KR20120069134A - 이차원 평면에서 계단현상 개선 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

이차원 평면에서 계단현상 개선 장치에 있어서, 사용자로부터 적어도 하나의 데이터를 입력받는 데이터 입력부와, 적어도 하나의 데이터의 형태를 포함하는 사각형을 생성하고, 상기 사각형에 포함되는 적어도 하나의 투명 영역별로 투명도를 다르게 적용하는 그래픽 엔진 처리부와, 상기 그래픽 엔진 처리부에 의해 처리된 상기 적어도 하나의 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함함을 특징으로 한다.

Description

이차원 평면에서 계단현상 개선 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ENHANCING ALIASING IN TWO DIMENSION}

본 발명은 계단현상 개선에 관한 것으로, 특히 이차원 평면에서 선 또는 도형을 그릴 때 발생하는 계단현상을 제거하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 기술 혁신에 따라 컴퓨터의 이용 분야도 확대되고 있다. 컴퓨터를 이용하여 선, 도형 또는 화상을 작성하거나 처리하는 컴퓨터 그래픽은 확대된 컴퓨터 이용 분야의 대표적인 일 예로 들 수 있을 것이다.

그런데, 컴퓨터 기술 분야에 있어서 데이터의 거의 대부분은 디지털 값으로 표현된다. 이 때문에 자연계의 아날로그 현상을 불연속적인 디지털 값으로 변환하는 과정에서 나타나는 바람직하지 못한 현상, 즉 계단현상(Aliasing)이라고 불리는 현상이 자주 관찰된다. 특히 컴퓨터를 이용한 그래픽 처리에서 계단현상은 다각형의 경계가 지그재그의 형태로 형성되거나 도형이 부정확한 형태로 표시되는 현상으로 인식된다. 이것은 디스플레이의 픽셀(Pixel) 사이즈 혹은 해상도가 사람의 시각에 대해 충분하지 않은 것에 기인하고 있다. 즉 컴퓨터는 사용자가 눈으로 볼 수 있는 것보다 작은 픽셀을 사용하고, 이 픽셀들의 조합을 이용하여 선이나 도형을 그리기 때문에 계단현상이 발생한다.

상기의 특징이 근거하여 다수의 픽셀들로 구성되는 컴퓨터 그래픽에서는 반드시 계단현상(Aliasing)이 존재한다. 이러한 계단현상은 픽셀 단위로 선이나 도형을 그리는 디스플레이 구조상 피할 수 없는 현상이다. 특히 선이나 도형을 대각선 방향으로 그렸을 때 계단현상을 쉽게 발견할 수 있다.

도 1은 기존의 계단현상의 발생을 나타낸 예시도이다. 도 1에서 선을 정확하게 수평 또는 수직으로 그렸을 경우에는 계단현상이 발생하지 않지만, 선을 대각선 방향으로 그렸을 경우에는 계단현상이 발생함을 알 수 있다. 또한 사용자가 선을 수평 또는 수직으로 그릴 때 정확하게 수평 또는 수직으로 그리지 못하는 경우에도 계단현상이 발생하게 된다.

이러한 계단현상을 개선하기 위한 방안으로 여러 가지 방법들이 사용되고 있으며, 가장 기본이 되는 방법으로는 화면에 대한 샘플링 패턴을 사용하는 방법이 있다.

도 2는 기존의 샘플링 패턴을 사용하여 계단현상을 개선하는 과정을 나타낸 예시도이다. 도 2에서는 선을 그렸을 때 발생하는 계단현상을 개선하는 과정을 도시하고 있다.

도 2의 (a)는 픽셀들의 조합으로 이루어진 선 또는 도형을 의미하며, 도 2의 (b)는 샘플링 패턴을 적용하였을 때의 선 또는 도형을 의미한다. 즉 주변 픽셀들의 샘플들을 평균하고, 그 값에 따라서 기존 선 또는 도형을 구성하는 픽셀들의 주변 픽셀을 채워서 계단현상을 개선한다.

