KR101086774B1 - 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치 및 방법에 관한 것으로서, 개시된 압축 장치는 입력된 3차원 메쉬 모델의 데이터를 분석하여 정점 정보, 3차원 메쉬 모델의 특성을 나타내는 속성 정보 및 3차원 메쉬 모델을 구성하는 정점들 간의 연결 정보를 분리하는 데이터 분석부와, 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 이용하여 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 생성하는 메쉬 모델 양자화부와, 양자화된 연결 정보에 따라 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보의 양자화 값을 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하는 데이터 변조부와, 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 차분 펄스 부호 변조된 연결 정보를 부호화한 데이터를 출력하는 부호화부를 포함하고, 종래 기술과 비교할 때에 3차원 메쉬 모델에 대한 데이터 압축의 복잡도를 개선하고 압축률을 향상시키며, 나아가, 압축의 복잡도 개선에 따라서 압축된 3차원 모델을 신속하고 정확하게 복원시킬 수 있으므로 압축 데이터의 복원 효율 또한 향상시키는 이점이 있다.
Figure R1020080125520
영상 압축, 3차원 메쉬 모델, 차분 펄스 부호 변조, 부호화

Description

저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR LOW COMPLEXITY 3D MESH COMPRESSION}
본 발명은 영상 압축에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3차원 메쉬 모델의 양자화된 연결 정보(connectivity information)에 대한 차분 펄스 부호 변조(Differential Pulse Code Modulation: DPCM)를 적용하여 변조된 연결 정보를 부호화하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제번호 : 2008-F-030-01, 과제명 : 방통융합형 Full 3D 복원 기술 개발].
현재, 컴퓨터 그래픽스 분야에서 3차원 영상을 표현하는 방법으로, 삼각형 메쉬(triangular mesh)가 널리 이용되고 있다. 삼각형 메쉬 영상은 불균일한 구조로 인해 삼각형을 형성하는 정점(꼭지점, vertex)들의 위치 정보 및 정점들 간의 연결 정보로 구성되어, 균일한 구조를 가진 2차원 영상에 비해 데이터량이 매우 크다.
따라서, 삼각형 메쉬 영상의 저장 및 전송의 문제점을 해소하기 위하여 많은 연구가 활발히 진행되고 있다.
이와 같이, 3차원 그래픽스 분야는 최근 들어 많이 사용되고 있으나, 정보량의 방대함 때문에 그 사용 범위가 제한되어 있다.
이는, 32비트 부동소수점으로 3차원 메쉬 모델의 정점 정보가 표현된다고 가정하면, 하나의 정점 정보를 표현하기 위하여 96비트, 즉 12바이트의 메모리 공간이 필요하다.
이는, 3차원 모델이 정점 정보만을 가지는 1만 개의 정점에 의해 표현된다면 120KB를 필요로 하고, 10만 개의 정점에 의해 표현된다면 1.2MB의 메모리가 필요하게 된다.
또한, 연결 정보는 2번 이상의 중복을 허용하기 때문에 다각형 메쉬에 의한 3차원 모델을 저장하기 위해서는 매우 많은 메모리를 필요로 하게 된다.
따라서, 이러한 정보들의 방대함으로 인하여 3차원 영상의 압축에 있어서 부호화의 필요성이 대두 되었다. 이를 위하여, MPEG-4(Moving Picture Expert Group-4) - 3DGC(3 Dimensional Graphics Compression) 분야에서 ISO/IEC(International Organization for Standardization/International Electrotechnical Compression)의 표준안으로 채택된 3차원 메쉬 코딩(3D Mesh Coding: 3DMC) 방식은 가상 언어 모델링 언어(Virtual Reality Modeling Language: VRML) 파일 내에 인덱스드페이스셋(IndexedFaceSet: IFS)으로 표현되는 3차원 모델의 메쉬 정보를 부호화 및 복호화함으로써 3차원 메쉬 정보에 대한 데이터의 전송 효율을 향상시킨다.
도 1은 종래의 3차원 메쉬 코딩 부호화 장치의 블록도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 3차원 메쉬 코딩 부호화 장치(110)는 정점 정보와 연결 정보 및 속성 정보(property information)를 포함하는 원본 데이터인 3차원 메쉬 모델을 2차원 메쉬 구조로 분해하는 위상 절개(Topological Surgery: TS) 모듈(111), 2차원 메쉬 구조로 분해된 정점 정보를 부호화하는 정점 정보 부호화 모듈(112), 2차원 메쉬 구조로 분해된 연결 정보를 부호화하는 연결 정보 부호화 모듈(113), 2차원 메쉬 구조로 분해된 속성 정보를 부호화하는 속성 정보 부호화 모듈(114), 정점 정보 부호화 모듈(112)과 연결 정보 부호화 모듈(113) 및 속성 정보 부호화 모듈(114)에서 부호화된 결과를 통합적으로 압축하여 3차원 메쉬 코딩 비트스트림(bitstream)을 생성하는 엔트로피 부호화(entropy encoder) 모듈(115)을 포함하여 이루어진다.
