컴퓨터 생성 이미지

3. 정적 이미지 및 랜드스케이프 생성

컴퓨터 생성 이미지(CGI)는 애니메이션뿐만 아니라, 프랙탈 랜드스케이프와 같이 자연스러운 모습의 풍경을 생성하는 데도 사용된다. 프랙탈 표면을 생성하는 간단한 방법은 삼각 메쉬 방법의 확장을 사용하는 것으로, 중점 변위와 같은 드 람 곡선의 특수한 경우를 구성하는 데 사용된다.^[35] 알고리즘은 큰 삼각형으로 시작하여 재귀적으로 확대하여 네 개의 더 작은 시에르핀스키 삼각형으로 나누고, 각 점의 높이를 가장 가까운 이웃으로부터 보간한다.^[35] 브라운 표면 생성은 새로운 노드가 생성될 때 노이즈를 추가할 뿐만 아니라 메쉬의 여러 수준에서 추가적인 노이즈를 추가하여 수행한다.^[35]

이처럼 다양한 높이를 가진 지형 지도는 비교적 간단한 프랙탈 알고리즘을 사용하여 만들 수 있다. CGI에서 사용되는 일반적인 프랙탈로는 ''플라스마 프랙탈''과 더 극적인 ''단층 프랙탈''이 있다.^[36] 돌의 화학적 풍화를 나타내는 특정 모델을 사용하여 침식을 모델링하고 주어진 석재 기반 표면에 "노화된 외관"을 만드는 등, 고도로 특화된 컴퓨터 생성 효과를 생성하기 위해 많은 구체적인 기술이 연구, 개발되었다.^[37]

4. 건축 시뮬레이션

현대 건축가들은 고객과 시공자 모두를 위해 3차원 모델을 제작하기 위해 컴퓨터 그래픽 회사에서 제공하는 서비스를 이용한다. 이러한 컴퓨터 생성 모델은 기존의 도면보다 더 정확할 수 있다. 건축 애니메이션 (인터랙티브 이미지 대신 건물의 애니메이션 영화를 제공)은 건물과 환경, 주변 건물과의 가능한 관계를 파악하는 데에도 사용될 수 있다. 종이와 연필 도구를 사용하지 않고 건축 공간을 처리하는 것은 현재 많은 컴퓨터 지원 건축 설계 시스템에서 널리 받아들여지는 관행이다.^[13]

건축 모델링 도구를 통해 건축가는 공간을 시각화하고 인터랙티브 방식으로 "워크스루"를 수행할 수 있으며, 도시 및 건물 수준에서 모두 "인터랙티브 환경"을 제공한다.^[14] 건축 분야의 구체적인 응용 분야에는 건물 구조(벽 및 창문 등)의 사양과 워크스루뿐만 아니라, 빛의 효과와 햇빛이 하루 중 다른 시간에 특정 설계에 미치는 영향도 포함된다.^[15]

건축 모델링 도구는 이제 점점 더 인터넷 기반이 되고 있다. 그러나 인터넷 기반 시스템의 품질은 여전히 정교한 사내 모델링 시스템에 비해 뒤처진다.^[16]

한국에서는 건축 설계 및 시공 과정에서 CGI 기반의 BIM 기술이 확산되고 있다.

5. 해부학 모델

골격 애니메이션에 사용되는 컴퓨터 생성 모델이 항상 해부학적으로 정확한 것은 아니다. 그러나 사이언티픽 컴퓨팅 앤드 이미징 인스티튜트와 같은 조직은 해부학적으로 정확한 컴퓨터 기반 모델을 개발했다. 컴퓨터 생성 해부학 모델은 교육 및 운영 목적으로 모두 사용될 수 있다. 프랭크 H. 네터와 같은 예술가가 제작한 많은 의학 이미지가 의대생들에 의해 계속 사용되고 있지만, 많은 온라인 해부학적 모델 또한 제공되고 있다.

단일 환자 X-레이는 디지털화된 경우에도 컴퓨터 생성 이미지가 아니다. 그러나 CT 스캔과 관련된 응용 프로그램에서는 많은 단일 슬라이스 X-레이로부터 3차원 모델이 자동으로 생성되어 "컴퓨터 생성 이미지"를 생성한다. 자기 공명 영상과 관련된 응용 프로그램도 여러 개의 "스냅샷"(이 경우 자기 펄스를 통해)을 결합하여 복합 내부 이미지를 생성한다.

