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렌더링 기법 과 자동차 렌더링

[ 목차 ]1. 서론2. 본론2-1 렌더링 알고리즘의 종류와 특징2-1-1. Wireframe Rendering2-1-2. Hidden Line Removal2-1-3. Illumination Model2-1-4. Ray tracing Rendering2-1-5. Ray Casting Rendering2-1-6. Radiosity Rendering2-1-7. Shading 종류와 특성2-1-8. 광원과 빛의 방향2-1-9. Mapping2-2 자동차 디자인 렌더링작업2-2-1. Sketch2-2-3. Wire Frame Rendering2-2-3. Hidden Line Removal2-2-4. Texture Mapping2-2-5. Bump Mapping2-2-6. Global Illumination3. 결론4. 참고문헌[ 1. 서론 ]'픽사'는 1984년 시그래프(SIGGRAPH)에서 5년 동안 결과를 라는 2분짜리 3D 애니메이션에 이것이 발표되고 나자 시그래프와 관련자들은 몹시 술렁거렸다. (Motion Blur), (Depth of field), (Distributed Raytracing), (Anti-aliasing)등의 효과와 식물 생성 소프트웨어(Graftal) 등이 이 애니메이션에 들어간 신기술이었다.최초의 케릭터 애니메이션을 시작한 '픽사'는 그들의 두번째 작품에서 좀 더 새롭고 진보적인 개념의 케릭터 애니메이션을 창조하였다. 1985년에 ILM에서 독립을 하자마자 만든 작품은 스필버그가 감독한 영화 에서 스테인드 글라스에서 뛰쳐 나와 주인공을 공격하는 갑옷 입은 기사의 37초간의 케릭터 애니메이션은 당시의 모든 관계자들을 놀라게 만들었다. '픽사'는 이 이후 10년 간 케릭터 에니메이션에 많은 투자를 하였다. 그들의 연구는 케릭터 애니메이션에서 자연스러운 동작과 어떠한 렌더링 알고리즘에서 렌더링을 해야 완벽한 케릭터가 탄생할 것인가 하는 것이 연구 과제였다.본 문서에서 거론하고자하는 것은 케릭터 애니메이션이나 카메라 특수효과가 아닌 렌더링 알Lambert의 코사인 법칙을 그대로 사용한다.정오에 태양이 지면에서 거의 수직해 있을 때는 하이라이트가 별로 발생하지 않던 아스팔트 표면이 석양 무렵 태양빛이 지면에 비스듬하게 입사할 경우 훨씬 반짝여 보이는 것이 이 현상이다. Blinn Model은 이 현상을 제대로 표현할 수 있다. 조명이 뒤에서 비춰지는 경우에도 특성이 두드러지게 나타난다. Oen-Nayre 모델의 경우 난반사 특성의 계산을 위해 Physically Based Illumination을 사용하는 경우로서 복숭아처럼 미세하게 거친표면을 재현 가능하다.3) Global IlluminationGlobal Illumination은 기본적인 조명 배치로 생긴 밝고 어둠으로 인한 음영의 대비 편차로 어두운 곳은 밝게 하여 전체적인 음영 분포도를 고르게 조절하는 방식이다.▲ 장점어두운 부분 없이 실제 조명과 같이 부드러운 효과를 낸다. 천장, 물체 그림자 등 직접적인 조명을 받지 못하는 부분도 밝아져 실제에 가까운 이미지 연출이 가능하다.▲ 단점반사, 투명 등의 재질 속성 효과가 떨어진다. Ray Tracing보다 재질의 투명과 반사 효과가 떨어진다. Rendering 시간이 오래 걸린다.2-1-4. Ray tracing renderingRay Tracing Rendering은 공간에 배치된 조명의 밝기를 상대적인 차이로 계산하여 공간의 밝고 어둠을 표현하는 Rendering 방식으로 음영 대비가 강한 것이 특징이며, 이러한 현상을 가상광원을 숨겨서 음영 대비 편차를 줄여주는 방식이다. 빛이 물체의 표면에 반사되는 경로를 추적하는 3차원 Computer graphics Rendering 기법으로 특정 물체 모양을 형성하는 빛 반사량과 경로를 계산하는 Rendering Algorism으로 처음 개발 되었을때 전용 하드웨어를 필요로 할 정도로 복잡한 기법이다.Ray Tracing은 88년 위티드(Whitted)가 개발해 발표했으며 이를 두고 주요 언론과 컴퓨터 그래픽분야 전문가들 사이에서는 그래픽 혁명으 주게 된다. Ray-Tracing은 정확한 Polygon Rendering 방법이지만 계산 시간이 매우 오래 걸리는 방면 Ray casting 방법은 그 시간을 획기적으로 줄여서 우리에게 Pc에서 비교적 빠른 3D를 제공한다. 하지만 이 방법은 주로 2D Mapping에 의한 그래픽에서 사용되고 고화질의 Rendering에서는 기대하기 어렵다는 단점이 있다.2-1-6. Radiosity renderingRadiosity rendering은 빛은 일종의 에너지이며 에너지에 관한 한. 에너지 보존의 법칙이 성립한다는 점을 이용한 기법으로, 일반적으로 실내의 3차원 모델에 대한 조명에 자주 사용된다.Ray Tracing과는 달리 투명한 물체나 하이라이트를 보이는 물체를 묘사하기 어렵다. 그러나 수많은 물체로 구성된 건물 내벽에 설치된 조명(광원)의 위치에 따라 복도나, 내벽, 실내 장식이 어떻게 보이는지 등을 묘사하기에는 적합한 방법이다. Radiosity는 표면에서 나오는 빛 에너지의 양을 뜻한다.Radiosity 기법은 난반사 특성의 계산에 있어 다른 오브젝트들과의 관계를 포괄적(Global)으로 고려한다. 