하지만, 이러한 방법은 주변 픽셀들의 샘플들을 일일이 구하여 평균해야 하므로 연산량이 많아지고, 픽셀을 채워서 계단현상을 개선하므로, 그 결과값 또한 만족스럽지 못한 문제점이 발생한다. 즉, 보다 적은 연산량으로 보다 효과적으로 계단현상을 개선하기 위한 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 입력되는 데이터의 형태를 포함하는 영역을 생성하고, 생성된 영역에 포함되는 투명 영역에 투명도를 차등 적용하여 계단현상을 개선하는 장치 및 방법을 제안한다.

본 발명의 일 견지에 따르면, 이차원 평면에서 계단현상 개선 장치에 있어서, 사용자로부터 적어도 하나의 데이터를 입력받는 데이터 입력부와, 적어도 하나의 데이터의 형태를 포함하는 사각형을 생성하고, 상기 사각형에 포함되는 적어도 하나의 투명 영역별로 투명도를 다르게 적용하는 그래픽 엔진 처리부와, 상기 그래픽 엔진 처리부에 의해 처리된 상기 적어도 하나의 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 이차원 평면에서 계단현상 개선 방법에 있어서, 사용자로부터 적어도 하나의 데이터를 입력받는 과정과, 적어도 하나의 데이터의 형태를 포함하는 사각형을 생성하는 과정과, 상기 사각형에 포함되는 적어도 하나의 투명 영역별로 투명도를 다르게 적용하는 과정과, 상기 투명도가 다르게 적용된 상기 적어도 하나의 데이터를 디스플레이하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 입력되는 데이터의 형태를 포함하는 영역을 생성하고, 생성된 영역에 포함되는 투명 영역에 투명도를 차등 적용하여 계단현상을 개선하므로 기존의 계단현상 개선 방법 대비 더 빠르고 더 디테일하게 계단현상을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 기존의 계단현상의 발생을 나타낸 예시도
도 2는 기존의 샘플링 패턴을 사용하여 계단현상을 개선하는 과정을 나타낸 예시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 계단현상 개선 장치의 블록 구성도
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리미티브를 포함하는 사각형의 생성을 나타낸 예시도
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 각 라인 세그먼트 별로 투명도 적용을 나타낸 예시도
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 계단현상 개선 과정을 나타낸 흐름도
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 계단현상의 개선 전과 후의 결과를 나타낸 예시도
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라운딩 부분의 계단현상 개선 결과를 나타낸 예시도
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 계단현상을 개선 후 실제 화면상으로 출력된 결과물을 나타낸 예시도

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 계단현상 개선 장치의 블록 구성도이다. 도 3의 장치는 디스플레이부(301), 데이터 입력부(303), 그래픽 엔진 처리부(305), 데이터 제어부(307)를 포함한다.

도 3을 참조하면, 디스플레이부(301)는 사용자에 의해 입력되는 선, 도형과 같은 프리미티브(Primitive)를 출력하는 역할을 한다. 프리미티브는 컴퓨터 그래픽 프로그램에 의해 실체로 그려지고 저장, 조작될 수 있는 선, 원, 곡선, 다각형 등을 구성하는 요소를 의미하며, 가장 기본적인 프리미티브는 선(Line)이다. 컴퓨터 그래픽으로 구현하는 원이나 곡선에서 라운딩 부분도 모두 선들의 집합으로 표현된다. 본 발명에서 디스플레이부(301)는 사용자에 의해 입력되는 적어도 하나의 프리미티브를 바로 출력할 수도 있고, 그래픽 엔진 처리부(305)에 의해 가공되어진 적어도 하나의 프리미티브를 출력할 수도 있다.

데이터 입력부(303)는 사용자로부터 입력되는 적어도 하나의 프리미티브를 입력받아 이를 그래픽 엔진 처리부(305)로 전달하는 역할을 한다. 그래픽 엔진 처리부(305)는 적어도 하나의 프리미티브의 형태를 포함하는 사각형을 생성하고 각 에지의 좌표값을 추출하는 역할을 한다. 본 발명에서 각 에지의 좌표값은 UV1, UV2, UV3, UV4로 가정한다. 또한 데이터 제어부(307)에 의해 분류된 라인 세그먼트 별로 각 에지의 좌표값을 재정의하고, 라인 세그먼트 별로 투명 영역과 불투명 영역을 확인하여 보간할 알파 값을 계산하고, 계산된 알파 값을 투명 영역에 적용하는 역할을 한다. 여기서 알파 값은 해당 라인 세그먼트에서 투명도를 의미하며, 각 라인 세그먼트 별로 알파 값은 달라질 수 있다.

