KR20080050279A - 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 장치 및 방법 - Google Patents

다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 다단계 해상도 패치로부터 지형 패치를 구성하는 지형 패치 생성부와, 지형 패치 생성부로부터 생성된 지형 패치를 수신하여 카메라 거리에 따라 각각의 지형 패치에 대한 해상도를 결정하는 해상도 결정부와, 인접한 지형 패치가 있는 지의 여부를 판단하는 제어부와, 제어부로부터의 제어에 따라 해상도 결정부가 전송한 인접한 해상도를 갖는 지형 패치를 수신하여 테이퍼링 기술을 적용하여 2개의 지형 패치를 부드럽게 이어주는 테이퍼링부로 구성되는 것을 특징으로 하므로, 대규모의 지형 데이터를 실시간으로 표현하는 컴퓨터게임, 가상현실 시스템에서 사용되는 다양한 해상도의 지형에서 발생하는 지형 이미지 튐 현상을 줄이는 효과가 있다.
해상도, 이미지, 이미지튐, 테이퍼링, 알파값, 알파 텍스쳐, 컴퓨터게임, 가상현실

Description

다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 장치 및 방법{A Reduction Apparatus and Method of Popping Artifacts for Multi-level Level-of-Detail Terrains}
본 발명은 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실시간으로 대규모의 지형데이터를 다단계의 해상도로 표현하면서 발생하는 이미지 튐 현상을 제거하는 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-044-01, 과제명: 멀티코아 CPU 및 MPU기반 크롯플랫폼 게임기술].
일반적으로, 컴퓨터 그래픽스, 가상현실, GIS(Geographical Information System) 기술 분야에 널리 사용되는 이미지 튐 방지기술로는 기술로는 지오모프(Geomorph), 큐-모프(Q-morph) 기술 등이 사용된다.
먼저, 지오모프에 대한 기술로는 Microsoft Corporation이 출원한 미국특허번호 제US 6,426,750호에 개시되어 있다. 상기한 종래 기술의 특허에서는 3차원 메 쉬의 각 정점이 추가되거나 삭제되는 순서를 선 계산하고 렌더링시 필요한 해상도에 따라 정점을 추가하거나 삭제하는 방법으로 서로 다른 해상도의 메쉬를 그림으로써 발생되는 이미지튐 현상은 각 프레임이 갖는 시간 변수의 조절에 따라 부드럽게 연결하는 기술에 관한 것으로서, 다양한 해상도를 갖는 3차원 메쉬 모델을 이미지 튐 현상을 최소화하면서 실시간으로 생성할 수 있는 효과가 있다.
그러나, 상기한 종래 기술의 특허에 있어서는 서로 다른 해상도의 메쉬를 그려야 하므로 시스템 오버헤드가 걸리는 문제점이 있다.
따라서, 시스템에 오버헤드가 적게 걸릴 수 있도록 하는 방법을 발명할 필요성이 있다.
또한, 또 다른 인용 기술로는 앞서 기술한 큐-모프 방법이 있으며, 이에 대해서는 Cline 등에 의해 Terrain Decimation through Quadtree Morphing이라는 제목으로 발표된 논문(IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol.7, No.1, 62-69, 1997)은 다음과 같이 개시하고 있다. 이 논문은 각 정점의 카메라 거리를 구하고, 이에 따른 각 정점의 가중치를 구하여, 패치의 모든 픽셀에서 두개의 지형 이미지를 합성하여 지형 이미지 튐 현상 완화시키도록 구성한 논문에 관한 것이다.
그러나, 이 논문에서는 카메라 설정이 변하지 않는다면 블렌딩 연산이 불필요하지만, 만약 카메라 설정이 변한다면, 블렌딩 연산이 필요하게 되므로 오버헤드 감소효과 완벽하게 발휘되지 못하게 된다. 따라서, 추가적인 오버헤드를 최소화시킬 필요성이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하고 전술한 필요성을 충족시키기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 그래픽 하드웨어의 알파 블렌딩 기능과 미리 제작된 블렌딩용 알파 텍스쳐를 사용하여, 그래픽 시스템에 아주 적은 부하를 주면서 효율적으로 이미지 튐 현상을 최소화하는 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 방법을 제공하는 데에 있는 것이다.