3차원 메쉬 코딩 부호화 장치(110)에 의해 수행되는 3차원 메쉬 코딩 부호화의 주요 특징은 압축률 최대화를 위하여 위상 절개 모듈(111)에 의해 수행되는 위상 절개 동작이다. 위상 절개 동작은 주어진 3차원 모델의 메쉬를 구와 위상기하학적으로 동일하다고 가정한 후, 메쉬를 절단 에지(cutting edge)에 따라 절단함으로써 3차원 모델을 2차원 메쉬 구조로 분해하는 방법이다.
도 2는 도 1에 대응되는 3차원 메쉬 코딩 복호화 장치의 블록도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 3차원 메쉬 코딩 복호화 장치(210)는 엔트로피 복호화 모듈(211), 정점 정보 복호화 모듈(212), 연결 정보 복호화 모듈(213), 속성 정보 복 호화 모듈(214) 및 위상 합성 모듈(215)을 포함하며, 부호화된 3차원 메쉬 코딩 비트스트림으로부터 3차원 모델 데이터를 복원한다.
도 3은 도 1에 의해 생성된 3차원 모델의 메쉬 정보의 부호화된 비트스트림의 전체적인 구조를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 3차원 모델의 메쉬 정보의 부호화된 비트스트림은 삼각형 스트립으로 이루어진 이진 트리 구조의 삼각형 최소신장 그래프를 포함하는 삼각형 트리(Triangle Tree: TT)(303), 삼각형 트리에 대한 정보값(Triangle Data: TD)(305) 및 3차원 모델의 메쉬를 절단하는 경로를 정점 간의 연결 구조로 나타내는 정점 그래프(Vertex Graph: VG)(301)를 포함한다.
도 4a 내지 도 4d는 종래의 3차원 모델의 메쉬에 대한 위상 절개의 수행 과정을 도시한 것이다.
우선, 도 4a에 도시된 바와 같이 3차원 모델의 메쉬를 굵은 선으로 정의된 절단 에지(cutting edge)를 따라 절단한 후, 도 4b에 도시된 바와 같이 삼각형 트리를 구성한다.
일반적으로, 그래픽의 빠른 처리를 위해서는 모델링되는 단위가 삼각형이며, 이러한 삼각형들이 랜덤하게 구성되어 있는 것이 아닌 스트립(strip)이나 팬(fan)의 형태로 삼각형 상호 간에 연결되어 있는 것이 바람직하다. 또한 그래픽은 심볼이 반복되어 표현된 것일수록 데이터 압축률이 우수하므로, 종래의 3차원 모델의 메쉬에 대한 위상 절개에서는 도 4b에 도시된 바와 같이 3차원 모델의 메쉬를 절단 에지를 따라 절단하고, 삼각형 트리를 구성한다.
그런 다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 삼각형 트리에서 기준이 되는 기준점을 선정하고, 선정된 기준점과 분기된 삼각형의 최외곽 정점을 연결하여 정점 그래프를 형성한다.
그런 다음, 도 4d에 도시된 바와 같이, 정점 그래프를 이용하여 바운딩 루프(bounding loop)를 형성한다.
이와 같이, 현재의 MPEG-4 3차원 메쉬 코딩 방법에서는 인덱스드페이스셋 노드에 의해 표현되는 3차원 모델을 압축하기 위하여 3차원 모델의 메쉬 구조를 2차원 메쉬 맵 구조로 분해하기 위하여 위상 절개 과정을 거친다.
상술한 바와 같이, 3차원 메쉬 구조를 정점 그래프와 삼각형 트리 구조로 표현함으로써 3차원 모델에 대해 매우 높은 압축률을 보장하지만, 이는 3차원 모델의 원래의 정점의 위치 정보를 변경시키는 문제점이 있다.
즉, 위상 절개 과정을 거친 후, 더욱 높은 압축률을 위하여 정점의 위치 정보를 부호화 측에서 새롭게 인덱싱을 하여 복호화 측에 전송하게 된다.
이로 인하여 디코더 측에서는 3차원 모델이 가지고 있던 정점의 원래의 위치 정보를 알지 못하기 때문에 애니메이션과 같이 정점의 순서 정보를 이용해야 하는 경우 현재의 3차원 메쉬 코딩 방법으로는 이를 지원할 수 없다.
그리고, 3차원 메쉬에서 3차원 연결 정보를 분해하고 2차원의 메쉬 맵(map), 삼각형 트리, 정점 그래프를 생성시키는 과정은 압축률을 매우 높일 수 있는 효율적인 방법이지만 그런 만큼 복잡한 연산이 많기 때문에 전체 압축 과정에서 복잡도의 많은 부분을 차지하여 위상 절개 과정은 매우 복잡하여 시간과 자원의 소모가 크다.
