KR20050054729A - Virtual hdr camera for creating hdri for virtual environment - Google Patents
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Abstract
본 발명은 래디언스(Radiance)와 같은 렌더링 시스템을 통해 얻어진 렌더링 결과를 이용하여 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하도록 하는 가상 HDR 카메라에 관한 것이다. The present invention relates to a virtual HDR camera for generating HDRI for a virtual space using rendering results obtained through a rendering system such as Radiance.
본 발명은 가상 HDR 카메라의 촬영에 필요한 파라미터들을 설정하는 촬영 파라미터 제어 모듈과, 상기 설정된 촬영 파라미터 값들을 통해, 렌더링된 영상과 파라미터 값들을 제어 관리하는 제어 및 관리 모듈과, 상기 제어 및 관리 모듈로부터의 렌더링 결과 영상 및 촬영 파라미터 값들을 통해 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하는 HDRI 생성 모듈과, 외부 툴 및 렌더러와의 인터페이스를 제공하는 툴 인터페이스 모듈로 구성된다. The present invention provides a photographing parameter control module for setting parameters necessary for photographing a virtual HDR camera, a control and management module for controlling and managing rendered images and parameter values through the set photographing parameter values, and a control and management module. It consists of a HDRI generation module for generating an HDRI for the virtual space through the rendering result of the image and the shooting parameter values, and a tool interface module for providing an interface with external tools and renderers.
Description
본 발명은 가상 HDR 카메라에 관한 것이며, 보다 상세히는 래디언스(Radiance)와 같은 렌더링 시스템을 통해 얻어진 렌더링 결과를 이용하여 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하도록 하는 가상 HDR 카메라에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a virtual HDR camera, and more particularly, to a virtual HDR camera for generating an HDRI for a virtual space by using a rendering result obtained through a rendering system such as Radiance.
최근, 가상 물체의 렌더링 및 실사(real image)와의 합성에 HDRI(High Dynamic Range Images)를 사용하는 것에 대한 연구와 활용이 활발하게 진행되고 있으며 이에 따라 일반적인 렌더링 결과보다 훨씬 더 사실적인 조명(lighting) 효과가 적용된 렌더링 결과를 얻을 수 있다. Recently, research and utilization of the use of High Dynamic Range Images (HDRI) for rendering virtual objects and compositing with real images has been actively conducted, and thus much more realistic lighting than general rendering results. You can get rendering results with the effect applied.
그러나, 지금까지 HDRI 생성이 일반 디지털 카메라나 고가의 HDR 촬영 전용 카메라를 이용한 실사 촬영을 통해서만 이루어졌기 때문에, HDRI 기반의 렌더링 기술이 실사에 대해서 가상의 3차원 모델을 렌더링하는 데에만 이용되고 있는 실정이다. However, until now, since HDRI generation has been performed only through photorealistic shooting using general digital cameras or expensive HDR-only cameras, HDRI-based rendering technology is only used to render a virtual three-dimensional model for photorealism. to be.
본 발명은 상술한 종래의 문제점 및 필요성을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가상 공간에 대한 렌더링 영상의 열(a series of rendered images)을 통해서 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하여 다시 렌더링에 이용할 수 있도록 하는 가상 HDR 카메라(Virtual HDR Camera)를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems and necessities, and an object of the present invention is to generate an HDRI for a virtual space through a series of rendered images for the virtual space and use it for rendering. It is to provide a virtual HDR camera that allows.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 가상 공간에 대한 HDRI 생성을 위한 가상 HDR 카메라는, 가상 HDR 카메라의 촬영에 필요한 파라미터들을 설정하는 촬영 파라미터 제어 모듈; 상기 설정된 촬영 파라미터 값들을 통해, 렌더링된 영상과 파라미터 값들을 제어 관리하는 제어 및 관리 모듈; 상기 제어 및 관리 모듈로부터의 렌더링 결과 영상 및 촬영 파라미터 값들을 통해 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하는 HDRI 생성 모듈; 및 외부 툴 및 렌더러와의 인터페이스를 제공하는 툴 인터페이스 모듈;로 구성되는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the object of the present invention, a virtual HDR camera for generating an HDRI for a virtual space includes: a recording parameter control module configured to set parameters required for photographing a virtual HDR camera; A control and management module for controlling and managing rendered images and parameter values through the set photographing parameter values; An HDRI generation module for generating an HDRI for a virtual space through rendering result images and photographing parameter values from the control and management module; And a tool interface module for providing an interface with an external tool and a renderer.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 가상 HDR 카메라의 블록 구성도이다. 1 is a block diagram of a virtual HDR camera according to the present invention.
