KR100947595B1 - 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법 - Google Patents

폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리곤 메쉬를 이용하여 생성된 3차원 모델의 복셀화에 있어서, 소요 시간 및 오류를 감소시킬 수 있는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법은 폴리곤 메쉬를 이용하여 생성된 3차원 모델을 복셀화함에 있어서, 상기 3차원 모델에 대한 폴리곤 메쉬 정보를 통해 상기 3차원 모델의 폴리곤 각각에 컬러 코드를 부여하는 단계; 상기 컬러 코드가 부여된 3차원 모델을 슬라이스하는 단계; 및 상기 슬라이스된 단면의 픽셀 정보를 통해 복셀을 검색하는 단계를 포함한다.

Description

폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법{METHOD FOR VOXELIZATION USING COLOR CODED POLYGONS}
본 발명은 복셀화 방법에 관한 것으로, 특히 폴리곤 메쉬를 이용하여 생성된 3차원 모델의 복셀화에 있어서, 소요 시간 및 오류를 감소시킬 수 있는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법에 관한 것이다.
보통 컴퓨터 그래픽스(Computer graphics) 분야에서 3차원 이미지를 구현하기 위한 방법으로, 폴리곤 메쉬(Polygon mesh)를 이용하는 방법 또는 복셀 볼륨 데이터(Voxel volume data)를 이용하는 방법을 사용하고 있다.
폴리곤 메쉬를 이용하는 방법은 표면을 레이저 스캐닝하여, 3차원 좌표를 알아내고, 이를 통해 표면이 다수의 폴리곤으로 구성되는 3차원 모델을 생성한 뒤 렌더링(Rendering) 작업을 거쳐 3차원 이미지를 구현하는 방법으로, 흔히 삼각형 메쉬가 사용되고 있다. 도 1은 삼각형 메쉬를 사용하여 3차원 이미지를 구현한 것으로, 외부 표면의 형태가 잘 구현되어 있다.
한편, 복셀 볼륨 데이터를 이용하는 방법은 3차원 그리드(Grid)를 통해 3차원의 공간을 셀로 구분하고, 이를 통해 3차원 모델을 생성한 뒤 렌더링 작업을 거쳐 3차원 이미지를 구현하는 방법으로서, 컴퓨터 단층 촬영(Computer Tomography, CT), 자기 공명 영상(Magnetic Resonance Imaging, MRI) 등에 적용되고 있다. 도 2는 도 1과 같은 3차원 이미지를 복셀 볼륨 데이터를 이용하여 나타내는 도면이다.
렌더링 작업은 폴리곤 메쉬 방법을 이용하여 3차원 모델을 생성하였는지 복셀 볼륨 데이터 방법을 이용하여 3차원 모델을 생성하였는지에 따라 각각 다른 방식으로 진행된다. 따라서, 폴리곤 메쉬 방법을 이용하여 생성된 3차원 모델을, 복셀 볼륨 데이터를 사용하는 것이 유리한 애니메이션 작업 등에 사용하기 위해서는 이 폴리곤 메쉬 방법에 따른 3차원 모델을 복셀화(Voxelization)하는 과정이 반드시 수반되어야 한다. 복셀화란 각각의 3차원 좌표가 3차원 그리드 상에서 물체의 내부에 속하는지 또는 외부에 속하는지의 정보를 저장하는 것을 의미한다.
