이미지와 그래픽
이미지와 그래픽의 기본개념 시각적 정보의 중요성 이미지 - 중심적인 위치 이미지: 스캐너, 디지털카메라로부터 획득 그래픽: 컴퓨터로 생성
픽셀(Pixel: Picture Element) 이미지:픽셀의 집합 비트맵(Bitmap)
픽셀 픽셀의 색: 적색(Red), 녹색(Green), 청색(Blue) 컬러의 수와 픽셀당 비트 수
우리 눈은 얼마나 많은 색을 구별할 수 있을까?
우리 눈은 얼마나 많은 색을 구별할 수 있을까?
우리 눈은 얼마나 많은 색을 구별할 수 있을까?
우리 눈은 얼마나 많은 색을 구별할 수 있을까?
컬러 모델(Color Model) 빛의 특성 진폭(Amplitude) : 빛의 밝기(brightness 또는 luminance)를 결정, 진폭이 클수록 밝아진다. 파장(Wave length) : 빛의 색상(color)을 결정, 가시영역 = 380 ~ 760 nm = 보라색 ~ 빨간색
RGB 컬러모델 빛의 삼원색(적색, 녹색, 청색)이 기본 색이 되는 컬러 모델 빛을 더하면 흰색이 되는 빛의 성질을 이용 가산 모델(additive model)
RGB 컬러모델
CMY (Cyan, Magenta, Yellow) 모델 Cf) CMYK 모델
HSV (Hue, Saturation, Value) 모델 인간의 시각 모델과 가장 흡사한 컬러 모델 색상(Hue), 채도(Saturation), 명도(Value 또는 Brightness) 인간이 인식하는 컬러 수 128(H) * 130(S) * 23(B) = 382720 RGB 모델, CMY 모델, HSV 모델간의 변환
인덱스 컬러(Indexed Color) 사용할 수 있는 색상의 수가 제한된 시스템에서 사용 색상 보기표(CLUT : Color Look-Up Table)를 이용하여 미리 정의된 색상을 사용 임의로 정의하여 사용
해상도(Resolution) 해상도(Resolution) : 단위 길이당 표시할 수 있는 픽셀 수 dpi (dot per inch) 프린터 : 300 dpi 이상, 모니터 : 72 ~ 75 dpi 장치 해상도 : 출력장치가 단위 면적에 표현할 수 있는 픽셀의 수 이미지 해상도 : 장치와 무관한 이미지 자체의 해상도
이미지 표현 방식 래스터(Raster) 방식 픽셀단위로 저장하는 방식 파일의 크기는 해상도에 비례 화면을 확대할 때 화질이 떨어짐
이미지 표현 방식 벡터(Vector) 방식 기하적인 객체들을 나타내는 그래픽 함수로 표현되는 방식 사각형의 경우 4개의 꼭지점 원의 경우에는 중심점과 반지름의 값 수학적 함수에 따라서 처리되므로 파일 크기가 작음 화면 확대 시 화질의 변화가 없음
벡터(Vector) 방식 벡터 방식으로 그리기 단점 사진과 같은 복잡한 이미지는 표현하기 힘듦 확대할 때마다 벡터를 계산하여 매끄럽게 해주어야 하기 때문에 연산속도가 느림
벡터 방식 vs. 래스터 방식 벡터방식 비트맵방식 프로그램 구분 그리기 계열 이미지 편집, 칠하기 계열 이미지 처리방식 벡터방식 비트맵방식 프로그램 구분 그리기 계열 이미지 편집, 칠하기 계열 이미지 처리방식 수학적 함수로 계산 비트맵 처리 장점 파일 크기가 작음 이미지 처리에 적합 프로그램 종류 일러스트레이터,코렐드로우, 프리핸드 포토샵, 페인터, 코렐페인터
문자 폰트(Character Font) 래스터 폰트(Raster Font, Bitmap Font) 벡터 폰트(Vector Font)
I am VECTOR Font
입력장치 스캐너 이미지에 빛을 비춘 다음 반사되어 돌아오는 빛을 CCD(Charge Coupled Device)로 받아들여 그 빛의 양을 측정하는 원리로 작동 스캐너의 해상도는 CCD입자의 정밀도에 비례하며 이를 "광학 해상도"라고 한다.