현대 의료 응용 분야에서는 환자별 모델이 '컴퓨터 보조 수술'에서 구성된다. 예를 들어, 총 무릎 치환술에서 자세한 환자별 모델을 구축하여 수술을 신중하게 계획할 수 있다.^[18] 이러한 3차원 모델은 일반적으로 환자 자신의 해부학적 구조의 여러 CT 스캔에서 추출된다. 이러한 모델은 대동맥판막 이식술 계획에도 사용될 수 있으며, 이는 심장병 치료를 위한 일반적인 절차 중 하나이다. 관상 개구부의 모양, 직경 및 위치는 환자마다 크게 다를 수 있으므로, 환자의 판막 해부학을 밀접하게 닮은 모델을 CT 스캔에서 추출하는 것이 절차 계획에 매우 도움이 될 수 있다.^[19]

6. 의류 및 피부 이미지

• 실 교차점에서의 기하학적-기계적 구조
• 연속 탄성 시트의 역학
• 의류의 기하학적 거시적 특징

• 정적 수준에서 실제 피부를 닮은 '''사진 현실감'''
• 움직임을 닮은 '''물리적 현실감'''
• 행동에 대한 반응을 닮은 '''기능적 현실감'''

7. 인터랙티브 시뮬레이션 및 시각화

상호작용 시각화는 동적으로 변경될 수 있는 데이터를 렌더링하고 사용자가 여러 관점에서 데이터를 볼 수 있도록 하는 것이다. 적용 분야는 유체 역학의 흐름 패턴 시각화에서 특정 컴퓨터 지원 설계(CAD) 응용 분야에 이르기까지 매우 다양하다.^[24] 렌더링된 데이터는 사용자가 시스템과 상호 작용함에 따라 변경되는 특정 시각적 장면에 해당할 수 있다. 예를 들어, 비행 시뮬레이터와 같은 시뮬레이터는 세상을 표현하기 위해 CGI 기술을 광범위하게 사용한다.^[25]

추상적인 수준에서 상호 작용 시각화 프로세스는 원시 데이터를 관리하고 렌더링에 적합한 형태로 필터링하는 "데이터 파이프라인"을 포함한다. 이것은 종종 '''"시각화 데이터"'''라고 불린다. 그런 다음 시각화 데이터는 렌더링 시스템에 공급할 수 있는 "시각화 표현"에 매핑된다. 이것은 일반적으로 '''"렌더링 가능한 표현"'''이라고 불린다. 이 표현은 디스플레이 가능한 이미지로 렌더링된다.^[25] 사용자가 시스템과 상호 작용할 때 (예: 가상 세계 내에서 위치를 변경하기 위해 조이스틱 컨트롤을 사용) 원시 데이터는 파이프라인을 통해 공급되어 새로운 렌더링된 이미지를 생성하므로, 이러한 응용 프로그램에서 실시간 계산 효율성이 주요 고려 사항이 된다.^[25][26]

8. 컴퓨터 애니메이션

컴퓨터 애니메이션은 영화와 유사한 동적 이미지에만 적용된다. 일반적으로 사용자 상호 작용을 허용하지 않는 동적 이미지를 지칭하며, 상호 작용하는 애니메이션 환경에는 가상 세계라는 용어가 사용된다.

컴퓨터 애니메이션은 본질적으로 3D 모델의 스톱 모션 애니메이션과 2D 일러스트레이션의 프레임 단위 애니메이션의 디지털 후속 기술이다. 컴퓨터 생성 애니메이션은 효과 촬영을 위해 미니어처를 제작하거나 군중 장면을 위해 엑스트라를 고용하는 것과 같은 물리적 기반의 다른 프로세스보다 더 제어할 수 있으며, 다른 기술을 사용해서는 불가능한 이미지를 생성할 수 있기 때문이다. 또한 단일 그래픽 아티스트가 배우, 값비싼 세트, 소품 없이도 이러한 콘텐츠를 제작할 수 있게 해준다.

움직임의 환상을 만들기 위해 이미지가 컴퓨터 화면에 표시되고 이전 이미지와 유사하지만 시간 영역에서 약간 발전된 새 이미지로 반복적으로 대체된다(일반적으로 초당 24 또는 30 프레임). 이 기술은 텔레비전 및 동영상에서 움직임의 환상을 구현하는 방법과 동일하다.

9. 텍스트-이미지 모델

최근 인공지능 기반의 텍스트-이미지 모델이 발전하면서, 텍스트 설명을 기반으로 이미지를 자동 생성하는 기술이 등장했다. DALL-E, Stable Diffusion 등이 대표적인 텍스트-이미지 모델이다. 이러한 기술은 CGI 제작 과정을 더욱 효율화하고, 창작의 폭을 넓히는 데 기여할 것으로 기대된다. 한국의 인공지능 연구 기관 및 기업들도 텍스트-이미지 모델 개발에 참여하고 있다.

