KR100593401B1 - 다중 해상도를 가지는 키 프레임 데이터 정렬 방법 및애니메이션 생성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연산장치가 키 프레임 데이터를 원활하게 읽어 들일 수 있도록 키 프레임 데이터를 정렬하고, 정렬된 데이터를 사용하여 애니메이션을 생성하는 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 정렬방법은 원본 키 프레임 데이터 셋을 입력하는 단계; 생성할 해상도를 지정하는 단계; 및 원본 키 프레임 데이터 셋으로부터 지정 해상도의 키 프레임 데이터 셋을 생성하는 단계를 포함하고, 본 발명에 따라 애니메이션을 생성하는 방법은 애니메이션 오브젝트를 해상도에 따라 정렬하는 단계; 해당 오브젝트의 키 프레임 데이터를 캐쉬 메모리에서 검색하는 단계; 캐쉬 히트이면 해당 키 프레임 데이터를 오브젝트에 적용하는 단계; 및 캐쉬 히트가 아니면, 스토리지에서 해당 키 프레임 데이터를 패치하는 단계를 포함한다. 따라서 본 발명을 적용함으로써 키 프레임 데이터를 읽어 들이는 과정에서 연산장치(processing unit)에 대한 캐쉬 메모리(cache memory)의 적중률(hit rate)이 상승하는 효과를 가져오며, 이러한 효과로 인하여 중앙연산장치는 빠른 애니메이션을 생성할 수 있다.

애니메이션, 캐쉬 적중률, 연산장치, 키 프레임, 데이터 정렬

Description

다중 해상도를 가지는 키 프레임 데이터 정렬 방법 및 애니메이션 생성방법{Key frame data align method with multi-resolution and generating animation method for enhancing cache hit rate}

도 1은 본 발명에 따른 애니메이션 시스템의 구성을 도시한 블럭도,

도 2는 본 발명에 따른 원본 키 프레임 데이터 셋의 예를 도시한 개략도,

도 3은 본 발명에 따라 저해상도의 키 프레임 데이터셋을 생성하는 개념을 도시한 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 애니메이션 생성 방법을 도시한 순서도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100: 애니메이션 시스템 110: 스토리지

120: 캐쉬 메모리 130: 연산장치

200: 원본 키 프레임 데이터 셋

210,220: 저해상도의 키 프레임 데이터 셋

본 발명은 디지털 컨텐츠를 생성하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는디지털 컨텐츠를 생성하기 위하여 키 프레임 기반의 애니메이션을 생성하는 경우에, 연산장치가 키 프레임 데이터를 원할하게 읽어 들일 수 있도록 키 프레임 데이터를 정렬하고, 정렬된 데이터를 사용하여 애니메이션을 생성하는 방법에 관한 것이다.

최근들어, 디지털 인프라가 구축되면서 컨텐츠 역시 디지털로 재 구성되고 있다. 디지털 컨텐츠에서 영상 생성 기법은 실제 이미지의 복원에 중점이 맞추어져 있는 포토 리얼리스틱 기법(photo realistic image generation theory)과, 비 사실적 이미지의 생성에 중점이 맞추어져 있는 넌포토 리얼리스틱 기법(non-photo realistic image generation theory)으로 분류할 수 있다. 또한, 영상을 생성하기 위한 내부 자료가 3차원 데이터를 사용하는 경우를 3차원 그래픽스(3D graphics)라고 하고, 2차원 데이터를 사용하는 경우를 2차원 그래픽스(2D graphics)라고 한다. 이와 다른 분류 방법으로는 생성된 이미지가 시간의 흐름과 상관없이 정지해 있는 이미지를 정지 영상(still image)라 하고, 시간의 흐름에 따라 영상에 변화가 생기는 것을 애니메이션(animation)이라고 한다.

