컴퓨터그래픽 9 - 2 에일리어싱과 일러스트레이터 마스크 적용하기

용어체크

1. 무게중심 좌표

• 어떤 다각형의 무게중심(center of mass)을 기준으로 하는 좌표 체계

2. 비트맵
(Bitmap)

• 그래픽 영상의 표현 및 저장 형식의 하나
• 그림을 화소(pixel) 단위로 표현

3. 샘플링
(Sampling)

• 표본 추출 작업
• 물체 정보로부터 화소를 추출하는 작업

 

학습내용 1. 보간법 2. 앤티 에일리어싱 3. 일러스트레이터 클리핑 마스크 4. 일러스트레이터 벡터 변환 일러스트레이터 클리핑 마스크 적용하기 일러스트레이터 벡터 변환하기 학습목표 1. 보간법의 종류와 원리를 설명할 수 있다. 2. 에일리어싱과 앤티 에일리어싱의 원리를 설명할 수 있다. 3. 일러스트레이터에서 클리핑 마스크를 적용할 수 있다. 4. 일러스트레이터에서 비트맵 이미지를 벡터 이미지로 바꿀 수 있다.

 

 

1. 보간법

 

 

 

1) 보간(Interpolation)

삼각형을 래스터 변환하는 방법 두 가지

① 삼각형 내부를 모두 동일한 색으로 칠하기

② 삼각형 정점의 색을 보간하여 내부를 칠하기

 

보간 기법을 이용하여 삼각형 내부의 색, 내부 화소별 깊이, 법선 벡터, 텍스쳐 등을 구하는 데에 사용할 수 있을

 

 

 

2)  무게중심 좌표

무게중심 좌표란? 어떤 다각형의 무게중심을 기준으로 하는 좌표 체계.

무게중심 좌표의 표현방법은 여러가지.

 

정점이 3개일 경우.

 

컨벡스 헐(convex hull = 주어진 점을 포함하는 가장 작은 볼록 다각형)의 경우

컨벡스 헐 특성 : 어떤 점이 항상 컨벡스 헐 내부에 존재하는 특성

 

무게중심 좌표 이용 방법의 특성 : 연산 시간이 오래 걸림(부동 소수점 연산 필요), 깊이 버퍼(z-버퍼)를 계산하는 데에도 활용 가능

 

 

 

3) 양방향 선형 보간(Bilinear Interpolation)

무게중심 좌표 방법의 경우 -> 많은 연산 시간 소요

벡터 외적을 적용한 결과와 완전히 동일하면서도 더 빠르게 결과를 구할 수 있다.

 

절차

① 동일 주사선 상의 경계선 화소 생상을 구한다.

② 경계선 화소 색상을 이용하여 화소 색상을 구한다.

 

 

더 복잡해보이지만 결과적으로는 연산량을 줄인다.

 

양방향 선형 보간의 특징

x방향 뿐만 아니라 y방향의 보간도 사용하였기 때문에 양방향 선형 보간이라 부른다.

모든 화소를 대상으로 삼각형 내부인지 확인할 필요가 없다. -> 교차점 사이의 좌표에 대해서만 계산하면 됨.

한 번 구한 경계선 좌표를 재사용할 수 있다. -> 다음 연산에 재사용하므로 연산 속도를 높일 수 있다.

 

 

 

 

2. 안티에일리어싱

 

 

1) 비트맵과 포스트 스크립트

 

비트맵(Bitmap)

그래픽 영상의 표현 및 저장 형식의 하나. 그림을 화소 단위로 표현한다.

에일리어싱(Aliasing)현상 : 비트맵 표현에서는 화소 단위로 근사화할 수밖에 없다. 이 때 나타나는 계단 현상을 에일리어싱이라고 말한다. (stair-step, jaggies) 화소의 갯수에는 한계가 있기 때문에 이러한 계단 현상이 나타난다. 비트맵을 확대/축소 : 비트맵을 확대할수록 에일리어싱 현상은 심해진다. 축소할때는 보간법을 이용하여 표현. 

 

BMP, GIF, PNG, JPED, TIFF

 

포스트스크립트(Postscript, PS)

벡터 그래픽 장비를 위한 표현 개념에서 유래. 물체(객체, object)단위로 영상을 표현. 화소 대신 정점(제어점, control point)좌표로 표현. 

 

포스트스크립트 명령어(PCL = Postscript Command Language)

포스트스크립트를 지원하는 프린터가 수용 가능한 명령어. 주어진 정점의 위치와 곡선의 수식으로부터 곡선이 지나가는 정확한 방향을 프린터 내부에서 계산 -> 컴퓨터의 연산 성능보다 프린터의 연산 성능에 의존

컴퓨터 화면에서 PCL을 사용하는 경우 -> 화면 표현이 이루어지기 전에 계산 수행 및 완료가 필요. 

 

PDF, PS, EPS, WMF, SVG

 

 

 

2) 에일리어싱과 안티에일리어싱

 

샘플링

표본 추출 작업, 즉 물체 정보로부터 화소를 추출하는 작업. 단위 면적 당 샘플링을 많이 할수록 저장공간이 증가하며 정밀도가 향상된다. 