앞서 설명한 바와 같이 종래 기술에 따른 3차원 모델의 메쉬 정보의 압축은 3차원 메쉬 구조를 정점 그래프와 삼각형 트리 구조로 표현함으로써 3차원 모델에 대해 매우 높은 압축률을 보장하지만, 3차원 모델의 원래의 정점 위치 정보를 변경시키는 문제점이 있고, 전체 압축 과정에서 위상 절개 과정이 매우 복잡하여 시간과 자원의 소모가 큰 문제점이 있다.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안한 것으로서, 위상 절개를 수행하지 않으면서 양자화된 연결 정보에 대한 차분 펄스 부호 변조를 적용하여 변조된 연결 정보를 부호화함으로써 3차원 메쉬 모델에 대한 데이터 압축의 복잡도를 개선하고, 압축률을 향상시킬 수 있는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치를 제공한다.
그리고, 본 발명은 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치를 이용한 3차원 메쉬 모델의 압축 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법을 컴퓨터에서 수행할 수 있는 프로그램으로 기록된 기록매체를 제공한다.
본 발명의 제 1 관점으로서 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치는, 입력된 3차원 메쉬 모델의 데이터를 분석하여 정점 정보, 상기 3차원 메쉬 모델의 특성을 나타내는 속성 정보 및 상기 3차원 메쉬 모델을 구성하는 정점들 간의 연결 정보를 분리하는 데이터 분석부와, 상기 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 이용하여 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 생성하는 메쉬 모델 양자화부와, 상기 양자화된 연결 정보에 따라 상기 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보의 양자화 값을 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하는 데이터 변조부와, 상기 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 상기 차분 펄스 부호 변조된 연결 정보를 부호화한 데이터를 출력하는 부호화부를 포함한다.
본 발명의 제 2 관점으로서 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법은, 입력된 3차원 메쉬 모델의 데이터를 분석하여 정점 정보, 상기 3차원 메쉬 모델의 특성을 나타내는 속성 정보 및 상기 3차원 메쉬 모델을 구성하는 정점들 간의 연결 정보를 분리하는 단계와, 상기 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 이용하여 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 생성하는 단계와, 상기 양자화된 연결 정보에 따라 상기 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보의 양자화 값을 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하는 단계와, 상기 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 상기 차분 펄스 부호 변조된 연결 정보를 부호화한 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 3 관점으로서 상기의 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 기록매체를 제공한다.
본 발명에 의하면, 위상 절개를 수행하지 않으면서 양자화된 연결 정보에 대한 차분 펄스 부호 변조를 적용하여 변조된 연결 정보를 부호화함으로써 3차원 메쉬 모델에 대한 데이터 압축의 복잡도를 개선하고 압축률을 향상시키며, 양자화된 정점 정보, 속성 정보, 양자화 후 변조된 연결 정보의 이진 산술 부호화 혹은 결정 비트 부호화를 통해 압축률을 더 향상시킨다.
나아가, 압축의 복잡도 개선에 따라서 압축된 3차원 모델을 신속하고 정확하게 복원시킬 수 있으므로 압축 데이터의 복원 효율 또한 향상시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.
그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
도 5는 본 발명에 따른 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치의 블록도를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 메쉬 압축 장치는 데이터 분석부(510), 메쉬 모델 양자화부(520), 데이터 변조부(530), 엔트로피 부호화부(540) 를 포함하며, 데이터 변조부(530)는 전처리부(531), 차분 펄스 부호 변조부(532)를 포함한다.
본 발명에 따른 3차원 메쉬 모델의 압축 장치에 있어서, 데이터 분석부(510)는 입력되는 3차원 메쉬 모델의 데이터를 분석하여 메쉬 모델 고유의 정점 정보(vertex information)(511), 3차원 메쉬 모델의 고유의 특성을 나타내는 속성 정보(512), 3차원 메쉬 모델을 구성하는 정점들 간의 연결 정보(513)를 분리한다.
이 중에서, 정점 정보(511)는 3차원 메쉬 모델을 구성하는 정점의 3차원 위치를 나타내는 부동 소수점의 3차원의 좌표로 표현될 수 있으며, x, y, z의 각 축에 정렬되어 각 축에 실수 값을 가지는 좌표로 표현된다.
속성 정보(512)는 3차원 메쉬 모델을 구성하는 페이스셋(FaceSet)의 법선, 색상 및 텍스처 좌표를 포함할 수 있다.
연결 정보(513)는 3개 이상의 정점 정보가 하나의 다각형을 이루는 인덱스 리스트로 표현될 수 있으며, 본 발명에서는 이를 인덱스드페이스셋(IndexedFaceSet) 또는 페이스셋이라 칭하기로 한다.