통상 애니메이션을 생성하는 방법은 시간에 따른 변화 값을 사전에 디자이너에 의하여 정의하거나, 프로그램에 의하여 그 값을 미리 계산하거나 혹은 실제 움 직임을 획득하여 저장한 후, 애니메이션 시에 사용하는 키 프레임 기반 기법(key frame based animation)과, 시간에 따른 변화 값을 애니메이션 시에 수학적 함수를 사용하여 계산하는 절차적 애니메이션 기법(procedural animation)이 있다.

한편, 기존에 디지털 컨텐츠를 생성하기 위하여 데이터를 정렬하는 방법은 물체의 표면을 표현하는 다각형(polygon) 혹은 모서리 선(edge)을 표현하기 위한 텍스추어(texture)의 저장 및 구성을 사용하는 제1 경우와, 물체를 나타내기 위한 다각형(polygon) 혹은 모서리 선(edge), 정점(vertex) 데이터의 저장 및 구성을 사용하는 제2 경우로 구분할 수 있다.

상기 제1 경우의 데이터 정렬방법은 첫째, 텍스추어 데이터에서 자주 사용하는 데이터들을 인접하여 위치시킨다. 즉, 같은 텍스추어 데이터를 가지는 오브젝트들을 그룹화하여(grouping), 텍스추어 순서대로 그린다. 이렇게 함으로써 다음과 같은 이점이 있다. 즉, 연산 장치(processing unit)로 데이터를 읽어 들이기 위한 버스(bus) 대역폭의 점유율을 저하시킬 수 있고, 동일한 데이터를 여러 번 읽는 경우가 줄어들며, 연산 장치와 저장 장치(storage device - memory, hard disk etc.) 사이에 위치한 캐쉬 메모리(cache memory)의 효율성을 증가시킬 수 있다.

둘째, 텍스추어 이미지를 다중 해상도를 갖도록 저장한다(mip-map). 이렇게 정렬함으로써 다음과 같은 이점이 있다. 즉, 연산 장치(processing unit)로 데이터를 읽어 들이기 위한 버스(bus) 대역폭의 점유율을 저하시킬 수 있고, 사용하기 적당한 크기의 데이터를 사용함으로써 불 필요하게 큰 데이터를 이동하는 경우가 줄어들며, 연산 장치와 저장장치(storage device - memory, hard disk etc.) 사이에 위치한 캐쉬 메모리(cache memory)의 효율성을 증가시킬 수 있다. 이와 같이 작은 데이터를 사용하게 되면 캐쉬의 효용성이 증가한다.

또한 상기 제2 경우를 정렬하고 사용하는 방법은 아래와 같다.

첫째, 다각형의 목록들을 트라이 스트립(tri-strip)으로 변형하는 과정에서 캐쉬 메모리에 대한 접근성을 비용 함수로 구성하여 최저의 비용을 갖는 형태로 변형한다. 이렇게 함으로서 버스와 캐쉬 메모리에 대한 이점이 있으며, 연산 장치에 대한 연산이 필요한 경우 전체 연산량을 줄일 수 있게 된다.

둘째, 다각형 및 다각형을 구성하는 모서리 선과 정점들을 드로잉 프리미티브(drawing primitives)라고 하는데, 드로잉 프리미티브들을 인접한 것끼리 정렬하고, 이것을 공유하는 객체들의 순서대로 사용한다. 이렇게 함으로써 버스와 캐쉬 메모리를 효율적으로 사용할 수 있다.

