KR100901270B1

KR100901270B1 - 표면 질감 표현 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100901270B1
Application number: KR1020070131830A
Authority: KR
Inventors: 이주행; 김성수; 정재숙; 최진성
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2007-12-15
Filing date: 2007-12-15
Publication date: 2009-06-09
Also published as: WO2009078645A3; WO2009078645A2; US8736608B2; US20100277479A1

Abstract

본 발명은 3차원 컴퓨터 그래픽스(3D Computer Graphics)에서의 표면 질감(surface materials)을 사실적으로 표현(rendering)하기 위한 기술에 관한 것이다. 본 발명은 표면 질감 정보를 저장하는 형식과 이를 이용하여 사실적으로 표면 질감을 표현하는 방법을 제시한다. 특히, 주어진 표면 질감 정보가 대용량의 원시 데이터 형식이거나 복잡한 수학식 형식이라 하더라도, 용량이 적고 계산이 간단한 형식으로 저장할 수 있으며, 통계적인 표현 기법의 적용을 위해 샘플링 정보를 추가로 제시하며, 표면 질감의 혼합 표현과 다중 해상도 표현이 가능하다. 본 발명은 컴퓨터 그래픽스, CAD(Computer Aided Design) 및 기타 가시화 분야에서 사실적인 표면 질감 표현에 활용할 수 있다

표면질감, 가시화, 렌더링

Description

표면 질감 표현 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR RENDERING SURFACE MATERIALS}

본 발명은 3차원 컴퓨터 그래픽스(3D Computer Graphics) 분야에서 표면 질감(surface materials)을 표현(rendering)하기 위한 기술에 관한 것으로, 특히 표면 질감의 혼합 표현과 다중 해상도 표현이 가능한 표면 질감 표현 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-045-02, 과제명: 기능 확장형 초고속 랜더러 개발].

최근 3차원 컴퓨터 그래픽스(3D Computer Graphics) 기술의 급속한 발전으로, 실제 촬영 영상에 근접 또는 동일한 수준의 영상 생성(image synthesis)이 가능하게 되었다. 하지만, 아직까지도 이러한 영상을 만들기 위해서는 막대한 컴퓨터 계산 시간과 디자이너의 작업 시간을 동시에 필요로 하고 있다. 따라서 이 문제의 해결을 위한 많은 연구와 기술 개발이 이루어지고 있다.

컴퓨터 생성 영상(Computer Generated Imagery : CGI)의 사실감을 결정하는 많은 요소 중에 장면 요소의 표면 재질감이 특히 중요하다. 특히, 피부나 머리카락(털)과 같은 신체 부분이나 섬세한 옷감이나 혼합 페인트 등 표면의 물리현상이 복잡한 재질의 표현을 위해서는 고려할 점이 많다. 특히 이러한 재질의 물체는, 그 물체를 보는 방향(시점 방향) 및 빛이 조사되는 방향(광원 방향)에 의해 표면의 색상이나 밝기가 변하기도 한다. 따라서 최근에는 실제 물체의 표면을 촬영하여 그 재질의 특성을 원시 데이터로 획득하거나 대수적인 수학식을 이용하여 재질을 모델링하고, 이를 컴퓨터 그래픽스로 재현하는 기법이 사용되고 있다.

그런데, 원시 데이터의 경우는 그 크기가 매우 커서 수백에서 수천 개의 CPU를 사용하는 네트워크 렌더팜(render farm) 환경에서의 사용이 용이하지 않고, 섬세한 표면 질감을 수학적 모델로만 표현하면 그 계산량이 매우 많아지는 단점이 있다.

이에 본 발명은, 3차원 컴퓨터 그래픽스에서 표면 질감(surface materials)을 표현(rendering)함에 있어 주어진 표면 질감 정보가 대용량의 원시 데이터 형식이거나 복잡한 수학식 형식이라도 용량이 적고 계산이 간단한 형식으로 저장할 수 있는 표면 질감 표현 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