그리고, 데이터 분석부(510)는 3차원 메쉬 모델의 복잡도를 연산하는 연산부(미도시)를 포함할 수 있으며, 이러한 연산부는 예컨대, 마이크로 프로세서로 구현할 수 있다. 이 마이크로 프로세서는 3차원 메쉬 모델의 복잡도 값과 외부에서 미리 설정한 복잡도 값을 비교하며, 3차원 메쉬 모델의 복잡도 값이 외부에서 미리 설정한 복잡도 값을 초과하는 경우에 3차원 메쉬 모델을 복수 개의 부분 메쉬로 분할할 수 있다. 아울러 데이터 분석부(510)는 3차원 메쉬 모델의 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보에 대한 데이터를 저장하는 헤더(미도시)를 포함할 수 있다.
실질적으로, 3차원 메쉬 모델이 상당한 수의 정점으로 표현될 경우에 3차원 메쉬 모델을 부호화하는 과정에 있어서 과다한 연산량으로 인한 3차원 메쉬 모델의 압축 장치에서 과부하를 일으켜 부호화에 오류가 발생할 우려가 있고, 부호화의 속도가 현저히 감소하는 것을 방지하기 위하여 외부에서 미리 설정한 복잡도 값을 초과하는 경우, 복수 개의 부분 메쉬로 분할하여 압축 장치의 과부하 및 연산 속도 감소를 방지할 수 있다.
한편, 복잡도는 3차원 메쉬 모델을 형성하는 페이스셋의 개수에 따라 결정할 수 있으며, 압축 장치의 사용 환경이나 실시 형태에 따라 다양하게 변형 가능하다.
한편, 메쉬 모델 양자화부(520)는 데이터 분석부(510)로부터 분석된 3차원 메쉬 모델의 정점 정보(511), 속성 정보(512) 및 3차원 메쉬 모델의 정점들 간의 연결 정보(513)를 이용하여 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 생성할 수 있다.
메쉬 모델 양자화부(520)에서 각 값에 대한 양자화를 수행하는 수식은 하기의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008085152946-pat00001
수학식 1에서 floor[]는 내림 연산을 나타내고, Xi는 양자화기 입력값, t는 양자화 파라메터를 의미한다. max와 min은 입력값의 최대, 최소값을 나타낸다
그리고, 데이터 변조부(530)는 메쉬 모델 양자화부(520)에서 양자화된 연결 정보에 따라 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보의 양자화 값을 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행한다. 차분 펄스 부호 변조는 데이터의 이전 값과 현재 값의 차이인 에러 값을 압축하는 방법으로, 연속된 데이터의 직전값과 현재값을 이용하여 현재의 데이터를 복원하는 예측 방법이다.
본 발명에 따른 3차원 메쉬 모델의 압축 장치에서 메쉬 모델의 연결 정보에 인덱스를 부여하고, 데이터 변조부(530)의 전처리부(530)에서는 부여된 인덱스 순으로 연속된 데이터 쌍의 차이값을 연산한다. 연결 정보의 경우 차이값의 크기를 줄이기 위해 전처리부(531)를 사용하는데, 도 10에서와 같이 데이터 쌍 내 인덱스의 기술 순서를 연속된 데이터 쌍의 차이값이 최소화되도록 변경하는 경우도 있다. 이 경우, 원래 데이터와 복호화된 데이터의 데이터 쌍 내 인덱스의 기술 순서는 달라지지만 기술되는 인덱스에 의한 연결 정보의 의미는 동일하다. 물론, 원래 데이터와 복호화된 데이터의 데이터 쌍 내 인덱스의 기술 순서를 정확히 일치시키고 싶은 경우에는 이 과정을 생략할 수 있다.
이에, 데이터 변조부(530)의 차분 펄스 부호 변조부(532)는 메쉬 모델 양자화부(520)에서 양자화된 연결 정보가 전처리부(531)를 거쳐 제공되면 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보를 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하거나, 전처리부(531)가 생략된 경우에는 메쉬 모델 양자화부(520)에서 양자화된 연결 정보가 곧바로 제공되면 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보를 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행한다.
즉, 본 발명에서 사용하는 차분 펄스 부호 변조 방법은 단순히 양자화하여 정수값을 연산하고, 미리 부여된 인덱스 순으로 연속된 데이터의 직전값과 현재값을 이용하여 현재의 데이터를 복원하게 된다. 단, 차분 펄스 부호 변조를 수행하기 전, 연결 정보의 경우 차이값의 크기를 줄이기 위해 데이터 쌍 내 인덱스의 기술 순서를 연속된 데이터 쌍의 차이값이 최소화되도록 변경할 수도 있는 것이다.
한편, 엔트로피 부호화부(540)는 양자화된 3차원 메쉬 모델의 정점 정보, 속성 정보 및 차분 펄스 부호 변조된 연결 정보를 이진 산술 부호화 혹은 결정 비트 부호화하여 3차원 메쉬 모델의 엔트로피 부호화된 데이터를 비트스트림 형태로 출력한다.