그런데 이러한 종래의 정렬방법에서 제1 경우의 정렬방법은 텍스추어 이미지와 관련한 것으로 애니메이션을 위한 것이 아니며, 시간의 흐름에 대한 변화에 대한 개념이 포함되어 있지 않다. 또한 제2 경우의 첫번째 정렬방법은 오브젝트를 구성하는 요소들의 크기를 줄여 저장 공간을 감소하기 위한 것으로 애니메이션을 위한 것이 아니며, 시간의 흐름에 대한 변화에 대한 개념이 포함되어 있지 않다. 그리고 제2 경우의 두번째 정렬방법은 오브젝트를 구성하는 요소들을 정렬하는 것으로 다중 해상도에 대한 개념을 포함하고 있지 않으며, 시간의 흐름에 대한 변화에 대한 개념이 포함되어 있지 않다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 키 프레임 기반을 사용한 애니메이션에서 연산장치(processing unit)가 키 프레임 데이터를 효율적으로 읽어 들여 빠른 애니메이션 생성이 가능하도록 하는 캐쉬 적중률을 향상시키는 다중 해상도를 가지는 키 프레임 데이터 정렬 방법과 애니메이션 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 정렬방법은, 원본 키 프레임 데이터 셋을 입력하는 단계; 생성할 해상도를 지정하는 단계; 및 상기 원본 키 프레임 데이터 셋으로부터 지정 해상도의 키 프레임 데이터 셋을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 애니메이션 생성방법은, 다중 해상도를 갖는 키 프레임 데이터 정렬을 이용하여 애니메이션을 생성하는 방법에 있어서, 애니메이션 오브젝트를 해상도에 따라 정렬하는 단계; 해당 오브젝트의 키 프레임 데이터를 캐쉬 메모리에서 검색하는 단계; 캐쉬 히트이면 해당 키 프레임 데이터를 오브젝트에 적용하는 단계; 및 캐쉬 히트가 아니면, 스토리지에서 해당 키 프레임 데이터를 패치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 애니메이션 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.

본 발명에 따른 애니메이션 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 데이터를 저장하기 위한 스토리지(110)와 캐쉬 메모리(120), 연산장치(130)로 구성된다. 스토리지(110)는 애니메이션에 요구되는 각종 키 프레임 데이터를 저장하기 위한 것으로서 예컨대 하드디스크나 메모리이고, 캐쉬 메모리(120)는 연산장치(130)에서 버스를 통해 빠르게 억세스할 수 있는 메모리로서 스토리지(110)의 데이터중 현재 처리와 관련된 데이터들이 저장된다. 연산장치(130)는 애니메이션을 처리하기 위한 프로세서로서, 소정의 소프트웨어를 실행하면서 캐쉬 메모리(120)에 저장된 데이터들을 연산하여 애니메이션을 생성한다. 이와 같은 애니메이션 시스템(100)은 기본적으로 컴퓨터 그래픽 시스템으로서, 도면에는 자세히 도시하지 않았으나 디스플레이장치와 다른 입출력장치들을 포함하며, 애니메이션 생성을 위한 연산시에 고속 및 효율적인 처리를 위해 버스 점유율을 가능한 낮추고, 캐쉬 히트율은 높일 수 있는 구조가 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따른 원본 키 프레임 데이터 셋의 예를 도시한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따라 저해상도의 키 프레임 데이터셋을 생성하는 개념을 도시한 개략도이다.

현재까지 3차원 애니메이션을 만들기 위해 이용되는 방법들은 키 프레이밍, 텍스트 스크립팅, 동작 경로 지정 방법 등이 있다. 키 프레이밍 방법은 주 동작을 먼저 생성하고 그 사이 프레임들을 자동 생성하는 것으로 지금까지 가장 널리 이용 되어 왔으며, 기본적인 애니메이션 생성 방법이다. 키 프레임 기반의 애니메이션은 전통적인 셀 애니메이션과 밀접하게 연관되어 있다.

키 프레이밍 방식의 애니메이션 생성 방법에서 사용자는 각 캐릭터의 키 프레임만을 제어하여 전체 애니메이션을 만들어 내야하기 때문에 각 캐릭터 간의 애니메이션 타이밍을 묘사하는 기능이 부족하다. 그래서 캐릭터들 사이의 행동의 시간적 공간적 상호 연관성이 중요한 경우에 대해 각 캐릭터에 대해 만들어진 애니메이션을 보면서 다른 캐릭터 동작과 연결해야 하므로 전체 애니메이션을 만들기에는 많은 작업량이 요구된다.

