상세도가 높음에도 불구하고 폴리곤 수가 제한된 모델을 사용하게 되면 랜더링의 질이 떨어지게 되므로, 본 발명에서는 폴리곤 수가 소정 수인 것을 기준으로 하여 그 이상이 되면 소정 수 혹은 그 이하의 모델을 그대로 이용하여 랜더링하고, 2차원 영상처리기법인 그라데이션과 엔티에일리에이징을 이용하여 보완하는 것이다. 이와 같이 그라데이션과 엔티에일리에이징으로 보완하는 것은, 상세도가 증가하여 정교하게 보이는 것과 유사한 효과를 얻을 수 있기 때문이다.

한편, 그래픽 처리장치는 앞에서 설명한 바와 같이, 물체(object)를 나타내는 기본 요소(primitive)들이 지오메트리 프로세서(geometry processor: 21)와 라스터 라이져(rasterizer:22)를 거치면서 화소(픽셀) 데이터로 변환되는데, 이때 물체의 곡면을 작은 폴리곤(polygon)의 메쉬(mesh)로 나타내고, 폴리곤의 각 정점(vertex)에 대한 변환, 색상 계산 등을 수행한 후 라스터 라이져(rasterizer)에서 폴리곤 내부의 각 화소에 해당하는 색상의 근사치를 계산하는 방법(Gouraud shading, Phong shading)이 많이 쓰이고 있다.

이러한 폴리곤은 통상 삼각형이며, '트라이앵글 프로세싱(triangle input processing)'은 삼각형의 한 정점에서 출발하여 삼각형의 바운더리를 체크하면서 삼각형의 내부를 서치함과 동시에, dR(GBZ)/dx, dR(GBZ)/dy 값을 증감하면서 각 화소의 R, G, B, Z 값을 보간하여 생성하는 것이다.

본 발명에 따른 랜더링 방법은 제3도에 도시된 바와 같이, 랜더링할 물체의 데이터를 입력하는 단계(31); 입력된 데이터의 상세도(LOD)를 기준치와 비교하는 단계(32); 상기 비교결과 기준치를 초과하면, 물체를 구성하는 면의 법선을 산출하는 단계(33); 산출된 법선방향으로 색의 그라데이션(gradation)을 수행하는 단계(34); 및 상기 그라데이션된 물체의 선과 에지를 엔티에일리에이징하는 단계(35)로 구성되어 있다. 그리고, 랜더링할 물체의 상세도(LOD)가 기준치 이하일 경우에는 종래 방식대로 랜더링한다(36). 즉, 종래에는 상세도(LOD)에 따라 폴리곤의 수가 다른 모델을 이용하여 랜더링하였는데, 상세도(LOD)가 기준치 이상일 경우에는 랜더링에 시간이 많이 소요되므로 상세도가 낮은 경우의 모델을 그대로 사용하면서 그라데이션과 엔티에일리에이징 기법을 사용하여 화질을 개선하는 것이다.

본 발명의 랜더링 장치는 제4도에 도시된 바와 같이, 랜더링할 물체의 상세도를 미리 설정된 기준치와 비교하는 비교기(41); 상기 비교기(41)의 출력에 따라 입력된 상세도가 기준치를 초과하면 랜더링할 물체의 데이터를 입력받아 그라데이션(gradation)을 수행하는 그라데이션처리부(42); 및 상기 그라데이션 처리부(42)의 출력을 입력받아 선과 에지에서 엔티에일리에이징(antialiasing)을 수행하는 엔티에일리에이징 처리부(43)로 구성되어 있다.

이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용 효과를 설명한다.

랜더링(rendering)이란 모델링된 물체에 현실감을 불어넣기 위하여 세이딩을 고려하여 색을 입히는 과정으로서, 이러한 동작을 제5도 및 제6도를 참조하여 설명한다. 제5도는 조명(51)과 관찰자의 시점(52)에서 원기둥(53)을 관찰하는 것을 도시한 도면으로, 원기둥(53)은 조명의 위치와 관찰자의 시점에 따라 음영 및 색상이 달라진다. 이러한 원기둥을 모델링하여 그래픽으로 나타내고자 할 경우에, 제6도의 (a)와 같이 면을 직사각형으로 근사화한 후 각면에 대해 조명 및 관찰시점을 고려하여 그라데이션으로 색을 입히고, 제6도의 (b) 및 (c)와 같이 에지(a) 및 선(b)을 엔티에일리에이징하여 부드럽게 한다.

즉, 본 발명의 랜더링 방법은 모델링된 3차원 물체의 영상데이타와 파라메터들을 입력받고, 입력된 파라메터 중에서 상세도(LOD)를 미리 설정된 기준치와 비교한다. 비교결과 상세도가 기준치보다 높을 경우에는 보다 적은 폴리곤을 갖는 모델을 사용하여 랜더링하되, 그라데이션과 엔티에일리에이징을 이용하여 색을 입히고, 기준치보다 낮을 경우에는 종래와 같이 폴리곤의 수가 상대적으로 큰 모델을 적용하여 랜더링한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 3차원 물체를 상세도(LOD)에 따라 적절한 폴리곤 수의 모델을 적용하여 랜더링함에 있어서, 상세도가 기준치보다 높을 경우에는 상세도가 낮을 경우의 모델을 그대로 사용하되 색상에 대해 그라데이션을 수행하고 에지에서 엔티에일리에이징을 수행함으로써 화질을 개선함과 동시에 랜더링을 위한 계산량을 줄여 처리속도를 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.

Claims

그래픽 처리장치를 이용하여 3차원 물체를 모델링함에 있어 디스플레이를 위해 상세도(LOD)가 클수록 폴리곤 수가 증가하는 모델을 적용하여 랜더링하는 방법에 있어서, 랜더링할 물체의 데이터를 입력하는 단계(31); 입력된 데이터의 상세도(LOD)를 기준치와 비교하는 단계(32); 상기 비교결과 상세도가 기준치를 초과하면, 상세도가 기준치 이하인 경우의 모델을 이용하여 랜더링하고, 물체를 구성하는 면의 법선을 산출하는 단계(33); 산출된 법선방향으로 색의 그라데이션(gradation)을 수행하는 단계(34); 상기 그라데이션된 물체의 선과 에지를 엔티에일리에이징하는 단계(35); 및 상기 비교결과, 상세도가 기준치를 초과하지 않으면 상세도에 대응하는 모델을 적용하여 랜더링하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 물체의 랜더링 방법.