KR102485498B1 - 광 시야각 홀로그램 생성 방법 및 장치 - Google Patents

광 시야각 홀로그램 생성 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

광 시야각 홀로그램 생성 방법 및 장치가 개시된다. 홀로그램 생성 방법은 광원의 방향에 따라 오브젝트의 3차원 정보에 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단계; 및 서로 다른 광원의 방향에 따라 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들을 중첩하여 최종 홀로그램 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

광 시야각 홀로그램 생성 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING HOLOGRAM WITH WIDE VIEWING ANGLE}
본 발명은 홀로그램 생성 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 컴퓨터 그래픽스 파이프라인과 파동광학 시뮬레이션을 접목하여 넓은 시야각을 표현가능한 홀로그램을 생성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
컴퓨터의 성능이 비약적으로 발전하면서 파동의 진행을 수치적으로 시뮬레이션하여 홀로그램을 생성하는 컴퓨터 생성 홀로그래피(Computer-Generated Holography; CGH) 기술이 대두되었다. CGH는 기존 실물 기반의 홀로그램으로는 표현하기 어려운 가상의 장면을 자유롭게 다룰 수 있다는 특징을 가질 뿐 아니라 방대한 양의 파동 진행 계산을 효율적으로 수행할 수 있는 알고리즘과 병렬처리 하드웨어가 지속적으로 등장하면서 더욱 주목받고 있다.
광파의 진행을 수치적으로 계산하기 위해서는 광파 회절의 물리적 모델을 수학적으로 표현해야 한다.
종래의 홀로그램 생성 방법은 입력 광파장(wavefield)을 유한한 개수의 점 광원으로 모사한 후, 입력 점 광원에서부터 퍼져 나가는 광파의 위상과 진폭을 대상 광파장의 각 지점에서 합산하는 Rayleigh-Sommerfeld 적분식을 이용하여 광파의 진행을 표현하였다. 그러나, 일반적인 3차원 물체는 평면 상의 점 광원 집합으로 표현될 수 없으며, 또한 평면 형태의 물체를 대상으로 할 경우에도 서로 다른 물체 간의 가려짐(occlusion) 문제를 해결하기는 어려우므로, Rayleigh-Sommerfeld 적분을 이용하는 종래의 홀로그램 생성 방법에서는 가려짐, 비균일적 쉐이딩 등의 가시성 문제(visibility problem)가 발생할 가능성이 있다.
따라서, 가려짐, 비균일적 쉐이딩을 해결하며, 넓은 시야각을 갖는 홀로그램을 생성하는 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 서로 다른 방향에서 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상들을 생성하고, 단위 복소 홀로그램 영상들을 중첩하여 최종 홀로그램 영상을 생성함으로써, 가려짐과 방향 의존적 쉐이딩을 지원하는 광시야각 디지털 홀로그램을 생성하는 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 렌더링 파이프 라인을 이용하여 서로 다른 방향에서 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상들을 생성함으로써, 컴퓨터 그래픽스 렌더링 파이프라인과 홀로그램 고속 계산의 결합을 통하여 다양한 홀로그램 콘텐츠를 빠르고 쉽게 제작하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 방법은 광원의 방향에 따라 오브젝트의 3차원 정보에 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단계; 및 서로 다른 광원의 방향에 따라 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들을 중첩하여 최종 홀로그램 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 방법은 상기 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 미만인 경우, 상기 광원의 방향을 변경하는 단계를 더 포함하고, 상기 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단계는, 상기 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 이상이 될 때까지 반복 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 방법은 기 설정된 방향들 중에서 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향이 존재하는 경우, 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향으로 상기 광원의 방향을 변경하는 단계를 더 포함하고, 상기 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단계는, 기 설정된 모든 방향에 대하여 상기 단위 복소 홀로그램 영상이 생성될 때까지 반복 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 방법의 단위 복소 홀로그램 영상은, 스캔라인(scanline) 기반의 하드웨어 렌더링에 의하여 고속으로 생성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 방법의 