데이터 제어부(307)는 입력된 적어도 하나의 프리미티브를 포함하는 사각형을 기 설정된 수만큼의 라인 세그먼트로 나누고, 나뉜 라인 세그먼트 별로 각 에지의 좌표값을 재정의하는 역할을 한다.

상기 도 3의 블록 구성도를 이용하여, 프리미티브를 포함하는 사각형의 생성 과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 적어도 하나의 프리미티브를 포함하는 사각형의 생성을 나타낸 예시도이다.

도 4의 프리미티브를 포함하는 사각형은 사용자에 의해 그 범위가 달라질 수 있다, 즉, 프리미티브에 대한 4개의 모서리 좌표값들(UV1, UV2, UV3, UV4)의 설정은 사용자에 의하여 달라질 수 있으며, 좌표값의 변화에 따라서 추후에 나누어지는 라인 세그먼트의 수도 달라질 수 있다. 기 설정된 수만큼의 라인 세그먼트로 분류하는 것은 각 라인 세그먼트마다 투명 영역에 적용될 투명도를 다르게 하여 좀 더 부드럽게 사용자에게 보이기 위함이다. 즉, 각 라인 세그먼트마다 포함하고 있는 투명 영역이 다를 수 있으므로, 각 라인 세그먼트 별로 적용될 투명도를 다르게 설정하여 계단현상을 줄일 수 있다.

다음으로 각 라인 세그먼트 별로 투명도를 적용하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 각 라인 세그먼트 별로 투명도 적용을 나타낸 예시도이다.

도 5의 프리미티브를 포함하는 사각형은 세로로 3개의 제1, 2, 3 라인 세그먼트(501, 503, 505)로 나누어져 있으며, 각 라인 세그먼트에 포함된 투명 영역의 범위에 따라서 투명도가 다르게 적용된다. 예를 들어 투명 영역의 범위가 제1, 라인 세그먼트(501)에서 제2, 3 라인 세그먼트(503, 505)로 갈수록 넓어진다면 제 1 라인 세그먼트(501)의 투명도보다 제2 라인 세그먼트(503)의 투명도가 높을 것이고, 제2 라인 세그먼트(503)의 투명도 보단 제3 라인 세그먼트(505)의 투명도가 높을 것이다. 라인 세그먼트를 나누는 방향은 프리미티브가 진행하는 방향과 평행한 방향으로 나눈다. 이렇게 나누는 이유는 라인 세그먼트 별로 투명 영역의 수가 명확하게 차이가 나므로 서로 다른 투명도를 적용하여 좀 더 디테일한 계단현상 개선이 가능하다.

즉, 본 발명은 종래와 같이 이웃된 픽셀들을 이용하여, 주변 픽셀들을 채워서 계단현상을 해결하는 것이 아니라, 프리미티브를 포함하는 사각형을 기 설정된 라인 세그먼트로 나누고 나누어진 라인 세그먼트 별로 다르게 투명도를 설정하여 투명 영역에 적용함으로써 디테일하게 계단현상의 개선이 가능하다.

즉, 기존에는 주변 픽셀들을 채워서 계단현상을 해결하였다. 다시 말해 그 최소 단위가 픽셀 단위이므로 디테일한 계단현상 개선에 한계가 있었지만, 본 발명의 경우에는 주변 픽셀들을 채우는 것이 아니라, 프리미티브를 포함하는 사각형 내에 포함되는 다수의 투명 영역의 투명도를 조절하기 때문에 하나의 픽셀의 특정 영역에 다른 투명도가 적용될 수 있으므로 보다 디테일하게 계단현상 개선이 가능하다.