또한 본 발명은, 통계적인 표현 기법의 적용을 위해 샘플링 정보를 추가로 제시하고, 표면 질감의 혼합 표현과 다중 해상도 표현이 가능한 표면 질감 표현 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 일 관점에 따르면, 사용자 입력을 지원하는 사용자 입력 수단과, 상기 사용자 입력 수단을 통해 입력된 표면 재질감을 비-스플라인 볼륨 형식으로 변환하는 재질 정보 전처리 수단과, 상기 재질 정보 전처리 수단을 통해 변환된 재질감 정보에 비례하는 샘플링 정보를 생성하는 샘플링 정보 전처리 수단과, 상기 샘플링 정보 전처리 수단을 통한 샘플링 정보와 상기 재질 정보 전처리 수단을 통한 재질감 정보를 이용하여 표면 재질을 렌더링 하여 표현하는 표면 재질 표현 수단을 포함하는 표면 질감 표현 시스템을 제공한다.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 다른 관점에 따르면, 재질감 측정이나 수학적 모델에서 획득한 원시 데이터를 3차원 또는 4차원의 비-스플라인 볼륨(B-spline volume) 형식으로 변환하고 저장하는 과정과, 상기 재질감 정보로부터 샘플링 정보를 추출하고 저장하는 과정과, 상기 재질감 정보를 다중 해상도로 변환하여 저장하는 과정과, 상기 재질감 정보를 혼합하는 과정과, 상기 재질감 정보와 샘플링 정보를 이용하여 물체의 표면을 렌더링 하는 과정을 포함하는 표면 질감 표현 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 복잡하고 섬세한 표면의 광학 현상을 표현함에 있어서, 비-스플라인 볼륨(B-spline volume)을 사용하기 때문에 측정 원시 데이터의 형태를 유지하면서 잡음(noise)과 데이터 사이즈를 현저히 줄 일 수 있고, 수학적 재질감 모델 기법에 비해 연산이 단순하여 빠른 렌더링(rendering)이 가능하다. 또한, 그 구성과 단계가 CPU 기반의 컴퓨터 소프트웨어로, GPU 상의 쉐이더 코드(shader code)로, FPGA(Field Programmable Gate Array) 등의 전용 하드웨어로 구현될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표면 재질 표현 시스템의 구성 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 표면 재질 표현 시스템은, 표면 재질 표현기(300)에서 사용 가능한 비-스플라인 볼륨 형식의 재질 정보를 생성하는 재질 정보 전처리기(100), 양방향 반사율 분포함수(Bi-directional Reflectance Distribution Function : BRDF) 값에 비례하여 샘플을 생성하는 샘플링 정보 전처리기(300), 재질 정보 전처리기(100)에서 주어진 장면 정보를 이용하여 표면 재질을 렌더링(rendering) 하여 표현하는 표면 재질 표현기(300)를 포함하여 구성되는데 그 특징이 있다.

아래에서는 표면 재질 정보가 양방향 반사율 분포함수(BRDF) 형태로 주어지는 경우에 대해서 실시예를 설명한다.

양방향 반사율 분포함수(BRDF) 값은 입사된 빛의 양에 대한 반사된 빛의 양의 비율이다. 표면의 질감은 들어온 빛이 어떤 방향으로 어떤 양으로 반사되는가에 의해 결정된다. 따라서 양방향 반사율 분포함수(BRDF)는 표면 질감을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 이외에 표면 질감을 결정하는 요소로는, 입사된 빛의 양, 주파수, 방향 등을 들 수 있다.

기본 양방향 반사율 분포함수(BRDF)는 표면의 한 점에 대해서 두 개의 벡터 로 정의된다. 즉, 점에서 광원까지의 입사광 단위벡터

와 점에서 눈 또는 카메라까지의 반사광 단위벡터

이다.

공간의 단위벡터

는 극좌표계에서 2개의 변수로 표기된다.(

) 상기 극좌표계에서 극점(zenith)으로부터 측정한 역고도(inverse altitude)는

로, 방위각 (azimuth)은

로 각각 표기한다. 역고도는 0에서 90, 방위각은 따라서, 기본 양방향 반사율 분포함수(BRDF)의 정의역(domain)은 4개의 변수(

)에 대해 정의되는 4차원 함수이다.

확장 양방향 반사율 분포함수(BRDF)는 두 벡터 외에, 표면의 위치 및 온도, 광원 주파수로 정의될 수 있다. 따라서 확장 양방향 반사율 분포함수(BRDF)는 5차원 이상의 함수이다.

본 발명에서 사용되는 재질 정보는 양방향 반사율 분포함수(BRDF)의 정의역의 차원에 영향을 받지 않는다. 즉, 임의 차원에 대해서 확장 가능한 장점이 있다. 이는 고차원의 비-스플라인(high-dimensional B-spline volume)을 기본 재질감 표현 형식으로 사용하기 때문에 가능하다.

