컴퓨터 그래픽스 기본 개념

1. 픽셀

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1) 디지털 이미지의 기본 단위 - 픽셀

- 하나의 그림은 픽셀이라는 점들의 집합으로 표현됨.

- 우리 눈으로 보기에는 그림이 자연스러운 선과 면으로 이루어진 것 같아도 모자이크식의 미세한 점으로 이루어 짐.

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2. 비트맵 / 벡터 (이미지/폰트)

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1) 비트맵 (bitmap) 이미지

- 이미지에 대한 정보가 점으로 표현되어 있음

- 여러 픽셀로 이루어진 하나의 그림

- 래스터(raster) 이미지라고도 함.

- 사진이나 비디오 정지화면 등 그래픽 파일로 변환할 때 이용

- 컬러의 점진적 변화를 표현하는데 용이

- 비트맵 방식의 그림을 확대할 경우 화질 저하.

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2) 벡터 그래픽

- 도형 정보를 수식적으로 표현

- 그림을 확대하거나 축소하여도 형태를 그대로 유지

- 세밀한 부분이나 컬러의 점진적 변화 표현이 어려움

- 구성하는 객체가 다양하고 많을 수록 파일 크기가 커짐

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3) 폰트

- 컴퓨터 상 글자표현을 위해서 글자의 코드와 모양, 즉 폰트 정보를 알아야 함

- 글자의 모양은 각각 미리 그려져 파일로 저장되어 있어야 함.

- 벡터 폰트는 수식을 이용하여 도형적으로 표현했기 때문에 글자의 크기가 달라져도 문자의 모양이 변하지 않음.

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3. 아날로그 / 디지털데이터

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1) 아날로그 데이터

- 자연 그대로의 형태를 지니고 있는 데이터

- 보통 사람의 눈에 보이는 사진이나 영화의 형태의 데이터

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2) 디지털 데이터

- 컴퓨터로 이미지를 처리하기 위해서 수치로 표현되는 디지털 데이터로 변환되어야 함.

- 디지털 데이터는 이미지를 수십만개의 점으로 구분하여 각 점의 대표 색을 수치로 표현함.

- 스캐너는 아날로그 이미지를 디지털 데이터로 변환시켜줌.

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4. 샘플링

 

1) 부분적 정보만 변환

- 아날로그 데이터를 디지털로 변환할 때, 부분적으로만 정보를 변환함.

- 사진의 경우 그림의 모든 부분을 완벽하게 변환하는 것이 아니라 일정한 간격을 두고 부분적으로 정조를 인식하여 변환함.

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5. 해상도

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1) 개요

- 이미지의 정밀도를 말함

- 픽셀, 도트, 점 등이 이미지를 표현하는 정밀성

- 이미지를 구성하는 점의 수가 많을수록 더욱 세밀하게 표현됨.

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2) 3가지측면

(1) 이미지 입력시의 해상도 : 이미지 원래의 선명도와 스캐너의 성능에 좌우.

- 원래의 이미지, 사진이나 그림이 얼마나 선명한가

- 이미지를 컴퓨터로 인식할 때 얼마나 샘플링을 자세하게 하는가.

(2) 모니터의 해상도 : 비디오 보드의 성능과 모니터의 성능에 좌우

(3) 이미지 출력시의 해상도 : 인쇄하는 프린터의 성능에 좌우.

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3) 이미지 입력시의 해상도 변경

(1) 업샘플링 : 인터플레이션(interpolation) 이용하여 픽셀 수를 늘림

(2) 다운샘플링 : 픽셀의 수를 줄임.

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4) 방법

(1) 픽셀수만 늘리는 방법

- 최단입점 (하드 가장자리 유지)

- 색상 수는 그대로하여 픽셀만 늘림.

(2) 쌍입방 자동

- 인터폴레이션 업샘플링

- 주변 픽셀의 중간 색상의 픽셀을 추가하여 픽셀수를 추가함.

(입력시 해상도: 광학해상도 ---- 늘린 해상도: 최대해상도)

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5) 모니터 해상도

- 작업시의 해상도

- 640*480, 1024*768, 1280*768, 1600*900 등 다양한 수치 적용 가능.

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6. 색심도

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1) 정의

- 이미지를 픽셀로 구분하고 픽셀 하나에 한가지 색상을 부여.

