KR101743516B1 - 디지털 잎 저작 장치 및 방법 - Google Patents

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KR101743516B1
KR101743516B1 KR1020160044978A KR20160044978A KR101743516B1 KR 101743516 B1 KR101743516 B1 KR 101743516B1 KR 1020160044978 A KR1020160044978 A KR 1020160044978A KR 20160044978 A KR20160044978 A KR 20160044978A KR 101743516 B1 KR101743516 B1 KR 101743516B1
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부산가톨릭대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 다양한 종류의 디지털 잎을 쉽고 직관적으로 제작할 수 있는 디지털 잎 저작장치 및 저작방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 디지털 잎 저작 방법은, 입력된 잎 영상에서 잎몸 윤곽선을 추출하여 잎몸 영상을 추출하는 제1단계와, 상기 잎몸 윤곽선을 변형하여 새로운 잎몸 이미지를 생성하는 제2단계와, 상기 생성된 잎몸 이미지에 기선택된 잎맥을 성장시키는 제3단계와, 상기 잎몸 및 잎맥에 색상을 각각 부가하여 최종 잎을 생성하는 제4단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 식물을 구성하는 다양한 다수의 잎들을 쉽고 직관적인 구조에서 변형 및 모델링하고 자연스럽게 시각화하는 것이 가능하다.

Description

디지털 잎 저작 장치 및 방법{Digital leaf authoring apparatus and method}
본 발명은 디지털 잎 저작 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 다양한 종류의 디지털 잎을 쉽고 직관적으로 제작할 수 있는 디지털 잎 저작장치 및 저작방법에 관한 것이다.
영화, 게임 등과 같은 디지털 콘텐츠 제작에 있어 자연을 배경으로 하는 콘텐츠들의 경우 식물적 그래픽 요소는 콘텐츠의 사실성을 높이는 중요한 요소이다.
이러한 이유로 디지털 식물을 효과적으로 생성하고, 사실적으로 표현하기 위한 연구들이 현재까지 진행중에 있다. 잎은 나무, 꽃 등 디지털 식물을 구성하는데 폭넓게 활용되는 중요한 요소이다. 따라서 컴퓨터 그래픽에서 디지털 잎을 사실적이고 효과적으로 표현할 수 있는 다양한 방법들이 연구되고 있다.
잎은 크게 잎의 전체적인 형상을 결정하는 잎몸과 조직구조를 나타내는 잎맥으로 구분한다. 디지털 잎 또한 잎몸의 형상과 잎맥 패턴 모델링의 연구로 구분될 수 있다. 잎몸의 경우 자유형상 변형을 기반으로 3차원 곡면의 잎을 폴리곤 모델로 구성하는 연구나 컴퓨터 그래픽에서 임의 형태의 곡선을 표현하기 위하여 수학적으로 만든 곡선인 베지어(Bezier)나 비스플라인(B-spline) 곡선을 사용하여 잎 표면을 생성하는 방법들이 연구되었다.
잎맥 패턴과 관련하여 Rodkaew et al.은 잎몸 내에 잎맥의 조직구조 분포를 파티클로 정의하여 잎맥을 생성시키는 연구와 같이 잎맥 형상에 파티클 시스템을 활용하는 다양한 연구들이 진행되었다. 이와 달리 사실적인잎맥 패턴을 생성하기 위하여 식물학적 이론을 활용하는 방법들도 연구되었다. 잎맥이 성장하는 과정에서 발생하는 상호작용, 잎맥을 구성하는 호르몬의 흐름과 분포 등을일반화된 규칙을 정의함으로써 사실적인 잎맥 텍스쳐를 생성하도록 하였다. 이러한 식물학적 관점은 모델링뿐 아니라 렌더링이나 노화와 같은 시뮬레이션 분야연구들에도 응용되었다.
또한, Xiao et al.은 잎이 말라가는 현상을 관찰하여 시뮬레이션에 적용하였고, Jeong et al. 역시 잎의 노화 현상을 생물의 형태학적 분석을 통해 시뮬레이션하기도 하였다. 여기에 식물 모델에 적합한 조명 계산을 통해 사실적인 디지털 식물을 렌더링하는 연구나 잎의 색을 결정하는 광원과 재질을 경험적 정보를 통해 계산하는 방법 등 사실적 렌더링을 위한 다양한 접근의 연구들도 진행되고 있다.
하지만, 이들 종래의 잎의 모델링, 렌더링 및 시뮬레이션 여러 분야의 연구들 모두 규칙이 정해지면 잎의 생성 또는 표현되는 중간과정에서 임의로 편집하거나 직관적인 구조에서 원하는 형태로 수정하는 것이 거의 불가능하다.
등록특허공보 제1327482호
논문1 : Y. Rodkaew, P. Chongstitvatana, and S. Siripant, "Modeling plant leaves in marble-patterned colors with particle transportation system", in 4th International Workshop on Functional-Structural Plant Models., 2004, pp.391-397. 논문2 : H. Xiao and X. Chen, "Modeling and simulation of curled dry leaves," Soft Matter, vol. 7, pp.10794-10802, 2001. [Online] Available: http://dx.doi.org/10.1039/CISM05998J 논문3 : S. Jeong, S.H. Park, and C.H. Kim, "Simulation of morphology changes in drying leaves," Computer Graphics Forum, vol.32, no.1, pp.204-215,. 2013. [Online] Available : http://dx.doi.org/10.111/cgf.12009.
