디지털 이미지와 컴퓨터그래픽스 첨단영상대학원 박경주 교수, 02-820-

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1 디지털 이미지와 컴퓨터그래픽스 첨단영상대학원 박경주 교수, kjpark@cau.ac.kr, 02-820- 5823kjpark@cau.ac.kr http://cau.ac.kr/~kjparkhttp://cau.ac.kr/~kjpark, http://graphics.cau.ac.kr/ 2010.03.11

2 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Topics  디지털 이미지  색상  CG 란 ?  디스플레이 하드웨어  입력 하드웨어

3 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 디지털 이미지  컴퓨터에 저장, 처리 및 디스플레이에 적합한 형 태로 변환시킨 영상  픽셀 (pixel): 영상을 이루는 각 점  비트맵 (bitmap) 형식 - 많은 기억공간 필요, 이동 / 회전 / 변형 어려움 - 확대하면 화질 저하됨

4 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 디지털 이미지 표현  시간의 관점에서 정지 및 동영상으로 분류  동영상은 일련의 프레임을 일정 속도로 재생하 여 움직임 표현  공간 해상도 - 이미지가 몇 개의 픽셀로 구성되었는가를 의미 - 1 인치당 픽셀수 (ppi), 도트수 (dpi), 선수 (lpi) 로 표 현

5 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 디지털 이미지 표현  컬러 해상도 ( 색상 깊이 ) - 픽셀 하나가 몇 비트 정보를 담고 있는지를 의미 - 각 픽셀이 표현할 수 있는 색의 수 결정 - 24 비트 트루컬러 영상 : R, G, B 각 8 비트 → 2 24 = 16,777,216 색 표현 가능 - 이를 8 비트 모드의 256 컬러 영상으로 변환시 팔레트 색으로 대치 → 디더링 기법, 인덱스 컬러 사용

6 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 디지털 이미지 표현  시간 해상도 - 시퀀스가 몇 개의 정지 영상 ( 프레임 ) 으로 구성되는지 - 기본 단위는 1 초당 프레임 수 (frame per second; fps) - NTSC(National Television System Committee) 와 PAL(Phase Alternation by Line) 방식 주사선수 FPS 필드 주파수 (Hz) 비월주사종횡비 영상주파수 영역 (MHz) 음성주파수 영역 (MHz) NTSC52530602:13:44.26 PAL62525502:13:45.57

7 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 디지털 이미지 표현  저장 장소 - 공간 해상도가 640×480 이고, 컬러 해상도가 24 비트 (3 바이트 ) 인 이미지가 NTSC 방식 (30fps) 으로 1 분간 디스플레이되는 경우 → 640×480×3×30×60 = 1,658,880,000 B ≒ 1.66GB - 동영상 편집, 저장, 전송을 위해 압축 알고리즘 필 요 !!

8 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Color:Light

9 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 색상 모델  에너지를 전달하는 전자기파 (electro-magnetic wave) - 파장 ( 주파수 ) 에 따라 적외선, 가시광선, 자외선 대역 - 컬러는 빛의 주파수에 의해 결정

10 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 색상 모델  빛의 3 원색 : red, green, blue - 가산 (additive) 모델 : 빛의 3 원색을 더해 새로운 컬러 만듦. - 감산 (subtractive) 모델 : 빛 3 원색에 의해 만들어진 청록 (cyan), 자홍 (margenta), 노랑 (yellow) 색을 빼거나 흡수해 새로운 컬 러 - 가산모델은 디스플레이 장치에, CMYK 모델은 인쇄, 출력 과 정에 주로 사용.  컴퓨터에 의해 얻어진 영상을 출력, 또는 이미 출력된 이미지를 스캔하는 경우, 색상이 변환 (conversion) 됨.

11 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 색상 모델  RGB 방식 - 빛의 3 원색을 기준으로 한 컬러 표현 - 모든 비디오 카드, 이미지 파일 형식에 사용됨. - 색상공간은 정육면체로 표현되며, 각 3 원색이 3 차원 공간의 축을 이룸.