즉, 본 발명에 따른 엔트로피 부호화부(540)는 3차원 메쉬 모델의 영상 데이터의 압축 비트율을 이용하여, 다음과 같은 방법 중 하나를 선택하여 부호화한다. 첫 번째, 프리픽스(prefix)의 최대 길이를 결정하고, 결정된 프리픽스의 최대 길이에 따라, 3차원 메쉬 모델의 영상 데이터를 프리픽스와 포스트픽스(postfix)로 나누어 이진화하고, 이진화된 데이터를 산술 부호화하여 3차원 메쉬 모델의 비트스트림 형태로 출력한다. 또는 결정 비트(bit-precision) 값을 결정하고, 3차원 메쉬 모델의 영상 데이터를 결정된 결정 비트값의 배수만큼의 길이를 가진 비트열로 부호화하여 3차원 메쉬 모델의 영상 데이터를 비트스트림 형태로 출력한다. 또는 입력된 부호화 심볼을 확률 테이블에 적용시켜 산술 부호화하여 비트스트림 형태로 출력한다.
도 6은 본 발명에 적용되는 양자화 방법에 대한 일실시예를 도시한 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 최소값이 -0.5837이고, 최대값을 0.8576이라고 하면, 전체 구간의 크기는 0.8576 - ( - 0.5837) = 1.4413이 전체 구간의 크기가 된다. 전체 구간에 대하여 양자화 레벨이 10이라고 하면, 전체 구간의 크기인 1.1443을 1024개의 구간으로 나누면 한 구간의 크기는 0.0019가 되고, -0.1849의 값은 수학식 1의 연산 방법에 의하여 283이 된다.
도 6은 -0.1849의 양자화 값을 연산한 결과이고, 수학식 1의 정리는 x, y, z의 각 축에 대한 각각의 양자화 레벨을 적용하여 일반화한 식이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 이진 산술 부호화에 따른 비트열을 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따라 정수값을 가지는 양자화 값에 따라 이진 산술 부호화를 적용한다.
양자화 레벨을 10으로 할 경우, 양자화 값은 1에서 1024값을 가지게 되므로, 정수화된 양자화 값에 따라 영상 데이터의 압축 비트율을 이용하여, 프리픽스의 값(value)을 결정하고, 프리픽스의 값에 따라 포스트픽스의 값과 그 길이가 결정된다.
도 8은 본 발명에 적용되는 차분 펄스 부호 변조의 블록도를 도시한 것이다.
현재 입력값(Xi )에서 이전 입력값(Xi-1 )을 뺀 값에 엔트로피 부호화를 수행한다. 예를 들어, 연속적인 연결 정보의 숫자들이 [256, 257, 255, 258, 259]라고 할 경우 맨 처음의 값은 그대로 두고, 두 번째부터 이전/이후값의 차이를 계산한 다. 이렇게 연산하여 [256, 1, -2, 3, 1]이라는 숫자값들을 생성하고 엔트로피 부호화를 거쳐 비트스트림의 형태로 데이터를 출력하게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 3차원 메쉬 모델의 압축 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 우선, 입력된 3차원 메쉬 모델로부터 3차원 메쉬 모델의 고유의 정점 정보, 3차원 메쉬 모델의 고유의 특성을 나타내는 속성 정보 및 3차원 메쉬 모델을 구성하는 정점들 간의 연결 정보로 분리한다(S610).
즉, 3차원 메쉬 모델은 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보로 구성되어 있다. 이 중에서, 정점 정보는 3차원 메쉬 모델을 구성하는 정점의 3차원의 위치를 나타내는 정보로 표현될 수 있다. 이 위치 정보는 부동 소수점으로 표현되는 삼차원의 좌표로 표현될 수 있으며, x, y, z의 각 축에 정렬되어 각 축에 실수 값을 가지는 좌표로 표현된다.
그리고, 속성 정보는 3차원 메쉬 모델을 구성하는 페이스셋의 법선, 색상 및 텍스처 좌표를 포함할 수 있다.
또한, 연결 정보는 3개 이상의 정점 정보가 하나의 다각형을 이루는 인덱스 리스트로 표현될 수 있으며, 이를 인덱스드페이스셋(IndexedFaceSet)이라고 칭할 수 있다.
여기서, 정점들 간의 연결 정보로 분리하는 단계는, 3차원 메쉬 모델의 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보에 대한 데이터를 저장하는 단계를 포함한다.