본 발명은 다양한 종류의 디지털 잎을 쉽고 직관적으로 제작할 수 있는 디지털 잎 저작장치 및 저작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다수의 다양한 패턴의 잎을 효율적으로 생성할 수 있는 절차적 모델링 및 수리모델 기반의 시각화 방법을 갖춘 디지털 잎 저작장치 및 방법을 제공하는데 추가적인 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 디지털 잎 저작 방법은, 입력된 잎 영상에서 잎몸 윤곽선을 추출하여 잎몸 영상을 추출하는 제1단계; 상기 잎몸 윤곽선을 변형하여 새로운 잎몸 이미지를 생성하는 제2단계; 상기 생성된 잎몸 이미지에 기선택된 잎맥을 성장시키는 제3단계; 및 상기 잎몸 및 잎맥에 색상을 각각 부가하여 최종 잎을 생성하는 제4단계를 포함하고, 상기 제1단계는, 상기 입력된 잎 영상으로부터 잎몸과 배경을 분리하는 단계와, 상기 분리된 잎몸의 윤곽선을 검출하되, 상기 입력된 잎 영상에 잎자루가 있으면 잎자루를 기준으로 시작 픽셀을 찾고 잎자루가 없으면 잎몸으로부터 처음 검출되는 픽셀을 시작점으로 하여 인접한 픽셀을 시계방향으로 탐색해 나가면서 상기 잎몸의 윤곽선을 검출하는 단계와, 상기 검출된 잎몸의 윤곽선 중 잎몸의 전체형상을 대표하는 다수의 특징점으로 근사화하는 단계와, 상기 다수의 특징점 중 이웃의 특징점을 서로 연결하여 상기 잎몸 영상을 추출하는 단계를 포함하고, 상기 제2단계는, 특징기반의 영상 워핑(image warping)을 이용하여 상기 특징점의 위치를 이동시켜 상기 추출된 잎몸 영상의 윤곽선을 변형하여 새로운 잎몸 영상을 추출하되, 상기 추출된 잎몸 영상에 가로 및 세로로 다수의 격자를 설정하는 단계와, 상기 입력된 잎 영상에 대한 다수의 제어선을 설정하는 단계와, 상기 제어선의 이동요청이 입력되면 상기 이동요청에 따라 상기 다수의 제어선의 시작점 또는 끝점을 각각 인접한 격자의 4개의 교차점 중 선택된 하나의 교차점으로 이동시키는 단계와, 상기 제어선의 이동에 따라 결정되는 상기 새로운 잎몸 이미지를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 격자의 설정은 상기 영상 워핑 과정에서 상기 이동하는 제어선의 안과 밖이 서로 꼬이지 않는 최대범위 내의 격자를 설정한다.
삭제
본 발명에서, 상기 잎몸과 배경을 분리하는 단계는, 상기 입력된 잎 영상에 이진화 연산을 수행하는 단계; 상기 이진화된 잎 영상에서 잎몸에 해당하는 시작 픽셀을 설정하는 단계; 및 상기 설정된 시작 픽셀과 인접한 다수의 픽셀 간의 색상정보의 차이를 이용하여 상기 잎몸을 분리하는 단계를 포함한다.
삭제
삭제
삭제
삭제
본 발명에서, 상기 제3단계는, 상기 잎몸 이미지에서 잎맥의 시작점과 목적점을 각각 설정하는 단계; 상기 잎맥의 시작점에서 목적점까지 상기 잎맥의 패턴을 결정하기 위한 다수의 성장경로 지점을 계산하는 단계; 및 상기 성장경로 지점을 연결하여 주잎맥 및 곁잎맥의 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 성장 경로지점은 하기 수학식의 성장모델을 이용하여 계산된다.
Figure 112016035257979-pat00001
Figure 112016035257979-pat00002
Figure 112016035257979-pat00003
(
Figure 112016035257979-pat00004
: 잎맥의 시작점,
Figure 112016035257979-pat00005
: 0번째 성장경로 지점(
Figure 112016035257979-pat00006
와 같음),
Figure 112016035257979-pat00007
: i번째 성장경로 지점,
Figure 112016035257979-pat00008
: i번째 성장방향 벡터,
Figure 112016035257979-pat00009
: 잎맥의 목적점,
Figure 112016035257979-pat00010
: i번째 성장방향 벡터의 길이,
Figure 112016035257979-pat00011
: i번째 성장경로 지점의 회전성분,
Figure 112016035257979-pat00012
: i번째 성장경로 지점의 회전성분을 이용하여 성장방향을 회전하는 회전값,
Figure 112016035257979-pat00013
: i번째 성장방향 벡터의 길이성분)
본 발명에서, 상기 디지털 잎 저작 방법은, 상기 주잎맥 및 곁잎맥의 패턴을 형성하는 단계 이후에, 정규분포를 갖는 가우시안 잡음(Gaussian Noise)을 이용하여 상기 잎몸의 이미지에 임의의 화소를 선택하는 단계; 계산된 각 성장경로 지점(
Figure 112016035257979-pat00014
)과 베지어 곡선(bezier curve)를 구성하는 점들을 시작점으로 하여 가장 가까운 위치의 화소를 선으로 연결하는 단계; 및 상기 연결된 화소와 가장 가까운 거리의 화소를 반복적으로 선택하여 선으로 연결하여 그물맥을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 제4단계는, 기설정된 수리모델을 이용하여 다수의 단계별 색상 테이블을 생성하는 단계; 상기 생성된 색상 테이블의 색상을 기설정된 노이즈 텍스쳐(texture)에 대응시는 단계; 및 상기 색상이 대응된 노이즈 텍스쳐에 기설정된 잎맥 확산 텍스쳐를 합성하여 최종 잎을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 하기 수학식의 수리모델을 이용하여 다수의 단계별 색상을 갖는 색상 테이블을 생성한다.
Figure 112016035257979-pat00015
(
Figure 112016035257979-pat00016
: 1부터 N-1까지 k의 약수들을 1제곱승하여 더한 합,
Figure 112016035257979-pat00017
: 1부터 N-1까지 k의 약수들을 3제곱승하여 더한 합)
본 발명에서, 상기 노이즈 텍스쳐(texture)에 대응시키는 단계는, 펄린 노이즈(Perlin Noise)를 이용하여 생성된 노이즈 텍스쳐의 명암 값과 상기 수리모델의 색상 테이블을 대응시킨다.
본 발명에서, 상기 노이즈 텍스쳐는 0~255 단계의 색상값을 갖는다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 잎 저작 장치는, 입력된 잎 영상에서 잎몸 윤곽선을 추출하는 윤곽선추출부; 상기 추출된 잎몸 윤곽선을 변형하여 새로운 잎몸 이미지를 생성하는 잎몸생성부; 상기 생성된 잎몸 이미지에 기선택된 잎맥을 성장시키는 잎맥성장부; 상기 잎몸 이미지 및 잎맥에 색상을 각각 부가하는 색상부가부; 및 상기 색상이 부가된 잎몸 이미지 및 잎맥으로부터 최종 잎을 합성하는 합성부를 포함하고, 상기 윤곽선추출부는, 상기 입력된 잎 영상으로부터 잎몸과 배경을 분리하는 단계와, 상기 분리된 잎몸의 윤곽선을 검출하되, 상기 입력된 잎 영상에 잎자루가 있으면 잎자루를 기준으로 시작 픽셀을 찾고 잎자루가 없으면 잎몸으로부터 처음 검출되는 픽셀을 시작점으로 하여 인접한 픽셀을 시계방향으로 탐색해 나가면서 상기 잎몸의 윤곽선을 검출하는 단계와, 상기 검출된 잎몸의 윤곽선 중 잎몸의 전체형상을 대표하는 다수의 특징점으로 근사화하는 단계와, 상기 다수의 특징점 중 이웃의 특징점을 서로 연결하여 상기 잎몸 영상을 추출하는 단계를 포함하고, 상기 잎몸생성부는, 특징기반의 영상 워핑(image warping)을 이용하여 상기 특징점의 위치를 이동시켜 상기 추출된 잎몸 영상의 윤곽선을 변형하여 새로운 잎몸 영상을 추출하되, 상기 추출된 잎몸 영상에 가로 및 세로로 다수의 격자를 설정하는 단계와, 상기 입력된 잎 영상에 대한 다수의 제어선을 설정하는 단계와, 상기 제어선의 이동요청이 입력되면 상기 이동요청에 따라 상기 다수의 제어선의 시작점 또는 끝점을 각각 인접한 격자의 4개의 교차점 중 선택된 하나의 교차점으로 이동시키는 단계와, 상기 제어선의 이동에 따라 결정되는 상기 새로운 잎몸 이미지를 결정하는 단계를 포함하며, 상기 격자의 설정은 상기 영상 워핑 과정에서 상기 이동하는 제어선의 안과 밖이 서로 꼬이지 않는 최대범위 내의 격자를 설정한다.