디지털 카메라(Digital Camera) 디지털 카메라와 일반 카메라의 차이 화소? 디지털 카메라의 종류와 방식 – 4조 발표
펜 입력장치
출력장치 CRT 모니터 전자총(electron gun)이 전자빔(electron beam)을 발사 편향 요크(deflective yoke)는 전자빔의 방향을 조절하여 화면 내의 임의의 위치에 전자빔이 도달하도록 한다. 섀도우 마스크(shadow mask)는 특정 빔을 특정 형광물질로 향하게 한다. 전자빔은 CRT 화면에 있는 형광물질을 자극하여 발광시킨다.
모니터의 작동 원리 및 구조
섀도우 마스크(Shadow Mask) 전자빔이 조준한 점에 도달하도록 조절 작은 구멍을 가진 얇은 금속 판 섀도우 마스크
해상도 해상도
활성화율(Refresh rate) 과 해상도 초당 화면이 몇 번 칠해지는가를 나타내는 기준 활성화율이 낮으면 화면의 깜박거림이 심하며, 이것은 사용자에게 피곤함과 두통을 유발 LCD , PDP, OLED, Projector – 5조 발표
이미지의 디지털화 표본화(Sampling) 양자화(Quantization) 필터링(Filtering) 부호화(Coding)
표본화
표본화
양자화 (Quantization) 연속적인 색상 데이터 → 디지털 데이터 각 화소의 밝기 또는 색을 컴퓨터에서 인지할 수 있는 숫자로 표현 표현할 수 있는 색상의 수가 2G일 경우 G비트 양자화 일반적인 흑백 사진:256레벨(8비트) X선 이미지: 1024레벨(10비트)
양자화 후 이미지
양자화 후 이미지
양자화 후 이미지
양자화 후 이미지
양자화 후 이미지
이미지 필터링(Image Filtering) 이미지에 임의의 변형을 가하여 특수한 효과를 얻는 기법 잡음이나 왜곡 등 손상된 이미지의 품질을 복원시키기도 함 평균값 필터 밝기 조절 필터 윤곽선 추출 히스토그램 평준화
평균값 필터(Average Filter) 이미지의 각 픽셀에서 일정한 주위의 픽셀값의 평균치를 구하여 현재 픽셀값을 대체시키는 필터 잡음이 감소하고 경계선이 흐릿해지는 특징이 있음
블러링 (Blurring)
윤곽선 추출(Edge Detection) 이미지의 그레이 레벨(gray level)이 급격하게 변하는 부분을 감지하여 표시하는 필터
윤곽선 추출(Edge Detection) 이미지의 그레이 레벨(gray level)이 급격하게 변하는 부분을 감지하여 표시하는 필터
히스토그램 평준화(Histogram Equalization) 이미지에서 명암도에 따른 픽셀의 수를 고르게 분포시키는 기법 히스토그램 평준화를 수행하면 이미지 히스토그램이 고르게 분산되는 것을 볼 수 있음
히스토그램 평준화(Histogram Equalization)
히스토그램 평준화(Histogram Equalization)
이미지의 압축 이미지 데이터의 양을 줄이는 방법 한 화소당 데이터의 양을 줄이는 방법 이미지를 구성하는 화소의 수를 줄이는 방법 데이터를 압축하는 방법
GIF 압축 RLE(Run Length Encoding) 방식을 응용한 LZW(Lempel-Ziv-Welch) 알고리즘을 사용
GIF 압축률 154 bytes 213 bytes 318bytes 501 bytes 1,148 bytes 8,236 bytes
JPEG (Joint Photographic Experts Group) 압축 특별히 컬러 사진의 압축을 위하여 고안되었으며, 1992년 국제 표준으로 확정됨 손실(Lossy) 압축: 일반 사진 무손실(Lossless) 압축: X-레이 단점: 압축 특성으로 인한 색번짐이 나타날 수 있음 특히, 색상간의 경계가 뚜렷한 경우
JPEG 압축과정 RGB모델에서 YIQ모델로 변환 YIQ모델 : Y는 밝기, I는 색상, Q는 순도의 정보를 가짐 인간의 시각은 밝기 정보에 더 민감하게 반응 B G R Q I Y
JPEG 압축과정 Y I Q Y I Q YIQ의 매크로 블록(Macroblock)화 매크로 블록의 8x8 블록화 전체 이미지를 Y, I, Q에 대해 16x16 크기로 나눔 그 다음 I와 Q는 8x8 의 크기로 sub-sampling 색차 정보의 1차적인 압축 매크로 블록의 8x8 블록화 매크로 블록 중 Y를 8x8 픽셀블록 단위로 나눔 Y:I:Q=4:1:1 Y I Q 16 8 Y I Q 8 이후는 모두 블록 단위로 연산 수행