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단계는, 렌더링 파이프 라인에서 상기 오브젝트의 3차원 정보를 2차원 복소장에 투영하기 위한 정사영 행렬 및 전단 변형(shear) 행렬을 이용하여 빗각 투영 행렬을 결정하는 단계; 및 상기 오브젝트의 3차원 정보에 상기 빗각 투영 행렬을 적용하여 상기 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치는 광원의 방향에 따라 오브젝트의 3차원 정보에 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단위 홀로그램 영상 생성부; 및 서로 다른 광원의 방향에 따라 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들을 중첩하여 최종 홀로그램 영상을 생성하는 최종 홀로그램 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치는 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 미만인 경우, 상기 광원의 방향을 변경하는 광원 제어부를 더 포함하고, 상기 단위 홀로그램 영상 생성부는, 상기 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 이상이 될 때까지 서로 다른 광원의 방향에 대응하는 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 과정을 반복할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치는 기 설정된 방향들 중에서 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향이 존재하는 경우, 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향으로 상기 광원의 방향을 변경하는 광원 제어부를 더 포함하고, 상기 단위 홀로그램 영상 생성부는, 기 설정된 모든 방향에 대하여 상기 단위 복소 홀로그램 영상이 생성될 때까지 서로 다른 광원의 방향에 대응하는 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 과정을 반복할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 단위 복소 홀로그램 영상은, 스캔라인(scanline) 기반의 하드웨어 렌더링에 의하여 고속으로 생성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치의 단위 홀로그램 영상 생성부는, 렌더링 파이프 라인에서 상기 오브젝트의 3차원 정보를 2차원 복소장에 투영하기 위한 정사영 행렬 및 전단 변형(shear) 행렬을 이용하여 빗각 투영 행렬을 결정하고, 상기 오브젝트의 3차원 정보에 상기 빗각 투영 행렬을 적용하여 상기 단위 복소 홀로그램 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 서로 다른 방향에서 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상들을 생성하고, 단위 복소 홀로그램 영상들을 중첩하여 최종 홀로그램 영상을 생성함으로써, 가려짐과 방향 의존적 쉐이딩을 지원하는 광시야각 디지털 홀로그램을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 렌더링 파이프 라인을 이용하여 서로 다른 방향에서 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상들을 생성함으로써, 컴퓨터 그래픽스 렌더링 파이프라인과 홀로그램 고속 계산의 결합을 통하여 다양한 홀로그램 콘텐츠를 빠르고 쉽게 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 홀로그램 생성 장치에서 3차원 정보를 2차원 복소장으로 투영하는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치에서 빗각 투영 영상을 생성하는 방식의 일례이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치에 입력한 3차원 정보의 일례이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치가 도 4의 3차원 정보를 이용하여 생성한 최종 홀로그램 영상의 일례이다.
도 6은 도 5의 최종 홀로그램 영상으로부터 수치적 복원한 밝기 영상의 일례이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 장치를 도시한 도면이다.
홀로그램 생성 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 광원 제어부(110), 단위 홀로그램 영상 생성부(120), 및 최종 홀로그램 영상 생성부(130)를 포함할 수 있다. 이때, 단위 홀로그램 영상 생성부(120), 및 최종 홀로그램 영상 생성부(130)는 서로 다른 프로세서, 또는 하나의 프로세서에서 수행되는 프로그램에 포함된 각각의 모듈일 수 있다.
광원 제어부(110)는 광원(101), 및 카메라(102)에 제어 신호를 전달하기 위한 출력 인터페이스 및 카메라(102)로부터 오브젝트의 3차원 정보를 수신하기 위한 입력 인터페이스를 포함할 수 있다. 이때, 광원 제어부(110)는 카메라(102)로부터 카메라(102)가 오브젝트를 촬영하여 생성한 오브젝트의 3차원 정보를 수신하여 단위 홀로그램 영상 생성부(120)로 전달할 수 있다. 또한, 광원 제어부(110)는 단위 홀로그램 영상 생성부(120)의 요청에 따라 광원(101)의 방향을 변경하기 위한 제어 신호를 광원(101), 또는 광원(101)을 제어하는 제어 장치에게 전달할 수 있다.