본 발명에서, 상기 잎맥성장부는 상기 잎맥 주잎맥과 곁잎맥을 성장시켜 완성한다.
본 발명에서, 상기 잎맥성장부는 상기 곁잎맥에 연결된 다수의 그물맥을 확산시킨다.
본 발명에 의하면 다양한 종류의 디지털 잎을 쉽고 직관적으로 제작할 수 있으며, 이는 식물을 구성하는 다양한 다수의 잎들을 쉽고 직관적인 구조에서 변형 및 모델링하고 자연스럽게 시각화하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면 잎몸 형상에 적합한 자연스러운 잎맥 패턴을 절차적인 구조에서 생성할 수 있도록 윤곽선을 기반으로 하는 성장모델과 확산방법을 설계하여 구현가능하도록 함으로써 주잎맥, 곁잎맥 및 작은 그물맥까지 동시에 효과적으로 생성할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 디지털 잎 저작장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 잎 저작방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 도 2의 디지털 잎 자작방법에 따른 단계별 잎 이미지의 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 잎몸의 종류를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 컨투어 기반의 잎 형상의 계산과정을 보이는 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 특징기반 영상 워핑을 활용한 잎몸 형상 제작을 위한 사용자 인터페이스의 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 격자를 이용한 제어선 기반의 잎몸 형상 워핑 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 잎맥 패턴 성장과정을 제작하기 위한 사용자 인터페이스의 예시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 옥신 분포와 다수의 그물맥을 만드는 과정을 도시한 예시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 수리모델 기반의 잎 색상 모델에서의 잎의 단계별 색상을 결정하는 과정을 보인 예시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 약수함수의 합성곱을 기반으로 N개의 불규칙한 색상 테이블을 만드는 과정을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 잎 텍스쳐를 구성하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 불규칙한 패턴의 다양한 다수의 잎을 효과적으로 나타낸 잎 이미지의 예시도이다.
도 14는 본 발명에 의해 제작된 디지털 잎과 실제 잎을 비교한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 잎 저작장치의 구성블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 디지털 잎 저작장치(100)는 입력부(111), 윤곽선추출부(112), 잎몸생성부(113), 잎맥성장부(114), 색상부가부(115), 잎합성부(116), 표시부(117) 및 제어부(118)를 포함하여 구성된다.
입력부(111)는 외부로부터 각종 정보를 입력받는 기능을 수행한다. 예컨대, 외부장치와 연결되어 잎 영상을 수신하거나 또는 사용자로부터 각종 명령을 수신할 수 있다. 이러한 입력부(111)는 데이터수신을 위한 통신모듈을 포함하거나 또는 키패드 또는 터치스크린 등을 포함하여 구현될 수 있다.
윤곽선추출부(112)는 입력부(111)를 통해 외부로부터 입력된 잎 영상으로부터 잎몸 윤곽선을 추출함으로써 잎몸에 대한 영상을 추출하도록 한다. 이를 위하여 윤곽선추출부(112)는 입력된 잎 영상으로부터 이진화 연산을 이용하여 잎몸을 결정하는 잎몸 윤곽선을 추출하되, 이진화 연산을 통해 잎몸 윤곽선에 대한 색상정보를 추출하게 된다. 이를 통해 잎몸의 영상을 추출하도록 한다.
잎몸생성부(113)는 상기와 같이 추출된 잎몸의 윤곽선을 변형하여 새로운 잎몸 이미지를 생성한다. 이는 사용자로부터 입력부(111)를 통해 입력되는 원하는 잎몸 형상에 맞게 잎몸의 윤곽선을 변형함으로써 상기 입력된 잎 영상에서 새로운 잎몸의 이미지를 생성하도록 한다.
잎맥성장부(114)는 상기 생성된 잎몸 이미지에 기선택된 잎맥을 성장시킨다. 이러한 잎맥(leaf vein)은 잎의 형태를 유지해 주고 물과 영양분의 이동 통로 역할을 하는 부분으로서 디지털 잎을 저작하는데 있어서 매우 중요한 요소이다. 잎맥에는 주잎맥, 곁잎맥 및 그물맥이 있다. 이들 주잎맥, 곁잎맥 및 그물맥의 성장에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명한다.
색상부가부(115)는 잎몸과 잎맥에 각각 색상을 부가한다. 색상부바구(115)는 사용자에 의해 입력부(111)를 통해 입력된 색상에 따라 잎몸과 잎맥에 색상을 구현함으로써 실제 잎과 동일하게 보이도록 한다. 잎몸과 잎맥에 적용되는 색상은 다양하게 구현될 수 있다. 예컨대 빨간색(R), 녹색(G), 파란색(B)의 색상 및 이들 간의 조합을 통해 원하는 색상을 부가하도록 한다.
합성부(116)는 상기 색상이 부가된 잎몸 및 잎맥으로부터 최종 잎을 최종 잎은 생성한다. 이를 위해 합성부(116)는 기설정된 수리모델(mathematical model)을 이용하여 다수의 단계별 색상 테이블을 생성하고, 이러한 색상 테이블의 색상을 기설정된 노이즈 텍스쳐(texture)에 대응시킨 후 선택된 잎맥 확산 텍스쳐를 합성하여 최종 잎을 생성하도록 한다.