12 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) RGB color Additive manner – R + G = Y – G + B = C – B + R = M – R + G + B = W RGB coordinates – Black = (0,0,0) – Red = – Green = – Blue = – Yellow = – Magenta= – Cyan = – White =

13 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 색상 모델  HSB 방식 - 색조 (hue: 특정 컬러 ), 채도 (saturation: 컬러 강도 결정 ), 명도 (brightness: 흑백 / 밝기의 비율 ) 로 컬러 표현 - 원뿔 꼭지점 연결한 수직축이 명도, 원뿔 중심으로부터 거리가 채도, 원뿔 중심에서 각도에 의해 색조 결정  HSV 방식

14 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Color: 인식  Color 매칭  세 프라이머리의 brightness 를 조절하여 C 라는 색상과 “ 매칭 ”  Lasers: R =700nm, G =546nm, B=435nm Hue Chroma vs. Value 인지적 색상 뮌셀 칼라챠트

15 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 이미지 파일 형식  BMP - MS 社에서 개발한 가장 단순한 파일 형식 - 파일 관련 정보는 파일 헤더에 두고 각 픽셀 컬러값을 그 대로 저장. - 데이터 압축을 지원하지 않아 파일 크기가 큼  GIF(Graphic Interchage Format) - 팔레트 사용하여 8 비트 256 컬러 지원 - 파일의 업로드 및 다운로드 등에 주로 사용

16 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 이미지 파일 형식  WMF(Windows Metafile Format) - 윈도우에서 기본적으로 지원하는 메타 파일 형식 : 다른 파일을 설명하거나 정의하는 정보를 담고 있음. - 비트맵과 벡터 정보를 함께 표현  TIFF(Tagged Image File Format) - 이미지 전송에 주로 사용 - 초기부터 24 비트 컬러를 지원하여 전자출판의 대부분 컬 러 프린트 시스템에서 지원

17 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 이미지 파일 형식  JPEG(Joint Photographic Experts Group) - 손실 압축기법을 사용하여 사용자가 이미지 품질과 파일 크기 사이에서 적절한 선택을 할 수 있음.  TGA, PCX, EPS(Encapsulated PostScript) 등  동영상 - QuickTime: 다양한 해상도로 이미지 저장 가능 - MPEG(Moving Picture Expert Group): 동영상 내에 동일하 거나 비슷한 프레임의 데이터를 제거하는 손실압축 방식

18 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 이미지 관련 프로그램  2D S/W - drawing 프로그램 : Illustrator, CorelDraw → 기하학적 윤곽선 등을 활용하여 작업 - painting 프로그램 : Painter → 이미지를 채색하는 인조 붓과 물감 기능 제공 - edit 프로그램 : Photoshop → 원본 이미지 조정 / 결점 제거, 레이어를 이용한 객체 작업  동영상 S/W - AfterEffects, Premier  3D S/W: 3D Studio MAX, SoftImage, MAYA 등 다수

19 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) CG(Computer Graphics) 정의  컴퓨터에 의해 만들어진 영상 ( 그림 ) 예 ) 영화, 3D 애니메이션, 잡지 등.  이런 영상들의 제작에 사용되는 S/W 와 H/W  위의 컴퓨터에 의해 만들어진 영상들과 영상제 작에 사용되는 S/W 와 H/W 의 원리를 포함하는 학문영역  Faking reality!  Creating new reality!

20 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr)  벅스라이프 (Pixar Studio) CG 응용 예 : 3D 애니메이션

21 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) CG 활용 : Entertainment

22 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) CG 활용 : Computer-Aided Design  Computer-aided design  CAD  Visual simulation and Training  우주선, 비행 시뮬레이션  자동차 운전, 골프 시뮬레이션  수술 시뮬레이션

23 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) CG 활용 : Digital Media Technologies  Traditional media (analog to digital transition)  Desktop publishing and printing  Digital photography  Digital video 와 HDTV  “New” media experience  Multimedia personal computer  온라인게임 등 네트웍 그래픽스 및 웹  사진 (flickr, cyworld) 및 비디오 공유 (youTube)