단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 광원(101)의 방향에 따라 오브젝트의 3차원 정보에 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상을 생성할 수 있다. 예를 들어, 단위 복소 홀로그램 영상은 단위 홀로그램 영상 생성부(120)가 수행하는 스캔라인(scanline) 기반의 하드웨어 렌더링에 의하여 고속으로 생성될 수 있다. 그리고, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 렌더링 파이프 라인에서 오브젝트의 3차원 정보를 2차원 복소장에 투영하기 위하여 사용하여 정사영 행렬 및 전단 변형(shear) 행렬을 이용하여 빗각 투영 행렬을 결정하고, 오브젝트의 3차원 정보에 상기 빗각 투영 행렬을 적용하여 상기 단위 복소 홀로그램 영상을 생성할 수 있다.
이때, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)가 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 미만인 경우, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 광원 제어부(110)에게 광원(101)의 방향 변경을 요청할 수 있다. 그리고, 광원 제어부(110)는 요청에 따라 제어 신호를 생성하여 광원(101)의 방향을 변경할 수 있다. 이때, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 이상이 될 때까지 서로 다른 방향의 광원에 대응하는 단위 홀로그램 영상을 생성하는 동작을 반복 수행할 수 있다. 그리고, 기 설정된 개수의 단위 복소 홀로그램 영상이 생성된 경우, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 동작을 종료하고, 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들을 최종 홀로그램 영상 생성부(130)로 전달할 수 있다.
또한, 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되어야 하는 광원의 방향이 기 설정될 수 있다. 이때, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 기 설정된 방향들 중에서 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향이 존재하는지 여부를 확인할 수 있다.
기 설정된 방향들 중에서 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향이 존재하는 경우, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 광원 제어부(110)에게 광원(101)의 방향 변경을 요청할 수 있다. 그리고, 광원 제어부(110)는 요청에 따라 제어 신호를 생성하여 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향으로 광원(101)의 방향을 변경할 수 있다. 이때, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 기 설정된 모든 방향에 대하여 단위 복소 홀로그램 영상이 생성될 때까지 서로 다른 방향의 광원에 대응하는 단위 홀로그램 영상을 생성하는 동작을 반복 수행할 수 있다.
또한, 기 설정된 모든 방향에 대하여 단위 복소 홀로그램 영상이 생성된 경우, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 동작을 종료하고, 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들을 최종 홀로그램 영상 생성부(130)로 전달할 수 있다.
그리고, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 동작을 종료하고, 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들을 최종 홀로그램 영상 생성부(130)로 전달할 수 있다.
최종 홀로그램 영상 생성부(130)는 서로 다른 광원의 방향에 따라 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들을 중첩하여 최종 홀로그램 영상 영상을 생성할 수 있다.
홀로그램 생성 장치(100)는 서로 다른 방향에서 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상들을 생성하고, 단위 복소 홀로그램 영상들을 중첩하여 최종 홀로그램 영상을 생성함으로써, 가려짐과 방향 의존적 쉐이딩을 지원하는 광시야각 디지털 홀로그램을 생성할 수 있다.
또한, 홀로그램 생성 장치(100)는 렌더링 파이프 라인을 이용하여 서로 다른 방향에서 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상들을 생성함으로써, 컴퓨터 그래픽스 렌더링 파이프라인과 홀로그램 고속 계산의 결합을 통하여 다양한 홀로그램 콘텐츠를 빠르고 쉽게 제작할 수 있다.
도 2는 종래의 홀로그램 생성 장치에서 3차원 정보를 2차원 복소장으로 투영하는 과정을 도시한 도면이다.
예를 들어, 오브젝트의 3차원 입력 정보(210)는 실제 세계의 복잡한 형태를 간단한 선과 면 정보의 집합으로 모사하기 위한 3차원 다각형 메쉬일 수 있다. 이때, 3차원 다각형 메쉬는 2차원 표면을 정점과 정점 간의 연결 관계로 표현할 수 있다.
