멀티미디어학과, 콘텐츠 제작 등 필수 멀티미디어개론 요점 정리 22강. 3D 컴퓨터 그래픽스의 제작과정

22강. 3D 컴퓨터 그래픽스의 제작과정

① 모델링 대상 (Modeling) : 모델의 기하학적인 형상을 만드는 과정
② 투영 차원 (Projection) : 3 차원형태의 그래픽 이미지를 2차원의 평면에 표현하는 과정
③ 3D (3D Mapping) : 매핑 모델 표면의 색상 재질 패텅 등을 표현하는 과정

④ 셰이딩 조명의 (Shading) : 위치를 조정하여 모델 표면에 색상과 명암을 적용하는 과정
⑤ 렌더링 최종적인 (Rendering) : 그래픽 이미지를 출력하는 과정

1) 모델링
모델링이란 3D ( Object) 공간상에 가상의 입체적인 물체 오브젝트 를 만드는 것을 말한다.
즉 3D 제작의 맨 처음 과정으로 선 다각형 면 구 등의 이동 회전 확대 축소의
변형을 할 수 있다.
모델링 작업은 와이어 프레임부터 시작한다.
모델링은 그 방법에 따라 기하 모델링(Geometry modeling), 절차적
모델링(Procedural modeling), 3D (3D Scanning), 스캐닝 영상기반
모델링 으로 (Image-based Modeling) . 구분된다
■ 기하모델링
곡선이나 다면체를 이용하여 물체의 형태를 디자이너가 수작업으로 만들어내는
방법이다.
기하 모델링은 폴리곤(Polygon) NURBS(Non-Uniform Rabonal B-spline) 방식과
방식, (Sub-Division) . 서브디비전 방식이 있다.

〈반지의 제왕 에 〉 등장하는 디지털 배우인 골룸, 3D 애니메이션 〈슈렉〉 에
등장하는 슈렉 등은 모두 기하 모델링을 통해 만들어졌다.

■ 절차적 모델링
기하 모델링은 간단한 물체를 모델링하기에는 적합하지만 형태가 복잡한 나뭇가지,
인체 근육 등의 작업에는 어려워 절차적 모델링을 이용한다.
절차적 모델링은 사전에 미리 프로그램적으로 정의되어 있어 복잡한 형태의 물체를
자동으로 생성해주는 모델링 기법이다.
■ 3D (3D Scanning) 스캐닝
스캔 장비를 이용하여 물체의 3D . 형태를 측정하는 방법이다
3D 3D 스캐닝은 마이크로 미터 단위로 매우 정밀하게 물체의 데이터를 습득할 수 있다.
장비가 고가이고 이동이 어려웠으나 최근 휴대용 스캐너가 개발되어 이동성은
개선이 되었다.
섬세함을 요하는 배우의 얼굴이나 문화재 복원 정밀 , 계측 등 다양한 산업
분야에서도 사용되고 있다.

■ 영상기반 모델링 (Image-Based Modeling)
디지털 카메라 등으로 촬영한 여러 장의 사진으로 3D . 모델을 만드는 기술이다.

사람의 두 눈에 맺히는 상의 위치는 약간씩 차이가 있게 되는 이를 ‘양안시차’ 라고 한다.
이 양안시차를 컴퓨터가 정확하게 계산하여 3D . 모델을 얻는다
이 기법은 2D 3D . 사진만으로 를 얻을 수 있어 비용면에서 저렴하다
세부 표현이 복잡한 물체의 형태를 제대로 잡아내기 어렵다.

2) 투영과 은면제거
■ 투영
2차원에서 3차원의 물체의 입체감과 거리감을 느끼게 하기 위해 원근법을
사용한다.
점들의 좌표가 투영되어 원근감있게 보여진다.
■ 은면제거
3D 객체를  2D에서 보면 보는 위치에 따라 보이지 않는 표면이 있는데 이 표면을
은면 (hidden surface)이 라 . 한다
은면을 제거한다.

3) 3D 매핑
2 차원 이미지를 3차원의 입체적인 표면으로 옮겨 표현하는 작업
물체가 가지고 있는 고유의 재질 표면의 , , 색상 패턴 등을 표현하는 과정
3 차원 객체의 표면에 원하는 무늬 색상 질감 또는 사진이나 그림 등의 2차원
이미지를 붙여 사실감을 향상시킴
텍스처 매핑 범프 매핑 디스플레이스먼트 매핑 오패시티 매핑 리플렉션 매핑
라이트 매핑 등이 있음
■ 텍스처 매핑
3D 객체의 표면에 질감 데이터를 입히는 것

■ 범프 매핑(Bump Mapping)
표면의 굴곡을 표현할 때 표면을 구성하는 픽셀의 수치를 변경하여 엠보싱 효과를
낸 것처럼 표현하는것
조명으로 각 픽셀의 밝기와 음영을 조절할 수 있음

■ 디스플레이스먼트 매핑(Displacement Mapping)
3D 객체의 표면을 뒤틀어 변형하는 기법으로 변위 매핑이라고도 함
표면의 픽셀들을 공간적으로 이동시켜 실제로 굴곡진 효과가 나타남
범프 매핑보다 훨씬 사실적임
렌더링 시간이 범프 매핑에 비해서 훨씬 많이 소요되는 단점이 있음

■ 오패시티 매핑(Opacity Mapping)
3D 객체의 표면을 투명한 부분과 불투명한 부분으로 구분하여 표현하는 기법
매핑 이미지의 명도 단계에 따라 3D 객체의 투명도를 조절
흰색 부분은 투명하게 검은색 부분은 불투명하게 표현됨

■ 리플렉션 매핑(Reflection Mapping)
3D 객체가 조명을 받아 반사체에 주위의 환경이 비쳐 보이는 것을 표현하는 기법
금속 유리 , 등과 같은 투명체를 통해 보는 경우에 발생하는 굴절 현상을 표현
계산량이 적기 때문에 렌더링 시간이 적어 많이 사용됨
■ 라이트 매핑(Light Mapping)
조명을 사용하여 3D 객체 표면을 표현하는 기법

 

<파란 조명 효과> 

4) (Shading) 셰이딩
3D 객체의 표면에 대하여 광원으로부터의 거리 각도 색상 명암 등을 계산하여
음영을 표현하는 기법

5) 렌더링
3차원으로 형상화한 객체에 매핑과 셰이딩을 모두 계산하여 최종적으로 완성된
영상을 만들어내는 것이다.
최종 이미지의 품질은 렌더링 알고리즘(Rendering Algorithm) 에 의해 결정된다
렌더링 알고리즘은 많은 명령을 수행하고 많은 픽셀 값들을 계산하기 때문에 처리 시간이 오래 걸린다.
최근의 렌더링 알고리즘이 하드웨어로 구현되어 사용이 쉽다.