본 발명의 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 장치는, 다단계 해상도 패치로부터 지형 패치를 구성하는 지형 패치 생성부와, 지형 패치 생성부로부터 생성된 지형 패치를 수신하여 카메라 거리에 따라 각각의 지형 패치에 대한 해상도를 결정하는 해상도 결정부와, 인접한 지형 패치가 있는 지의 여부를 판단하는 제어부와, 제어부로부터의 제어에 따라 해상도 결정부가 전송한 인접한 해상도를 갖는 지형 패치를 수신하여 테이퍼링 기술을 적용하여 2개의 지형 패치를 부드럽게 이어주는 테이퍼링부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 방법은, 지형 패치 생성부가 다단계의 해상도를 갖는 패치에 지형의 높이 정보를 적용하여 지형 패치를 구성하는 구성단계와, 해상도 결정부가 카메라 거리에 따라 각각의 지형 패치에 대하여 각각 해상도를 정하는 결정단계와, 테이퍼링부가 테이퍼링 기술을 적용하여 서로 인접한 2개의 지형 패치를 부드럽게 이어주는 테이퍼링단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 대규모의 지형 데이터를 실시간으로 표현하는 컴퓨터게임, 가상현실 시스템에서 사용되는 다양한 해상도의 지형에서 발생하는 지형 이미지 튐 현상을 줄이는 효과가 있다.
첫째, 카메라 거리에 따라 (u,v) 값이 결정되므로 매 프레임 당 다른 블렌딩하는 오버헤드를 줄일 수 있다.
둘째, 그래픽 하드웨어의 알파 블렌딩 기능을 사용하여, 추가적인 시스템의 부하없이 지형 이미지 튐 현상을 줄인다.
셋째, 미리 작성된 알파 텍스쳐에 알파값의 분포를 변경함으로써, 서로 다른 해상도의 지형이미지를 부드럽게 연결시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화하는 장치의 구성을 나타낸 블록 구성도이다.
도 1을 참조하여 보면, 먼저 본 발명의 구성은 크게 지형 패치 생성부(110), 해상도 결정부(120), 테이퍼링부(130), 제어부(140) 및 프레임버퍼(150)로 구성된다.
먼저, 지형 패치 생성부(110)는 다단계 해상도 패치로부터 지형 패치를 구성 한다.
해상도 결정부(120)는 지형 패치 생성부(110)로부터 생성된 지형 패치를 수신하여 카메라 거리에 따라 각각의 지형 패치에 대한 해상도를 결정한다.
제어부(140)에서는 인접 패치가 있는 지의 여부를 판단하여 인접한 해상도를 갖는 지형 패치를 인지한다. 판단결과 인접한 지형 패치가 있으면, 제어부(140)는 해상도 결정부(120)로부터 결정된 인접한 해상도를 갖는 지형 패치를 데이퍼링부(130)로 전송하도록 제어한다.
지형 패치가 서로 인접하였다고 한 표현은 단순히 서로 다른 해상도의 텍스쳐 또는 폴리곤이 인접하여 있음을 의미하는 것이다.
테이퍼링부(130)는 해상도 결정부(120)로부터 인접한 해상도를 갖는 지형 패치를 수신하여 테이퍼링 기술(Tapering Technique)을 적용하여 2개의 지형 패치를 부드럽게 이어준다. 이때 테이퍼링부(130)는 프레임 버퍼(150)에 기저장된 알파값을 이용하여 인접한 레벨(i+1레벨 또는 i레벨) 해상도의 지형패치를 프레임 버퍼의 이미지와 알파 블렌딩한다.
전술한 알파 블렌딩을 하기 위해서는 알파 텍스쳐로 블렌딩한다. 이때, 알파 텍스쳐를 적용하기 위한 (u,v) 좌표값은 패치의 각 정점을 카메라로부터의 거리에 따라서 계산한다. 빠른 (u,v) 좌표값 계산을 위하여 간단히 카메라 좌표와 정점 좌표의 차이 값을 활용한다. 예를 들면, u = Xv - Xc와 v = Zv - Zc를 사용하여 간단하게 구할 수 있다. 여기서, Xv는 정점의 X축 좌표, Xc는 X축 카메라 좌표를 나타내며, Zv는 정점의 Z축 좌표, Zc는 Z축 카메라의 좌표를 나타낸다.
그러나 보다 정확한 (u,v) 좌표값을 계산하기 위하여 Vdiff의 해당 평면상의 카메라 좌표와 정점 좌표의 차이 벡터를 이용한다. 즉, 다음의 수학식 1을 이용하여 (u, v)값을 구한다. 수학식 1은 다음과 같다.
u = sign(Vdiff.x) * size((Vdiff.x, Vdiff.y, 0))
v = sign(Vdiff.z) * size((0, Vdiff.y, Vdiff.z).