또한, 텍스처는 3차원 다각형 메쉬 표면의 상세한 색상 변화와 및 표면 방향의 분포를 정의하는 추가적인 정보이며, 고품질의 영상을 생성하기 위해 필수 정보일 수 있다.
그리고, 홀로그램 생성 장치(100)가 생성한 최종 홀로그램 영상은 2차원 평면(220) 위에 정의된 격자점에서의 복소수 집합일 수 있다. 이때, 각 격자점에서의 복소수는 3차원 입력 정보(210)로부터 전달된 광파 정보의 진폭 및 위상 값을 의미할 수 있다.
Rayleigh-Sommerfeld 적분은 3차원 입력 정보(210)를 무한히 작은 크기의 점 광원들(211, 212, 213)의 집합으로 재구성한 후, 각 점 광원들(211, 212, 213)에서 각 출력 픽셀(221)로 전파되는 광파를 더하는 방식이다. 이때, 점 광원의 개수가 충분하지 않을 경우, 3차원 입력 정보(210)는 원래의 형태와는 달리 빈 공간을 대량 포함하는 희소 점집합을 표현하게 된다. 희소 점집합이 표현되는 것을 방지하기 위해서는 일정 개수 이상의 점 광원 샘플이 요구된다. 또한, 모든 출력 픽셀에 대하여 적분 값을 계산해야 하므로, 막대한 계산량이 요구된다.
또한, Rayleigh-Sommerfeld 적분은 점 광원이 아무런 제한 없이 출력 평면까지 도달하는 것을 가정하고 있으므로 광시야각 홀로그램을 생성하기 위해서는 3차원 메쉬에 의해 점 광원이 차단되는 효과를 추가로 계산할 필요가 있다.
구체적으로, 종래의 홀로그램 생성 장치는 점 광원과 출력 픽셀을 연결하는 가상의 선분이 3차원 메쉬를 구성하는 각 다각형과 만나는지를 검사하는 충돌 체크(intersection check) 과정을 수행해야 하므로, 충돌 체크 과정에서 많은 계산량을 필요로 할 수 있다.
도 3은 동일한 3차원 물체(210)와 출력 평면이 있는 경우, 입력 광원의 방향(310, 320)에 따라 홀로그램 생성 장치(100)가 빗각 투영(oblique projection)을 적용하여 빗각 투영 영상을 생성하는 방식의 일례이다.
이때, 홀로그램 생성 장치(100)가 생성하는 빗각 투영 영상은 한 번의 렌더링 호출(render call)을 통하여 생성되므로 모든 점 광원-출력 픽셀 쌍 간에 별도의 계산이 이루어졌던 직접적인 Rayleigh-Sommerfeld 적분 계산에 비하여 효율이 더 좋을 수 있다.
또한, 홀로그램 생성 장치(100)가 광원의 방향 별로 생성하는 빗각 투영 영상은 스캔라인(scanline) 기반의 하드웨어 렌더링에 의하여 고속으로 생성되며 각 픽셀 별로 RGB의 색상과 8bit~32bit 해상도의 깊이 값을 가질 수 있다.
이때, 깊이 값으로부터 광파의 위상을 구할 수 있으므로 홀로그램 생성 장치(100)가 생성한 빗각 투영 영상은 특정 방향을 향하는 단위 복소 홀로그램 영상이 될 수 있다.
그리고, 홀로그램 생성 장치(100)는 복소 홀로그램 영상들을 모든 방향에 대하여 중첩함으로써 최종 홀로그램 영상을 생성할 수 있다.
이때, 각도의 범위에 따라서는 생성해야 하는 복소 홀로그램 영상들의 개수가 과도하게 증가할 수 있으므로, 홀로그램 생성 장치(100)는 홀로그램 품질과 계산량 간의 트레이드오프에 따라 결정된 방향들 또는 복소 홀로그램 영상들의 개수를 저장할 수 있다. 인간의 나안은 망막 중심부를 기준으로 할 때 약 1초(1/60도)의 각해상도를 가진다. 예를 들어, 픽셀 피치가 8μm인 공간 광 변조기를 가정하면 시야각은 약 2.36도이며, 2.36°/1’=142이다. 따라서, 해당 공간 광 변조기에서 사용할 최종 홀로그램 영상을 생성하기 위해서는 각 축 방향으로 약 142개의 복소 홀로그램 영상들이 필요할 수 있다.