표시부(117)는 디지털 잎 저작과정을 사용자에게 시각적으로 표시할 수 있도록 하는 장치로서, 예컨대 LED, LCD 등의 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
제어부(118)는 본 발명에 따른 디지털 잎 저작장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 이러한 제어부(118)는 입력부(111), 윤곽선추출부(112), 잎몸생성부(113), 잎맥성장부(114), 색상부가부(115), 잎합성부(116) 및 표시부(117)의 동작을 제어하며 최종 잎의 생성을 위해 상호 유기적인 기능을 수행하도록 제어한다.
이하에서, 이와 같이 구성된 본 발명의 디지털 잎 저작장치(100)에서의 디지털 잎 저작방법을 도 2 내지 도 14를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 디지털 잎 저작방법을 나타낸 흐름도이고, 도 3은 도 2의 디지털 잎 자작방법에 따른 단계별 잎 이미지의 예시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 디지털 잎 저작방법에서는, 먼저 외부장치로부터 입력된 잎 영상에서 잎몸의 윤곽선을 추출하여 잎몸 영상을 추출한다(S101). 잎의 전체적인 형상을 결정하는 잎몸은 도 4와 같이 다양한 모양을 갖는다. 도 4는 본 발명에 따른 잎몸의 종류를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면 잎몸은 크게 4가지 종류로 구분될 수 있으며, 이들 잎몸은 잎날이 있는 잎과 없는 잎으로 구분될 수 있다.
식물에서 잎은 하나의 잎을 표현하는 것도 중요하지만 다수의 잎으로 구성된 하나의 식물을 제작할 때 잎들 간의 어울림 또한 중요하다. 따라서 식물을 구성하는 잎들이 전체적인 형상은 비슷하지만 다른 다수의 잎을 효과적으로 생성하기 위한 방법이 필요하다. 이에 본 발명에서는 잎몸의 윤곽선 변형을 통해 사용자로부터 원하는 잎의 영상을 입력받아 잎몸 형상을 나타내는 잎의 윤곽선 정보를 계산하고 잎몸의 종류를 판단한다. 이때, 외부로부터 입력된 잎 영상은 잎자루가 위로 향하게 하여 가능한 비틀림이나 왜곡이 없도록 함이 바람직하다.
구체적으로, 먼저 입력된 잎 영상으로부터 잎몸과 배경을 분리한다. 이러한 잎 영상으로부터 잎몸과 배경을 분리할 때 이진화 연산을 이용할 수 있다. 예컨대, 잎 영상의 각 픽셀마다 기설정된 색상값 이상을 1로, 미만을 0으로 설정함으로써 잎 영상에 이진화 값을 설정한다. 이처럼 이진화된 잎 영상에서 잎몸에 해당하는 시작 픽셀을 설정한 후 그 설정된 시작 픽셀과 인접한 다수의 픽셀 간의 색상정보의 차이를 이용하여 잎몸을 분리하도록 한다. 만약, 입력된 잎 영상이 컬러 영상인 경우에는 단일 채널의 흑백 영상으로 변환한 후 이진화 연산을 수행하도록 한다. 이진화 연산을 통해 잎과 배경이 정확히 분리가 되기 위해서는 배경과 잎의 명암분포가 명확히 차이가 나는 잎 영상이 바람직하다.
이와 같이 이진화 연산으로 잎몸이 배경과 분리되면 잎몸의 윤곽선을 검출한다. 잎몸에 대한 윤곽선은 상기와 같이 이진화된 잎 영상에서 잎몸에 해당하는 시작 픽셀을 찾고, 주위 8방향 인접 픽셀 검사를 통해 윤곽에 해당하는 정보를 검출한다. 이때, 입력된 잎 영상에 잎자루가 있는지를 판단하고 잎자루가 있는 경우 잎자루를 기준으로 시작 픽셀을 찾고 잎자루가 없는 경우는 잎몸으로부터 처음 검출되는 픽셀을 시작점으로 하여 인접한 픽셀을 시계방향으로 탐색해 나가면서 도 4와 같이 잎몸의 윤곽선 정보를 검출한다
이어, 상기와 같이 검출된 잎몸 윤곽선에 대한 색상정보를 검출하고 잎몸 윤곽선의 색상정보 중 잎몸의 전체형상을 대표하는 다수의 특징점(pcontour)으로 근사화한 후, 이들 이웃의 특징점을 서로 연결하여 잎몸 형상을 추출하도록 한다.
도 5는 본 발명에 따른 컨투어 기반의 잎 형상의 계산과정을 보이는 예시도이다. 도 5(d)에서와 같이 근사화 임계값을 높여 특징점(pcontour)의 수를 줄이게 되면 볼록한(Convex) 잎몸과 오목한(Concave) 잎몸으로 나뉘게 되고, 이는 잎날 여부를 판단하는 데 활용할 수 있다. 잎날을 갖는 잎의 경우 잎맥 패턴을 생성할 때 주 잎맥이 잎날의 수만큼 추가되어야 하기 때문에 볼록한 잎의 돌출된 특징점(pconcave)은 별도로 저장하여 이후 잎맥 패턴 성장에 고려하도록 한다.
본 발명에 따른 디지털 잎 저작장치(100)는 도 6에 도시된 일례와 같이 잎몸 형상계산과정을 표시부(117)를 통해 표시함으로써 직관적인 구조에서 처리할 수 있도록 구현할 수 있다. 도 6은 윤곽선을 이용한 잎몸 형상 계산부터 특징기반 영상 워핑을 활용하여 다양한 잎몸 형상을 효과적으로 제작할 수 있는 사용자 인터페이스를 도시하고 있다. 사용자로부터 입력부(111)를 통해 근사화 임계값을 직접 입력받을 수 있고 근사화 정도도 입력받을 수 있다. 근사화된 윤곽선은 잎맥 패턴을 결정하는데 중요한 요소이기 때문에 사용자가 이를 제어할 수 있도록 제공하는 것이 중요하다.
계속해서, 잎몸 윤곽선 추출되면 잎몸 윤곽선을 변형하여 새로운 잎몸 이미지를 생성한다(S103). 구체적으로, 입력된 잎 영상으로부터 잎몸 영상이 추출되고 나면 특징기반의 영상 워핑(image warping)을 이용하여 특징점(pcontour)의 위치를 이동시켜 상기와 같이 추출된 잎몸의 윤곽선을 변형하도록 한다. 영상 워핑에 사용되는 특징은 잎몸 형상의 계산을 위해 검출된 근사화된 윤곽선을 제어선으로 정렬하여 제어선을 활용한 영상 워핑을 적용한다. 이러한 영상 워핑은 근사화된 윤곽선을 제어선으로 변화하는 과정은 제어선 기반의 잎몸 영상 워핑 방법을 활용할 수 있다. 이미 근사화된 윤곽선 특징점들은 순차적으로 저장되기 때문에 제어선을 계산하는 과정은 어렵지 않게 해결할 수 있다. 이를 위해 잎몸생성부(113)는 상기와 같이 근사화된 윤곽선을 도 7과 같이 제어선으로 변환하여 저장할 수 있도록 한다. 도 7은 본 발명에 따른 격자를 이용한 제어선 기반의 잎몸 형상 워핑 방법을 설명하는 도면이다.