그리고, 정점들 간의 연결 정보로 분리하는 단계는, 3차원 메쉬 모델의 복잡 도를 연산하는 단계, 및 연산된 3차원 메쉬 모델의 복잡도 값이 사용자가 미리 설정한 복잡도 값을 초과하는 경우에 3차원 메쉬 모델을 복수 개의 부분 메쉬로 분할하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이는 상술한 바와 같이, 3차원 메쉬 모델이 상당한 수의 정점으로 표현될 경우 3차원 메쉬 모델을 부호화하는 과정에 있어서 과다한 연산량으로 인한 3차원 메쉬 모델의 압축 장치에 과부하를 일으켜 부호화에 오류가 발생할 우려가 있고, 부호화의 속도가 현저히 감소하는 것을 방지하기 위하여 외부에서 미리 설정한 복잡도 값을 초과하는 경우, 복수 개의 부분 메쉬로 분할하여 압축 장치의 과부하 및 연산 속도 감소를 방지하도록 할 수 있다.
한편, 복잡도는 3차원 메쉬 모델을 형성하는 페이스셋의 개수에 따라 결정할 수 있으며, 압축 장치의 사용 환경이나 실시 형태에 따라 다양하게 변형 가능하다.
그 다음, 분리된 3차원 메쉬 모델의 정점 정보, 속성 정보 및 3차원 메쉬 모델의 정점들 간의 연결 정보를 이용하여 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 생성한다. 각 값에 대한 양자화를 수행하는 수식은 상기의 수학식 1과 같이 표현될 수 있으며, 양자화 레벨에 따라 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 생성하게 된다(S620).
이렇게 생성된 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보는 전처리부(531)에 의해 처리되는데, 그 상세한 설명은 도 10과 도 11을 참조하여 아래에서 상세히 설명하기로 한다(S630).
그 다음, 생성된 연결 정보의 양자화 값에 따라 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보의 양자화 값을 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행한다(S640).
차분 펄스 부호 변조 예측은 데이터의 이전 값과 현재 값의 차이인 에러 값을 압축하는 방법으로, 연속된 데이터의 이전값과 현재값을 이용하여 현재의 데이터를 복원하는 예측 방법이다.
본 발명에 따른 3차원 메쉬 모델의 압축 장치에서 메쉬 모델의 연결 정보에 인덱스를 부여하고, 부여된 인덱스 순으로 연속된 데이터 쌍의 차분값을 연산한다.
즉, 본 발명에서 사용하는 차분 펄스 부호 변조 방법은 단순히 양자화하여 정수값을 연산하고, 미리 부여된 인덱스 순으로 연속된 데이터의 이전값과 현재값을 이용하여 현재의 데이터를 복원하게 된다. 단, 차분 펄스 부호 변조를 수행하기 전, 연결 정보의 경우 차이값의 크기를 줄이기 위해 전처리 방법을 사용한다.
마지막으로, 양자화된 3차원 메쉬 모델의 정점 정보, 속성 정보 및 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행한 연결 정보를 이진 산술 부호화 혹은 비트 결정 부호화하여 3차원 메쉬 모델의 이진 산술 부호화된 데이터를 비트스트림 형태로 출력한다(S650).
즉, 3차원 메쉬 모델의 영상 데이터의 압축 비트율을 이용하여, 다음과 같은 방법 중 하나를 선택하여 부호화한다. 첫 번째, 프리픽스의 최대 길이를 결정하고, 결정된 프리픽스의 최대 길이에 따라, 3차원 메쉬 모델의 영상 데이터를 프리픽스와 포스트픽스로 나누어 이진화하고, 이진화된 데이터를 산술 부호화하여 3차원 메쉬 모델의 비트스트림 형태로 출력한다. 또는 결정 비트(bit-precision) 값을 결정하고, 3차원 메쉬 모델의 영상 데이터를 결정된 결정 비트값의 배수만큼의 길이를 가진 비트열로 부호화하여 3차원 메쉬 모델의 영상 데이터를 비트스트림 형태로 출력한다. 또는 입력된 부호화 심볼을 확률 테이블에 적용시켜 산술 부호화하여 비트스트림 형태로 출력한다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전처리 과정을 도시한 것으로서, 연결 정보들의 차분 펄스 부호 변조를 위하여 각각 인덱스들의 차분 펄스 부호 변조 값이 최소가 되는 인덱스를 선택한다. xi, yi, zi는 현재 정점 좌표의 x, y, z축의 각각 값을 나타내며, xi -1, yi -1, zi-1은 이전 정점 좌표의 x, y, z축의 각각의 값을 나타낸다. Dx1, Dy1 , Dz1은 이전 정점과 현재 정점 좌표 간의 차분값이며, Dx2, Dy2 , Dz2는 현재 값을 한번 회전한 후 차분을 계산한 것이고, Dx3, Dy3 , Dz3은 현재 값을 두 번 회전(rotation)한 후 차분을 계산한 것이다. 회전 후 차분 값 D에서 0의 개수가 최대가 되도록 회전을 수행한다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전처리 과정을 위해 공유 정점을 분석하여 결정하는 타입 정보의 개념도이다. 면(face)을 삼각형으로 분할한 후에 이전(상위) 면과 현재 면 간의 겹치는 정점의 수, 즉 공유되는 정점의 수에 따라 총 4가지 타입으로 분리한다. (a)는 타입 A로서 두 점을 공유할 때이며, (b)는 타입 B로서 한 점을 공유할 때이고, (c)는 타입 C로서 공유하는 점이 없을 때이며, (d)는 타입 D로서 세 점을 모두 공유할 때이다. 이러한 4가지의 타입에 의해서 비트가 생성되고, 이 생성된 데이터에 대해 차분 펄스 부호 변조부(532)에서 차분 펄스 부호 변조를 수행한다.
