KR20160097855A - 홀로그램 생성 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20160097855A KR1020150020258A KR20150020258A KR20160097855A KR 20160097855 A KR20160097855 A KR 20160097855A KR 1020150020258 A KR1020150020258 A KR 1020150020258A KR 20150020258 A KR20150020258 A KR 20150020258A KR 20160097855 A KR20160097855 A KR 20160097855A
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Abstract

본 발명은 물체의 샘플링 개수에 상관없이 홀로그램 생성 속도를 일정하게 유지할 수 있고, 홀로그램 영상의 입체감을 높일 수 있는 홀로그램 생성 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상기 시스템은 물체의 기하학적 정보를 수신하고, 수신한 기하학적 정보를 바탕으로 폐색 처리된 전 방향 각 스펙트럼을 생성하는 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈; 및 상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈로부터 제공되는 전 방향 각 스펙트럼과 외부로부터 제공되는 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로 홀로그램을 생성하는 홀로그램 생성 모듈을 포함한다.

Description

홀로그램 생성 시스템 및 방법{Hologram generation system and method}
본 발명은 홀로 그램 생성 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 물체의 샘플링 개수에 상관없이 홀로그램 생성 속도를 일정하게 유지할 수 있고, 홀로그램 영상의 입체감을 높일 수 있도록 한 홀로그램 생성 시스템 및 방법에 관한 것이다.
홀로그램(Hologram)은 관찰자로 하여금 자연스러운 입체감을 느끼게 하는 3차원 영상 기술이다. 레이저를 조사하여 만들어진 물체파(Object wave)와 기준파(Reference wave)의 간섭 무늬를 필름에 기록하여 입체 영상을 재현하는 아날로그 홀로그램 방식을 시작으로 최근에는 디지털 기술의 발전으로 인하여 간섭 패턴을 디지털적으로 촬영 혹은 계산하고 디지털 디스플레이 소자를 이용하여 홀로그램 영상을 재현하는 디지털 홀로그래피 기술이 활발히 연구되고 있다. 특히, 물체에서 발생하는 광파(Light wave)를 수치적으로 계산하여 생성된 디지털 홀로그램을 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH, Computer Generated Hologram)이라고 한다.
컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)의 장점은 실물에 대한 홀로그램은 물론 컴퓨터 그래픽스 등에서 사용하는 가상의 모델에 대해서도 홀로그램을 생성할 수 있고, 동영상 홀로그램, 홀로그램 영상과의 상호작용 등이 가능하다는 것이다.
이하에서는 특별한 언급이 없으면, "홀로그램"은 컴퓨터 생성 홀로그램(CGH)을 의미한다.
홀로그램은 물체의 한 점이 홀로그램의 모든 점에 영향을 미치게 되어 거대한 계산량을 요구하게 되어 홀로그램의 생성 속도를 높이는 연구가 활발히 진행되어 왔다.
대표적인 고속 홀로그램 생성 기법은 LUT(Look-Up Table)에 기반한 고속 생성 방법이다. LUT 기반 고속 생성 방법은 1993년에 Mark Lucente에 의해 처음 제안되었으며, 기본적으로 물체와 홀로그램 포인트 간의 상대 위치에 의해 물체파 계산이 결정되며, 중복 사용되는 계산량이 높은 루틴을 사전에 계산하여 메모리에 테이블화하고 필요 시에 계산 없이 테이블의 해당 부분을 읽어 들여 계산 속도를 높이는 아이디어를 바탕으로 한다.
LUT 방법을 이용하면 홀로그램 생성 시간을 획기적으로 단축할 수 있으나, 물체의 샘플링 개수가 많아지면 역시 계산 시간이 따라 증가하는 현상을 피할 수 없다. 이는 LUT 방법이 고품질의 홀로그램의 고속 생성에는 적합하지 않다는 것을 의미한다. 또, 폐색 처리(Occlusion culling)는 기준시점에서는 보이나 시점 이동 후 가려져 보이지 않는 영역을 보상하여 렌더링 시간을 줄이고 프레임 비율을 높일 수 있도록 한 기술로서, 올바른 입체감을 전달하는 중요한 요소인데 이를 포함하면, LUT 방법의 홀로그램 계산 속도는 현저히 느려지게 된다.