키 프레임 방식으로 애니메이션을 작성하는 경우에는, 먼저 원하는 애니메이션의 동작의 처음부터 끝까지 자연스럽게 하기 위해 필요한 프레임의 수를 결정하고, 그 다음 전체적으로 필요한 프레임의 개개의 화상을 작성하는 단계를 실행하는 것이 일반적이다.

여기서, 키 프레임은 디자이너가 애니메이션 각각의 구성 요소(이하, 오브젝트라 함)의 화상을 2차원이나 3차원 공간에 레이아웃하여 작성한다. 이러한 오브젝트의 화상 데이타는 미리 모델 데이타로서 메모리 등에 제공되고, 디자이너에 의해 메모리 등으로부터 판독되어 활용된다. 모델 데이타는 2차원 또는 3차원으로 표현될 수 있다.

본 발명에 따른 키 프레임 데이터는 다음 표 1과 같은 요소들 중 하나가 될 수 있다.

상기 표 1에서와 같이 본 발명에 따른 키 프레임 데이터는 골격(bone)의 시간 흐름에 따른 변환 데이터 값이나 드로잉 프리미티브들의 시간 흐름에 따른 변환 데이터 값, 혹은 골격 혹은 드로잉 프리미티브들에 대한 제어점들의 시간 흐름에 따른 변환 데이터 값이 될 수 있다.

그리고 애니메이션의 시작에서 끝까지에 해당하는 키 프레임 데이터들을 데이터 셋(data-set)이라고 정의하는데, 애니메이션 시스템의 입력으로 들어온 데이터 셋(200)은 도 2에 도시된 바와 같이, 2차원 형태를 지니게 된다. 도 2에서 X 축으로는 단위 시간에 대한 전체 키 프레임 데이터가 나열되고, Y 축으로는 시간의 변화에 대한 키 프레임 변화값이 나열되며, 두 축은 상호 교환 가능하다.

도 2를 참조하면, 키 프레임 데이터(0,0), 키 프레임 데이터(0,1), ....., 키 프레임 데이터(0,n-1), 키 프레임 데이터(1,0), 키 프레임 데이터(1,1), ....., 키 프레임 데이터(1,n-1), .... 키 프레임 데이터(t-1,0), 키 프레임 데이터(t-1,1), ....., 키 프레임 데이터(t-1,n-1)가 n×t 형태로 배열되어 있다. 여기서, n은 한 장면을 표현하기 위한 키프레임 데이터 개수(0<n)이고, t는 애니메이 션 시간길이(0<t)를 나타낸다.

그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 위와 같은 원본 데이터 셋으로부터 메모리와 사용자가 지정하는 범위 내에서 보다 적은 해상도를 지니는 추가 데이터 셋을 생성할 수 있다.

도 3을 참조하면, 사용자가 2개의 추가 데이터 셋을 생성하기로 지정하고, 각각의 해상도를 시간축으로만 일률적으로 1/2, 1/4로 지정하여 생성된 추가 데이터 셋이 도시되어 있다. 즉, n×t의 원본 데이터 셋(200)으로부터 n×t/2의 크기를 갖는 1/2 해상도의 데이터 셋(210)과 n×t/4의 크기를 갖는 1/4 해상도의 데이터 셋(220)을 생성한다. 이와 같이 본 발명에 따르면 애니메이션을 위해 다중 해상도의 데이터 셋을 생성할 수 있다.

이렇게 생성된 애니메이션 데이터 셋은 애니메이션 객체(오브젝트)를 해상도에 따라 정렬(sort)한 다음, 다중 해상도의 데이터 셋을 차례로 적용하게 된다. 이렇게 다중 해상도의 데이터 셋을 사용함으로써 다음의 이점이 있다. 즉, 불 필요하게 큰 해상도의 데이터를 전송하는 경우가 감소하므로, 버스와 캐쉬 메모리(120)의 효율성이 증가한다. 특히, 작은 데이터는 적은 버스 대역폭을 소모하며, 캐쉬 메모리(120)에 더욱 적합하고, 전송된 데이터는 가능한 한 재사용되므로 캐쉬 사용성(히트율)이 증가한다.