이러한 제어선 기반 영상 워핑은 입력된 잎 영상에 대한 다수의 제어선을 설정하고, 입력부(111)를 통해 제어선의 이동요청이 입력되면 그 이동요청에 따라 제어선을 생성할 새로운 영상 이미지에 대응하도록 이동시킨 후 제어선의 이동에 따라 결정되는 새로운 영상 이미지를 결정하도록 한다. 제어선는 잎몸의 근사화된 윤곽선을 통해 자동을 계산된다. 따라서, 영상에서의 제어선만 결정되면 원하는 새로운 영상 이미지를 재생성할 수 있다.
본 발명에서는 2가지 방법으로서 영상에서의 제어선을 생성하도록 한다. 첫째, 대화식 구조를 통해 계산된 원본 제어선을 사용자가 입력부(111)를 통해 직접 선택 후 이동하는 방식으로 목적 제어선을 계산하는 방법이다. 이는 표시부(117) 상에 표시되는 원본영상과 제어선을 확인하고 입력부(111)를 통해 원하는 형태로 변형시키는 것이다. 다른 방법으로는 유사한 패턴의 잎몸 형상을 자동으로 제작하는 방법이다. 이는 도 7에 도시된 바와 같이, 잎몸 영상과 같은 크기의 가로 및 세로의 격자(Grid) 영역을 설정하고, 잎몸 영상에 대한 다수의 제어선을 설정한다. 이후에 다수의 제어선의 시작점 또는 끝점을 각각 인접한 격자의 4개의 교차점 중 선택된 하나의 교차점으로 이동시켜 제어선의 이동에 따라 결정되는 새로운 영상 이미지를 결정하도록 한다. 사용자가 동시에 생성하고자 하는 잎몸 형상이 많을 경우 입력부(111)를 통해 격자 간격을 다르게 설정하여 목적 제어선을 만들게 되면 유사하지만 다른 패턴의 잎몸을 동시에 생성할 수 있게 된다. 제어선의 움직임이 많을 경우 워핑과정에서 제어선의 안과 밖이 꼬이는 현상이 발생하여 잎몸 영상이 훼손될 가능성이 존재하기 때문에 영상의 훼손이 발생하지 않는 최대범위 내의 격자를 사용함으로써 다수의 잎몸 형상을 동시에 자동으로 계산할 수 있도록 한다. 도 7에서와 같이 윤곽선의 근사화 정도와 격자의 간격만 입력부(111)를 통해 사용자로부터 입력받고, 상기 영상 이미지 생성은 자동으로 계산된다. 이러한 대화식 구조를 통해 사용자는 원하는 잎몸 형상이 변형되는 과정을 표시부(117)에 표시하여 사용자가 확인할 수 있도록 한다.
상기와 같은 과정을 통해 도 3의 (a)와 같은 다양한 잎몸 형상을 제작할 수 있다.
계속해서, 도 2를 참조하면 상기와 같이 생성된 잎몸 이미지에 기선택된 잎맥을 성장시킨다(S105). 잎맥은 시작점으로부터 절차적인 과정을 통해 목적점으로 성장해 나가면서 결정된다. 이때, 시작점과 목적점은 잎의 옥신으로 설정한다. 뿐만 아니라 잎맥의 성장 지점도 옥신으로 설정하여 사용한다. 옥신은 나무의 가지나 잎맥의 성장에 관여하는 식물 성장 호르몬의 일종이다. 따라서, 본 발명에서는 잎맥 곡선 패턴의 성장과정을 제어하는 각 지점을 옥신으로 설정함으로써 보다 자연스러운 잎맥 형성이 가능하도록 한다. 여기서, 입력된 잎 영상에 잎자루가 존재할 경우 잎자루의 위치를 시작점의 위치로 설정한다. 하지만, 잎자루가 없는 잎 영상에서는 입력부(111)를 통해 사용자로부터 입력되는 시작점 또는 잎자루가 위치할 수 있는 윤곽선 중앙 상단의 특징점을 시작점으로 설정할 수 있다. 이와 같이 잎맥의 시작점과 목적점이 설정되면 시작점에서 목적점까지 잎맥의 패턴을 결정하기 위한 다수의 성장경로 지점을 계산하고, 이러한 성장경로 지점을 연결하여 주잎맥 및 곁잎맥의 패턴을 성장시킨다.
이때, 본 발명의 실시 예에서는 컨투어(contour) 기반의 잎맥 패턴 알고리즘을 이용하여 주잎맥, 곁잎맥을 성장시키도록 한다. 하기 수학식 1은 시작점(
Figure 112016035257979-pat00018
)으로부터 목적점(
Figure 112016035257979-pat00019
)이 절차적으로 성장하는 과정에서 잎맥 패턴을 결정하는 성장경로 지점(
Figure 112016035257979-pat00020
)을 계산하는 방법을 성장모델이다.
Figure 112016035257979-pat00021
Figure 112016035257979-pat00022
Figure 112016035257979-pat00023
여기서,
Figure 112016035257979-pat00024
: 잎맥의 시작점,
Figure 112016035257979-pat00025
: 0번째 성장경로 지점(
Figure 112016035257979-pat00026
와 같음),
Figure 112016035257979-pat00027
: i번째 성장경로 지점,
Figure 112016035257979-pat00028
: i번째 성장방향 벡터,
Figure 112016035257979-pat00029
: 잎맥의 목적점,
Figure 112016035257979-pat00030
: i번째 성장방향 벡터의 길이,
Figure 112016035257979-pat00031
: i번째 성장경로 지점의 회전성분,
Figure 112016035257979-pat00032
: i번째 성장경로 지점의 회전성분을 이용하여 성장방향을 회전하는 회전값,
Figure 112016035257979-pat00033
: i번째 성장방향 벡터의 길이성분이다.