일반적인 홀로그램은 2차원 평면 형태이다. 이러한 평면 홀로그램은 일정 각도 이내의 시점만을 제공하여 오브젝트의 전 방향 관측이 불가능하게 된다. 전 방향 관측을 위해서는 물체파를 구면에서 기록하는 구면 홀로그램을 이용할 수 있다.
구면 홀로그램은 전 방향에서 물체를 관측할 수 있는 장점이 있으나, 계산 과정에서 푸리에 변환을 사용할 수 없어 계산 속도가 느리다는 단점이 있다. 또한, 평면을 구면에 따라 이어 붙이는 방식으로 구면 홀로그램을 구현하여 계산 효율성을 높이는 방법이 제안되었으나, 고속 생성에는 적합하지 않다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 물체의 샘플링 개수에 상관없이 홀로그램 생성 속도를 일정하게 유지할 수 있는 홀로그램 생성 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 홀로그램 영상의 입체감을 높일 수 있는 홀로그램 생성 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전 방향 각 스펙트럼을 이용한 고속 폐색 처리 홀로그램 생성 시스템은, 물체의 기하학적 정보를 수신하고, 수신한 기하학적 정보를 바탕으로 폐색 처리된 전 방향 각 스펙트럼을 생성하는 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈; 및 상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈로부터 제공되는 전 방향 각 스펙트럼과 외부로부터 제공되는 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로 홀로그램을 생성하는 홀로그램 생성 모듈을 포함할 수 있다.
상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈은 상기 기하학적 정보에 포함된 샘플링 정보를 바탕으로 추출되는 인근 주파수 벡터 집합 내의 모든 주파수 벡터에 대해 물체 메쉬와의 교차 여부를 판단하고, 물체 메쉬와 교차하지 않는 주파수 벡터에 대한 푸리에 계수를 계산하여 계산된 푸리에 계수를 축적하며, 축적 결과를 상기 폐색 처리된 전 방향 각 스펙트럼으로서 생성한다.
상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈은 다수의 기하학적 정보를 수신하는 경우, 다수의 기하학적 정보에 각각 포함되는 샘플링 정보를 바탕으로 각각 추출되는 인근 주파수 벡터 집합 내의 모든 주파수 벡터에 대해 물체 메쉬와의 교차 여부를 판단한다.
상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈은 생성된 전 방향 각 스펙트럼을 구면의 이산화 구조에 저장한다.
상기 홀로그램 생성 모듈은 상기 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로 전 방향 각 스펙트럼을 회전시켜 xy-평면 상의 전 방향 각 스펙트럼으로 변환시키고, 변환된 전 방향 각 스펙트럼을 홀로그램과 물체와의 거리만큼 전파시킨 후 푸리에 변환하여 상기 홀로그램을 생성한다.
상기 홀로그램 생성 모듈은 전 방향 각 스펙트럼에 면적소 비율을 적용하여 전 방향 각 스펙트럼을 변환한다.
한편, 본 발명에 다른 측면에 따른 전 방향 각 스펙트럼을 이용한 고속 폐색 처리 홀로그램 생성은, 물체의 기하학적 정보를 수신하고, 수신한 기하학적 정보를 바탕으로 폐색 처리된 전 방향 각 스펙트럼을 생성하는 단계; 및 상기 전 방향 각 스펙트럼을 생성하는 단계에서 생성된 전 방향 각 스펙트럼과 외부로부터 제공되는 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로 홀로그램을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전 방향 각 스펙트럼을 생성하는 단계는, 입력되는 물체의 기하학적 정보에 포함되는 샘플링 정보를 바탕으로 인근 주파수 벡터 집합을 추출하는 단계; 추출된 인근 주파수 벡터 집합 내의 주파수 벡터가 물체 메쉬와 서로 교차하는지를 판단하는 단계; 상기 추출된 인근 주파수 벡터 집합 내의 주파수 벡터가 물체 메쉬와 서로 교차하는지를 판단하는 단계의 판단 결과, 주파수 벡터와 물체 메쉬가 서로 교차하지 않는 것으로 판단하면, 판단에 이용된 주파수 벡터에 대한 푸리에 계수를 계산하여 축적하는 단계; 및 상기 추출된 인근 주파수 벡터 집합 내의 주파수 벡터가 물체 메쉬와 서로 교차하는지를 판단하는 단계의 판단 결과, 주파수 벡터와 물체 메쉬가 서로 교차하는 것으로 판단하면, 인근 주파수 벡터 집합 내 다른 주파수 벡터가 존재하는지를 판단하는 단계를 포함한다.