상기 도 5에서는 라인 세그먼트의 수를 3개로 한정하였으나, 이는 사용자 설정에 의해 변경이 가능하다. 가령 라인 세그먼트의 수를 3개에서 7개로 늘여 좀 더 디테일하게 계단현상을 개선할 수도 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 계단현상 개선 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 601단계에서 계단현상 개선 장치는 데이터를 입력받는다. 여기서 데이터는 선 또는 도형과 같은 적어도 하나의 프리미티브를 의미하며, 계단현상 개선 장치는 데이터가 입력되면, 입력된 데이터의 종류가 무엇인지를 판단한다. 입력된 데이터의 종류로는 선, 원, 곡선, 다각형 등이 있으며, 가장 기본적인 프리미티브는 선이다. 입력된 데이터의 종류가 판단되면 603단계에서 판단된 데이터의 형태에 따른 에지 부분의 좌표값들을 추출한다. 즉 적어도 하나의 프리미티브에 따른 에지 부분의 좌표값들을 추출한다. 좌표값들은 사용자 설정에 의해서 바뀔 수 있으며, 좌표값들을 연결하면 사각형의 형태로 표시할 수 있다. 이렇게 생성된 사각형은 기본적으로 적어도 하나의 프리미티브를 포함한다.

605단계에서 생성된 사각형을 기 설정된 수 만큼의 라인 세그먼트로 나누고 투명 영역과 불투명 영역을 계산한다. 여기서 라인 세그먼트는 선이 진행하는 방향과 평행한 방향으로 나뉘어지며 607단계에서 각 라인 세그먼트 별로 투명 영역과 불투명 영역을 계산하여 이에 대응하는 투명도 알파값을 생성한다. 각 라인 세그먼트는 투명 영역이 서로 다를 수 있으므로, 생성되는 알파값 또한 달라질 수 있다. 이후 609단계에서 각 라인 세그먼트는 생성된 알파값을 해당 투명 영역에 적용한다. 즉 투명 영역은 어느 라인 세그먼트에 포함되었는가에 따라서 적용되는 알파값이 달라진다. 일 예로 투명 영역이 적은 라인 세그먼트는 비교적 투명도가 낮은 알파값이 적용되며, 투명 영역이 많은 라인 세그먼트는 비교적 투명도가 높은 알파값이 적용되어 계단현상을 디테일하게 개선할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 계단현상의 개선 전과 후의 결과를 나타낸 예시도이다. 도 7의 (a)는 계단현상 개선 전의 도형을 도시하고 있고, 도 7의 (b)는 기존의 픽셀들을 샘플링하는 방법으로 계단현상을 개선하였을 때의 결과를 도시하고 있고, 도 7의 (c)는 본 발명에서 제안한 방법으로 계단현상을 개선하였을 때의 결과를 도시하고 있다.

도 7의 (b)와 도 7의 (c)를 비교해 보면, 미세하게 도 7의 (b)의 결과물 보다는 도 7의 (c)의 결과물이 더 부드럽게 계단현상이 개선되었음을 알 수 있다. 이는 화면을 확대해서 보면 더 명확하게 구분이 가능하다. 이러한 이유는 도 7의 (b)는 픽셀 단위로 계단현상의 보정이 들어가므로, 최소 단위가 픽셀이 되지만, 도 7의 (c)의 경우에는 도형을 구성하는 프리미티브들을 포함하는 사각형을 생성하고 이를 기 설정된 라인 세그먼트로 나누어 각 라인 세그먼트에 포함된 투명 영역마다 투명도 알파값을 다르게 적용하므로 색의 변화가 점진적으로 표현되며, 사용자 입장에서 보았을 경우, 훨씬 부드럽게 계단현상의 개선이 이루어졌음을 알 수 있다.

본 발명과 같은 계단현상 개선 방법은 라운딩 부분을 처리할 때 더욱 유용하다.

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 라운딩 부분의 계단현상 개선 결과를 나타낸 예시도이다. 도 8의 (a)는 기존의 픽셀들을 샘플링하는 방법으로 계단현상을 개선하였을 때의 결과를 도시하고 있고, 도 8의(b)는 본 발명에서 제안한 방법으로 계단현상을 개선하였을 때의 결과를 도시하고 있다.