Figure 112016035257979-pat00034
와
Figure 112016035257979-pat00035
의 값에 따라 잎맥이 곧게 뻗어나가는지 휘어져 가는지가 결정된다. 그리고, 계산된 모든 성장경로 지점을 제어점들로 설정하여, 이를 기반으로 베지어 곡선(bezier curve)을 만들어 잎맥을 자연스러운 곡선으로 표현하도록 계산한다. 즉, 이러한 매개변수들은 하나의 동일한 잎몸 내에서 다양한 잎맥 패턴을 만드는데 활용된다. 본 발명에서는 잎맥 패턴의 방향, 길이 곡선의 분할 단계를 사용자가 입력부(111)를 통해 직접 입력할 수 있도록 기능을 제공함으로써 다양한 잎맥 패턴을 효과적으로 제작할 수 있다. 도 8은 잎맥 패턴을 제어하기 위한 사용자 인터페이스로 잎맥 패턴의 성장 과정을 표시부(117)를 통해 절차적으로 확인할 수 있다. 즉, 도 8의 (a) 및 (b)와 같이 근사화 임계값을 다르게 설정할 경우 곁 잎맥을 형성하는 목적점의 개수가 달라지기 때문에 곁잎맥의 패턴이 달라지게 된다. 또한, 도 8의 (c) 및 (d)와 같이 성장 매개변수들을 사용자가 입력부(111)를 통해 대화식 구조로 제어함으로써 다른 연출의 잎맥을 생성할 수 있도록 한다. 이 역시 이들 성장 매개변수들만 직접 입력받으면 다른 기능들은 모두 자동으로 계산되도록 한다.
한편, 새로 생성된 잎몸 이미지에 잎날이 존재하는 경우 잎날 검사과정에서 계산된 정점(pconcave)들을 주잎맥의 목적점으로 설정하면 주잎맥의 패턴이 잎날에 맞게 향하도록 정의할 수 있다. 도 8의 (c) 및 (d)는 기본 잎몸뿐 아니라 잎날이 존재하는 잎 역시 위의 성장모델을 통해 생성할 수 있음을 나타낸 것이다. 종래의 알고리즘을 토대로 성장매개변수를 계산하여 잎맥을 절차적으로 생성하는 것은 잎맥 성장 중에는 수정과 편집이 불가능하지만, 본 발명에서는 사용자가 입력부(111)를 통해 대화식 방식으로 필요한 성장 매개변수를 입력함으로써 보다 다양한 패턴의 잎맥을 생성할 수 있도록 할 수 있다.
상기 S105 단계는 상기와 같이 주잎맥 및 곁잎맥의 패턴을 형성하는 단계 이후에, 정규분포를 갖는 가우시안 잡음(Gaussian Noise)을 이용하여 상기 잎몸의 이미지에 임의의 화소를 선택하고, 상기와 같이 각각 계산된 성장경로 지점(
Figure 112016035257979-pat00036
)과 베지어 곡선(bezier curve)를 구성하는 점들을 시작점으로 하여 가장 가까운 위치의 화소를 선으로 연결한 후 그 연결된 화소와 가장 가까운 거리의 화소를 반복적으로 선택하여 선으로 연결하여 그물맥을 형성하는 단계를 포함한다. 구체적으로, 주잎맥과 곁잎맥은 잎맥의 큰 줄기를 나타내는 것이기 때문에 잎몸 형상에 적합한 패턴을 만드는 것이 중요하다. 하지만, 잎 표면의 조직구조와 같은 작은 그물맥은 불규칙하게 잎 전체에 분포한다. 이를 위해 본 발명에서는 정규분포를 갖는 가우시안 잡음을 활용하여 잎 표면에 임의의 화소를 선택하고, 임펄스 잡음과 같은 방식으로 선택된 화소를 표시한다. 그리고 주잎맥 및 곁잎맥 생성과정에서 계산된 다수의 성장경로 지점(
Figure 112016035257979-pat00037
)들과 베지어 곡선을 구성하는 모든 점들을 시작점으로 하여 가장 가까운 위치에 화소를 찾아 이들을 선으로 연결한다. 이후에, 이처럼 연결된 화소와 가장 가까운 거리의 화소를 반복적으로 선택하여 선으로 연결해나감으로써 자연스럽게 그물맥을 형성시키도록 한다. 도 9는 본 발명에 따른 옥신 분포와 다수의 그물맥들을 만드는 과정을 도시한다.
이와 같이 상기한 방법으로 잎맥의 절차적 모델링으로 잎몸에 적합하고 자연스러운 잎맥 패턴이 단계적으로 성장하여 디지털 잎을 생성시키도록 하며, 도 3의 (b)에는 4가지 종류의 잎몸 모두 잎몸에 적합한 잎맥 패턴이 생성되었음을 알 수 있다.
이후에, 잎몸 및 잎맥에 색상을 각각 부가하여 최종 잎을 생성한다(S107). 잎의 자연스러운 생성을 위해서는 잎몸과 잎맥만큼이나 색상 모델을 정의하는 것이 중요하다. 종래기술에서는 대부분 하나의 잎이 물리적으로 변화되는 과정을 관찰하고 실험하는 것에 초점이 맞추어져 있어 다수의 다양한 잎을 동시에 효과적으로 표현하기에 한계가 있다. 이에 본 발명에서는 다수의 잎으로 구성된 식물에서 다양한 잎의 색상패턴을 일반화된 식으로 효율적으로 표현하는 수리모델 기반의 시각화 방법을 제공한다. 특히, 기존의 잎의 색상 표현방법과 수리모델을 결합한 잎 텍스쳐 합성 방법을 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 실시 예에서 제안하는 수리모델(mathematical model)은 자연수(k)의 약수를 찾고, 각 약수를 α제곱승한 값들을 합하여 계산되는 약수 함수(
Figure 112016035257979-pat00038
)와 이들의 조합으로 구성된 합성곱을 이용한다. 약수함수의 합성곱은 하기 수학시 2와 같다.
Figure 112016035257979-pat00039
여기서,
Figure 112016035257979-pat00040
: 1부터 N-1까지 k의 약수들을 1제곱승하여 더한 합,
Figure 112016035257979-pat00041
: 1부터 N-1까지 k의 약수들을 3제곱승하여 더한 합이다.
본 발명에서는 공지된 생성함수를 불규칙한 잎의 색상분포를 일반화하도록 하여 사용자가 원하는 색상 값을 입력부(111)를 통해 선택하면 이를 기반으로 다양한 색상 패턴을 자동으로 계산하도록 한다. 우선, 임의의 색상변화 간격(N)이 주어지면 상기 수학식 2를 이용하여 도 10과 같은 합성곱이 단계별로 계산되는 것이다. 도 10은 본 발명에 따른 수리모델 기반의 잎 색상 모델로서 잎의 형상에 따라 단계적으로 합성곱으로 계산된 색상을 나타낸다. 여기서, 사용자가 입력부(111)를 통해 입력한 색상값(cs,ca)을 토대로 임의의 중간값들을 단계별 합성곱값을 보간하여 새로운 색들로 계산한다. 하기 수학식 3은 이를 나타낸다.