일반적으로 비-스플라인은 컴퓨터 그래픽스나 CAD 분야에서 곡선이나 곡면을 표현하기 위해 사용된다. 곡선을 나타내는 경우는 1차원, 곡면을 나타내는 경우를 2차원으로 볼 수 있다. 이는 곡선, 곡면을 표현하기 위해 필요한 최소한의 인수의 개수, 또는 정의역의 차원과 일치한다. 본 발명에서는 기존의 비-스플라인을 3차 이상으로 확장하여 사용한다. 이를 비-스플라인 볼륨이라고 한다.

도 2는 도 1의 재질 정보 전처리기(100)를 보다 상세히 설명하기 위한 블록 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 재질 정보 전처리기(100)는, 원시 재질 데이터 입력부(102), 원시 재질 데이터 저장소(104), 질감 네트워크 모델 입력부(106), 질감 네트워크 모델 변환부(108), 수학 질감 모델 입력부(110), 수학 재질 모델 변환부(112), 비-스플라인 제어 정보 입력부(114), 비-스플라인 볼륨 맞춤부(B-spline volume fitting part)(116), 사용자 입력부(118), 재질 정보 전처리부(120), 재질 정보 출력부(122), 재질 정보 저장소(124), 다중 해상도 계산부(126), 재질감 혼합부(128)를 포함한다.

원시 재질 데이터 입력부(102)는 사용자에 의해 입력되는 또는 명시한 원시 데이터, 예를 들어 표형식의 측정 질감을 원시 재질 데이터 저장소(104)에 임시 저장하는 역할을 한다. 도 5는 측정 질감 원시 데이터의 양방향 반사율 분포함수(BRDF)를 예시한 도면이다.

질감 네트워크 모델 입력부(106)는 사용자 입력부(118)를 통해 질감 네트워크 모델, 예를 들어 "쉐이더 네트워크(shader network) 모델"을 입력하여 질감 네트워크 모델 변환부(108)로 제공한다.

질감 네트워크 모델 변환부(108)는 상기 질감 네트워크 모델 입력부(106)를 통해 입력되는 질감 네트워크 모델을 원시 재질 데이터 형태로 변환하여 원시 재질 데이터 입력부(102)로 제공한다.

수학 질감 모델 입력부(110)는 사용자 입력부(118)를 통해 수학 재질 모델, 예를 들어 "Lafortune 모델"을 입력하여 수학 재질 모델 변환부(112)로 제공한다.

수학 재질 모델 변환부(112)는 상기 수학 질감 모델 입력부(110)를 통해 입력되는 수학 재질 모델을 원시 재질 데이터 형태로 변환하여 원시 재질 데이터 입력부(102)로 제공한다.

비-스플라인 제어 정보 입력부(114)는 사용자 입력부(118)를 통해 비-스플라인 볼륨 맞춤에 필요한 정보들, 예컨대 제어점의 개수, 오차의 범위, 차수 등을 명시하게 된다. 예를 들어,

)에 대해서 각각 (20, 80, 20, 80)개의 제어점을 사용하고, 3차 기저 함수를 사용하고, 0.01의 오차 범위를 명시한다면 좋은 결과를 얻을 수 있다.

비-스플라인 볼륨 맞춤부(116)는 원시 재질 데이터 입력부(102)로부터 입력된 원시 재질 데이터와 비-스플라인 제어 정보 입력부(114)로부터 입력된 맞춤 제어 정보를 바탕으로 맞춤 연산을 수행하고, 제어점과 넛 벡터(knot vector) 등 비-스플라인 볼륨을 표현할 수 있는 정보를 출력하고, 이를 재질 정보 저장소(124)에 저장한다.

원시 재질 데이터는 표형식으로 저장된다. 인덱스는

)가 되고, 데이터 값은 반사율을 표현하는 수치이다. RGB 컬러 모델을 사용하는 경우 3개의 실수값을 저장하게 된다. 예를 들어, 역고도와 방위각을 각각 90과 360으로 나누 는 경우, 90x360x90x360x3개의 실수를 저장하게 된다.