상기 주파수 벡터에 대한 푸리에 계수를 계산하여 축적하는 단계에서, 푸리에 계수를 축적한 후, 상기 인근 주파수 벡터 집합 내 다른 주파수 벡터가 존재하는지를 판단하는 단계를 수행한다.
상기 인근 주파수 벡터 집합 내 다른 주파수 벡터가 존재하는지를 판단하는 단계에서, 다른 주파수 벡터가 존재하는 경우, 상기 물체 메쉬와 서로 교차하는지를 판단하는 단계로 진행되고, 다른 주파수 벡터가 존재하지 않으면, 다음 샘플링 정보가 존재하는지를 판단한다.
상기 다음 샘플링 정보가 존재하는지를 판단한 결과, 다음 샘플링 정보가 존재하면, 상기 인근 주파수 벡터 집합을 추출하는 단계로 진행되고, 다음 샘플링 정보가 존재하지 않으면, 전 방향 각 스펙트럼 데이터를 획득한다.
상기 홀로그램을 생성하는 단계는, 상기 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로, 상기 전 방향 각 스펙트럼을 회전시켜, 구면 상의 전 방향 각 스펙트럼을 xy-평면 상의 전 방향 각 스펙트럼으로 변환시키는 단계; 상기 변환된 전 방향 각 스펙트럼을 홀로그램과 물체와의 거리만큼 전파시키는 단계; 및 상기 전파된 전 방향 각 스펙트럼을 푸리에 변환시켜 홀로그램을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 구면 상의 전 방향 각 스펙트럼을 xy-평면 상의 전 방향 각 스펙트럼으로 변환시키는 단계에서, 스펙트럼의 변환은 홀로그램의 좌표계 기저 벡터를 구면 메쉬의 기본 좌표계 기저벡터로 변환한다.
상기 구면 상의 전 방향 각 스펙트럼을 xy-평면 상의 전 방향 각 스펙트럼으로 변환시키는 단계에서 스펙트럼의 변환은 전 방향 각 스펙트럼에 면적소 비율을 적용하여 전 방향 각 스펙트럼을 변환한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 물체의 샘플링 개수와 상관없이 홀로그램 생성 속도가 일정하게 유지되기 때문에 고품질의 홀로그램을 고속으로 생성하는 것이 가능하다.
또한, 전 방향 각 스펙트럼을 사용하여 물체에서 발생되는 광파를 전 방향에서 기록할 수 있으며, 임의의 위치와 방향에서 효율적으로 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하여 평면 홀로 그램의 생성이 가능하다.
이에 더하여, 주파수 벡터 기반의 폐색 처리를 통해 전 방향 각 스펙트럼 생성 시에 폐색 처리가 가능하다. 따라서, 홀로그램 생성 시에는 폐색 처리가 필요하지 않기 때문에, 폐색 처리가 홀로그램 생성 시간에 영향을 미치지 않는다.
또한, 전 방향 각 스펙트럼을 이용한 고속 홀로그램 생성 알고리즘은 홀로그램 영상과 사용자 간의 상호 작용이 가능한 시스템 개발에 응용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전 방향 각 스펙트럼을 이용한 고속 폐색 처리 홀로그램 생성 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈에 의한 전방향 각 스펙트럼 생성 과정을 도시한 플로우챠트이다.