 

샘플링 이론

원래 신호가 지닌 최대 주파수의 2배 이상 속도(해상도)로 샘플링을 할 경우, 추출된 신호로부터 원래 신호를 완벽하게 복원할 수 있음

 

나이키스트 주파수

원래 신호가 지닌 최대 주파수의 2배

단위 시간당 신호 높낮이 변화가 심함 -> 주파수 증가

단위 시간당 신호 높낮이 변화가 적음 -> 주파수 감소

 

무아레 패턴

샘플링 오류(즉, under sampling)으로 인한 패턴

위로 갈수록 영상 주파수가 높아짐 -> 샘플링 주파수 부족

 

안티 에일리어싱

동일한 화면 해상도에서 에일리어싱을 감쇄하기 위한 기법. 참고) 화면 해상도를 높이면 프레임 버퍼 용량 증가 문제가 있다.

 

안티에일리어싱 기법들

수퍼 샘플링

영역 샘플링

 

수퍼 샘플링 : 사후 필터링이라고도 한다. 화소를 부분 화소로 분할하여 화소 밝기 계산 후 평균을 구해 하나의 화소 단위로 표현하는 작업.

지터링 : 수퍼 샘플링의 일종, 임의로 정해진 불규칙 위치에서 샘플링을 수행하기 때문에 좀더 물체 본연의 모습에 가깝게 표현될 수도 있다. 

 

포인트 샘플링과 수퍼 샘플링의 차이 : 수퍼 샘플링은 경계선 부분을 좀더 매끄럽게 표현한다...

 

영역 샘플링 : 화소 밝기를 면적에 비례하여 표현하는 방법. 면적이 없는 선의 경우 -> 선과 면의 교차 부분의 면적에 비례하여 샘플링. 사전필터링이라고도 부름. 

 

영역 샘플링의 3가지 분류

동일 가중치 샘플링 : 영역 내부 모든 곳에 동일한 가중치 부여

피라미드 가중치 샘플링 : 화소 중심이 교차하는 부분에 높은 가중치, 화소 중심에서 멀어지는 부분에 낮은 가중치를 부여. 

원뿔 가중치 샘플링 : 피라미드 가중치 샘플을 개선한 방법. 인접한 화소 사이의 급격한 변화를 줄이는 방식으로, 원형 원뿔 바닥 내부의 모든 물체를 대상으로 가중치를 부여한다. 

 

 

 

 

3. 일러스트레이터 클리핑 마스크

 

 

 

1) 클리핑 마스크 적용하기

 

 

 

 

 

4. 일러스트레이터 벡터 변환

 

 

1) 비트맵 이미지를 벡터 이미지로 바꾸기

 

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에일리어싱(Aliasing) 현상이란 무엇을 말하는 것일까요?비트맵 표현에서는 화소 단위로 근사화하게 되며, 이때 나타나는 계단(stair-step, jaggies) 현상을 에일리어싱(Aliasing)이라고 합니다. 즉 직선이 곧지 않고 단절된 계단 모양이며 떨리는 현상으로, 롤링 셔터 센서의 행마다 스캔된 이미지 조합 시차가 달라 나타나는 노이즈 입니다.

 

 

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Quiz 01보간 기법을 이용하면 삼각형 내부의 색, 내부 화소별 깊이, 법선 벡터, 텍스처 등을 구할 수 있다.

• 1 O
• 2 X

정답 :1

해설 :보간 기법을 이용하여 삼각형 내부의 색, 내부 화소별 깊이, 법선 벡터, 텍스처 등을 구하는 데에 사용할 수 있다.

 

 

 

Quiz 02양방향 선형 보간의 특징으로 올바르지 않은 것은?

• 1 x, y 양방향의 보간을 사용한다.
• 2 모든 화소를 대상으로 삼각형 내부인지 확인하지 않아도 된다.
• 3 교차점 사이의 좌표에 대해 계산한다.
• 4 한번 구한 경계선 좌표는 재사용할 수 없다.

정답 :4

해설 :한 번 구한 경계선 좌표는 다음 연산에 재사용하므로 연산 속도를 높일 수 있다.

 

 

 

Quiz 03표본 추출 작업으로 물체 정보로부터 화소를 추출하는 작업을 무엇이라고 하는가?

• 1 에일리어싱(Aliasing)
• 2 샘플링(Sampling)
• 3 포스트 스크립트(Postscript)
• 4 무아레 패턴 (Moire Pattern)

정답 :2

해설 :샘플링(Sampling)에 대한 설명으로 단위 면적 당 샘플링을 많이 할수록 저장공간이 증가되며, 정밀도는 향상된다.

 

 

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학습정리

1. 보간법

• 보간 기법을 이용하여 삼각형 내부의 색, 내부 화소별 깊이, 법선 벡터, 텍스처 등을 구하는 데에 사용할 수 있음
• 양방향 선형 보간을 이용하면 한 번 구한 경계선 좌표를 재사용할 수 있음

2. 앤티 에일리어싱

• 동일한 화면 해상도에서 에일리어싱을 감쇄하기 위한 기법
• 수퍼 샘플링(supersampling), 영역 샘플링(area sampling) 등