재질 정보 전처리부(120)는 본 발명의 표면 재질 표현기(300)에서 사용 가능한 비-스플라인 볼륨 형식의 재질 정보를 생성한다. 이를 위해 재질 정보 전처리부(120)는 사용자가 입력 또는 명시한 원시 데이터, 수학 재질 모델, 질감 네트워크 모델에 대해서 비-스플라인 볼륨 맞춤(B-spline volume fitting)을 수행한 후 재질 정보 출력부(122)를 통해 출력할 수 있게 한다. 도 6은 이와 같이 비-스플라인 볼륨 맞춤된 질감정보의 양방향 반사율 분포함수(BRDF) 예시도이다.

한편, 재질 정보 전처리기(100)의 추가기능으로, 다중 해상도 계산부(126)가 더 구비될 수 있는데, 상기 다중 해상도 계산부(126)는 사용자의 요구에 의해 서로 다른 제어점의 개수를 갖는 비-스플라인 볼륨 양방향 반사율 분포함수(BRDF)를 출력한다. 이는 렌더링부(106)의 계산 성능을 향상시키기 위한 것으로, 장면의 카메라에서 멀리 있는 물체의 질감을 표현하기 위해서는 단순화된 양방향 반사율 분포함수(BRDF)를 사용하는 것이 효과적이기 때문이다. 이를 위해 사용자는 최대, 최소 제어점의 개수, 다중 해상도의 단계를 명시한다. 예를 들어, 4단계로 명시할 경우, 제어점 개수를 (20, 80, 20, 80), (15, 60, 15, 60), (10, 40, 10, 40), (5, 20, 5, 20)의 네 가지로 변경하면서 곡선 맞춤을 수행한다.

재질감 혼합부(128)는 다양한 형식의 다수의 재질 정보를 혼합하여 새로운 재질을 만들고 이를 비-스플라인 볼륨 양방향 반사율 분포함수(BRDF)로 출력하도록 하는 것이다. 이 기능의 장점은 기존에는 존재하지 않는 질감을 만들 수 있다는 것이고, 혼합을 통해 질감이 복잡해 졌다고 하더라도, 비-스플라인 볼륨 형식으로 최종 변환하여 렌더링 시간을 일정하게 할 수 있다는데 있다. 예를 들어, 잘 알려진 수학 재질 모델과 측정한 원시 데이터를 혼합하는 것이 가능하다. 또한, 혼합의 정도를 모든 대응값에 혼합하거나, 부분적으로 혼합할 수 있도록 명시할 수 있다. 부분적인 혼합은 특정 입사 및 반사각도, 특정 색요소(RGB), 특정 주파수 범위에서 설정가능하다. 예를 들어, 입사각이 45°이상인 경우는 황금의 느낌을, 입사각 45°이하에 대해서는 플라스틱의 느낌이 드는 비현실적인 재질감 표현도 가능하다.

한편, 현대의 렌더링 계산 방식은 대부분 몬테 까를로(Monte Carlo) 적분 방법을 이용한다. 이 방법에서는, 샘플들을 취한 후 이 샘플에 대해서 함수값을 계산하고, 평균을 구해서 적분값을 근사하게 된다. 이 때 샘플을 어떻게 생성하는가가 계산 효율을 좌우하게 된다. 특히, 중요도 샘플링(importance sampling)을 하게 되는 경우는, 적분 값에 큰 영향을 주는 중요 영역에서, 즉 함수 값이 큰 도메인 영역에서 상대적으로 많은 샘플링을 하도록 하고 있다.

샘플링 정보 전처리기(200)는 이러한 문제를 해결하기 위해서 양방향 반사율 분포함수(BRDF) 값에 비례하여 샘플을 생성하게 된다.

질감의 경우는 양방향 반사율 분포함수(BRDF) 값이 큰 영역에서 많은 샘플링을 취해야 한다. 양방향 반사율 분포함수(BRDF)의 값은 컬러 모델을 통해 계산한다. 예를 들어, RGB 컬러를 XYZ 컬러로 변환했을 때, Y값이 양방향 반사율 분포함수(BRDF) 값의 크기로 볼 수 있다. 경우에 따라, RGB의 각 색상 요소에 대해서, 또는 주파수 영역에 대해서 독립적으로 샘플링을 할 수 있다.

렌더링시에 필요한 샘플은 일련의 벡터들이다. 즉, 카메라나 눈으로 향하는 빛의 반사 방향이 정해진 상황에서, 이 방향으로 상대적으로 많은 빛을 반사하는 입사각 방향으로 주로 샘플링을 하여 광선추적(ray tracing)이나 경로추적(path tracing)을 하게 된다.