종래에는 복셀화 방법으로서, 3차원 모델에 가상의 광선(Ray)을 조사하고, 이 빛이 3차원 모델에 부딪히는 표면을 확인하여, 부딪히는 횟수에 따라 내부와 외부를 구분하는 방법을 사용하였다. 예컨대, 허공에서 광선을 조사한 이후, 표면에 1차적으로 부딪히면 외부이고, 2차적으로 부딪히면 내부인 것으로 판명된다. 하지만, 이와 같은 방법을 이용하는 경우, 3차원 모델의 모든 표면에 광선이 부딪히도록 해야 하고, 부딪히는 폴리곤을 일일이 찾아내야 하기 때문에 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라, 단순히 부딪히는 횟수에 의존하여 내부와 외부를 판명하기 때문에 오류가 발생할 수 있는 확률이 높은 문제점이 있다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 도 1과 같은 3차원 모델의 내부 표면에는 표면들끼리 서로 엇갈리거나 겹치는 등의 결함이 나타나는 것을 알 수 있다. 이러한 결함은 폴리곤 메쉬를 이용하여 3차원 모델의 외부 표면을 렌더링할 경우에는 문제가 되지 않지만, 종래의 복셀화 방법을 사용하는 경우, 올바른 볼륨 데이터를 생성하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 폴리곤 메쉬를 이용하여 생성된 3차원 모델의 복셀화에 있어서, 소요 시간 및 오류를 감소시킬 수 있는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법은 폴리곤 메쉬를 이용하여 생성된 3차원 모델을 복셀화함에 있어서, 상기 3차원 모델에 대한 폴리곤 메쉬 정보를 통해 상기 3차원 모델의 폴리곤 각각에 컬러 코드를 부여하는 단계; 상기 컬러 코드가 부여된 3차원 모델을 슬라이스하는 단계; 및 상기 슬라이스된 단면의 픽셀 정보를 통해 복셀을 검색하는 단계를 포함한다.
상기 복셀을 검색하는 단계는 상기 슬라이스된 단면의 픽셀 정보를 통해 카운터를 구성하는 단계, 및 상기 카운터를 통해 상기 3차원 모델의 내부 및 외부 정보를 확인하는 단계를 포함한다.
상기 컬러 코드를 부여하는 단계는 제1 시점 방향과 동일한 방향의 폴리곤에 제1색 코드를 부여하는 단계; 상기 제1 시점 방향과 반대 방향의 폴리곤에 제2색 코드를 부여하는 단계; 및 상기 제1 시점 방향과 직각 방향의 폴리곤에 제3색 코드를 부여하는 단계를 포함한다.
상기 컬러 코드가 부여된 3차원 모델을 슬라이스하는 단계는 상기 제1 시점 방향에 직각인 방향으로 상기 3차원 모델을 소정 간격마다 슬라이스한다.
상기 복셀화 방법은 상기 슬라이스된 단면에 나타나는 각 픽셀에 상기 풀리곤의 컬러 코드와 대응되는 컬러 코드를 부여하는 단계를 더 포함한다.
상기 카운터를 구성하는 단계는 상기 3차원 모델의 외부 중 특정 지점을 시작으로 하여, 상기 시작 지점의 카운터를 "0"이라 하고, 상기 제1색 코드가 부여된 픽셀이 나타나는 지점에서 카운터를 "1"만큼 증가시키고, 상기 제2색 코드가 부여된 픽셀이 나타나는 지점에서 카운터를 "1"만큼 감소시킨다.
상기 3차원 모델의 내부 및 외부 정보를 확인하는 단계는 상기 카운터 정보가 "0" 이하인 경우 상기 3차원 모델의 외부라고 판명하고, 상기 카운터 정보가 "1" 이상인 경우 상기 3차원 모델의 내부라고 판명하며, 상기 카운터 정보가 "0"임과 동시에 컬러 코드가 상기 제3색 코드인 경우 상기 3차원 모델의 외부 표면으로 판명한다.
상기 3차원 모델의 내부 및 외부 표면은 상기 3차원 모델이 점유한 공간에 포함된다.
상기 제1 시점은 적어도 하나 이상의 시점을 포함한다.
본 발명에 따르면, 폴리곤 메쉬에 컬러 코드를 부여하고, 컬러 코드에 따라 물체의 내부와 외부를 구분하는 카운터 정보를 구성함으로써 복셀화 과정에 소요되 는 시간이 단축되고, 복셀화의 신뢰성이 증가하여 복셀화 과정에서 발생할 수 있는 오류가 최소화되는 효과가 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여, 도 4 내지 도 9를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 복셀화 방법은 먼저 폴리곤 메 쉬 정보를 입수하여 확인하는 과정을 거친다(S1). 여기서, 폴리곤 메쉬 정보는 다수의 폴리곤으로 외부 및 내부 표면을 표현한 정보를 의미한다.