그리고, 컴퓨터 그래픽스 렌더링 파이프라인에서 투영 과정은 4x4 행렬 곱으로 표현된다. 예를 들어, 렌더링 파이프 라인에서 상기 오브젝트의 3차원 정보를 2차원 복소장에 투영하기 위한 정사영 행렬은 수학식 1에 도시된 바와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112019135516533-pat00001
이 때 r, l, t, b, n, f는 각각 홀로그램 영상이 이루는 가시화 절두체(view frustum)의 right, left, top, bottom, near, far 파라미터일 수 있다.
그리고, 홀로그램 생성 장치(100)는 빗각 투영을 표현하기 위하여 전단 변형(shear) 행렬을 사용할 수 있다. 예를 들어, 렌더링하고자 하는 빗각 투영의 각도가 x축 방향으로 θ, y축 방향으로 Φ 인 경우, 전단 변형 행렬은 수학식 2에 도시된 바와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112019135516533-pat00002
그리고, 홀로그램 생성 장치(100)가 빗각 투영 영상을 생성하기 위하여 사용하는 빗각 투영 행렬은 H(전단 변형 행렬) * P(정사영 행렬)일 수 있다 즉, 홀로그램 생성 장치(100)는 투영 행렬을 빗각 투영 행렬로 대체하여 빗각 투영을 적용함으로써, 하드웨어 렌더링 파이프라인을 통해 빗각 투영 영상을 빠르게 생성할 수 있다.
예를 들어, 홀로그램 생성 장치(100)가 도 4에 도시된 바와 같이 재질이 램버시안(Lambertian) 표면으로 정의된 유타 티포트(Utah teapot)의 3차원 정보를 입력받는 경우, 홀로그램 생성 장치(100)는 490,000개의 빗각 투영 영상을 중첩하여 얻은 도 5에 도시된 바와 같은 최종 홀로그램 영상을 생성할 수 있다. 그리고, 도 5의 최종 홀로그램 영상은 프레넬 전파(Fresnel propagation)를 통한 수치적 복원에 의하여 도 6에 도시된 바와 같은 밝기 영상으로 복원될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 홀로그램 생성 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(710)에서 광원 제어부(110)는 광원(101)의 방향을 변경하기 위한 제어 신호를 광원(101), 또는 광원(101)을 제어하는 제어 장치에게 전달하여 광원(101)의 방향을 변경할 수 있다. 구체적으로, 홀로그램 생성 장치(100)가 구동한 경우, 광원 제어부(110)는 광원(101)의 방향이 디폴트 방향, 또는 초기 방향과 동일한 방향인지 여부를 확인하고, 광원(101)의 방향이 디폴트 방향, 또는 초기 방향과 서로 다른 경우, 광원(101)의 방향이 디폴트 방향, 또는 초기 방향과 동일해지도록 광원(101)의 방향을 변경시킬 수 있다.
단계(720)에서 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 단계(710)에서 변경된 광원(101)의 방향에 따라 오브젝트의 3차원 정보에 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상을 생성할 수 있다. 이때, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 렌더링 파이프 라인에서 오브젝트의 3차원 정보를 2차원 복소장에 투영하기 위하여 사용하여 정사영 행렬 및 전단 변형(shear) 행렬을 이용하여 빗각 투영 행렬을 결정하고, 오브젝트의 3차원 정보에 상기 빗각 투영 행렬을 적용하여 상기 단위 복소 홀로그램 영상을 생성할 수 있다.