극좌표계에서 벡터는 고도와 방위각을 이용하여 표현된다. 즉, 일반적인 컴퓨터가 제공하는 1차원 난수 발생기(1D random number generator)만으로는 한 점을 중심으로 기하학적으로 균일한 벡터를 생성(uniform hemisphere sampling)할 수가 없다. 이런 경우 변환기법이 개발되어 있지만, 양방향 반사율 분포함수(BRDF)와 같이 그 형태가 단순하지 않은 경우에는, 마지널 덴스티(marginal density) 함수를 이용한 변환 기법을 사용하여야 한다.

본 발명에서는 BRDF 원시 데이터에 대해서 역고도값과 방위값에 대해서 마지널 덴스티(marginal density) 함수를 계산하고, 이를 해시 테이블(hash table) 등의 자료구조에 저장하여 역함수 형식으로 검색 가능하게 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 샘플링 정보 전처리기(200)는, 사용자 입력부(202), 샘플링 정보 전처리부(204), 샘플링 정보 입출력부(206), 누적밀도함수표 계산부(208), 원시 샘플링 데이터 계산부(210), 비-스플라인 볼륨 맞춤부(212), 비-스플라이인 적분부(214)를 포함한다.

샘플링 정보 전처리부(204)는 사용자 입력부(202)를 통해 입력되는 샘플링 정보를 처리하되, 양방향 반사율 분포함수(BRDF) 값에 비례하여 샘플을 생성하여 샘플링 정보 입출력부(206)를 통해 출력하도록 한다.

누적밀도함수표 계산부(208)는 원시 데이터로부터 누적밀도함수표를 생성하여 역함수를 계산하는 역할을 한다. 이때, 렌더링 공식의 특성상 역고도값에 대한 코사인 값을 가중치로 적용한다.

원시 샘플링 데이터 계산부(210)는 일반적인 난수 발생기를 이용하여 중요 입사각을 샘플링하는 역할을 한다. 예컨대, [0,1] 범위의 1차원 난수 발생기의 입력에 대해서 역함수 값을 쉽게 찾도록 하고, 결과적으로 이를 입력 벡터의 샘플링에 활용하게 한다.

비-스플라인 볼륨 맞춤부(212)는 데이터의 감소와 빠른 계산을 위해 원시 샘플링 데이터에 대해 비-스플라인 볼륨 맞춤을 수행하는 역할을 한다. 이러한 비-스플라인 볼륨 맞춤부(212)는 원시 샘플링 테이블의 용량이 매우 커지는 것을 방지하기 위해 적용되는 것으로, 원시 샘플링 테이블에 대해서 비-스플라인 볼륨 맞춤을 수행하고, 넛 벡터(knot vector)와 제어점 만을 해시 테이블(hash table) 등의 자료구조에 저장하여 역함수 검색 속도를 높일 수 있다.

비-스플라인 적분부(214)는 상기 비-스플라인 볼륨 맞춤부(212)에 부가하여 보다 정확한 계산을 위해 적용되는 것으로, 비-스플라인 볼륨을 수학적으로 적분하여 마지널 덴시티(marginal density) 함수를 직접 계산할 수도 있다. 수학적인 적분을 위해서는 기저 함수의 적분을 사용하면 된다.

다른 한편, 상기 재질 정보 전처리기(100) 및 샘플링 정보 전처리기(200)를 통해 재질 정보와 샘플링 정보가 준비되면, 주어진 장면 정보를 이용하여 표면 재질을 렌더링하여 표현할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 표면 재질 표현기(300)는, 사용자 입력부(302), 표면 재질 표현부(304), 렌더링부(306), 이미지 출력부(308), 장면정보 입력부(310), 원시 데이터 입출력부(312), 재질 정보 처리부(314), 재질 정보 입출력부(316), 재질 정보 계산부(318), 샘플링 정보 입출력부(320), 샘플링 계산부(322), 다중 해상도 계산부(324), 재질간 혼합부(326)를 포함한다.

이때, 장면정보 입력부(310)를 통해 입력되는 장면 정보는 재질 정보 외의 모든 요소를 포함한다고 볼 수 있다. 예를 들어, 표면의 모양, 조명, 카메라, 텍스처 등이 이에 해당한다. 물론, 본 발명의 양방향 반사율 분포함수(BRDF) 형식이 아닌 일반적인 쉐이더 네트워크도 장면 정보로 입력하여 렌더링부(306)에서 처리할 수 있다.