JPEG 압축과정 DCT(Discrete Cosine Transform) 변환 2차원 평면 공간의 컬러 정보를 2차원의 주파수 정보로 푸리에 변환(Fourier Transform)하는 과정 1개의 DC 계수와 63개의 AC 계수를 얻음
JPEG 압축과정 DCT (Discrete Cosine Transform) 변환 2차원 평면 공간의 컬러 정보를 2차원의 주파수 정보로 푸리에 변환(Fourier Transform)하는 과정 1개의 DC 계수와 63개의 AC 계수를 얻음
JPEG 압축과정 양자화(Quantization) 인간이 구별하기 힘든 범위 내에서 DCT 계수를 반올림 가장 큰 데이터 압축이 일어나는 동시에 가장 데이터 손실이 많은 과정
원본 이미지 고주파 성분 저주파 성분 압축된 이미지
JPEG 압축과정 지그재그 스캐닝(Zig-zag Scanning) DCT 계수 지그재그로 읽어 일차원 형태로 배열 낮은 주파수의 계수는 앞쪽에, 높은 주파수의 계수는 뒤쪽에 위치
JPEG 압축과정 엔트로피 코딩(Entropy Coding) 무손실 압축을 사용하여 최종 압축을 수행 일반적으로 허프만 코딩(Huffman coding)을 많이 사용
허프만 코딩(Huffman coding) 1954년 허프만 단위 정보의 출현 빈도를 기반으로 비트 수를 할당 ABABCBBBC A: 00 B:01 C:11 000100011101010111 A:10 B:0 C:11 100010001100011
JPEG 무손실 압축 방식
파일 포맷 BMP 마이크로소프트에서 지원하는 기본 이미지 파일 포맷 비트맵 방식의 기본 대부분의 프로그램에서 지원 압축하지 않음 흑백 512 × 768 × 1 bit = 49,152 Byte Gray scale 512 × 768 × 8 bit = 393,216 Byte True color 512 × 768 × 24 bit = 1,179,648 Byte
파일 포맷 JPEG GIF 특별히 사진의 압축을 위해 고안된 파일 포맷 사진에서 얻어진 이미지의 경우 한 픽셀의 컬러 값은 바로 옆 픽셀의 값과 큰 차이를 보이지 않는 다는 사실을 이용 사람의 눈은 명암을 색상보다 더 잘 인식한다는 사실도 활용 GIF 팔레트를 사용하는 8비트 컬러만을 지원하는 압축 포맷 일러스트레이션용으로 제작된 그래픽 파일의 경우에는 압축효율이 좋음 JPEG포맷과 함께 가장 널리 사용 1989년에 개정된 GIF89 포맷 256개 컬러중 투명색(transparent color)을 지정 가능 GIF89a에서는 애니메이션 기능을 제공
파일 포맷 PNG (Portable Network Graphics) GIF 포맷에서 발전한 포맷으로 인터넷을 위한 새 규격의 포맷으로 인터넷 위원회에 의해서 개발 인터넷 등 온라인 그래픽용으로 최적화된 표준 GIF 형식보다 압축 효율이 높고(10~30% 정도), 투명화가 가능하며 24비트 컬러 화상을 취급할 수 있음
기타 파일 포맷 TIFF(Tagged Image File Format) PCX(Zsoft PC Paintbrush Bitmap file, Packbits Compression indeX) TGA(Targa) ICO(ICONs) PICT(Picture)
디더링(Dithering) 제한된 수의 색상들을 섞어서 다양한 색상을 만들어 내는 기법 현재 팔레트에 존재하지 않는 컬러를 컬러 패턴으로 대체하여 가장 유사한 컬러로 표현하는 기법 그레이 스케일 이미지를 흑백 이미지로 바꿀 수도 있음
디더링(Dithering)
앤티앨리어싱(Antialiasing) 물체 경계면의 픽셀을 물체의 색상과 배경의 색상을 혼합해서 표현하여 경계면이 부드럽게 보이도록 하는 기법
앤티앨리어싱(Antialiasing)
앤티앨리어싱(Antialiasing)
이미지/그래픽 편집 소프트웨어
그리기 도구(Drawing Tool) 벡터 방식 그래픽 디자이너 등 전문가들이 선호 래스터 그래픽 정보에도 대응할 수 있는 EPS(Encapsulated PostScript) 형식도 지원하여 칠하기(Painting)계열 소프트웨어와 데이터 공유가 가능 레이어를 이용한 일러스트 기능이 탁월 비교적 쉽고 편리한 인터페이스 제공 일러스트레이션, 간행물 표지 디자인 등에 사용