도 4는 본 발명에 따른 애니메이션 생성방법을 도시한 순서도이다.

본 발명에 따른 애니메이션 생성방법은 원본 키프레임 데이터 셋(200)을 입력하는 단계(401)와, 원본 키 프레임 데이터 셋(200)으로부터 저해상도의 키 프레 임 데이터 셋(210,220)을 생성하는 단계(402), 애니메이션 오브젝트를 해상도에 따라 정렬하는 단계(404,404), 해당 오브젝트의 키 프레임 데이터를 캐쉬 메모리(120)에서 검색하는 단계(405), 캐쉬 히트이면 해당 키 프레임 데이터를 오브젝트에 적용하는 단계(406,408), 캐쉬 히트가 아니면(즉, 해당 데이터가 캐쉬에 존재하지 않으면), 스토리지(110)에서 해당 키 프레임 데이터를 패치하는 단계(407)로 구성된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 키 프레임 기반의 애니메이션에서 디지털 컨텐츠의 효율적인 생성을 가능하게 하고, 캐쉬 적중률(hit rate)을 증가시켜 보다 신속하게 처리할 수 있음과 아울러 버스 점유율을 낮추어 효율성을 증가시킬 수 있는 잇점이 있다.

또한 본 발명은 영화, 게임을 포함하는 디지털 컨텐츠를 비롯하여 디지털 애니메이션과, 네트워크 환경 및 오프라인 환경에서의 실사 영상을 혼용하는 하이브리드 비디오 스트리밍(hybrid video streaming) 등에 적용되어 애니메이션 성능을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 원본 키 프레임 데이터 셋을 입력하는 단계;

   생성할 해상도를 지정하는 단계; 및

   상기 원본 키 프레임 데이터 셋으로부터 지정 해상도의 키 프레임 데이터 셋을 생성하는 단계를 포함하고,

   상기 키 프레임 데이터는 X 축으로는 단위 시간에 대한 전체 키 프레임 데이터가 나열되고, Y 축으로는 시간의 변화에 대한 키 프레임 변화값이 나열되는 것을 특징으로 하는 캐쉬 적중률을 향상시키는 다중 해상도를 가지는 키 프레임 데이터 정렬 방법.
2. 다중 해상도를 갖는 키 프레임 데이터 정렬을 이용하여 애니메이션을 생성하는 방법에 있어서,

   애니메이션 오브젝트를 해상도에 따라 정렬하는 단계;

   해당 오브젝트의 키 프레임 데이터를 캐쉬 메모리에서 검색하는 단계;

   캐쉬 히트이면 해당 키 프레임 데이터를 오브젝트에 적용하는 단계; 및

   캐쉬 히트가 아니면, 스토리지에서 해당 키 프레임 데이터를 패치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐쉬 적중률을 향상시키기 위해 다중 해상도를 가지는 키 프레임 데이터 정렬을 이용한 애니메이션 생성방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 키 프레임 데이터는

   골격(bone)의 시간 흐름에 따른 변환 데이터 값인 것을 특징으로 하는 캐쉬 적중률을 향상시키는 다중 해상도를 가지는 키 프레임 데이터 정렬 방법.
4. 제1항 있어서, 상기 키 프레임 데이터는

   드로잉 프리미티브들의 시간 흐름에 따른 변환 데이터 값인 것을 특징으로 하는 캐쉬 적중률을 향상시키는 다중 해상도를 가지는 키 프레임 데이터 정렬 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 키 프레임 데이터는

   골격 혹은 드로잉 프리미티브들에 대한 제어점들의 시간 흐름에 따른 변환 데이터 값인 것을 특징으로 하는 캐쉬 적중률을 향상시키는 다중 해상도를 가지는 키 프레임 데이터 정렬 방법.
6. 삭제

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