타입 A의 경우에는, 이전 면과 현재 면 간에 두 개의 공유된 정점을 가진다. 이러한 데이터를 부호화하기 위해서는 타입 정보(type information), 다른 위치 정보(x, y, z 세 가지 위치가 있으므로 세 값 중의 하나), 면 방향(face direction) 정보 및 하나의 인덱스 값을 이용하여 부호화한다. 여기서, 인덱스 값은 이전 면 인덱스와 현재 면 인덱스의 차분 값으로 나타내며, 면 방향 정보는 현재의 면과 이전 면이 같은 방향인지 아니면 다른 방향인지를 나타낸다.
타입 B의 경우에는, 이전 면과 현재 면 간의 공유된 정점이 하나일 때를 나타낸다. 이러한 데이터를 부호화하기 위해서는 타입 정보, 같은 위치 정보 하나와 두 개의 인덱스 값의 차이를 부호화한다.
타입 C의 경우에는, 이전 면과 현재 면 간의 공유된 정점이 하나도 없을 때를 나타낸다. 이러한 데이터를 부호화하기 위해서는 타입 정보 하나 및 세 개의 인덱스 값의 차이를 부호화한다.
타입 D의 경우에는, 이전 면과 현재 면 간의 공유된 정점이 세 개일 때를 나타낸다. 이러한 데이터를 부호화하기 위해서는 타입 정보 및 면 방향 정보를 이용하여 부호화한다.
본 발명에 따른 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법 및 이를 이루는 각 단계는 일반적인 프로그래밍 방법을 이용하여 소프트웨어적으로 또는 하드웨어적으로 다양하게 구현할 수 있다는 것은 이 기술분야에 통상의 기술을 가진 자라면 용이하게 할 수 있는 것이다.
그리고, 본 발명의 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법 및 이를 이루는 각 단계 들은, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 모두 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, CD-RW, 자기 테이프, 플로피디스크, HDD, 광 디스크, 광자기 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
지금까지 실시예를 통해 설명한 본 발명은 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 상기의 설명에 포함된 예들은 본 발명에 대한 이해를 위해 도입된 것이며, 이 예들은 본 발명의 사상과 범위를 한정하지 아니한다. 상기의 예들 외에도 본 발명에 따른 다양한 실시예가 가능하다는 것은, 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 3차원 메쉬 코딩 부호화 장치의 블록도.
도 2는 도 1에 대응되는 3차원 메쉬 코딩 복호화 장치의 블록도.
도 3은 도 1에 의해 생성된 3차원 모델의 메쉬 정보의 부호화된 비트스트림의 전체적인 구조를 도시한 도면.
도 4a 내지 도 4d는 종래의 3차원 모델의 메쉬에 대한 위상 절개의 수행 과정을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치의 블록도.
도 6은 본 발명에 적용되는 양자화 방법에 대한 일실시예를 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 적용되는 이진 산술 부호화에 따른 비트열을 도시한 도면.
도 8은 본 발명에 적용되는 차분 펄스 부호 변조의 블록도.
도 9는 본 발명에 따른 3차원 메쉬 모델의 압축 방법의 흐름도.
도 10은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전처리 과정을 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전처리 과정을 위해 공유 정점을 분석하여 결정하는 타입 정보의 개념도.