도 3은 전 방향 각 스펙트럼 정의를 위한 구면의 이산화 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 생성 모듈에 의한 홀로그램 생성 과정을 도시한 플로우챠트이다.
도 5는 전 방향 각 스펙트럼을 회전시키는 경우의 좌표 변환의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 변환 전후의 각 스펙트럼의 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 전 방향 각 스펙트럼을 이용한 고속 폐색 처리 홀로그램 생성 시스템을 이용한 홀로그램 상호작용 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전 방향 각 스펙트럼을 이용한 고속 폐색 처리 홀로그램 생성 시스템 및 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명해 보기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전 방향 각 스펙트럼을 이용한 고속 폐색 처리 홀로그램 생성 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 생성 시스템(100)은 전 방향 각 스펙트럼(Omnidirectional Angular Spectrum) 생성 모듈(110)과 홀로그램(Hologram) 생성 모듈(130)을 포함한다.
상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)은 물체의 기하학적 정보를 수신하여 전 방향 각 스펙트럼을 생성하며, 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)에 의해 생성된 전 방향 각 스펙트럼은 홀로그램 생성 모듈(130)로 제공된다.
상기 홀로그램 생성 모듈(130)은 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)로부터 제공되는 전 방향 각 스펙트럼과 홀로그램의 위치 및 방향을 수신하여 홀로그램을 생성한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈에 의한 전방향 각 스펙트럼 생성 과정을 도시한 플로우챠트이고, 도 3은 전 방향 각 스펙트럼 정의를 위한 구면의 이산화 구조의 일례를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)은 물체의 기하학적 정보를 수신하여 물체파의 전 방향 각 스펙트럼을 생성한다.
이때, 물체의 기하학적 정보는 포인트(Point) 혹은 삼각형(Triangle) 기반의 샘플링 정보와, 교점 계산을 위한 폴리곤 메쉬(Polygon Mesh)를 포함하여야 한다.
현재의 전 방향 각 스펙트럼을 생성하기에 앞서 전 방향 각 스펙트럼 데이터에 대한 초기화가 진행될 수 있다(S210).
이후, 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)로 샘플링 정보가 입력되면(S220), 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)은 샘플링 정보를 바탕으로 인근(Neighboring) 주파수 벡터 집합을 추출한다(S230). 여기서, 상기 인근 주파수 벡터 집합은 전 방향 각 스펙트럼이 저장되는 구조인 k-구면 메쉬에서 물체 표면이 노말과의 사이각이 최종 홀로그램의 회절각(Diffraction Angle) 이하가 되는 주파수 벡터의 집합을 의미한다.
다음으로, 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)은 단계 S230에서 추출된 인근 주파수 벡터 집합 내의 임의의 하나의 주파수 벡터와 물체 메쉬가 서로 교차하는지를 판단한다(S240).
이때, 단계 S240에서의 판단 결과, 임의의 하나의 주파수 벡터와 물체 메쉬가 서로 교차하지 않는 것으로 판단하면(S240-No), 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)은 판단 대상의 주파수 벡터에 대한 푸리에 계수를 계산하여 축적하고(S250), 다음 주파수 벡터가 존재하는지를 판단한다(S260).
반면, 단계 S240에서의 판단 결과, 임의의 하나의 주파수 벡터와 물체 메쉬가 서로 교차하는 것으로 판단하면(S240-Yes), 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)은 다른 주파수 벡터가 존재하는지를 판단한다(S260).
단계 S260에 따른 판단 결과, 다른 주파수 벡터가 존재하는 것으로 판단하면(S260-Yes), 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)은 단계 S240로 이동한다.
상기 단계 S240, S250 및 S260는 단계 S230에서 추출된 인근 주파수 벡터 집합 내의 모든 주파수 벡터에 대해서 이루어지고, 이러한 루틴은 단계 S230에서 추출된 인근 주파수 벡터 집합 내의 모든 주파수 벡터에 적용된 후 종료된다.