- 해당 픽셀의 내용을 대표하는 색상의 번호 부여

- 이진법을 이용하여 숫자 부여

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2) 특징

-픽셀 하나당 얼마나 큰 정보가는 할당되어 있는가

몇비트의 정보로 이루어져 있느냐에 따라 픽셀 하나가 표현할 수 있는 색의 수가 정해짐

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3) 데이터 샘플의 크기에 따른 색심도 변화

- 8비트는 256, 16비트는 54,536, 24비트는 1690만여 가지의 컬러 구현.

 

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01. 3D 그래픽스 개요

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1) 3D 그래픽의 기본개념

- 2차원보다 복잡하며 하나의 개체를 '모델링' 작업을 통해 제작하며 조각의 개념임.

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2) 기본절차

(1) 모델링 : 물체의 모형 제작

(2) 변형 : 기본 모형에 변형을 주어 복잡한 이미지 제작

(3) 재질 : 모형에 적절한 재질 적용

(4) 환경 : 빛, 카메라, 주변 환경물 설정

(5) 렌더링 : 모들을 만드는 데에 사용된 수치값들을 이용하여 2차원적 그림을 만드는 작업

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3) 관련 프로그램 : 3D Studio Max, Lightwave, Maya, Auto cad 등

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4) 3D 모델링의 요소 생성

(1) 기본도형

(2) 추가도형

(3) 복합 도형

(4) 파티클

(5) 창문, 문, 계단 등의 특수 요인

- 모형 제공 : 위 프로그램에서는 기본적 모형 뿐만 아니라 다양한 복합 모양도 제공

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5) 복합 모형틀 : 로프팅(lofting)

- 기본 2차원 모형에 경로를 설정하여 부피를 줄인다.

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6) 복합 모형들 : 불리언(boolean)

- 여러 모형을 복합적으로 이용 혹은 더하거나 뺄 수 있음

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7) 기본 도형선을 이옹한 모델링(splines)

- 다양한 2차원 선을 제작하여 모델링

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02. 3D 이미지의 생성과 변형

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1) 3D 모델링의 기본 변형법

 

(1) 사출법(extrusion) : 높이 없는 평면 모양에 높이를 줌

(2) 회전법(lathing) : 특정한 축을 중심으로 회전

(3) 사각법(beveling) : 일정한 각도로 부피를 줌

(4) 스위프(sweep) : 경로를 따라 일정한 모양으로 부피를 줌

(5) 이외 구부리기(bend)와 뒤틀기(twist)가 있음.

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2) 모델 전체 편집(editable poly)

- 모델 전체를 편지 가능한 도형으로 변형, 점, 선, 외곽선, 면 등으 자유롭게 변형 가능

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3) 모델링의 자유로운 모형변형

- 기본모양을 다양하고 세밀하게 변형하여 최종 원하는 모형을 얻음.

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03. 재질편집기, 카메라, 빛의 효과

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1) 재질편집기

- 제작된 이미지에 다양한 재질 적용 가능

- 사실적 표현에 걸맞음.

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2) 카메라 위치의 변형

- 이미지에 카메라를 설치하여 바라보는 관점을 지정가능.

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3) 빛의 종류와 방향 설정 가능

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04. 3D 애니메이션 기법

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1) 3D 그래픽의 주 목적은 애니메이션 = 시각적 환상

- 움직임으로 보이게 함

- 3D 프로그램에서 주된 키 프레임을 제작하고, 그 사이의 움직임을 표현하는 키프레임 기법이나 물체의 이동 경로를 지정하는 패스 기법 등이 이용됨

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2) 키프레임 애니메이션

- 변화가 있는 주된 키 프레임을 지정하고 움직임이나 변화를 프로그램이 알아서 제작함

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3) 계층 구조 애니메이션 (hierarchy)

- 관절이 연결되어 있는 물체는 중심부의 움직임에 따라 나머지 부분도 같이 움직임

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4) 환경저 변화요소 (particles)

- 외부의 비, 바람 또는 환경 내의 다른 소입자들의 움직임 표현

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05. 렌더링

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1) 개념(rendering)

- 애니메이션이 설정 된 후 최종적으로 변환을 시켜주는 작업

- 각각의 프레임별의 물체 위치와 재질등을 고려하여 동영상 화면에 이용될 2차원적 그림을 그리게 됨