전술한 수학식 1에 의하여 (u, v) 좌표값이 계산되면, 첫번째 패치(해상도 i레벨 또는 i+1레벨)를 기본 텍스쳐를 사용하여 그려주고, 알파 텍스쳐와 위와 같이 계산된 (u,v) 좌표값을 이용하여 두 번째 패치(해상도 i+1 레벨 또는 i레벨)를 그려준다.
한편, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 다단계 해상도 지형 메쉬의 지형 패치 간을 연결한 예를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 지형 이미지의 블렌딩에 사용할 알파 텍스쳐를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 지형 이미지에 알파 텍스쳐를 적용한 예를 나타낸 도면이다. 따라서, 도 4 및 도 5를 적용하면, 도 6과 같이 프레임 버퍼의 알파값이 적용된 알파 텍스쳐를 적용한 도면의 예를 볼 수 있다.
이때, 프레임버퍼(150)에 저장된 도 6에 도시된 바와 같은 알파 텍스쳐를 이용하여 지형 패치(해상도i+1레벨 또는 i레벨)를 그려준다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 최종 결과로 나온 지형의 이미지이며, 이렇게 함으로써 도 7과 같이 서로 다른 해상도의 지형 패치가 부드럽게 연결된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다단계 해상도 지형에서 이미지 튐 현상 완화시키는 과정을 타나낸 흐름도이다.
도 2를 참조하여 보면, 지형 패치 생성부(110)는 다단계의 해상도를 갖는 패치에 지형의 높이 정보를 적용하여 지형 패치를 구성한다(S202).
지형 패치 생성부(110)는 생성된 지형 패치를 해상도 결정부(120)로 전송한다(S204).
해상도 결정부(120)는 카메라 거리에 따라 각각의 지형 패치에 대하여 각각 해상도를 정한다(S206).
해상도 결정부(120)는 해상도가 결정된 인접한 해상도를 갖는 지형 패치를 테이퍼링부(130)로 전송한다. 테이퍼링부(130)는 전송된 인접한 지형 패치가 상호 연결되도록 한다(S208).
제어부(140)는 해상도 결정부(120)에서 해상도가 결정되어 연결한 인접한 패치가 있는지 없는지의 여부를 판단한다(S210).
S210에서 연결한 지형 패치가 남아 있는지의 여부를 판단하여 판단결과 연결할 지형 패치가 남아 있는 것으로 판단되면, 인접한 해상도를 갖는 지형 패치를 해상도 결정부(120)로하여금 테이퍼링부(130)로 전송하도록 제어한다. 테이퍼링부(130)는 인접한 해상도를 갖는 지형 패치를 수신하여 테이퍼링 기술(Tapering Technique)을 적용하여 서로 인접한 해상도를 갖는 2개의 지형 패치를 부드럽게 이어준다(S212).
S210에서 연결한 지형 패치가 남아 있는지의 여부를 판단하여 판단결과 연결 할 지형 패치가 남아 있지 않은 것으로 판단되면, 종료한다.
도 3은 본 발명의 도 2에 따른 지형 패치를 잇는 과정을 보다 상세하게 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하여 보면, 먼저, i레벨(또는 i+1레벨) 해상도의 지형패치를 해당 텍스쳐를 사용하여 그린다(S302).
여러 개의 미리 준비된 알파 텍스쳐 중에서 부드럽게 연결되는 정도에 따라 적절한 알파 텍스쳐를 선정한다(S304).
패치에 알파 텍스쳐를 적용하기 위하여 각 정점의 (u,v) 좌표값을 계산한다(S306).
알파 블렌딩을 위하여 알파 텍스쳐를 이용하여 i+1레벨(또는 i레벨)의 지형패치를 그려준다(s308).
프레임 버퍼에 있는 알파값을 이용하여 i+1레벨(또는 i레벨) 해상도의 지형패치를 프레임 버퍼의 이미지와 알파 블렌딩하여 최종 이미지를 완성한다(S310).
본 발명은 먼저 2개의 지형 이미지를 알파 블렌딩하기 위하여 사용되는 도 5와 같은 알파 텍스쳐를 미리 제작하여 사용한다.