단계 S260에 따른 판단 결과, 다른 주파수 벡터가 존재하는 않는 것으로 판단하면(S260-No), 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)은 다음 샘플링 정보가 존재하는지를 판단한다(S270).
단계 S270에서의 판단 결과, 다음 샘플링 정보가 존재하는 것으로 판단하면(S270-Yes), 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)은 단계 S220 ~ S270를 순차적으로 진행한다. 이러한 루틴은 입력되는 모든 샘플링 정보에 대해서 이루어지고, 입력되는 모든 샘플링 정보에 적용된 후 종료된다.
단계 S270에서의 판단 결과, 다음 샘플링 정보가 존재하지 않는 것으로 판단하면(S270-No), 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)은 전 방향 각 스펙트럼 생성 동작을 종료한다.
상기에서 상술된 단계 S210 ~ S270에 따라 전 방향 각 스펙트럼 생성 동작이 종료되면, 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)은 전 방향 각 스펙트럼 데이터를 획득한다(S280).
이하에서는, 단계 S250에서 이루어지는 주파수 벡터에 대한 푸리에 계수 계산 과정에 대해서 부연하도록 하자.
원리적으로 포인트 혹은 삼각형 샘플링 방식에 따라 서로 다른 계산 방식이 필요하며, 본 발명에서는 포인트에 대한 효율적인 계산 방법을 제안한다. 이를 위해서 공간의 한 포인트 xo에서 발생하는 구면파를 생각해 보자.
푸리에 이론에 의해 모든 파동은 평면파를 기준으로 표현할 수 있고, 대칭성에 의해 구면파는 다음과 같은 [수학식 1]로 표현되는 공간 분포를 갖는다.
Figure pat00001
여기서, ki는 파동벡터이고, Ai=exp(-j2Πki·x0) 이다. 따라서, 이 경우 구하고자 하는 푸리에 계수는 Ai가 된다.
삼각형 샘플링 방식에 따른 계산은 삼각형의 푸리에 변환의 analytic한 표현에 의해 이루어질 수 있다.
한편, 상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(210)에 의해 생성되는 전 방향 각 스펙트럼은 도 3에 도시된 바와 같은 구면의 이산화 구조로 저장된다. 이때, 구면의 반지름은 홀로그램 생성에 사용되는 광 파장의 역수가 되어야 한다. 이 구면을 k-구면이라고 한다. k-구면의 이산화는 정 이십면체(Icosahedron)를 순차적으로 세분하여 얻어진 메쉬 구조로 얻어질 수 있다. 이를 k-구면 메쉬라고 부르기로 한다.
도 3에 도시된 k-구면 메쉬의 버텍스(301)는 공간 주파수 벡터(Spatial Frequency Vector)에 해당하고, 각 스펙트럼은 k-구면 메쉬의 각각의 버텍스에서 정의된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 생성 모듈에 의한 홀로그램 생성 과정을 도시한 플로우챠트이고, 도 5는 전 방향 각 스펙트럼을 회전시키는 경우의 좌표 변환의 일례를 도시한 도면이며, 도 6은 변환 전후의 각 스펙트럼의 상태를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 홀로그램 생성 모듈(130)은 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110)에 의해 생성된 전 방향 각 스펙트럼 데이터와, 최종 생성하고자 하는 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 입력받아 최종 홀로그램을 생성한다.
먼저, 홀로그램 생성 모듈(130)은 전 방향 각 스펙트럼 데이터, 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 수신하고(S410), 수신한 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로 전 방향 각 스펙트럼을 회전시켜(S420), k-구면 상의 전 방향 각 스펙트럼을 xy-평면 상의 전 방향 각 스펙트럼으로 변환시킨다(S430).
이때, 단계 S420에 따라 전 방향 각 스펙트럼을 회전시키는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 홀로그램(501)의 좌표계 기저 벡터 {E1 ´, E2 ´}를 k-구면 메쉬(502)의 기본 좌표계 기저벡터(basis vector) {E1, E2}로 변환시키게 된다.