본 발명의 가상 HDR 카메라(100)는 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하기 위한 도구로서 실사 환경에 대한 HDRI를 촬영하는 것과 같은 기능을 제공하며, 가상 HDR 카메라의 전반적인 제어 및 관리를 수행하는 제어 및 관리 모듈(200)과, 기본적인 HDR 카메라 촬영 파라미터를 제어하는 촬영 파라미터 제어 모듈(300)과, HDRI 생성 모듈(400)과, HDRI 디스플레이 모듈(500)과, 외부 툴 또는 렌더러와의 연동을 위한 툴 인터페이스 모듈(600)을 포함한다. The virtual HDR camera 100 of the present invention provides a function for generating an HDRI for a virtual space, such as photographing an HDRI for a live environment, and controls and manages the overall control and management of the virtual HDR camera. A module interface for interfacing with the module 200, a shooting parameter control module 300 for controlling basic HDR camera shooting parameters, an HDRI generation module 400, an HDRI display module 500, an external tool or renderer Module 600.
상기 제어 및 관리 모듈(200)은 현재 HDR 카메라 촬영 파라미터 설정값들을 통해, 렌더링된 영상과 파라미터 값들을 관리하여 HDRI 생성 모듈(400)로 전달하는 기능을 수행한다. 또한 카메라 촬영 파라미터의 오토브리킷 기능이 설정된 경우, 가상 HDR 카메라의 배치(batch) 촬영에 관한 제어 및 관리를 수행한다. The control and management module 200 manages the rendered image and the parameter values through the current HDR camera photographing parameter setting values and transmits them to the HDRI generation module 400. In addition, when the autobrief function of the camera photographing parameter is set, control and management regarding batch photographing of the virtual HDR camera is performed.
상기 제어 및 관리 모듈(200)은 배치 촬영 시 셔터속도 및 조리개 수치를 이용하여 촬영 매수(N)를 계산하여 N개의 서로 다른 노출값을 가지는 렌더링 결과를 얻을 수 있도록 한다. 이때 얻어진 렌더링 결과는 N개의 LDRI(Low Dynamic Range Image)로 출력하거나 HDRI 생성 모듈(400)을 거쳐 한 장의 HDRI로 생성되도록 한다. The control and management module 200 calculates the number of shots N using the shutter speed and the aperture value during batch shooting so as to obtain a rendering result having N different exposure values. The rendering results obtained at this time are output as N low dynamic range images (LDRIs) or HDRI generation module 400 to be generated as a single HDRI.
상기 촬영 파라미터 제어 모듈(300)은 초점거리(focal lenght), 조리개 값(F-stop), 셔터각(shutter angle), 수평/수직 필름 유효구경(horizontal/vertical film aperture), 렌즈 축사 비율(lens squeeze ratio), 초점 거리(focus distance)와 같은 기존의 상용 툴(예:Maya)에서 제공하는 카메라 모델에 대한 속성뿐 아니라, 셔터속도 우선, 조리개 우선 노출 조절을 위한 셔터속도(shutter speed), 노출보정, Gain, ND(Nutral Density), 오토브리킷(Auto bracketing) 기능을 설정할 수 있다. The photographing parameter control module 300 may include a focal lenght, an aperture value (F-stop), a shutter angle, a horizontal / vertical film aperture, and a lens barn ratio. In addition to the attributes for camera models provided by existing commercial tools (eg Maya) such as squeeze ratio and focus distance, shutter speed priority, shutter speed for aperture-priority exposure adjustment, and exposure Calibration, Gain, ND (Nutral Density) and Auto Bracketing functions can be set.