알파 텍스쳐의 알파값은 각 지형 이미지의 픽셀을 생성하기 위하여 각 지형 이미지의 가중치를 결정하며, 이 가중치 값은 원하는 이미지의 해상도, 휘도 및 색감에 따라 사용자가 가변하여 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화하는 장치의 구성을 나타낸 블록 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다단계 해상도 지형에서 이미지 튐 현상 완화시키는 과정을 타나낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 도 2에 따른 지형 패치를 잇는 과정을 보다 상세하게 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 다단계 해상도 지형 메쉬의 지형 패치 간을 연결한 예를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 지형 이미지의 블렌딩에 사용할 알파 텍스쳐를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 지형 이미지에 알파 텍스쳐를 적용한 예를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 최종 결과로 나온 지형의 이미지.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>
110 : 지형 패치 생성부 120 : 해상도 결정부
130 : 테이퍼링부 140 : 제어부
150 : 프레임버퍼

Claims (8)

  1. 다단계 해상도 패치로부터 지형 패치를 구성하는 지형 패치 생성부와;
    상기 지형 패치 생성부로부터 생성된 지형 패치를 수신하여 카메라 거리에 따라 각각의 지형 패치에 대한 해상도를 결정하는 해상도 결정부와;
    인접한 상기 지형 패치가 있는 지의 여부를 판단하는 제어부와;
    상기 제어부로부터의 제어에 따라 상기 해상도 결정부가 전송한 인접한 해상도를 갖는 지형 패치를 수신하여 테이퍼링 기술을 적용하여 2개의 지형 패치를 부드럽게 이어주는 테이퍼링부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테이퍼링 기술은 알파 블렌딩인 것을 특징으로 하는 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 알파 블렌딩은 알파 텍스쳐로 블렌딩하며, 상기 알파 텍스쳐를 적용하기 위한 (u,v) 좌표값은 카메라 좌표와 정점 좌표의 차이 값을 이용하여 구하는 것 을 특징으로 하는 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 알파 블렌딩은 알파 텍스쳐로 블렌딩하며, 상기 알파 텍스쳐를 적용하기 위한 (u,v) 좌표값은 카메라 좌표와 정점 좌표의 해당 평면상의 거리의 차이 벡터값을 이용하는 방법으로 구하는 것을 특징으로 하는 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    카메라 좌표와 정점 좌표의 해당 평면상의 거리의 차이 벡터값을 이용하는 방법은, 다음의 수학식
    u = sign(Vdiff.x) * size((Vdiff.x, Vdiff.y, 0))
    v = sign(Vdiff.z) * size((0, Vdiff.y, Vdiff.z).
    을 이용하여 구하며, Vdiff.x는 x축 평면상의 카메라 좌표와 정점 좌표의 차이 벡터이며, Vdiff.y는 y축 평면상의 카메라 좌표와 정점 좌표의 차이 벡터이고, Vdiff.z은 z축 평면상의 카메라 좌표와 정점 좌표의 차이 벡터를 나타내는 것을 특징으로 하는 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 장치.
  6. 지형 패치 생성부가 다단계의 해상도를 갖는 패치에 지형의 높이 정보를 적용하여 지형 패치를 구성하는 구성단계와;
    해상도 결정부가 카메라 거리에 따라 상기 각각의 지형 패치에 대하여 각각 해상도를 정하는 결정단계와;
    테이퍼링부가 테이퍼링 기술을 적용하여 서로 인접한 해상도를 갖는 2개의 지형 패치를 부드럽게 이어주는 테이퍼링단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 결정단계 이후에, 해상도가 결정되어 연결한 인접한 패치가 있는지 없는지의 여부를 판단하는 판단단계와;
    상기 판단단계에서 연결한 지형 패치가 남아 있는지의 여부를 판단하여 판단결과 연결할 지형 패치가 남아 있는 것으로 판단되면, 해상도가 서로 인접한 해상도를 갖는 지형 패치를 테이퍼링부로 전송하는 제2 전송단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 테이퍼링단계는,
    소정 레벨의 해상도를 갖는 지형패치를 해당 텍스쳐를 사용하여 그리는 제1 드로링단계와;
    상기 준비된 알파 텍스쳐 중에서 부드럽게 연결되는 정도에 따라 적절한 알파 텍스쳐를 선정하는 선정단계와;
    상기 지형패치에 알파 텍스쳐를 적용하기 위하여 각 정점의 (u,v) 좌표값을 계산하는 계산단계와;
    알파 블렌딩을 위하여 알파 텍스쳐를 이용하여 소정 레벨의 지형패치를 그리는 제2 드로링단계와;
    프레임 버퍼에 있는 알파값을 이용하여 소정 레벨의 지형패치를 프레임 버퍼의 이미지와 알파 블렌딩하는 알파블렌딩단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 다단계 해상도 지형의 이미지 튐 현상 완화 방법.
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