10. 가상 세계

11. 법정에서의 활용

컴퓨터 생성 이미지(CGI)는 주로 2000년대 초반부터 법정에서 사용되어 왔다. 그러나 일부 전문가들은 이것이 편견을 야기할 수 있다고 주장한다.^[28] 컴퓨터 생성 이미지는 판사나 배심원들이 사건의 전개, 증거 또는 가설을 더 잘 시각화하도록 돕기 위해 사용된다.^[28] 하지만 1997년 연구에 따르면, 사람들은 직관적인 물리학 지식이 부족하고 컴퓨터 생성 이미지에 쉽게 영향을 받는 것으로 나타났다.^[29] 따라서 배심원 및 기타 법적 의사 결정자들이 이러한 증거가 단지 잠재적인 사건 전개의 한 가지 표현일 뿐임을 인지하도록 하는 것이 중요하다.

12. 방송 및 라이브 이벤트

CGI는 스포츠 중계방송에서 흔하게 사용된다. 스포츠 및 엔터테인먼트 경기장에서 추적된 카메라 피드를 통해 투명하고 겹쳐진 콘텐츠를 제공하여 시청자의 시청 경험을 향상시킨다. 예를 들어, 미식축구 중계 방송에서는 공격팀이 퍼스트 다운을 획득하기 위해 넘어야 하는 선을 노란색 "퍼스트 다운" 라인으로 보여준다. CGI는 축구 및 기타 스포츠 행사에서 경기장 뷰 위에 상업 광고를 표시하는 데에도 사용된다. 럭비 경기장과 크리켓 피치의 일부에서도 스폰서 이미지를 표시한다. 수영 중계 방송에서는 종종 현재 기록 보유자의 위치를 표시하는 선을 레인에 추가하여 시청자가 현재 경기를 최고 기록과 비교할 수 있도록 한다. 다른 예로는 하키 퍽 추적, 경주용 자동차 성능 주석^[30], 스누커 공 궤적^[31][32] 등이 있다.

이처럼 실제 세계와 정확하게 정렬된 TV의 CGI를 증강 현실이라고 부르기도 한다.

13. 모션 캡처

컴퓨터 생성 이미지(CGI)는 모션 캡처와 함께 사용되어 CGI와 애니메이션의 단점을 보완하는 경우가 많다. 컴퓨터 생성 이미지가 얼마나 현실적으로 보이는가에 따라 실용적인 적용 범위가 제한된다. 비현실적이거나 잘못 만들어진 컴퓨터 생성 이미지는 불쾌한 골짜기 효과를 일으킬 수 있다.^[33] 이 효과는 인간과 매우 유사하지만 약간 어색해 보이는 것을 사람이 인식하는 능력을 말한다. 이러한 능력은 일반적인 컴퓨터 생성 이미지의 결함인데, 이는 인체의 복잡한 해부학적 구조를 완벽하게 복제하지 못하기 때문이다. 아티스트는 모션 캡처를 사용하여 사람이 동작을 수행하는 영상을 얻은 다음, 컴퓨터 생성 이미지로 완벽하게 복제하여 자연스럽게 보이도록 할 수 있다.

해부학적으로 정확한 디지털 모델이 부족하다는 점은 컴퓨터 생성 이미지와 함께 모션 캡처가 필요한 이유 중 하나이다. 컴퓨터 생성 이미지는 렌더링되는 객체의 외부, 즉 피부만 반영하기 때문에 말하기와 같은 미세 운동 능력에 사용되는 맞물린 근육 그룹 간의 미세한 상호 작용을 포착하지 못한다. 모양이 변하는 입술과 혀의 움직임으로 소리를 내는 얼굴의 끊임없는 움직임과 말하기와 함께 나타나는 표정은 손으로 복제하기 어렵다.^[34] 모션 캡처는 얼굴 근육의 기본적인 움직임을 포착하고 오디오와 함께 나타나는 시각적 효과를 더 잘 복제할 수 있도록 돕는다.