도 8의 (a)와 (b)를 비교해 보면, 도 8의 (a)는 픽셀을 포함하여 계단현상을 개선하는 방법을 사용하므로, 라운딩을 부드럽게 표현하는데 한계가 있다. 이에 반하여 도 8의 (b)는 각 구간을 설정하여 해당 구간을 포함하는 적어도 하나의 사각형을 생성하고, 생성된 사각형 별로 기 설정된 라인 세그먼트를 적용하여 투명 영역의 투명 정도를 단계적으로 다르게 적용한다. 이는 하나의 픽셀에서 서로 다른 투명도를 가진 둘 이상의 영역이 생길 수 있으므로, 도 8의 (a) 대비 계단현상 개선 효과가 뛰어남을 알 수 있다. 이는 도 9를 통해서 명확히 알 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 계단현상을 개선 후 실제 화면상으로 출력된 결과물을 나타낸 예시도이다. 도 9의 (a)는 기존의 픽셀들을 샘플링하는 방법으로 도형의 라운딩 부분의 계단현상을 개선한 결과물을 화면으로 출력한 것이고, 도 9의 (b)는 본 발명에서 제안한 방법으로 도형의 라운딩 부분의 계단현상을 개선한 결과물을 화면으로 출력한 것이다.

도 9의 (a)와 (b)를 비교하면, 도 9의 (a)는 라운딩 부분의 계단현상이 사용자의 눈에 보일 만큼 계단현상의 개선이 미비함을 알 수 있으나, 도 9의 (b)는 라운딩 부분의 계단현상의 개선이 도 9의 (a)에 비해서 훨씬 부드럽게 처리되었음을 알 수 있다.

한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 같은 청구범위와 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

Claims (10)

1. 이차원 평면에서 계단현상 개선 장치에 있어서,
   사용자로부터 적어도 하나의 데이터를 입력받는 데이터 입력부와,
   적어도 하나의 데이터의 형태를 포함하는 사각형을 생성하고, 상기 사각형에 포함되는 적어도 하나의 투명 영역별로 투명도를 다르게 적용하는 그래픽 엔진 처리부와,
   상기 그래픽 엔진 처리부에 의해 처리된 상기 적어도 하나의 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부를 포함함을 특징으로 하는 계단현상 개선 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 데이터는
   선, 원, 곡선 또는 다각형 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 계단현상 개선 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 데이터의 형태를 포함하는 사각형을 기 설정된 수만큼의 라인 세그먼트로 나누는 데이터 제어부를 더 포함함을 특징으로 하는 계단현상 개선 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 데이터 제어부는
   상기 라인 세그먼트의 투명 영역과 불투명 영역을 계산하고, 계산된 투명 영역과 불투명 영역의 비율에 따라서 상기 라인 세그먼트에 포함된 투명 영역에 적용할 투명도를 결정하여 상기 그래픽 엔진 처리부로 전달함을 특징으로 하는 계단 현상 개선 장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 투명도는 상기 기 설정된 수만큼의 라인 세그먼트 별로 다르게 결정되며, 상기 다르게 결정된 각각의 투명도를 해당 라인 세그먼트에 포함된 투명 영역에 적용함을 특징으로 하는 계단 현상 개선 장치.
6. 이차원 평면에서 계단현상 개선 방법에 있어서,
   사용자로부터 적어도 하나의 데이터를 입력받는 과정과,
   적어도 하나의 데이터의 형태를 포함하는 사각형을 생성하는 과정과,
   상기 사각형에 포함되는 적어도 하나의 투명 영역별로 투명도를 다르게 적용하는 과정과,
   상기 투명도가 다르게 적용된 상기 적어도 하나의 데이터를 디스플레이하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 계단현상 개선 방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 데이터는
   선, 원, 곡선 또는 다각형 중 적어도 하나를 포함함을 특징으로 하는 계단현상 개선 방법.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 데이터의 형태를 포함하는 사각형을 기 설정된 수만큼의 라인 세그먼트로 나누는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 계단현상 개선 방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 라인 세그먼트의 투명 영역과 불투명 영역을 계산하고, 계산된 투명 영역과 불투명 영역의 비율에 따라서 상기 라인 세그먼트에 포함된 투명 영역에 적용할 투명도를 결정함을 특징으로 하는 계단 현상 개선 방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 투명도는 상기 기 설정된 수만큼의 라인 세그먼트 별로 다르게 결정되며, 상기 다르게 결정된 각각의 투명도를 해당 라인 세그먼트에 포함된 투명 영역에 적용함을 특징으로 하는 계단 현상 개선 방법.

Images