표면 재질 표현기(300)의 최종결과는 이미지 출력부(308)를 통해 이미지 형식으로 출력된다.

특히, 원시 데이터 입출력부(312)를 통해 양방향 반사율 분포함수(BRDF) 원시 데이터가 입력되는 경우는, 렌더링부(306)에서 역고도와 방위각에 해당하는 양방향 반사율 분포함수(BRDF) 값을 전달하게 된다.

비-스플라인 볼륨 형태의 질감 정보에 대해서는 재질 정보 입출력부(316)와 재질 정보 계산부(318)를 통해 비-스플라인을 전개(evaluation)하여 양방향 반사율 분포함수(BRDF) 값을 찾게 된다. 재질 정보 계산부(318)에는 빠른 비-스플라인 전개 방법이 구현되어야 하는데, 이는 컴퓨터 소프트웨어, GPU, 전용 하드웨어 등으로 구현될 수 있다.

샘플링 정보는 샘플링 정보 입출력부(320)를 통해 원시데이터나 비-스플라인 볼륨 형태로 입력된다. 만약, 샘플링 정보가 입력되지 않는다면, 코사인 가중치 균일 헤미스피어 샘플링(cosine weighted uniform hemisphere sampling)을 사용하게 된다.

샘플링 정보 입출력부(320)로부터 샘플링 정보가 비-스플라인 볼륨 형태로 주어지는 경우에는, 샘플링 계산부(322)에서 비-스플라인 전개와 두 쌍의 난수 발생기를 통해 실제 샘플링 정보를 생성한다.

한편, 재질 정보 전처리기(100)에서 다중 해상도와 재질 혼합을 수행하기도 하지만, 표면 재질 표현기(300)를 통해 렌더링 계산하는 도중에도 다중 해상도 계산부(324)와 재질간 혼합부(326)에 의해 다중 해상도와 재질 혼합을 계산할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 기술하였으나 본 발명은 이러한 실시예에 국한되는 것은 아니며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자로부터 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표면 질감 표현 시스템의 구성 블록도,

도 2는 도 1의 재질 정보 전처리기의 상세 구성도,

도 3은 도 1의 샘플링 정보 전처리기의 상세 구성도,

도 4는 도 1의 표면 재질 표현기의 상세 구성도,

도 5는 측정 질감 원시 데이터의 BRDF 예시도,

도 6은 비-스플라인 맞춤된 질감 정보의 BRDF 예시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 재질 정보 전처리기

200 : 샘플링 정보 전처리기

300 : 표면 재질 표현기

Claims

사용자 입력을 지원하는 사용자 입력 수단과,

상기 사용자 입력 수단을 통해 입력된 표면 재질감을 비-스플라인 볼륨(B-spline volume) 형식으로 변환하는 재질 정보 전처리 수단과,

상기 재질 정보 전처리 수단을 통해 변환된 재질감 정보에 비례하는 샘플링 정보를 생성하는 샘플링 정보 전처리 수단과,

상기 샘플링 정보 전처리 수단을 통한 샘플링 정보와 상기 재질 정보 전처리 수단을 통한 재질감 정보를 이용하여 표면 재질을 렌더링 하여 표현하는 표면 재질 표현 수단

을 포함하는 표면 질감 표현 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 샘플링 정보 전처리 수단은, 양방향 반사율 분포함수(Bi-directional Reflectance Distribution Function : BRDF) 값에 비례하여 샘플을 생성하는 것을 특징으로 하는 표면 질감 표현 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 재질 정보 전처리 수단은,

측정 질감, 수학 질감 모델, 질감 네트워크의 질감 정보를 원시 데이터로 취득하여 비-스플라인 볼륨(B-spline volume) 맞춤을 수행하고, 다중해상도 질감 정보를 생성하며, 혼한 재질을 생성하고, 질감 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 표면 질감 표현 시스템
제 3 항에 있어서,