참조

_[1] 웹사이트 Vicious Circle: John Whitney and the Military Origins of Early CGI https://brightlights[...] 2023-03-15
_[2] 웹사이트 14 groundbreaking movies that took special effects to new levels https://www.insider.[...]
_[3] 뉴스 Anime Reviews: The Professional Golgo 13 2005-12
_[4] 웹사이트 Last Starfighter sequel is super close to happening, says Gary Whitta https://www.syfy.com[...] 2021-08-29
_[5] 서적 Creative Computer Graphics Cambridge University Press 1984-11-15
_[6] 서적 Flight Simulation (Cambridge Aerospace Series, Series Number 1) Cambridge University Press 1988-05-27
_[7] 웹사이트 Computer Graphics and Animation: A Retrospective Overview https://ohiostate.pr[...] Ohio State University 2017-06-20
_[8] 간행물 Computer Generated Imagery Current Technology 1980-09-26
_[9] 웹사이트 MODULAR DIGITAL IMAGE GENERATOR https://patents.goog[...] United States Patent Office
_[10] 간행물 Advances in Computer-Generated Imagery for Flight Simulation https://ieeexplore.i[...] 1985-08
_[11] 서적 Game programming gems 2 https://books.google[...] 2001
_[12] 서적 Digital modeling of material appearance 2007
_[13] 서적 Interactive environments with open-source software: 3D walkthroughs 2008
_[14] 뉴스 Light: The art of exposure https://garagefarm.n[...] 2020-11-12
_[15] 서적 Advances in Computer and Information Sciences and Engineering 2008
_[16] 서적 Encyclopedia of Multimedia Technology and Networking, Volume 1 2005
_[17] 서적 Interac storytelling: First Joint International Conference 2008
_[18] 서적 Total Knee Arthroplasty 2005
_[19] 간행물 Patient Specific Models for Minimally Invasive Aortic Valve Implantation 2010
_[20] 서적 Cloth modeling and animation 2000
_[21] 서적 Film and photography 2003
_[22] 서적 Designing clothes: culture and organization of the fashion industry 2007
_[23] 서적 Handbook of Virtual Humans 2004
_[24] 서적 Mathematical optimization in computer graphics and vision 2008
_[25] 서적 GPU-based interactive visualization techniques 2006
_[26] 서적 Trends in interactive visualization 2008
_[27] 문서 A case study of the manifestations and significance of social presence in a multi-user virtual environment. http://library2.usas[...] 2009
_[28] 뉴스 Computer-generated images influence trial results https://theconversat[...] The Conversation 2013-10-31
_[29] 간행물 Computer-animated Display and the Jury: Facilitative and Prejudicial Effects http://web.williams.[...]
_[30] Citation Arti AR highlights at SRX -- the first sports augmented reality live from a moving car! https://www.youtube.[...] 2021-07-14
_[31] 문서 Recent Advances in Augmented Reality http://www.cc.gatech[...] 2001-11
_[32] 문서 Hey, hockey puck! NHL PrePlay adds a second-screen experience to live games http://www.dmwmedia.[...] 2012-04-27
_[33] 간행물 Evaluating the replicability of the uncanny valley effect 2018-11-01
_[34] 간행물 Linguistic Issues in Facial Animation https://repository.u[...] 1991-06-01
_[35] 서적 Chaos and fractals: new frontiers of science https://books.google[...] 2004
_[36] 서적 Game programming gems 2 https://books.google[...] 2001
_[37] 서적 Digital modeling of material appearance 2007
_[38] 서적 Light Shadow Space: Architectural Rendering with Cinema 4D 2008
_[39] 서적 Interactive environments with open-source software: 3D walkthroughs 2008
_[40] 서적 Advances in Computer and Information Sciences and Engineering 2008
_[41] 서적 Encyclopedia of Multimedia Technology and Networking, Volume 1 2005
_[42] 서적 Interactive storytelling: First Joint International Conference 2008
_[43] 서적 Total Knee Arthroplasty 2005
_[44] 논문 Patient Specific Models for Minimally Invasive Aortic Valve Implantation 2010
_[45] 서적 Cloth modeling and animation 2000
_[46] 서적 Film and photography 2003
_[47] 서적 Designing clothes: culture and organization of the fashion industry 2007
_[48] 서적 Handbook of Virtual Humans 2004
_[49] 서적 Mathematical optimization in computer graphics and vision 2008
_[50] 서적 GPU-based interactive visualization techniques 2006
_[51] 서적 Trends in interactive visualization 2008
_[52] 간행물 Enhancing the understanding of genres of web-based communities: The role of the ecological cognition framework http://www.jonathanb[...] 2009
_[53] 간행물 A case study of the manifestations and significance of social presence in a multi-user virtual environment http://library2.usas[...] 2009
_[54] 서적 1995
_[55] 서적 1994
_[56] 뉴스 Computer-generated images influence trial results https://theconversat[...] The Conversation 2013-10-31
_[57] 논문 Computer-animated Display and the Jury: Facilitative and Prejudicial Effects http://web.williams.[...] 1997