단계(730)에서 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 모든 방향에 대한 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되었는지 여부를 확인할 수 있다. 구체적으로, 단계(720)의 반복 수행에 따라 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 이상인 경우, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 모든 방향에 대한 단위 복소 홀로그램 영상이 생성된 것으로 판단할 수 있다. 반면, 단계(720)의 반복 수행에 따라 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 미만인 경우, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 모든 방향에 대한 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
또한, 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되어야 하는 광원의 방향이 기 설정될 수 있다. 이때, 기 설정된 모든 방향에 대하여 단위 복소 홀로그램 영상이 생성된 경우, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 모든 방향에 대한 단위 복소 홀로그램 영상이 생성된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 기 설정된 방향들 중에서 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향이 존재하는 경우, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 모든 방향에 대한 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않은 것으로 판단할 수 있다.
모든 방향에 대한 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않은 경우, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 광원 제어부(110)에게 광원(101)의 방향 변경을 요청할 수 있다 그리고, 광원 제어부(110)는 단계(710)을 수행하며, 요청에 따라 제어 신호를 생성하여 광원(101)의 방향을 변경할 수 있다. 이때, 그리고, 광원 제어부(110)는 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향으로 광원(101)의 방향을 변경할 수 있다. 그리고, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 모든 방향에 대한 단위 복소 홀로그램 영상이 생성될 때까지 서로 다른 방향의 광원에 대응하는 단위 홀로그램 영상을 생성하는 동작을 반복 수행할 수 있다.
모든 방향에 대한 단위 복소 홀로그램 영상이 생성된 경우, 단위 홀로그램 영상 생성부(120)는 단계(720)에서 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들을 최종 홀로그램 영상 생성부(130)로 전달하며 단계(740)이 수행되도록 할 수 있다.
단계(740)에서 최종 홀로그램 영상 생성부(130)는 단계(720)에서 서로 다른 광원의 방향에 따라 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들을 중첩하여 최종 홀로그램 영상 영상을 생성할 수 있다.
본 발명은 서로 다른 방향에서 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상들을 생성하고, 단위 복소 홀로그램 영상들을 중첩하여 최종 홀로그램 영상을 생성함으로써, 가려짐과 방향 의존적 쉐이딩을 지원하는 광시야각 디지털 홀로그램을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명은 렌더링 파이프 라인을 이용하여 서로 다른 방향에서 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상들을 생성함으로써, 컴퓨터 그래픽스 렌더링 파이프라인과 홀로그램 고속 계산의 결합을 통하여 다양한 홀로그램 콘텐츠를 빠르고 쉽게 제작할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 홀로그램 생성 장치 또는 홀로그램 생성 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성되어 마그네틱 저장매체, 광학적 판독매체, 디지털 저장매체 등 다양한 기록 매체로도 구현될 수 있다.
본 명세서에 설명된 각종 기술들의 구현들은 디지털 전자 회로조직으로, 또는 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어로, 또는 그들의 조합들로 구현될 수 있다. 구현들은 데이터 처리 장치, 예를 들어 프로그램가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다수의 컴퓨터들의 동작에 의한 처리를 위해, 또는 이 동작을 제어하기 위해, 컴퓨터 프로그램 제품, 예를 들어 기계 판독가능 저장 장치(컴퓨터 판독가능 매체)에서 유형적으로 구체화된 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수 있다. 상술한 컴퓨터 프로그램(들)과 같은 컴퓨터 프로그램은 컴파일된 또는 인터프리트된 언어들을 포함하는 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 독립형 프로그램으로서 또는 모듈, 구성요소, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적절한 다른 유닛으로서 포함하는 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에서 하나의 컴퓨터 또는 다수의 컴퓨터들 상에서 처리되도록 또는 다수의 사이트들에 걸쳐 분배되고 통신 네트워크에 의해 상호 연결되도록 전개될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 처리에 적절한 프로세서들은 예로서, 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서들 둘 다, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 다로부터 명령어들 및 데이터를 수신할 것이다. 컴퓨터의 요소들은 명령어들을 실행하는 적어도 하나의 프로세서 및 명령어들 및 데이터를 저장하는 하나 이상의 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대량 저장 장치들, 예를 들어 자기, 자기-광 디스크들, 또는 광 디스크들을 포함할 수 있거나, 이것들로부터 데이터를 수신하거나 이것들에 데이터를 송신하거나 또는 양쪽으로 되도록 결합될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어들 및 데이터를 구체화하는데 적절한 정보 캐리어들은 예로서 반도체 메모리 장치들, 예를 들어, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory), DVD(Digital Video Disk)와 같은 광 기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 롬(ROM, Read Only Memory), 램(RAM, Random Access Memory), 플래시 메모리, EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 등을 포함한다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로조직에 의해 보충되거나, 이에 포함될 수 있다.