벡터 그래픽의 파일 포맷 EPS WMF, EMF AI CDR 프린터에 그래픽 정보를 보내기 위해 등장한 포스트스크립트(Postscript)언어를 활용한 포맷 텍스트의 그래픽 구조 및 폰트, 비트맵 정보를 표시 WMF, EMF Windows에서 사용하는 메타화일 방식 비트맵과 벡터 정보를 함께 표현하고자 할 경우 가장 적합 AI Adobe Illustrator에서 사용된 화일 포맷 대부분의 그래픽 소프트웨어가 이 포맷을 지원 CDR Corel Draw에서 사용되는 화일 포맷
칠하기 도구(Painting Tool) 래스터형 데이터를 가짐 그리기 도구의 데이터에 비해 데이터 사이즈가 크다. 실세계의 회화 기법을 컴퓨터에 적용하기 위한 가장 좋은 도구 붓, 목탄, 연필, 수채, 유채 물감 같은 다양한 종류의 칠하기 도구들을 제공
이미지 편집도구 (Image Editing Tool) 스캐너나 디지털 카메라 등 입력장치를 통해 얻은 사진이나 이미지에 다양한 그래픽 처리를 하기 위한 소프트웨어 다양하고 강력한 필터를 가지고 있는 이미지 편집 도구의 표준 실제 이미지 편집에 필요한 모든 기능을 가지고 있음 일반인도 쉽게 배울 수 있음
3D 그래픽스 3차원 그래픽 생성과정 물체의 기하학적인 형상을 모델링(Modeling) 3차원 물체를 2차원 평면에 투영(Projection) 생성된 3차원 물체색상과 명암을 추가(Rendering)
모델링(Modeling) 실세계나 상상속에 존재하는 물체를 3차원 좌표계를 사용하여 그 모양을 표현하는 과정 와이어프레임(Wireframe) 모델 : 물체의 골격만을 표현 다각형 표면(Polygon Surface) 모델 : 삼각형 같은 면을 기본 단위로 3차원 모델을 표현
3차원 스캔에 의한 모델링 실제 물체를 스캐닝하여 모델링 하는 방법 3차원 디지타이저, 3차원 레이저 스캐너
투영(Projection)
렌더링(Rendering) 컴퓨터 그래픽에 그림자나 색채의 변화와 같은 3차원적인 질감을 더하여 현실감을 추가하는 과정 은면 제거(Hidden Surface Removal) 쉐이딩(Shading) 텍스쳐 매핑(Texture Mapping)
은면 제거 Z 버퍼 기법 은면 제거 기법 중 하나. 한번에 하나의 픽셀씩 화면면에 그려질 수 있는지 판단
쉐이딩 광선 추적법(Ray Tracing) - 빛의 경로를 모두 추적하여 렌더링하는 기법. 굉장히 사실적인 화면을 얻을 수 있음 irtc.org
광선 추적법의 원리
텍스쳐 매핑(Texture Mapping) 실제 사진으로 기하모델의 표면을 에워싸는 기법
Real Photo or CG?
Fake Photo or CG?
Fake Photo or CG?
Fake Photo or CG?
Fake Photo or CG?
Real Photo or CG?
Fake Photo or CG?
Real Photo or CG?
Real Photo or CG?
Real Photo or CG?
http://www.autodesk.com/eng/etc/fake_or_foto/quiz.html
발표 6 조 발표 그래픽 카드(하드웨어)의 발전 7 조 발표 3차원 그래픽 소프트웨어
3차원 그래픽 소프트웨어 모델링, 렌더링, 애니메이션 3D Studio Max 가장 널리 쓰이는 소프트웨어 주로 게임 동영상 제작에 많이 쓰임
3차원 그래픽 소프트웨어 Maya 아카데미 상 수상 주로 영화 제작에 많이 쓰이는 소프트웨어
3차원 그래픽 소프트웨어 SoftImage Maya와 비슷한 기능 캐릭터 애니메이션 기능이 강력함
3차원 그래픽 파일 포맷 WRL : DXF : 3DS, MAX : MB, MA: VRML을 위해 개발된 포맷 3차원 객체에 대한 정보 및 그 객체의 위치정보를 담고있다. DXF : Autodesk사에서 자사의 AutoCAD에 사용하기 위해 개발된 것으로서 벡터 속성을 갖는 파일 포맷 CAD 소프트웨어에서 널리 사용 3DS, MAX : 3D Studio MAX에서 사용하는 파일 포맷 대부분의 3차원 그래픽 S/W에서 사용 가능 MB, MA: Maya에서 사용하는 파일 포맷