Figure 112016035257979-pat00042
여기서, cs : 사용자가 입력한 시작 색상 값, cd : 사용자가 입력한 목적 색상 값, ck : cs, cd로부터 계산되는 k번째 픽셀의 색상 값, dmax : 약수함수의 합성곱을 통해 계산된 값들 중 최대 값, dmin : 약수함수의 합성곱을 통해 계산된 값들 중 최소 값, dk : k번째 구간의 합성곱 값이다.
상기 수학식 3을 이용하여 사용자가 입력부(111)를 통해 입력한 구간(k)에서 합성곱의 최소 값(dmin), 최대 값(dmax)을 찾고, 현재 픽셀의 합성곱 값(dk)에 대한 가중치를 통해 도 9와 같이 사용자가 입력한 색상 값의 중간 색상 값을 계산한다. 이는 결국 두 가지 색을 가지고 N개의 불규칙한 색상 패턴을 만들 수 있다. 이는 하나의 잎에 대해서 N개의 불규칙한 잎을 만들 수 있게 되는 것이다. 도 11은 사용자로부터 원하는 색을 마우스로 직접 선택하고 색상변화 간격을 입력받아 약수함수의 합성곱을 기반으로 N개의 불규칙한 색상 테이블을 만드는 과정을 도시한다.
이와 같이 생성된 수리모델 기반의 색상 테이블과 기설정된 노이즈 맵 및 잎맥 확산 맵을 각각의 텍스쳐로 설정하고, 이들 텍스쳐들을 합성하여 자연스러운 최종 잎 텍스쳐를 생성한다. 이때, 중요한 것은 펄린 노이즈((Perlin Noise)를 활용하여 생성된 노이즈 텍스쳐의 명암값과 수리모델기반의 색상 테이블을 대응시킨다는 것이다. 약수함수의 합성곱의 최소 값, 최대 값 사이의 구간과 0~255 사이의 노이즈 텍스쳐 구간을 일치시켜 노이즈 텍스쳐의 위치에 색상 테이블의 색이 대응되어 할당될 수 있도록 한다. 도 12는 자동 생성된 노이즈 텍스쳐에 도 11의 색상 테이블의 한 구간의 색을 할당하여 잎의 색을 만든 결과를 도시한다. 그리고, 여기에 잎맥 확산 텍스쳐를 합성하여 완성된 최종 잎 영상을 만든다.
예컨대, 도 3의 (c)는 일례로 사용자가 입력한 두 색으로 만들어내는 다양한 패턴의 잎을 나나낸 것이며, 도 3의 (d)는 본 발명에 따라 제작된 잎을 텍스쳐로 하여 3차원 장면으로 렌더링한 결과이다.
도 13은 본 발명에 따른 불규칙한 패턴의 다양한 다수의 잎을 효과적으로 나타낸 잎 이미지의 예시도이다. 본 발명에 따라 제작된 잎 텍스쳐를 저장하여 게임, 애니메이션 등 다양한 3차원 영상 콘테츠 제작 분야에 활용 가능하도록 할 수 있으며, 여기서, N개의 생상 테이블을 갖는 잎을 동시에 텍스텨로 제작하는 기능을 제공함으로써 불규책한 패턴의 다양한 잎을 효과적으로 저작 및 제어할 수 있도록 한다. 도 14는 본 발명에 의해 제작된 디지털 잎과 실제 잎을 비교한 도면이다. 도 14에 도시된 바와 같이 본 발명에 따라 제작된 잎의 경우 사실적인 잎맥 패턴을 효과적으로 생성할 수 있음을 확인할 수 있고, 이에 따라 실제 잎 영상과 비교해 볼 때 실질적으로 거의 동일한 수준임을 알 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
111 : 입력부 112 : 윤곽선추출부
113 : 잎몸생성부 114 : 잎맥성장부
115 : 색상부가부 116 : 잎합성부
117 : 표시부 118 : 제어부

Claims (17)

  1. 입력된 잎 영상에서 잎몸 윤곽선을 추출하여 잎몸 영상을 추출하는 제1단계;
    상기 잎몸 윤곽선을 변형하여 새로운 잎몸 이미지를 생성하는 제2단계;
    상기 생성된 잎몸 이미지에 기선택된 잎맥을 성장시키는 제3단계; 및
    상기 잎몸 및 잎맥에 색상을 각각 부가하여 최종 잎을 생성하는 제4단계를 포함하고,
    상기 제1단계는, 상기 입력된 잎 영상으로부터 잎몸과 배경을 분리하는 단계와, 상기 분리된 잎몸의 윤곽선을 검출하되, 상기 입력된 잎 영상에 잎자루가 있으면 잎자루를 기준으로 시작 픽셀을 찾고 잎자루가 없으면 잎몸으로부터 처음 검출되는 픽셀을 시작점으로 하여 인접한 픽셀을 시계방향으로 탐색해 나가면서 상기 잎몸의 윤곽선을 검출하는 단계와, 상기 검출된 잎몸의 윤곽선 중 잎몸의 전체형상을 대표하는 다수의 특징점으로 근사화하는 단계와, 상기 다수의 특징점 중 이웃의 특징점을 서로 연결하여 상기 잎몸 영상을 추출하는 단계를 포함하고,
    상기 제2단계는, 특징기반의 영상 워핑(image warping)을 이용하여 상기 특징점의 위치를 이동시켜 상기 추출된 잎몸 영상의 윤곽선을 변형하여 새로운 잎몸 영상을 추출하되, 상기 추출된 잎몸 영상에 가로 및 세로로 다수의 격자를 설정하는 단계와, 상기 입력된 잎 영상에 대한 다수의 제어선을 설정하는 단계와, 상기 제어선의 이동요청이 입력되면 상기 이동요청에 따라 상기 다수의 제어선의 시작점 또는 끝점을 각각 인접한 격자의 4개의 교차점 중 선택된 하나의 교차점으로 이동시키는 단계와, 상기 제어선의 이동에 따라 결정되는 상기 새로운 잎몸 이미지를 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 격자의 설정은 상기 영상 워핑 과정에서 상기 이동하는 제어선의 안과 밖이 서로 꼬이지 않는 최대범위 내의 격자를 설정하는 디지털 잎 저작 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 잎몸과 배경을 분리하는 단계는,
    상기 입력된 잎 영상에 이진화 연산을 수행하는 단계;
    상기 이진화된 잎 영상에서 잎몸에 해당하는 시작 픽셀을 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 시작 픽셀과 인접한 다수의 픽셀 간의 색상정보의 차이를 이용하여 상기 잎몸을 분리하는 단계를 포함하는 디지털 잎 저작 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는,
    상기 잎몸 이미지에서 잎맥의 시작점과 목적점을 각각 설정하는 단계;
    상기 잎맥의 시작점에서 목적점까지 상기 잎맥의 패턴을 결정하기 위한 다수의 성장경로 지점을 계산하는 단계; 및
    상기 성장경로 지점을 연결하여 주잎맥 및 곁잎맥의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 디지털 잎 저작 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 성장 경로지점은 하기 수학식의 성장모델을 이용하여 계산되는 디지털 잎 저작 방법.