또한, 단계 S430에 따라 변환된 전 방향 각 스펙트럼은 도 6에 도시된 바와 같이 표현되며, 이때, 변환 후의 각 스펙트럼
Figure pat00002
(601)는 변환 전의 각 스펙트럼
Figure pat00003
(602)에 면적소 비율을 적용하여 계산되며, 변환 후에는 평면에 정의된 각 스펙트럼을 얻게 되며, 균일한 격자에서의 각 스펙트럼 값이 필요하게 된다.
일반적으로, 변환된 각 스펙트럼은 격자점에 존재하지 않게 되는데, 변환된 위치에 해당하는 셀의 왼쪽, 아래 격자점으로 밀어서 적용하면 고속 계산이 가능하다. 이때, k-구면에서 버텍스(주파수 벡터)가 충분히 조밀하면 발생하는 에러를 거의 무시할 수 있다.
한편, 단계 S430에 따라 변환된 전 방향 각 스펙트럼은 좌표계 중심에서 정의되어 있기 때문에, 홀로그램 생성 모듈(130)은 각 스펙트럼을 홀로그램과 물체와의 거리만큼 전파(Propagation)시킨다(S440).
이때, 홀로그램과 물체와의 거리를 d라고 하면, 홀로그램 생성 모듈(130)은 다음의 [수학식 2]와 같이 표현되는 각 스펙트럼 전파 공식을 이용하여 전파시킬 수 있다.
Figure pat00004
여기서, α, β는 공간 주파수이고, λ는 광 파장이다.
단계 S440에 따라 각 스펙트럼을 홀로그램과 물체와의 거리만큼 전파시킨 후, 각 스펙트럼을 실제 광파로 변화해 주기 위하여, 홀로그램 생성 모듈(130)은 각 스펙트럼을 푸리에 변환시켜(S450), 주어진 위치 정보 및 방향 정보에 대한 폐색 처리된 평면 홀로그램을 생성한다(S460).
상기 홀로그램 생성 모듈(130)에 의해 진행되는 각 단계에서의 계산 과정은 병렬화 등의 가속 처리가 매우 용이한 구조로서, 전 방향 각 스펙트럼이 계산된 경우, 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 입력하면 실시간의 속도로 홀로그램의 계산이 가능하다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 홀로그램 생성 시스템을 이용한 홀로그램 상호작용 시스템의 일례를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 홀로그램 상호작용 시스템(700)은 홀로그램 생성부(710) 및 홀로그램 디스플레이부(730)로 구성될 수 있다.
상기 홀로그램 생성부(710)는 외부로부터 입력되는 물체의 기하학적 정보(샘플링 정보, 폴리곤 메쉬), 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 입력받고, 입력받은 물체의 기하학적 정보를 바탕으로 폐색 처리된 전 방향 각 스펙트럼을 생성하고, 생성된 전 방향 각 스펙트럼과, 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로 홀로그램을 생성한다.
상기 홀로그램 생성부(710)는 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(711) 및 홀로그램 생성 모듈(713)로 구성될 수 있으며, 상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(711) 및 홀로그램 생성 모듈(713)은 도 1 내지 6에서 설명한 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈(110) 및 홀로그램 생성 모듈(130)과 동일한 구성이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 홀로그램 디스플레이부(730)는 홀로그램 생성부(710)로부터 홀로그램을 수신 및 복원하여, 3D 영상을 출력하는 한편, 외부로부터 입력되는 사용자 입력을 바탕으로 물체의 상태 정보(위치 정보, 방향 정보)의 변경을 감지하고, 변경된 상태 정보를 홀로그램 생성부(710)로 제공한다.
따라서, 물체의 위치 및 방향의 변경은 홀로그램 디스플레이부(730)에 의해 홀로그램 생성부(710)로 제공되기 때문에, 홀로그램 생성부(710)는 변경된 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로 새로운 홀로그램을 생성할 수 있다.
이때, 상기 홀로그램 디스플레이부(730)는 입출력 인터페이스부(731)와 정보 생성부(733)로 구성될 수 있다.
상기 입출력 인터페이스부(731)는 홀로그램 생성부(710)로부터 제공되는 홀로그램을 수신 및 복원하여 출력하는 한편, 사용자 입력을 수신한다.
상기 정보 생성부(733)는 사용자 입력에 따른 물체의 위치 정보 및 방향 정보의 변경을 감지하고, 변경된 위치 정보와 방향 정보를 생성하여 홀로그램 생성부(710)로 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 물체의 샘플링 개수와 상관없이 홀로그램 생성 속도가 일정하게 유지되기 때문에 고품질의 홀로그램을 고속으로 생성하는 것이 가능하다.
또한, 전 방향 각 스펙트럼을 사용하여 물체에서 발생되는 광파를 전 방향에서 기록할 수 있으며, 임의의 위치와 방향에서 효율적으로 FFT(Fast Fourier Transform)를 사용하여 평면 홀로그램의 생성이 가능하다.
이에 더하여, 주파수 벡터 기반의 폐색 처리를 통해 전 방향 각 스펙트럼 생성 시에 폐색 처리가 가능하다. 따라서, 홀로그램 생성 시에는 폐색 처리가 필요하지 않기 때문에, 폐색 처리가 홀로그램 생성 시간에 영향을 미치지 않는다.
또한, 전 방향 각 스펙트럼을 이용한 고속 홀로그램 생성 알고리즘은 홀로그램 영상과 사용자 간의 상호 작용이 가능한 시스템 개발에 응용이 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 홀로그램 생성 시스템 및 방법을 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 홀로그램 생성 시스템
110 : 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈
130 : 홀로그램 생성 모듈
700 : 홀로그램 상호작용 시스템
710 : 홀로그램 생성부
730 : 홀로그램 디스플레이부
731 : 입출력 인터페이스부
733 : 정보 생성부

Claims (14)

  1. 전 방향 각 스펙트럼을 이용한 고속 폐색 처리 홀로그램 생성 시스템에 있어서,
    물체의 기하학적 정보를 수신하고, 수신한 기하학적 정보를 바탕으로 폐색 처리된 전 방향 각 스펙트럼을 생성하는 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈; 및
    상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈로부터 제공되는 전 방향 각 스펙트럼과 외부로부터 제공되는 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로 홀로그램을 생성하는 홀로그램 생성 모듈;
    을 포함하는 홀로그램 생성 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈은 상기 기하학적 정보에 포함된 샘플링 정보를 바탕으로 추출되는 인근 주파수 벡터 집합 내의 모든 주파수 벡터에 대해 물체 메쉬와의 교차 여부를 판단하고, 물체 메쉬와 교차하지 않는 주파수 벡터에 대한 푸리에 계수를 계산하여 계산된 푸리에 계수를 축적하며, 축적 결과를 상기 폐색 처리된 전 방향 각 스펙트럼으로서 생성하는 것인 홀로그램 생성 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈은 다수의 기하학적 정보를 수신하는 경우, 다수의 기하학적 정보에 각각 포함되는 샘플링 정보를 바탕으로 각각 추출되는 인근 주파수 벡터 집합 내의 모든 주파수 벡터에 대해 물체 메쉬와의 교차 여부를 판단하는 것인 홀로그램 생성 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전 방향 각 스펙트럼 생성 모듈은 생성된 전 방향 각 스펙트럼을 구면의 이산화 구조에 저장하는 것인 홀로그램 생성 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀로그램 생성 모듈은 상기 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로 전 방향 각 스펙트럼을 회전시켜 xy-평면 상의 전 방향 각 스펙트럼으로 변환시키고, 변환된 전 방향 각 스펙트럼을 홀로그램과 물체와의 거리만큼 전파시킨 후 푸리에 변환하여 상기 홀로그램을 생성하는 것인 홀로그램 생성 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 홀로그램 생성 모듈은 전 방향 각 스펙트럼에 면적소 비율을 적용하여 전 방향 각 스펙트럼을 변환하는 것인 홀로그램 생성 시스템.
  7. 물체의 기하학적 정보를 수신하고, 수신한 기하학적 정보를 바탕으로 폐색 처리된 전 방향 각 스펙트럼을 생성하는 단계; 및
    상기 전 방향 각 스펙트럼을 생성하는 단계에서 생성된 전 방향 각 스펙트럼과 외부로부터 제공되는 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로 홀로그램을 생성하는 단계;
    를 포함하는 홀로그램 생성 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 전 방향 각 스펙트럼을 생성하는 단계는,
    입력되는 물체의 기하학적 정보에 포함되는 샘플링 정보를 바탕으로 인근 주파수 벡터 집합을 추출하는 단계;
    추출된 인근 주파수 벡터 집합 내의 주파수 벡터가 물체 메쉬와 서로 교차하는지를 판단하는 단계;
    상기 추출된 인근 주파수 벡터 집합 내의 주파수 벡터가 물체 메쉬와 서로 교차하는지를 판단하는 단계의 판단 결과, 주파수 벡터와 물체 메쉬가 서로 교차하지 않는 것으로 판단하면, 판단에 이용된 주파수 벡터에 대한 푸리에 계수를 계산하여 축적하는 단계; 및
    상기 추출된 인근 주파수 벡터 집합 내의 주파수 벡터가 물체 메쉬와 서로 교차하는지를 판단하는 단계의 판단 결과, 주파수 벡터와 물체 메쉬가 서로 교차하는 것으로 판단하면, 인근 주파수 벡터 집합 내 다른 주파수 벡터가 존재하는지를 판단하는 단계를 포함하는 것인 홀로그램 생성 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 주파수 벡터에 대한 푸리에 계수를 계산하여 축적하는 단계에서, 푸리에 계수를 축적한 후, 상기 인근 주파수 벡터 집합 내 다른 주파수 벡터가 존재하는지를 판단하는 단계를 수행하는 것인 홀로그램 생성 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 인근 주파수 벡터 집합 내 다른 주파수 벡터가 존재하는지를 판단하는 단계에서, 다른 주파수 벡터가 존재하는 경우, 상기 물체 메쉬와 서로 교차하는지를 판단하는 단계로 진행되고, 다른 주파수 벡터가 존재하지 않으면, 다음 샘플링 정보가 존재하는지를 판단하는 것인 홀로그램 생성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 다음 샘플링 정보가 존재하는지를 판단한 결과, 다음 샘플링 정보가 존재하면, 상기 인근 주파수 벡터 집합을 추출하는 단계로 진행되고, 다음 샘플링 정보가 존재하지 않으면, 전 방향 각 스펙트럼 데이터를 획득하는 홀로그램 생성 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 홀로그램을 생성하는 단계는,
    상기 홀로그램의 위치 정보 및 방향 정보를 바탕으로, 상기 전 방향 각 스펙트럼을 회전시켜, 구면 상의 전 방향 각 스펙트럼을 xy-평면 상의 전 방향 각 스펙트럼으로 변환시키는 단계;
    상기 변환된 전 방향 각 스펙트럼을 홀로그램과 물체와의 거리만큼 전파시키는 단계; 및
    상기 전파된 전 방향 각 스펙트럼을 푸리에 변환시켜 홀로그램을 생성하는 단계를 포함하는 것인 홀로그램 생성 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 구면 상의 전 방향 각 스펙트럼을 xy-평면 상의 전 방향 각 스펙트럼으로 변환시키는 단계에서, 스펙트럼의 변환은 홀로그램의 좌표계 기저 벡터를 구면 메쉬의 기본 좌표계 기저벡터로 변환시키는 것인 홀로그램 생성 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 구면 상의 전 방향 각 스펙트럼을 xy-평면 상의 전 방향 각 스펙트럼으로 변환시키는 단계에서 스펙트럼의 변환은 전 방향 각 스펙트럼에 면적소 비율을 적용하여 전 방향 각 스펙트럼을 변환하는 것인 홀로그램 생성 방법.
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