이후, 각각의 폴리곤에 시점을 기준으로 표면의 방향에 따른 컬러 코드가 부여된다(S2). 상세히 하면, 기준 시점을 정하고, 그 시점을 바라보는 방향의 폴리곤에는 제1색 코드를 부여하고, 시점과 반대 방향의 폴리곤에는 제2색 코드를 부여하며, 시점과 직각인 방향의 폴리곤에는 제3색 코드를 부여한다. 예컨대, 도 5에서 시점을 좌표의 상부라 가정하였을 때, 상부 방향을 바라보는 폴리곤에는 녹색 코드를, 하부 방향을 바라보는 폴리곤에는 적색 코드를, 그리고 시점에 대하여 직각 방향을 바라보는 폴리곤에는 황색 코드를 각각 부여한다.
각각의 폴리곤에 컬러 코드가 부여된 후, 도 6에 도시된 바와 같이 시점의 방향에 직각인 방향으로 3차원 모델(10)을 슬라이스한다(S3). 이때, 복셀화의 신뢰도 향상을 위하여 슬라이스 간격은 좁을수록 효과적이며, 슬라이스는 다양한 시점에서 진행될 수 있다. 예컨대, x, y, z축으로 구분되는 3차원 좌표 상에서, 각 축의 방향에 직각인 방향으로 슬라이스 작업이 진행될 수 있다. 도 7은 도 6에서 상부 방향을 시점으로 슬라이스 작업을 진행하여, (a), (b), (c), (d)의 위치에서 각각 슬라이스된 단면을 나타내고 있다.
이와 같은 과정을 통해 슬라이스된 단면의 이미지로부터 물체의 복셀을 검색한다(S4). 이를 위하여, 도 7에 나타나는 바와 같이, 슬라이스된 단면의 픽셀들에도 각 픽셀에 대응되는 폴리곤들에 부여된 바와 같은 컬러 코드가 부여될 수 있도록 렌더링 작업이 진행된다.
렌더링 작업을 거쳐 각각의 단면에 나타나는 픽셀들은 2차원 형태로 나타나고, 이 픽셀들을 이용하여 카운터를 구성한다(S5). 이때, 각 단면들은 2차원 형태로 구현되더라도, 시점의 방향을 따라 여러 개의 슬라이스된 단면들이 얻어지므로, 3차원 형태의 정보, 즉 복셀 정보의 획득이 가능하며, 이를 위해 각 픽셀은 모두 동일한 크기로 2차원 배열된다. 카운터는 "0"부터 시작하여, 컬러 코드에 따라 증감되어 구성되며, 구성된 카운터에 따라 내부/외부 정보 결과가 확인된다(S6). 상세히 하면, 물체 외부의 시작 지점의 카운터가 "0"이고, 시작 지점으로부터 제1색 코드의 픽셀이 위치하면, 카운터를 "1"만큼 증가시키고, 제2색 코드의 픽셀이 위치하면, 카운터를 "1"만큼 감소시킨다. 즉, 카운터가 "1" 이상인 경우, 물체의 내부로 판명되고, 카운터가 "0" 이하인 경우에는 물체의 외부로 판명된다. 또한, 카운터가 "0"임과 동시에, 픽셀의 컬러 코드가 제3색 코드인 경우에는 물체의 표면으로 판명되며, 이와 같은 물체의 표면은 물체의 내부와 마찬가지로 물체가 점유한 공간으로 간주된다.
예컨대, 도 8을 참조하면, "A" 지점에서 "0"부터 카운터를 시작하여, 녹색 코드 픽셀이 위치하는 지점부터 카운터는 "1"만큼 증가한 "1"이 되어, 물체의 내부로 판명되고, 카운터가 "1"인 상태에서 적색 코드 픽셀이 위치하는 지점부터 카운터는 "1"만큼 감소한 "0"이 되어, 물체의 외부로 판명된다. 또한, 다시 녹색 코드 픽셀이 위치하면 카운터는 "1"만큼 증가하여 "1"이 되어, 물체의 내부로 판명되며, 또다시 적색 코드 픽셀이 위치하면 카운터는 "1"만큼 감소하여 "0"이 됨으로써, 물체의 외부로 판명된다. 한편, 픽셀의 컬러 코드가 황색인 경우에는, 카운터는 계 속 "0"으로 구성되며, 물체의 표면으로 판명된다.