Claims (19)

  1. 입력된 3차원 메쉬 모델의 데이터를 분석하여 정점 정보, 상기 3차원 메쉬 모델의 특성을 나타내는 속성 정보 및 상기 3차원 메쉬 모델을 구성하는 정점들 간의 연결 정보를 분리하는 데이터 분석부와,
    상기 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 이용하여 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 생성하는 메쉬 모델 양자화부와,
    상기 양자화된 연결 정보에 따라 상기 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보의 양자화 값을 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하는 데이터 변조부와,
    상기 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 상기 차분 펄스 부호 변조된 연결 정보를 부호화한 데이터를 출력하는 엔트로피 부호화부
    를 포함하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 분석부는, 상기 3차원 메쉬 모델의 복잡도를 연산하는 연산부를 포함하며,
    상기 연산부는, 연산한 상기 3차원 메쉬 모델의 복잡도 값과 미리 설정한 복잡도 값을 비교한 결과에 의거하여 상기 3차원 메쉬 모델을 복수 개의 부분 메쉬로 분할하는
    저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복잡도는, 상기 3차원 메쉬 모델을 형성하는 페이스셋의 개수에 따라 결정되는
    저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결 정보는, 복수 개의 정점 정보가 하나의 다각형을 형성하는 인덱스 리스트로 표현되는
    저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 속성 정보는, 상기 다각형으로 이루어진 3차원 메쉬 모델의 법선, 색상 및 텍스처 좌표
    를 포함하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 분석부는, 상기 3차원 메쉬 모델의 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보에 대한 데이터를 저장하는 헤더
    를 포함하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 변조부는, 상기 양자화된 연결 정보에 부여된 인덱스 순으로 연속된 데이터 쌍의 차이값을 연산하여 상기 차이값의 크기를 줄이기 위해 데이터 쌍 내 인덱스의 기술 순서를 연속된 데이터 쌍의 차이값이 최소화되도록 변경하는 전처리부와,
    상기 양자화된 연결 정보가 상기 전처리부를 거쳐 제공되면 상기 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보를 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하는 차분 펄스 부호 변조부
    를 포함하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 변조부는, 면을 삼각형으로 분할한 후에 이전 면과 현재 면 간 의 겹치는 정점의 수에 따라 복수의 타입으로 분리하여 비트를 생성하는 전처리부와,
    상기 전처리부에서 생성한 비트가 제공되면 상기 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보를 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하는 차분 펄스 부호 변조부
    를 포함하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔트로피 부호화부는, 상기 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 상기 차분 펄스 부호 변조된 연결 정보를 이진 산술 부호화 혹은 결정 비트 부호화 또는 입력된 부호화 심볼을 확률 테이블에 적용시켜 산술 부호화하여 엔트로피 부호화된 데이터를 비트스트림 형태로 출력하는
    저복잡도 3차원 메쉬 압축 장치.
  10. 입력된 3차원 메쉬 모델의 데이터를 분석하여 정점 정보, 상기 3차원 메쉬 모델의 특성을 나타내는 속성 정보 및 상기 3차원 메쉬 모델을 구성하는 정점들 간의 연결 정보를 분리하는 단계와,
    상기 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 이용하여 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보를 생성하는 단계와,
    상기 양자화된 연결 정보에 따라 상기 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보의 양자화 값을 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하는 단계와,
    상기 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 상기 차분 펄스 부호 변조된 연결 정보를 부호화한 데이터를 생성하는 단계
    를 포함하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 정점들 간의 연결 정보를 분리하는 단계는,
    상기 3차원 메쉬 모델의 복잡도를 연산하는 단계와,
    연산된 상기 3차원 메쉬 모델의 복잡도 값과 미리 설정한 복잡도 값을 비교한 결과에 의거하여 상기 3차원 메쉬 모델을 복수 개의 부분 메쉬로 분할하는 단계
    를 포함하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복잡도는, 상기 3차원 메쉬 모델을 형성하는 페이스셋의 개수에 따라 결정되는
    저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 연결 정보는, 복수 개의 정점 정보가 하나의 다각형을 형성하는 인덱스 리스트로 표현되는
    저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 속성 정보는, 상기 다각형으로 이루어진 3차원 메쉬 모델의 법선, 색상 및 텍스처 좌표
    를 포함하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 정점들 간의 연결 정보를 분리하는 단계는, 상기 3차원 메쉬 모델의 정점 정보, 속성 정보 및 연결 정보에 대한 데이터를 저장하는 단계
    를 포함하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하는 단계는,
    상기 양자화된 연결 정보에 부여된 인덱스 순으로 연속된 데이터 쌍의 차이값을 연산하여 상기 차이값의 크기를 줄이기 위해 데이터 쌍 내 인덱스의 기술 순서를 연속된 데이터 쌍의 차이값이 최소화되도록 변경하여 전처리하는 단계와,
    전처리된 상기 연결 정보에 따라 상기 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보의 양자화 값을 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하는 단계
    를 포함하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하는 단계는,
    면을 삼각형으로 분할한 후에 이전 면과 현재 면 간의 겹치는 정점의 수에 따라 복수의 타입으로 분리하여 비트를 생성하는 전처리 단계와,
    상기 전처리에 의한 비트가 제공되면 상기 3차원 메쉬 모델의 연속된 연결 정보의 양자화 값을 이용하여 차분 펄스 부호 변조 예측을 수행하는 단계
    를 포함하는 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 데이터를 생성하는 단계는, 상기 양자화된 정점 정보, 속성 정보 및 상 기 차분 펄스 부호 변조된 연결 정보를 이진 산술 부호화 혹은 결정 비트 부호화 또는 입력된 부호화 심볼을 확률 테이블에 적용시켜 산술 부호화하여 엔트로피 부호화된 데이터를 비트스트림 형태로 생성하는
    저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법.
  19. 제 10 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 저복잡도 3차원 메쉬 압축 방법을 수행하는 컴퓨터 프로그램이 기록된 기록매체.
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