또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용매체일 수 있고, 컴퓨터 저장매체를 모두 포함할 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 홀로그램 생성 장치
101: 광원
110: 광원 제어부
120: 단위 홀로그램 영상 생성부
130: 최종 홀로그램 생성부

Claims (11)

  1. 광원의 방향에 따라 오브젝트의 3차원 정보에 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단계; 및
    서로 다른 광원의 방향에 따라 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들을 중첩하여 최종 홀로그램 영상을 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단계는,
    렌더링 파이프 라인에서 상기 오브젝트의 3차원 정보를 2차원 복소장에 투영하기 위한 정사영 행렬 및 전단 변형(shear) 행렬을 이용하여 빗각 투영 행렬을 결정하는 단계; 및
    상기 오브젝트의 3차원 정보에 상기 빗각 투영 행렬을 적용하여 상기 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 홀로그램 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 미만인 경우, 상기 광원의 방향을 변경하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단계는,
    상기 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 이상이 될 때까지 반복 수행되는 홀로그램 생성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    기 설정된 방향들 중에서 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향이 존재하는 경우, 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향으로 상기 광원의 방향을 변경하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단계는,
    기 설정된 모든 방향에 대하여 상기 단위 복소 홀로그램 영상이 생성될 때까지 반복 수행되는 홀로그램 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단위 복소 홀로그램 영상은,
    스캔라인(scanline) 기반의 하드웨어 렌더링에 의하여 고속으로 생성되는 홀로그램 생성 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
  7. 광원의 방향에 따라 오브젝트의 3차원 정보에 빗각 투영을 적용하여 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 단위 홀로그램 영상 생성부; 및
    서로 다른 광원의 방향에 따라 생성한 단위 복소 홀로그램 영상들을 중첩하여 최종 홀로그램 영상을 생성하는 최종 홀로그램 생성부
    를 포함하고,
    상기 단위 홀로그램 영상 생성부는,
    렌더링 파이프 라인에서 상기 오브젝트의 3차원 정보를 2차원 복소장에 투영하기 위한 정사영 행렬 및 전단 변형(shear) 행렬을 이용하여 빗각 투영 행렬을 결정하고, 상기 오브젝트의 3차원 정보에 상기 빗각 투영 행렬을 적용하여 상기 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 홀로그램 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 미만인 경우, 상기 광원의 방향을 변경하는 광원 제어부
    를 더 포함하고,
    상기 단위 홀로그램 영상 생성부는,
    상기 단위 복소 홀로그램 영상들의 개수가 기 설정된 개수 이상이 될 때까지 서로 다른 광원의 방향에 대응하는 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 과정을 반복하는 홀로그램 생성 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    기 설정된 방향들 중에서 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향이 존재하는 경우, 단위 복소 홀로그램 영상이 생성되지 않는 방향으로 상기 광원의 방향을 변경하는 광원 제어부
    를 더 포함하고,
    상기 단위 홀로그램 영상 생성부는,
    기 설정된 모든 방향에 대하여 상기 단위 복소 홀로그램 영상이 생성될 때까지 서로 다른 광원의 방향에 대응하는 단위 복소 홀로그램 영상을 생성하는 과정을 반복하는 홀로그램 생성 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 단위 복소 홀로그램 영상은,
    스캔라인(scanline) 기반의 하드웨어 렌더링에 의하여 고속으로 생성되는 홀로그램 생성 장치.
  11. 삭제
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