또한 HDRI를 생성하기 위해서 사용되는 노출값(Exposure value)은 조리개 수치와 셔터속도가 연동하여 계산되며 다음과 같이 간단한 식 (1)으로 표현될 수 있다. 이때 빛의 밝기는 조리개 수치로, 시간은 셔터속도로 조절할 수 있다.In addition, an exposure value used to generate an HDRI is calculated by interlocking an aperture value and a shutter speed and may be expressed by a simple equation (1) as follows. At this time, the brightness of the light can be adjusted by the aperture value and the time can be controlled by the shutter speed.
노출값 = 빛의 밝기 ×시간 (1) Exposure value = brightness of light × time (1)
또한, 조리개 수치는 촛점거리(f)/렌즈구경(D) 비를 나타내는 값으로서, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32, 45, 64의 값이 표준화되어 공통적으로 사용되며 이 중에서 1.4가 가장 많은 빛을 받아들이는 것을 의미한다. In addition, the aperture value represents a focal length f / lens diameter D ratio, and values of 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32, 45, and 64 are standardized. Commonly used, of which 1.4 means the most light.
따라서, 최종 렌더링된 영상에서의 픽셀의 밝기는 상기 계산된 노출값을 이용하여 다음의 수식 (2)에 의해 결정된다. Therefore, the brightness of the pixel in the final rendered image is determined by the following equation (2) using the calculated exposure value.
새로운 밝기값 = 이전 밝기값 ×2노출값 (2)New brightness value = previous brightness value × 2 exposure value (2)
한편, 상기 HDRI 생성 모듈(400)은 상기 제어 및 관리 모듈(200)에서 보내어진 N개의 서로 다른 노출값을 갖는 렌더링 영상과 촬영 정보를 가지고 가상 공간에 대한 HDRI를 생성한다. 이를 위하여 상기 HDRI 생성 모듈(400)은, 우선 카메라 반응 곡선(Camera Response Curve) 복원 모듈(410)을 통하여 카메라 반응 곡선을 구한 후, 래디언스 맵 복원 모듈(420)을 통하여 RADIANCE rgbe 포맷(*.rgbe, *.hdr)의 HDRI를 생성하여 HDRI 저장 모듈(430)을 통해 '화일이름.hdr'로 저장한다. Meanwhile, the HDRI generation module 400 generates HDRI for the virtual space with rendering images and photographing information having N different exposure values sent from the control and management module 200. To this end, the HDRI generation module 400 first obtains a camera response curve through a camera response curve reconstruction module 410 and then uses a radiance map reconstruction module 420 to generate a RADIANCE rgbe format (* .rgbe). , * .hdr) is generated and stored as 'filename.hdr' through the HDRI storage module 430.
또한, 상기 HDRI 디스플레이 모듈(500)은 상기 HDRI 생성 모듈(400)에서의 결과를 적절한 노출값에 대하여 톤 매핑(Tone Mapping)을 함으로써 마치 디지털 카메라의 액정화면을 통한 미리보기와 같은 기능을 수행한다.In addition, the HDRI display module 500 performs a function similar to previewing through the LCD screen of the digital camera by performing tone mapping on the result of the HDRI generation module 400 with respect to an appropriate exposure value.