장면을 이루는 모든 surface를 Patch라고 불리는 조각으로 나누고 광원에서 특정 Patch로 또 이 Patch로부터 또 다른 Patch로 얼마만큼의 에너지가 전달되는지 그 양을 계산한다.어떤 Patch가 광원 Patch로부터 받은 에너지의 양이 100%라고 할 때, 몇 %는 이 Patch가 흡수하고, 다른 Patch로 몇 %를 반사하며 이렇게 반사된 에너지를 받는 Patch는 또다시 얼마만큼을 흡수하고 얼마만큼을 반사하는지를 반복해서 계산한다. 전적으로 두 Patch간의 위치, 방향에 의해서 결정되고 이를 Form Factor라고 한다.이와 같은 계산이 반복되면 전체적으로 에너지 평행을 이루게 되는 각 Patch의 에너지 흐름을 방정식을 세워서 계산 할 수 있다. 이때 광원에서 나오는 빛 에너지가 장면을 이루는 Environment 내부에서만 돌고 부드러운 색변화가 있는 곳에서 확실하게 나타나는 색의 띠가 명백할 때 나타나는 경사면, image나 장면이 너무 낮은 컬러수로 표현되어서 부드러운 경사면이 보여지게 되는 형태로 나타나게 될 때 발생한다.3) Phong Shading벡터를 보간하는 것으로 Gouraud shading에서 정점의 반사광 intensity를 먼저 계산하고 이를 보간하는데 비해, Phong Shading에서는 반사광의 Intensity 계산을 제일 마지막 단계에 한다. Phong Shading은 Gouraud Shading보다 정밀한 Rendering 결과를 보여주며 더 부드러운 효과를 보인다. 대략적으로 시간은 3배정도 더 소요된다. 반사광의 intensity를 보간하는데 비해 Poung Shading은 벡터를 보간하기 때문이다.플라스틱의 질감을 표현하기에는 적합하며, 물과 유리같은 반투명과 굴절에는 사용 할 수 없다는 단점을 가지고 있다.4) Blinn shadingPhong Shading과 거의 같은 방식으로 처리하며, 하이라이트가 맺히는 부분에서 광원을 보다 정확하게 반사해준다. CG/동영상, 금속 질감 표현에 적합하다.* 속도 : Flat > Gouraud > Phong > Ray(Tracing)* 현실감 : Flat < Gouraud < Phong < Ray5) Metal Shading금속 질감을 위한 응용쉐이딩으로 독특한 Specular하이라이트 곡선을 보이는 Metal Shading은 실감나게 보이는 금속성 표면과 다양한 유기체 형태의 재질을 제공하며, 표면의 반짝이는 하이라이트 표현에 효과적이다.6) Skin Shading사람의 피부에 가까운 효과를 내기 위한 Shading이다. 특히 인간의 피부는 색감, 질감은 물론 반사와 투과에 있어서 복잡한 구조로 되어 있다. 반투명한 효과를 위해 SSS기술을 이용하는데, Sub-Surface Scattering는 피부나 종이 등 반투명 물체들의 표면에 빛이 닿아서 투과하지 못하고 산란되면서 이뤄지는 현상을 말한다.7) Toon ing법을 구별 할 수 있다.4) Environmental Mapping주변 환경을 오브젝트에 Mapping 시키는 방법이다. 오브젝트를 중심의 다른 오브젝트들이 Texture로 작용한다. Environmental mapping이 가해지는 오브젝트는 주로 매끄러운 표면을 지닌 물체이다. 반사(Reflection)나 굴절(Retraction)의 표현하기에 적합하며, Ray Tracing으로 반사를 정확히 표현하려면 반사될 오브젝트를 모두 만들어 주어야 하기 때문에 활용을 많이 하는 기법이다. mapping의 시점이 바뀌거나 오브젝트의 위치가 바뀌게 되면 오브젝트의 특징도 변하게 됩니다.2-2. 자동차 디자인 렌더링작업2-2-1. Sketch자동차 디자인 중 제일 먼저 하는 작업으로써 기존에 있는 자신의 생각을 스케치 하여 설계를 완성한 후 Tablet을 통하여 컴퓨터로 디자인한 스케치를 컴퓨터로 옮기거나 스캐너를 사용하여 디자인을 컴퓨터로 옮긴다.2-2-2. Wireframe Rendering3차원 형태를 수치화하여 표현하는 기본적인 방법은 형태를 3차원 좌표계의 중심에 좌표치로써 표현하는 방법입니다. 형태를 선분(線分)으로 나타내고 각각의 선분의 양 정점을 X, Y, Z의 3차원 좌표계에 나타냄으로써 수치화가 됩니다.. 이와 같이 형태를 수치화 하면, 이러한 좌표치에 대해 여러가지 계산에 의해 형태의 이동, 변형, 좌표변환 등을 자유롭게 행할 수 있다. 이와 같은 선분의 집합으로 표현되는 형태를 Wireframe rendering 이라고 한다.이 표현방법의 경우 곡선은 짧은 선분의 집합으로 표현하기 때문에 곡선을 어느 정도 섬세한 선분으로 분해하느냐에 따라 형태 표현의 정도가 크게 좌우된다. 이 때문에 경계선의 표현으로 2개의 단점(端点)을 직선으로 연결하는 것 뿐 만아니라 그 사이의 곡률(曲率)을 계산하여 보다 정확히 나타내는 방법도 있다.기본적으로는 원호나 포물선을 이용하지만 대표적인 자유곡선인 베지에(Bezier)곡선이나 B스플라인(B-spline)곡선도.

경영/경제| 2011.05.04| 22페이지| 2,000원| 조회(494)

알고리즘, 렌더링, CG를 이용한 렌더링

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