24 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 최초의 CG :Ivan Sutherland (1963) - SKETCHPAD  팝업 메뉴  조건부 드로잉, 모델링 등 기본적인 기능 입력 하드웨어, 출력 하드웨어의 발달 소프트웨어의 발달

25 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 디스플레이 하드웨어  벡터 displays  1963 – modified oscilloscope  1974 – Evans and Sutherland Picture System  raster displays : 우리가 현재 사용하는 디스플레이  1975 – Evans and Sutherland frame buffer  1980s – cheap frame buffers  bit-mapped personal computers, 개인용 PC  1990s – LCD  laptops, 노트북  2000s – 프로젝터  digital cinema, ( 디지털 ) 영화관  2010s – high dynamic range displays?  other  stereo, head-mounted displays -> 입체  autostereoscopic displays

26 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) 디스플레이 : 이미지 해상도  방송  NTSC640x480x8b 1/4MB  HDTV-1 1280x720x8b ~1MB  HDTV-2 1920x1080x8b~2MB  컴퓨터  VGA640x480x24b~3/4MB  XGA1024x768x24b~2.5MB  SXGA1280x1024x24b~4MB  UXGA1600x1280x24b ~6MB  레이저 프린터  300 dpi(8.5’’x300)(11’’x300)x1b 1.05MB  2400dpi (8.5’’x2400)(11’’x2400)x1b ~64MB dpi : dots per inch, MB: mega byte, b: bit

27 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Display: IBM T221 해상도 : 3840 x 2400 (QXGA) 크기 : 21.5’’ x 17.3 ‘’(204 dpi)

28 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Display Power WallCRT

29 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Temporal Resolution  치명적인 flicker( 떨림 현상 ) 퓨전 rate  High 주변광원 : 80Hz  Low 주변광원 : 20-30 Hz ( 진동수 )  Frames per second(FPS) : 초당 프레임  Film(double framed)24 FPS  TV(interlaced)30 FPS x ¼ = 8MB/s  Workstation(non-interlaced) 75FPS x 5 = 375MB/s

30 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Display  LCD,DLP  Laser Projector Virtual retinal display OLED Electronic ink

31 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Monitor intensities and gamma  입력 intensity  “0”black, “1”white  입력 intensity 0, 0.5, 1.0 display intensity 0, 0.25, 1.0 => why????  Displayed intensity = (maximum intensity)a r 즉, 감마 r=2, 입력 intensity a=0.5 display intensity 는 ? LCD 모니터, 프로젝터, 주변 조명, … Maximum intensity 란 ?

32 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Input hardware  2D  펜, 태블릿, 마우스, 조이스틱, 트랙볼, 터치스 크린 etc.  광마우스 trackball Mouse(1964) 기계 Mouse

33 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Input Technology: Position Analog Joystick Gamepads 4-way and 8-way Joystick

34 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Input Technology: Position Wii 콘트롤러 Sensors 3 DOF 이동 3 DOF 회전 포인팅

35 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Input hardware  2D  펜, 태블릿, 마우스, 조이스틱, 트랙볼, 터치스크린 etc.  1970s & 80s - CCD 아날로그 이미지 센서 + frame grabber  1990s & 2000’s - CMOS 디지털 센서 + in-camera processing

36 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Input hardware  2D  펜, 태블릿, 마우스, 조이스틱, 트랙볼, 터치스크린 etc.  1970s & 80s - CCD 아날로그 이미지 센서 + frame grabber  1990s & 2000’s - CMOS 디지털 센서 + in-camera processing  3D  1980s - 3D trackers  스캐너 1mm 0.3mm 3mm mesh

37 모션그래픽스연구실 (http://graphics.cau.ac.kr/) 박경주 교수 (kjpark@cau.ac.kr) Input hardware  2D  light pen, tablet, mouse, joystick, track ball, touch panel, etc.  1970s & 80s - CCD analog image sensor + frame grabber  1990s & 2000 ’ s - CMOS digital sensor + in-camera processing  high-dynamic range (HDR) imaging  3D  1980s - 3D trackers  1990s - 스캐너  4D and higher  멀티플 카메라