또한, 상기 툴 인터페이스 모듈(600)은 외부 툴이나 렌더러와의 연동을 위한 것으로, 본 발명에서 구현된 가상 HDR 카메라(100)를 Maya나 SoftImage와 같은 상용 CG 툴, 또는 RADIANCE와 같은 렌더러와 연동하여 사용할 수 있도록 하기 위한 라이브러리를 제공한다. 이를 위해 플러그-인(plug-in)으로 작성하여 상용 툴 내에서 새로운 가상 HDR 카메라를 사용할 수 있도록 한다. In addition, the tool interface module 600 is for interworking with an external tool or renderer. The virtual HDR camera 100 implemented in the present invention is interoperated with a commercial CG tool such as Maya or SoftImage, or a renderer such as RADIANCE. Provide a library to make it available. To do this, it is written as plug-in, allowing the use of new virtual HDR cameras within commercial tools.
도 2는 상기 제어 및 관리 모듈(200)에서의 내부 처리 방식과 다른 모듈과의 연동을 보여주는 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating the interworking between the internal processing scheme in the control and management module 200 and other modules.
도 2를 참조하면, 상기 제어 및 관리 모듈(200)은, 먼저 상기 촬영 파라미터 제어 모듈(300)로부터 촬영에 필요한 파라미터(셔터속도, 조리개 값, Gain, ND, 오토브리킷 여부 등)들을 받는다. Referring to FIG. 2, the control and management module 200 first receives parameters necessary for photographing (shutter speed, aperture value, gain, ND, auto briquette, etc.) from the photographing parameter control module 300.
이때, 오토브리킷이 수행되어야 하는 경우, 렌더링 영상의 수(N)를 계산하고, N을 1씩 줄여 가면서 N>0인 동안 노출값을 다시 계산하여 이를 외부 렌더러 또는 툴과 연결되어 있는 툴 인터페이스 모듈(600)로 넘겨주어 렌더링이 수행되도록 한다.In this case, when autobriquette is to be performed, the tool interface module which calculates the number of rendered images (N), recalculates the exposure value while N> 0 while reducing N by 1, and connects the tool interface module to an external renderer or tool. Passing it to (600) allows rendering to be performed.
만약 오토 브리킷이 수행되지 않는 경우라면 N을 1로 설정하여 렌더링이 한번만 수행되도록 한다. If auto briquette is not performed, set N to 1 so that rendering is performed only once.
또한, N>0의 조건을 만족하지 않으면 현재까지 수행된 렌더링에 사용된 촬영 정보와 N개의 렌더링 결과의 영상 데이터를 상기 HDRI 생성 모듈(400)로 보내어 HDRI를 생성하도록 한다.In addition, if the condition of N> 0 is not satisfied, the HDRI generation module 400 generates the HDRI by sending the photographing information used for the rendering performed up to now and the image data of the N rendering results to the HDRI generation module 400.
한편, 도 3은 상기 HDRI 생성 모듈(400)에 대한 상세한 블록도로서, 가상 HDR 카메라에 의해서 렌더링된 여러 장의 결과 영상과 촬영 파라미터들을 이용하여 가상 카메라의 반응 함수를 복원하고 이를 이용하여 래디언스 맵을 복원하여 저장하는 과정을 보여주고 있다. Meanwhile, FIG. 3 is a detailed block diagram of the HDRI generation module 400. The response function of the virtual camera is restored by using several result images and shooting parameters rendered by the virtual HDR camera, and the radiance map is used. It shows the process of restoring and saving.
도 3을 참조하면, 상기 HDRI 생성 모듈(400)은, 상기 제어 및 관리 모듈(200)로부터 전달된 촬영 파라미터 정보와 렌더링 결과 영상을 가지고 수행하며, 크게 카메라 반응곡선 복원 모듈(410)과, 래디언스 맵 복원 모듈(420)과, HDRI 저장 모듈(430)로 구성된다. Referring to FIG. 3, the HDRI generation module 400 is performed with photographing parameter information and a rendering result image transmitted from the control and management module 200, and is largely a camera response curve restoration module 410 and radiance. Map reconstruction module 420 and HDRI storage module 430.