    Figure 112016035257979-pat00043

    Figure 112016035257979-pat00044

    Figure 112016035257979-pat00045

    (
    Figure 112016035257979-pat00046
    : 잎맥의 시작점,
    Figure 112016035257979-pat00047
    : 0번째 성장경로 지점(
    Figure 112016035257979-pat00048
    와 같음),
    Figure 112016035257979-pat00049
    : i번째 성장경로 지점,
    Figure 112016035257979-pat00050
    : i번째 성장방향 벡터,
    Figure 112016035257979-pat00051
    : 잎맥의 목적점,
    Figure 112016035257979-pat00052
    : i번째 성장방향 벡터의 길이,
    Figure 112016035257979-pat00053
    : i번째 성장경로 지점의 회전성분,
    Figure 112016035257979-pat00054
    : i번째 성장경로 지점의 회전성분을 이용하여 성장방향을 회전하는 회전값,
    Figure 112016035257979-pat00055
    : i번째 성장방향 벡터의 길이성분)
  10. 제8항에 있어서, 상기 주잎맥 및 곁잎맥의 패턴을 형성하는 단계 이후에,
    정규분포를 갖는 가우시안 잡음(Gaussian Noise)을 이용하여 상기 잎몸의 이미지에 임의의 화소를 선택하는 단계;
    계산된 각 성장경로 지점(
    Figure 112016035257979-pat00056
    )과 베지어 곡선(bezier curve)를 구성하는 점들을 시작점으로 하여 가장 가까운 위치의 화소를 선으로 연결하는 단계; 및
    상기 연결된 화소와 가장 가까운 거리의 화소를 반복적으로 선택하여 선으로 연결하여 그물맥을 형성하는 단계를 포함하는 디지털 잎 저작 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제4단계는,
    기설정된 수리모델을 이용하여 다수의 단계별 색상 테이블을 생성하는 단계;
    상기 생성된 색상 테이블의 색상을 기설정된 노이즈 텍스쳐(texture)에 대응시는 단계;
    상기 색상이 대응된 노이즈 텍스쳐에 기설정된 잎맥 확산 텍스쳐를 합성하여 최종 잎을 생성하는 단계를 포함하는 디지털 잎 저작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    하기 수학식의 수리모델을 이용하여 다수의 단계별 색상을 갖는 색상 테이블을 생성하는 디지털 잎 저작 방법.
    Figure 112016035257979-pat00057

    (
    Figure 112016035257979-pat00058
    : 1부터 N-1까지 k의 약수들을 1제곱승하여 더한 합,
    Figure 112016035257979-pat00059
    : 1부터 N-1까지 k의 약수들을 3제곱승하여 더한 합)
  13. 제11항에 있어서, 상기 노이즈 텍스쳐(texture)에 대응시는 단계;
    펄린 노이즈(Perlin Noise)를 이용하여 생성된 노이즈 텍스쳐의 명암 값과 상기 수리모델의 색상 테이블을 대응시키는 디지털 잎 저작 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 노이즈 텍스쳐는 0~255 단계의 색상값을 갖는 디지털 잎 저작 방법.
  15. 입력된 잎 영상에서 잎몸 윤곽선을 추출하는 윤곽선추출부;
    상기 추출된 잎몸 윤곽선을 변형하여 새로운 잎몸 이미지를 생성하는 잎몸생성부;
    상기 생성된 잎몸 이미지에 기선택된 잎맥을 성장시키는 잎맥성장부;
    상기 잎몸 이미지 및 잎맥에 색상을 각각 부가하는 색상부가부; 및
    상기 색상이 부가된 잎몸 이미지 및 잎맥으로부터 최종 잎을 합성하는 합성부를 포함하고,
    상기 윤곽선추출부는, 상기 입력된 잎 영상으로부터 잎몸과 배경을 분리하는 단계와, 상기 분리된 잎몸의 윤곽선을 검출하되, 상기 입력된 잎 영상에 잎자루가 있으면 잎자루를 기준으로 시작 픽셀을 찾고 잎자루가 없으면 잎몸으로부터 처음 검출되는 픽셀을 시작점으로 하여 인접한 픽셀을 시계방향으로 탐색해 나가면서 상기 잎몸의 윤곽선을 검출하는 단계와, 상기 검출된 잎몸의 윤곽선 중 잎몸의 전체형상을 대표하는 다수의 특징점으로 근사화하는 단계와, 상기 다수의 특징점 중 이웃의 특징점을 서로 연결하여 상기 잎몸 영상을 추출하는 단계를 포함하고,
    상기 잎몸생성부는, 특징기반의 영상 워핑(image warping)을 이용하여 상기 특징점의 위치를 이동시켜 상기 추출된 잎몸 영상의 윤곽선을 변형하여 새로운 잎몸 영상을 추출하되, 상기 추출된 잎몸 영상에 가로 및 세로로 다수의 격자를 설정하는 단계와, 상기 입력된 잎 영상에 대한 다수의 제어선을 설정하는 단계와, 상기 제어선의 이동요청이 입력되면 상기 이동요청에 따라 상기 다수의 제어선의 시작점 또는 끝점을 각각 인접한 격자의 4개의 교차점 중 선택된 하나의 교차점으로 이동시키는 단계와, 상기 제어선의 이동에 따라 결정되는 상기 새로운 잎몸 이미지를 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 격자의 설정은 상기 영상 워핑 과정에서 상기 이동하는 제어선의 안과 밖이 서로 꼬이지 않는 최대범위 내의 격자를 설정하는 디지털 잎 저작 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 잎맥성장부는 상기 잎맥 주잎맥과 곁잎맥을 성장시켜 완성하는 디지털 잎 저작 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 잎맥성장부는 상기 곁잎맥에 연결된 다수의 그물맥을 확산시키는 디지털 잎 저작 장치.
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