KR20130052241A

KR20130052241A - 사용자 스케치기반 지형 저작 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20130052241A
Application number: KR1020110117588A
Authority: KR
Inventors: 김상원; 정일권; 구본기
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2013-05-22
Also published as: KR101873566B1

Abstract

본 발명은 사용자 스케치기반 지형 저작 시스템 및 방법에 관한 것으로, 사용자의 의도에 맞는 지형을 쉽게 제작하기 위해 사용자의 스케치에 의해 지형 윤곽을 생성하고, 지형 합성방법을 통해 지형윤곽에 의해 구성된 조건을 만족하며 전역적으로 사실성이 높은 지형을 생성하며, 절차적 방법을 적용하고 침식 및 풍화작용 시뮬레이션을 수행하여 지형의 지역적인 상세도를 추가하며, 사용자가 지형윤곽정보를 제어하여 이에 따른 지형의 편집하여 지형 데이터를 출력함으로써, 자동화된 지형생성 방법을 사용하여 대규모 지형의 제작 기간을 단축시키는 효과가 있고, 지역적으로나 전역적으로나 지형의 사실성을 향상시켜 지형의 품질을 제고하며, 스케치 인터페이스를 사용하여 사용자의 의도에 맞는 지형을 즉시 생성하여 확인하고 재수정이 가능하도록 하여 전체적인 작업 효율성을 높이는 효과가 있다.

Description

사용자 스케치기반 지형 저작 시스템 및 방법{System and method for terrain authoring based on user-sketch}

본 발명은 사용자 스케치기반 지형 저작 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 영화, 게임, 교육 콘텐츠를 위한 배경 지형 데이터를 사용자 스케치에 기반하여 지형윤곽을 생성하고, 수치표고모델의 지형 패치를 이용하여 전역적으로나 지역적으로도 사실적인 지형을 저작하는 사용자 스케치기반 지형 저작 시스템 및 방법에 관한 것이다.

영화 '킹콩'의 경우 1933년도의 뉴욕시 전체를 배경으로 하고 있고, 온라인게임 '월드오브워크래프트'의 경우 전체 지도가 35㎞×35㎞에 달할 정도이다. 영화, 게임, 교육 콘텐츠에서 표현하는 공간의 영역이 앞으로 점점 더 커지고 있다. 그런데 콘텐츠에서 요구하는 이러한 대규모 지형을 모두 수작업으로 제작한다면 제작기간이 길어져서 바람직하지 않다. 또한, 콘텐츠의 배경은 가상적인 공간이라도 대부분 현실에서 있음직한 사실적인 표현을 요구하지만 이를 수작업으로 제작한다면 사실성의 증대를 위해 제작기간이 길어져서 역시 바람직하지 않다. 제작기간은 줄이고, 사실성이 높은 고품질의 지형을 생성하기 위한 방법들이 요구되고 있다.

지형생성에 요구되는 기간을 줄이기 위해서 최소한의 수작업과 컴퓨터에 의한 자동화된 생성이 필요하다. 자동화된 생성방법은 고품질 지형을 생성하기 위한 방향으로 설계되어야 할 것이다.

자동화된 지형 생성의 한 방법으로 절차적 지형생성 기술이 있다. 이 기술은 일정한 규칙이나 방법을 반복적으로 적용하여 복잡한 지형을 생성하는 것이다. 좀더 구체적으로 펄린 노이즈(Perlin Noise)나 프랙탈(Fractal) 방법들이 사용되고 있다. 그런데 이러한 절차적 지형생성 방법은 최소한의 규칙 생성으로 손쉽게 지형을 생성하는 장점을 갖는 반면 사용자가 의도하는 방향대로 지형을 생성하기가 힘들고 생성된 지형은 지역적으론 사실성이 높지만 전역적으론 사실성과 거리가 있는 단점을 갖는다.

절차적 지형생성 방법의 단점을 극복하기 위하여 사용자의 간단한 스케치에 의해 지형의 전역적인 형태를 부여하고 부분적으로 절차적 지형생성을 사용하여 생성된 지형의 사실성을 높여줄 수 있다. 이와 같이 생성된 지형의 전역적인 형태는 사용자의 의도에 부합하지만 사실성이 떨어질 수 있는데 침식이나 풍화작용의 시뮬레이션을 통해 사실성을 높여 주는 기술도 존재한다.

다른 자동화된 지형생성 방법으로 수치표고모델(DEM;Digital Elevation Model)을 활용하는 기술이 있다. 수치표고모델(DEM)은 등고선, 항공사진, 위성영상 등에서 추출하는 영상 데이터로서 주어진 영역의 고도를 표현한 것이다. 수치표고모델(DEM)은 현실세계의 지형을 추출한 것으로 매우 사실적이다. 그러나, 사용자가 의도하는 가상의 지형을 그대로 표현하는 수치표고모델(DEM)은 존재하지 않는다. 수치표고모델(DEM)로부터 산등성이나 골짜기의 특징을 추출하고 그 특징들에 따라 지형 패치(patch)들을 잘라내어 사용자가 의도한 능선이나 협곡을 따라 재배치하고 각 지형 패치들을 부드럽게 이어주어 사실적인 지형을 보다 쉽게 생성하는 합성 지형생성 방법도 존재한다. 수치표고모델(DEM) 데이터는 영상 이미지로 표현되는데 영상의 각 픽셀(pixel)이 실제 지형의 수십 미터를 나타낸다. 따라서, 전역적으로 사실성이 높지만 지역적으로 사실성이 매우 떨어지는 단점이 있다.

상기한 바와 같이 지형생성을 자동화하고 사실성을 높이는 다양한 방법들이 존재하지만 상호 엇갈리는 장단점을 갖는데, 절차적 지형생성 방법은 지역적으로 사실성이 높지만 전역적으로 사용자가 원하는 지형을 생성하지 못하며, 합성 지형생성 방법은 전역적인 사실성은 높지만 지역적으로 사실성이 떨어지는 지형을 생성하며, 사용자 스케치기반의 지형 생성 방법은 직관적인 작업이 가능하고 사용자의 의도가 반영된 지형을 생성하기 용이하지만 사실성이 떨어져 활용도가 높지 않다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 지형생성을 자동화하는 다양한 방법들을 활용하여 전체적인 제작기간은 줄이면서 전역적으로나 지역적으로 사실성은 높이는 지형생성 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 자동화된 지형생성 방법이 사용자의 의도에 부합하는 결과를 도출하도록 사용자의 적극적인 제어가 가능한 지형생성 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명에 따른 사용자 스케치기반 지형 저작 방법은, 스케치데이터를 입력받아서 지형 윤곽데이터를 생성하는 스케치기반 지형생성단계와, 예제 수치표고모델 데이터로부터 추출된 지형 패치의 지형특징데이터를 이용하여 상기 지형 윤곽데이터를 기초로 하여 상기 지형 패치들을 적절히 배치하고 합성하는 합성 지형 생성단계와, 상기 합성 지형데이터에 절차적인 방법을 통해서 지형 상세도를 추가하는 절차적 지형생성단계와, 상기 절차적 지형 생성단계에서 생성된 지형데이터에 침식이나 풍화작용 시뮬레이션하는 시뮬레이션 지형생성단계와, 상기 지형 윤곽데이터와 상기 시뮬레이션한 지형데이터를 함께 렌더링하여 지형 렌더링 데이터를 생성하는 지형렌더링단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 자동화된 지형생성 방법을 사용하여 대규모 지형의 제작 기간을 단축시키는 효과가 있다.

또한, 지역적으로 절차적 방법을 적용하고 전역적으로 수치표고모델(DEM) 데이터를 활용하여 전체적인 지형의 사실성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 특징 선들과 특징 파라미터들을 제어하는 인터페이스를 사용하여 조건들을 생성하고 이러한 조건들을 만족하는 형태로 지형을 생성하도록 하여 사용자의 의도에 맞는 지형을 즉시 생성하여 확인하고 수정이 가능하도록 하여 전체적인 작업 효율성을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사용자 스케치기반 지형 저작 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 스케치기반 지형생성과 편집방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.

본 발명의 사용자 스케치기반 지형 저작 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 사용자 스케치기반 지형 저작 시스템을 나타내는 블럭도이다. 사용자 스케치기반 지형 저장 시스템은 사용자 스케치 입력장치(100)와, 지형생성과 편집을 처리하는 저작장치(200)와, 최종 렌더링된 지형영상을 출력하는 지형영상 출력장치(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 저작장치(200)는 스케치 기반 지형생성부(210), 예제기반 지형특징추출부(220), 합성 지형생성부(230), 절차적 지형생성부(240), 시뮬레이션 지형생성부(250), 지형 가시화부(260)를 포함한다.

스케치 기반 지형생성부(210)는 사용자 스케치 입력장치(100)로부터 스케치정보를 입력받아서 지형 윤곽데이터를 생성하고 지형 윤곽데이터를 만족하는 지형을 생성한다.

스케치 기반 지형생성부(210)는 사용자가 향후 지형생성의 제어를 위한 특징 선들과 특징 파리미터들을 포함하는 지형 윤곽데이터를 정의하도록 하는 인터페이스를 포함한다.

또한, 스케치 기반 지형생성부(210)는 상기 인터페이스를 통해 정의된 지형 윤곽데이터에 의해 형성된 조건들을 만족하는 지형을 생성한다.

예제기반 지형특징추출부(220)는 예제 수치표고모델(DEM) 데이터로부터 산등성이나 골짜기를 의미하는 특징 선들을 추출하고 다시 이 특징 선들에 매치(Match)되는 단일 또는 연속적인 지형 패치들을 추출한다.

합성 지형생성부(230)는 스케치 기반 지형생성부(210)의 상기 인터페이스를 통해 정의된 지형 윤곽데이터에 의해 형성된 조건을 만족하는 형태로 예제기반 지형특징추출부(220)로부터 추출한 지형 패치들을 배치하고 이미지 와핑(Warping)이나 이미지 머징(Merging)을 통한 합성방법으로 사실성이 높은 전역적인 합성 지형을 자동으로 생성한다.

절차적 지형생성부(240)는 합성 지형생성부(230)에서 생성된 합성 지형에 절차적 방법을 통해 세부적인 지형상세도를 추가하여, 상기 전역적 사실성이 우수한 합성 지형에 지역적 사실성을 보완한다.

시뮬레이션 지형생성부(250)는 입력된 지형에 대해서 침식이나 풍화작용 시뮬레이션을 수행하여 지형을 변화시킴으로써 사실감을 높여준다.

지형가시화부(260)는 최종 생성된 지형을 렌더링하여 지형영상정보를 생성한다. 또한, 지형 가시화부(260)는 가시화된 지형을 참조하고 상기 인터페이스를 통해 이미 정의된 특징 선들과 특징 파라미터들을 재수정하여 변화된 조건들에 따라 지형을 새로 생성하여 다시 가시화할 수 있다.

상기 생성된 지형영상정보는 지형영상 출력장치(300)를 통해 출력된다.

도 2는 본 발명에 의한 사용자 스케치기반 지형 저작 시스템을 이용한 지형 저작 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 사용자 스케치 입력장치(100)로부터 사용자가 스케치한 스케치데이터를 입력받는다(S100). 상기 스케치데이터는 특징 선과 특징 파라미터로 구성되어 있다.

입력받은 스케치데이터로부터 지형의 윤곽을 구성하는 지형 윤곽데이터를 생성하여, 이 지형 윤곽데이터를 구성하는 조건들을 만족하는 스케치기반 지형데이터를 바로 생성한다(S110).

이 과정에서, 사용자는 사용자가 스케치한 특징 선이 무엇을 의미하는지 지정한다. 이때, 사용자가 인터페이스를 이용하여 스케치한 특징 선이 산등성이나 골짜기로 표현하도록 지정하거나, 특징 파라미터를 지정하여 특징 선이 산등성이 선인지 골짜기인지 지정되도록 한다. 또한, 산등성이나 골짜기로 표현하는 특징 선을 따라서 수직 위치를 공유하는 새로운 특징 선을 통해 지형의 높이를 지정할 수 있다. 앞서 설명된 두 개의 특징 선에 의해 표현되는 지형의 폭을 결정하는 특징 선을 새로 추가 지정할 수 있다. 또한, 이러한 특징 선들로부터 생성되는 지형이 특징 선들을 정확하게 만족하지 않아도 될 경우 특징 선마다 오차 허용도를 특징 파라미터로 지정할 수 있다. 지형 윤곽데이터는 앞서 설명된 특징 선들과 특징 파라미터들을 포함한다.

한편, 예제 수치표고모델(DEM) 데이터로부터 산등성이나 골짜기와 특징 선들을 추출하고 이러한 특징 선들에 매치되는 단일 또는 연속적인 지형 패치를 추출하여 특징 선들과 매치되는 지형 패치들로 구성되는 지형특징데이터를 생성해두고, 단계 S100에서 생성한 지형 윤곽데이터의 조건들을 만족하도록 지형특징데이터를 참조하여 지형 패치들을 적절히 배치하고 합성하여 합성 지형데이터를 생성한다(S120).

예제 수치표고모델(DEM) 데이터에서 지형 패치를 추출시에는, 예제 수치표고모델(DEM) 데이터에서 산등성이나 골짜기들을 표현하는 선들은 어떤 지점에서 하나 이상의 분기점이나 종료가 되는 종료점을 이용한다. 다시 말해서, 예제 수치표고모델(DEM) 데이터를 분석하여 분기점들과 종료점들과 이 점들을 연결하는 선들을 특징 정보로 추출한다. 이러한 특징 정보에서 존재하는 해당 점 주위로 일정 크기만큼 수치표고모델(DEM)을 조각낸 원이나 사각형 형태의 점 단위 지형 패치를 추출한다. 또한 특징 정보에서 존재하는 해당 선 주위로 일정 거리만큼 수치표고모델(DEM)을 잘라낸 띠형태의 선 단위 지형 패치를 추출할 수 있다.

지형 윤곽데이터의 산등성이나 골짜기를 나타내는 특징 선을 따라 지형 특징데이터에서 잘 매치되는 특징 정보의 지형 패치들을 배치한다. 선 단위 지형 패치의 경우 참조되는 특징 선 자체의 변형이 뒤따르므로 이미지 와핑 등의 방법으로 지형 패치를 변형하여 배치하는 것이 필요하다.

스케치기반 지형데이터나 합성 지형데이터에 절차적인 방법을 통해서 지형 상세도를 추가하여 지역적으로 더 사실적인 절차적 지형데이터를 생성한다(S130).

상기 절차적 지형데이터에 침식이나 풍화작용 시뮬레이션을 통해 더 사실적인 시뮬레이션 지형데이터를 생성한다(S140).

지형 윤곽데이터와 시뮬레이션 지형데이터를 함께 렌더링하여 지형 렌더링데이터를 생성한다(S150).

스케치기반 지형생성단계(S110)에서 생성된 스케치기반 지형데이터나 합성 지형생성단계(S120)에서 생성된 합성 지형데이터는 전역적으로 사실적인 지형을 표현하므로 낮은 수준의 해상도로 표현되지만 절차적 지형생성단계(S130)에서 생성된 절차적 지형데이터나 시뮬레이션 지형생성단계(S140)에서 생성된 시뮬레이션 지형데이터는 지역적으로 사실적인 지형을 표현하므로 높은 수준의 해상도 표현이 요구되므로 지형데이터는 다중해상도를 갖는 것이 바람직하다.

상기 지형 윤곽데이터와 지형 렌더링데이터를 함께 가시화한 결과를 지형 영상 출력장치(300)를 통해 출력한다(S160).

상기 출력을 확인하여 사용자의 의도에 맞는 지형인지 확인하여 의도에 맞지 않는 부분은 바로 수정한다(S170). 수정 과정은, 상기 지형 윤곽데이터와 시뮬레이션 지형데이터를 함께 가시화한 결과를 보고 사용자가 지형 윤곽데이터의 구성요소인 특징 선들과 특징 파라미터들을 수정하여 지형 윤곽데이터를 변경하고 이로부터 새로 지형 렌더링데이터를 빠른 시간 내에 생성하여 다시 함께 가시화하는 방식으로 수행된다.

지형 윤곽데이터는 한 개 지형의 윤곽정보만 포함하는 것이 아니라 독립되거나 부분 연결된 여러 지형의 윤곽정보를 포함하며, 스케치기반 지형 데이터 생성 단계(S110)는 하나의 지형윤곽정보에서 특징 선이나 특징 파라미터들을 편집하는 작업뿐만 아니라 독립되거나 부분 연결된 여러 지형 윤곽 데이터 간에도 연결이나 단절 같은 편집 작업을 제공하는 것이 바람직하다.

최종 생성된 지형데이터는 다중해상도를 갖는 수치표고모델(DEM)의 데이터구조를 가지며 지형생성과 관련된 모든 단계에서 파일로 저장하는 것이 바람직하다.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

본 발명을 이용하면 지형 제작시 사실성은 높이고 작업 시간을 줄일 수 있으므로, 배경 지형 제작을 필요로 하는, 영화, 게임, 교육 콘텐츠 제작 산업을 더 활성화시킬 수 있다.

100 : 사용자 스케치 입력장치
200 : 저작장치
210 : 스케치 기반 지형생성부
220 : 예제기반 지형특징추출부
230 : 합성 지형생성부
240 : 절차적 지형생성부
250 : 시뮬레이션 지형생성부
260 : 지형 가시화부
300 : 지형영상 출력 장치

Claims

스케치데이터를 입력받아서 지형 윤곽데이터를 생성하는 스케치기반 지형생성단계와,
예제 수치표고모델로부터 추출된 지형 패치의 지형특징데이터를 이용하여 상기 지형 윤곽데이터를 기초로 하여 상기 지형 패치들을 적절히 배치하고 합성하는 합성 지형 생성단계와,
상기 합성 지형데이터에 절차적인 방법을 통해서 지형 상세도를 추가하는 절차적 지형생성단계와,
상기 절차적 지형 생성단계에서 생성된 지형데이터에 침식이나 풍화작용 시뮬레이션하는 시뮬레이션 지형생성단계와,
상기 지형 윤곽데이터와 상기 시뮬레이션한 지형데이터를 함께 렌더링하여 지형 렌더링 데이터를 생성하는 지형 렌더링단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 스케치기반 지형 저작 방법.