상기 카메라 반응 곡선 복원 모듈(410)은 촬영 파라미터 정보로부터 계산된 노출값과 렌더링 영상으로부터 픽셀값을 알고 있기 때문에 이를 통해 다음과 같이 카메라 반응 함수, g(Zij)를 계산할 수 있다. Since the camera response curve restoration module 410 knows the exposure value calculated from the photographing parameter information and the pixel value from the rendered image, it can calculate the camera response function, g (Zij) as follows.
여기에서, i는 렌더링 영상에서의 픽셀의 위치를 나타내고 j는 N장의 렌더링 영상을 나타낸다. 따라서, Zij는 j번째 렌더링 영상에서의 i번째 위치의 픽셀값을 나타낸다. Here, i represents the position of the pixel in the rendered image and j represents N rendered images. Therefore, Zij represents a pixel value of the i th position in the j th rendered image.
또한, 상기 래디언스 맵 복원 모듈(420)은 이와 같이 계산된 카메라 반응 함수를 이용하여 래디언스 값을 계산한다. 이때 계산된 래디언스 값은 입력 래디언스로서 실제 래디언스 값에 대하여 스케일링(scaling)된 값이다. In addition, the radiance map reconstruction module 420 calculates a radiance value using the camera response function calculated as described above. The calculated radiance value is an input radiance that is scaled with respect to an actual radiance value.
또한, 상기 HDRI 저장 모듈(430)에서는 상기 계산된 래디언스 값을 실수 포맷의 영상으로 저장한다. In addition, the HDRI storage module 430 stores the calculated radiance value as an image in real format.
일반적으로 HDRI는 RADIANCE rgbe 포맷의 floating-point 영상으로 저장되며, 본 발명의 실시 예에서는 '화일이름.hdr'의 RADIANCE rgbe 포맷으로 저장한다. In general, the HDRI is stored as a floating-point image in the RADIANCE rgbe format, and in the embodiment of the present invention, the HDRI is stored in the RADIANCE rgbe format of 'filename.hdr'.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가상 HDR 카메라는, 가상 환경에 대한 렌더링 영상들을 이용하여 HDRI를 생성할 수 있도록 하기 때문에 가상 공간에 대한 HDRI를 이용하여 사실적인 반사 속성 표현과 같은 실사 환경에 대한 HDRI기반 렌더링 기술이 가지고 있는 장점을 같은 방식으로 적용할 수 있다. As described above, since the virtual HDR camera according to the present invention enables generation of HDRI using rendered images of the virtual environment, the HDRI of the photorealistic environment such as the realistic reflection property representation using the HDRI of the virtual space. The advantages of the underlying rendering technology can be applied in the same way.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 가상 HDR 카메라를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. What has been described above is just one embodiment for carrying out the virtual HDR camera according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, but deviates from the gist of the present invention as claimed in the following claims. Without this, anyone skilled in the art to which the present invention pertains will have the technical spirit of the present invention to the extent that various modifications can be made.
도 1은 본 발명에 따른 가상 HDR 카메라의 블록 구성도. 1 is a block diagram of a virtual HDR camera according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 제어 및 관리 모듈에서의 데이터 처리 흐름도. 2 is a flow diagram of data processing in a control and management module in accordance with the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 가상 카메라의 반응 함수 복원 및 래디언스 맵 복원 과정을 보여주는 도면. 3 is a view illustrating a process of restoring a response function and restoring a radiance map of a virtual camera according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 가상 HDR 카메라 200: 제어 및 관리 모듈100: virtual HDR camera 200: control and management module
300: 촬영 파라미터 제어 모듈 400: HDRI 생성 모듈300: shooting parameter control module 400: HDRI generation module
410: 카메라 반응곡선 복원 모듈 420: 래디언스 맵 복원 모듈410: camera response curve restoration module 420: radiance map restoration module
430: HDRI 저장 모듈 500: HDRI 디스플레이 모듈430: HDRI storage module 500: HDRI display module
600: 툴 인터페이스 모듈600: tool interface module
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20090914 Year of fee payment: 5 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |