KR20210072950A - 3d 메시 분할 기반 3d 모델 압축 및 압축해제 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법은, 3D 메시 데이터를 입력하는 단계; 입력된 3D 메시 데이터를 분할하는 단계; 및 분할된 적어도 둘 이상의 메시 조각을 각각의 인코더 인스턴스를 이용하여 병렬적으로 압축하는 단계;를 포함한다. 이에 의해, 본 발명의 실시예들에 따르면, 3D 메시를 분할하고, 분할된 메시 조각들에 대해 동시에 병렬적으로 압축을 수행함으로써 기존 기술보다 더 빠르게 3D 모델 데이터의 압축을 수행할 수 있다. 또한, 3D 메시를 분할함에 있어서 압축 속도와 효율을 고려한 최적의 분할 알고리즘을 사용함으로써 효율적으로 압축을 수행할 수 있다.

Description

3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 시스템 및 방법{System and method for 3D Model compression and decompression based on 3D Mesh}

본 발명은 3D 모델의 압축 및 압축해제 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3D 메시를 분할 알고리즘을 이용하여 최적의 수로 분할하고 분할된 메시 조각들을 각각의 인코더 인스턴스를 이용하여 동시에 병렬적으로 압축을 수행하며 압축된 결과를 하나의 비트스트림으로 병합하여 제공하며, 하나의 비트스트림으로 압축된 데이터를 압축해제하는 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 시스템 및 방법에 관한 것이다.

3D 모델을 표현하는 3D 메시 데이터는 컴퓨터 그래픽, 애니메이션 및 게임과 같은 다양한 멀티미디어 분야에서 널리 사용되고 있다. 높은 몰입감과 사실감을 제공하는 3D 메시 데이터는 많은 양의 정보를 가지며, 이러한 데이터를 저장 또는 전송하기 위한 압축 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

3D 영상(모델)이 실시간으로 전송되어야 하는 경우에는 3D 메시 데이터가 현재 프레임과 다음 프레임 사이의 시간 안에 압축이 완료되어야 한다. 예를 들어 초당 30 프레임을 압축하여 전송해야 하는 경우에 프레임 당 압축시간을 33ms 이하로 감소시켜야 한다. 그러나 기존의 3D 메시 데이터 압축 방법은 방대한 양의 데이터를 압축해야하기 때문에 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다.

이를 해결하기 위하여 기존 3D 메시 데이터 압축 기술보다 더 빠르게 압축을 수행할 수 있는 기술이 필요하며, 압축해제 후 복원된 3D 모델의 해상도가 나빠지지 않아야 하며 복원된 영상에 시각적 인공물(visual artifacts)이 발생하지 않도록 하는 기술에 대한 연구가 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 많은 양의 데이터를 포함하는 3D 메시를 통으로 압축하지 않고 메시를 분할하여 각각 동시에 병렬적으로 압축을 수행함으로써 고속 압축을 수행할 수 있는 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법은, 3D 메시 데이터를 입력하는 단계; 입력된 3D 메시 데이터를 분할하는 단계; 및 분할된 적어도 둘 이상의 메시 조각을 각각의 인코더 인스턴스를 이용하여 병렬적으로 압축하는 단계;를 포함한다.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따른, 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법은, 병렬적으로 압축된 데이터들을 병합하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 분할 단계는, 의미론적 분할 알고리즘이나 또는 삼각형 정보의 재구성을 통한 고속 분할 방법을 사용하여, 입력된 3D 메시 데이터를 분할할 수 있다.

그리고 고속 분할 방법은, 삼각형의 인덱스 순서대로 최대한 균등하게 여러 개의 분할 집합을 생성하고, 분할 집합 내에 모든 삼각형 정보에 대응하는 정점을 포함하여 분할 메시를 생성하는 방법일 수 있다.

또한, 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법은, 비트스트림을 받아 분할하고, 분할된 비트스트림을 병렬적으로 압축해제하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

그리고 압축해제 단계는, 비트스트림을 입력으로 하여 인코더와 역방향으로 수행하여 3D 메시를 생성할 수 있다.

또한, 비트스트림은, 생성 과정에서 헤더(header)에 분할 영역의 개수와 각 분할 영역의 시작점에 대한 정보가 포함되도록 할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 시스템은, 3D 메시 데이터가 입력되는 입력부; 및 입력된 3D 메시 데이터를 분할하고, 분할된 적어도 둘 이상의 메시 조각을 각각의 인코더 인스턴스를 이용하여 병렬적으로 압축하는 프로세서;를 포함한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 3D 메시를 분할하고, 분할된 메시 조각들에 대해 동시에 병렬적으로 압축을 수행함으로써 기존 기술보다 더 빠르게 3D 모델 데이터의 압축을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 3D 메시를 분할함에 있어서 압축 속도와 효율을 고려한 최적의 분할 알고리즘을 사용함으로써 효율적으로 압축을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법의 설명에 제공된 흐름도,
도 2는 3D 메시 분할 기반 압축 흐름도,
도 3은 3D 메시 분할 기반 압축해제 흐름도,
도 4는 3D 메시 분할 과정이 예시된 도면,
도 5는 종래의 단일 메시 압축 방법에 따른 압축해제 결과가 예시된 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할 메시 압축 방법에 따른 압축해제 결과가 예시된 도면, 그리고
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 시스템의 설명에 제공된 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법의 설명에 제공된 흐름도이고, 도 2는 3D 메시 분할 기반 압축 흐름도이며, 도 3은 3D 메시 분할 기반 압축해제 흐름도이고, 도 4는 3D 메시 분할 과정이 예시된 도면이며, 도 5는 종래의 단일 메시 압축 방법에 따른 압축해제 결과가 예시된 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할 메시 압축 방법에 따른 압축해제 결과가 예시된 도면이다.

본 실시예에 따른 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법은, 많은 양의 데이터를 포함하는 3D 메시를 통으로 압축하지 않고 메시를 분할하여 각각 동시에 병렬적으로 압축을 수행함으로써 고속 압축을 수행할 수 있다.

이를 위해, 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법은, 3D 메시 데이터를 입력하는 입력 단계(S110), 입력된 3D 메시 데이터를 분할하는 분할 단계(S120), 분할된 적어도 둘 이상의 메시 조각을 각각의 인코더 인스턴스를 이용하여 병렬적으로 압축하는 압축 단계(S130), 병렬적으로 압축된 데이터들을 병합하는 병합 단계(S140) 및 비트스트림을 받아 분할하고, 분할된 비트스트림을 병렬적으로 압축해제하는 압축해제 단계(S150)으로 구성될 수 있다.

즉, 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법은, 분할 단계에서, 입력된 3D 메시를 분할 알고리즘을 이용하여 분할하고, 압축 단계에서, 분할된 부분들을 둘 이상의 인코더 인스턴스를 이용하여 병렬적으로 압축할 수 있다.

예를 들면, 분할 단계에서는, 의미론적 분할 알고리즘이나 또는 삼각형 정보의 재구성을 통한 고속 분할 방법을 사용하여, 입력된 3D 메시 데이터를 분할할 수 있다.

이때, 고속 분할 방법은, 삼각형의 인덱스 순서대로 최대한 균등하게 여러 개의 분할 집합을 생성하고, 분할 집합 내에 모든 삼각형 정보에 대응하는 정점을 포함하여 분할 메시를 생성하는 방법이다.

모든 인코더의 압축이 완료되면 비트스트림 병합모듈은 압축된 데이터를 모아 하나의 비트스트림으로 병합할 수 있다. 도 2는 3D 메시 분할에 따른 여러 인코더의 병렬 압축 및 비트스트림 병합 과정을 보여준다.

압축해제 단계는 도 3과 같이 입력 비트스트림을 입력으로 하여 인코더와 역방향으로 수행하여 3D 메시를 생성할 수 있다.

이때, 인코딩 과정과의 차이점은 bitstream merger 대신에 bitstream splitter가 필요하고, segmentation 대신 model merger가 필요하다는 것이다.

디코더 입장에서는 비트스트림 내에서 분할 내용을 정확하게 알 수 없으므로, 비트스트림 생성 과정에서 비트스트림 헤더 (header)에 분할 영역의 개수와 각 분할 영역의 시작점(byte 단위의 크기로 표시)에 대한 정보를 반드시 포함해야 한다.

bitstream splitter는 분할 영역의 개수와 분할 영역의 시작점을 고려해서 여러 개의 분할 bitstream을 생성하게 된다.

도 4는 3D 메시를 분할하는 예시이며, 왼쪽의 단일 메시는 8개의 정점(vertex)과 6개의 삼각형을 포함한다. 왼쪽의 메시를 빨간 점선에 따라 분할하여 오른쪽 그림과 같이 두 개의 메시로 나뉠 수 있다. 분할된 두 메시는 각각 5개의 정점과 3개의 삼각형을 포함하게 되며, 두 메시의 정점의 합은 기존 8개에서 10개로 늘어나게 된다.

이는 메시를 분할할 경우 분할된 경계 부분의 정점이 중복되므로 압축해야 하는 정점의 수가 늘어남을 의미한다. 메시를 많이 분할할수록 처리해야 할 데이터가 늘어나게 되므로 메시를 분할할 때에는 압축 속도와 코딩 효율간의 균형을 고려하여 가장 효율적인 개수로 분할하는 것이 중요하다.

따라서 본 발명에서는 3D 메시를 분할하는 방법은 의미론적 분할을 중심으로 하는 기존 분할 방법 을 사용하거나 속도를 최우선으로 하는 다음과 같은 방법을 사용한다.

분할 속도를 최우선하는 메시 분할 방법은 다음과 같다.

- 입력 메시의 삼각형 (faces) 개수를 총 인코더 인스턴스 개수로 나눠, 분할 영역 당 가능한 균등한 삼각형 개수를 같도록 분할한다.

- 입력 메시의 모든 삼각형들을 균등하게 분할한 이후에는, 분할 영역 내에 모든 삼각형에 대응되는 정점 정보를 포함하도록 구성한다.

본 발명에 따라 3D 메시를 분할하여 병렬적으로 압축한 결과 단일 메시를 압축하였을 때 보다 약 3배(3.28배) 정도 압축 속도가 빨라짐을 확인하였으며, 비트레이트는 비교적 높아졌으나 그 비율은 1% 이하(0.85%)이다.

이에 따라 본 발명에 따른 메시 분할 기반 압축 및 압축해제 방법은 기존 방법 보다 비트레이트가 다소 증가하였으나 이는 매우 미미한 수이며 기존보다 3배 이상 빠른 속도를 보여줌을 알 수 있다.

도 5 내지 도 6은 단일 메시 압축 방법과 본 발명에 따른 분할 메시 압축 방법에 따른 압축해제 결과를 나타내고 있다.

도 5를 보면 메시를 분할함에 따라 발생하는 경계선과 같은 시각적 인공물(visual artifacts)이 잘 감지되지 않음을 알 수 있다.

따라서 본 발명인 분할 메시 압축 방법은 성능은 유지하면서 압축 시간을 단축함으로써 많은 양의 데이터를 포함하는 3D 메시를 더 빠르고 효율적으로 압축할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 시스템의 설명에 제공된 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 시스템은, 입력부(110), 저장부(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.

입력부(110)는, 3D 메시 데이터가 입력되도록 할 수 있다.

저장부(120)는, 프로세서가 동작함에 있어 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 저장 매체이다.

프로세서(130)는 입력된 3D 메시 데이터를 분할하고, 분할된 적어도 둘 이상의 메시 조각을 각각의 인코더 인스턴스를 이용하여 병렬적으로 압축할 수 있다.

또한, 프로세서(130)는 병렬적으로 압축된 데이터들을 병합하고, 비트스트림을 받아 분할하고, 분할된 비트스트림을 병렬적으로 압축해제할 수 있다.

이를 통해, 3D 메시를 분할하고, 분할된 메시 조각들에 대해 동시에 병렬적으로 압축을 수행함으로써 기존 기술보다 더 빠르게 3D 모델 데이터의 압축을 수행할 수 있다.

또한, 3D 메시를 분할함에 있어서 압축 속도와 효율을 고려한 최적의 분할 알고리즘을 사용함으로써 효율적으로 압축을 수행할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

110 : 입력부
120 : 저장부
130 : 프로세서

Claims (8)

1. 3D 메시 데이터를 입력하는 단계;
   입력된 3D 메시 데이터를 분할하는 단계; 및
   분할된 적어도 둘 이상의 메시 조각을 각각의 인코더 인스턴스를 이용하여 병렬적으로 압축하는 단계;를 포함하는 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   병렬적으로 압축된 데이터들을 병합하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   분할 단계는,
   의미론적 분할 알고리즘이나 또는 삼각형 정보의 재구성을 통한 고속 분할 방법을 사용하여, 입력된 3D 메시 데이터를 분할하는 것을 특징으로 하는 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   고속 분할 방법은,
   삼각형의 인덱스 순서대로 최대한 균등하게 여러 개의 분할 집합을 생성하고, 분할 집합 내에 모든 삼각형 정보에 대응하는 정점을 포함하여 분할 메시를 생성하는 방법인 것을 특징으로 하는 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   비트스트림을 받아 분할하고, 분할된 비트스트림을 병렬적으로 압축해제하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   압축해제 단계는,
   비트스트림을 입력으로 하여 인코더와 역방향으로 수행하여 3D 메시를 생성하는 것을 특징으로 하는 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   비트스트림은,
   생성 과정에서 헤더(header)에 분할 영역의 개수와 각 분할 영역의 시작점에 대한 정보가 포함되도록 하는 것을 특징으로 하는 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 방법.
   
8. 3D 메시 데이터가 입력되는 입력부; 및
   입력된 3D 메시 데이터를 분할하고, 분할된 적어도 둘 이상의 메시 조각을 각각의 인코더 인스턴스를 이용하여 병렬적으로 압축하는 프로세서;를 포함하는 3D 메시 분할 기반 3D 모델 압축 및 압축해제 시스템.

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