도 9는 도 8의 과정을 통해 판명된 물체의 내부/외부 정보 결과를 나타내는 도면이다. 도 9에서, 흰색으로 나타나는 부분은 물체의 외부로 판명된 부분이고, 회색으로 나타나는 부분은 물체의 내부로 판명된 부분이다. 이와 같은 내부/외부 정보 결과를 통해, 폴리곤 메쉬에 대한 복셀 볼륨 데이터가 생성됨으로써 폴리곤 메쉬로 형성된 3차원 모델에 대한 복셀화가 진행될 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 삼각형 메쉬를 이용하여 구현한 3차원 이미지를 나타내는 도면,
도 2는 복셀 볼륨 데이터를 이용하여 구현한 3차원 이미지를 나타내는 도면,
도 3a 및 도 3b는 삼각형 메쉬 방법의 결함을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법을 나타내는 흐름도,
도 5는 컬러 코드가 부여된 좌표를 나타내는 도면,
도 6은 3차원 모델의 슬라이스 작업을 나타내는 도면,
도 7은 슬라이스 단면을 나타내는 도면,
도 8은 카운터 구성을 나타내는 도면, 및
도 9는 3차원 물체의 내부/외부 정보 결과를 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10 : 3차원 모델

Claims (9)

  1. 폴리곤 메쉬를 이용하여 생성된 3차원 모델을 복셀화함에 있어서,
    상기 3차원 모델에 대한 폴리곤 메쉬 정보를 통해 상기 3차원 모델의 폴리곤 각각에 컬러 코드를 부여하는 단계;
    상기 컬러 코드가 부여된 3차원 모델을 슬라이스하는 단계; 및
    상기 슬라이스된 단면의 픽셀 정보를 통해 복셀을 검색하는 단계
    를 포함하는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복셀을 검색하는 단계는,
    상기 슬라이스된 단면의 픽셀 정보를 통해 카운터를 구성하는 단계; 및
    상기 카운터를 통해 상기 3차원 모델의 내부 및 외부 정보를 확인하는 단계
    를 포함하는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컬러 코드를 부여하는 단계는,
    제1 시점 방향과 동일한 방향의 폴리곤에 제1색 코드를 부여하는 단계;
    상기 제1 시점 방향과 반대 방향의 폴리곤에 제2색 코드를 부여하는 단계; 및
    상기 제1 시점 방향과 직각 방향의 폴리곤에 제3색 코드를 부여하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컬러 코드가 부여된 3차원 모델을 슬라이스하는 단계는,
    상기 제1 시점 방향에 직각인 방향으로 상기 3차원 모델을 소정 간격마다 슬라이스하는 것을 특징으로 하는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬라이스된 단면에 나타나는 각 픽셀에 상기 풀리곤의 컬러 코드와 대응되는 컬러 코드를 부여하는 단계를 더 포함하는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 카운터를 구성하는 단계는,
    상기 3차원 모델의 외부 중 특정 지점을 시작으로 하여,
    상기 시작 지점의 카운터를 "0"이라 하고,
    상기 제1색 코드가 부여된 픽셀이 나타나는 지점에서 카운터를 "1"만큼 증가시키고,
    상기 제2색 코드가 부여된 픽셀이 나타나는 지점에서 카운터를 "1"만큼 감소시키는 것을 특징으로 하는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 3차원 모델의 내부 및 외부 정보를 확인하는 단계는,
    상기 카운터 정보가 "0" 이하인 경우 상기 3차원 모델의 외부라고 판명하고,
    상기 카운터 정보가 "1" 이상인 경우 상기 3차원 모델의 내부라고 판명하며,
    상기 카운터 정보가 "0"임과 동시에 컬러 코드가 상기 제3색 코드인 경우 상기 3차원 모델의 외부 표면으로 판명하는 것을 특징으로 하는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    판명된 상기 3차원 모델의 내부 및 상기 3차원 모델의 외부 표면은 상기 3차원 모델이 점유한 공간에 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 시점은 적어도 하나 이상의 시점을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리곤의 컬러 코드를 이용한 복셀화 방법.
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