상기 재질 정보 전처리 수단은,

사용자에 의해 입력되는 원시 데이터를 임시 저장하는 원시 재질 데이터 입력 수단과,

사용자에 의해 입력되는 질감 네트워크 모델을 전달하는 질감 네트워크 모델 입력 수단과,

상기 질감 네트워크 모델 입력 수단을 통해 전달되는 질감 네트워크 모델을 원시 재질 데이터 형태로 변환하여 상기 원시 재질 데이터 입력 수단으로 제공하는 질감 네트워크 모델 변환 수단과,

사용자에 의해 입력되는 수학 재질 모델을 전달하는 수학 재질 모델 입력 수단과,

상기 수학 질감 모델 입력 수단을 통해 입력되는 수학 재질 모델을 원시 재질 데이터 형태로 변환하여 상기 원시 재질 데이터 입력 수단으로 제공하는 수학 재질 모델 변환 수단과,

사용자에 입력되는 비-스플라인 볼륨(B-spline volume) 맞춤에 필요한 정보를 명시하는 비-스플라인 제어 정보 입력 수단과,

상기 원시 재질 데이터 입력 수단으로부터 입력된 원시 재질 데이터와 상기 비-스플라인 제어 정보 입력 수단으로부터 입력된 맞춤 제어 정보를 바탕으로 맞춤 연산을 수행하고 비-스플라인 볼륨 표현 정보로서 출력하는 비-스플라인 볼륨 맞춤 수단과,

서로 다른 형식의 다수의 재질 정보를 혼합하여 새로운 재질을 만들고 이를 비-스플라인 볼륨 양방향 반사율 분포함수의 형식으로 최종 변환하여 출력하는 재질감 혼합 수단

을 포함하는 표면 질감 표현 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 재질 정보 전처리 수단은, 사용자의 요구에 의해 서로 다른 제어점의 개수를 갖는 상기 비-스플라인 볼륨(B-spline volume) 양방향 반사율 분포함수를 출력하여 상기 재질감 혼합 수단으로 전달하는 다중 해상도 계산 수단을 더 포함하는 표면 질감 표현 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 질감 네트워크 모델은, 쉐이더 네트워크(shader network) 모델인 것을 특징으로 하는 표면 질감 표현 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 수학 재질 모델은 라포춘(Lafortune) 모델인 것을 특징으로 하는 표면 질감 표현 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 샘플링 정보 전처리 수단은,

원시 데이터로부터 누적밀도함수 표를 생성하여 역함수를 계산할 수 있도록 하고, 난수발생기를 이용하여 중요 입사각을 샘플링하며, 원시 샘플링 데이터를 비-스플라인 볼륨(B-spline volume) 맞춤을 하여 샘플링 정보를 저장하는 것을 특징으로 하는 표면 질감 표현 시스템.
제 8 항에 있어서,

상기 샘플링 정보 전처리 수단은,

원시 데이터로부터 누적밀도함수표를 생성하여 역함수를 계산하는 누적밀도함수표 계산 수단과,

난수 발생기를 이용하여 상기 계산된 역함수의 중요 입사각을 샘플링하는 원시 샘플링 데이터 계산 수단과,

상기 원시 샘플링 데이터 계산 수단의 샘플링 데이터에 대해 비-스플라인 볼륨(B-spline volume) 맞춤을 수행하는 비-스플라인 볼륨 맞춤 수단과,

상기 비-스플라인 볼륨 맞춤 수단의 비-스플라인 볼륨을 수학적으로 적분하여 마지널 덴시티(marginal density) 함수를 계산하는 비-스플라인 적분 수단

을 포함하는 표면 질감 표현 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 표면 재질 표현 수단은,

원시 데이터나 비-스플라인 볼륨(B-spline volume) 형식의 질감 정보를 샘플링 정보를 이용하여 입력된 표현에 렌더링하고, 질감 혼합을 지원하여 이미지를 출력하는 것을 특징으로 하는 표면 질감 표현 시스템.
재질감 측정 및 수학적 모델에서 획득한 원시 데이터를 3차원 또는 4차원의 비-스플라인 볼륨(B-spline volume) 형식으로 변환하고 저장하는 과정과,

상기 재질감 측정에 의한 재질감 정보로부터 샘플링 정보를 추출하고 저장하는 과정과,

상기 재질감 정보를 다중 해상도로 변환하여 저장하는 과정과,

상기 재질감 정보를 혼합하는 과정과,

상기 재질감 정보와 샘플링 정보를 이용하여 물체의 표면을 렌더링 하는 과정

을 포함하는 표면 질감 표현 방법.