KR101699847B1

KR101699847B1 - ３차원 그래픽 렌더링을 위한 클리핑 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101699847B1
Application number: KR1020100131768A
Authority: KR
Inventors: 정석윤; 우상옥
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: US20120154391A1; US9041732B2; KR20120070275A

Abstract

3차원 그래픽 렌더링을 위한 클리핑 장치 및 방법이 개시된다. 클리핑 장치는 원근 투영 기법이 적용된 삼각형 객체를 구성하는 꼭지점의 거리 정보에 기초하여 삼각형 객체를 재설정할 수 있다.

Description

３차원 그래픽 렌더링을 위한 클리핑 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CLIPPING FOR 3D GRAPHIC RENDERING}

본 발명의 일실시예들은 3차원 그래픽 렌더링을 위한 클리핑 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 원근 투영 기법이 적용된 삼각형 객체를 구성하는 꼭지점의 거리 정보에 기초하여 삼각형 객체를 재설정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

3차원 그래픽 렌더링 기술이 발전하면서, 보다 정확한 그래픽 렌더링 방법이 요구되고 있다. 3차원 애니메이션과 시뮬레이션과 같은 그래픽 영역에서는 원근 투영 기법이 적용된다. 원근 투영 기법은 3차원 객체를 2차원 평면 상에 투영하는 것이다. 원근 투영 기법을 적용하면, 시점에서 가까운 거리에 위치한 물체는 크게 보이고 시점에서 먼 거리에 위치한 물체는 작게 보인다.

이러한 원근 투영 기법이 적용된 경우, 원근 투영에서의 뷰 프러스텀(view frustum) 내부에 위치하지 않은 객체는 3차원 그래픽 렌더링 과정에서 불필요한 처리 부담을 유발할 수 있고, 특히 시점보다 뒤에 위치하는 물체들은 부정확한 결과를 얻게 될 수 있다.. 그래서, 뷰 프러스텀 경계에 걸쳐있는 객체를 뷰 프러스텀 내부에 위치하는 부분만 잘라내어 전처리하는 클리핑이 필요하다. 그러나, 클리핑을 적용하면 3차원 객체의 객체 데이터의 구조가 변하게 되어 클리핑 이후의 연산 과정이 매우 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 정확한 3차원 그래픽 렌더링 결과를 도출하면서도 추가적인 연산 과정이 필요하지 않는 기법이 필요하다.

본 발명의 일실시예에 따른 클리핑 장치는 삼각형 객체를 구성하는 각 꼭지점의 거리 정보를 계산하는 거리 정보 계산부; 상기 거리 정보의 부호에 기초하여 상기 삼각형 객체의 꼭지점을 변환하는 꼭지점 변환부; 및 상기 변환된 꼭지점에 기초하여 클리핑 처리를 위한 삼각형 객체를 재설정하는 삼각형 재설정부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 클리핑 방법은 삼각형 객체를 구성하는 각 꼭지점에서의 거리 정보를 계산하는 단계; 상기 거리 정보의 부호에 기초하여 상기 삼각형 객체의 꼭지점을 변환하는 단계; 및 상기 변환된 꼭지점에 기초하여 클리핑 처리를 위한 삼각형 객체를 재설정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 클리핑 처리에 의해 발생되는 삼각형 객체의 데이터 구조가 변경되는 것이 방지될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 원근 투영 기법이 적용된 삼각형 객체를 구성하는 꼭지점의 거리 정보의 부호에 따라 클리핑을 수행함으로써 클리핑 처리에 의한 추가 연산이 불필요하여 3차원 그래픽 렌더링 속도가 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 클리핑 장치를 도시한 블록 다이어그램이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원근 투영 기법을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 객체를 2차원 평면에 원근 투영한 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 원근 투영 기법을 적용하였을 때 삼각형 객체의 거리 정보의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 삼각형 객체의 꼭지점 중 하나의 꼭지점의 거리 정보가 음수인 경우를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 삼각형 객체의 꼭지점 중 2개의 꼭지점의 거리 정보가 음수인 경우를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 클리핑 방법을 도시한 플로우차트이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 클리핑 장치를 도시한 블록 다이어그램이다.

도 1을 참고하면, 클리핑 장치(101)는 거리 정보 계산부(102), 꼭지점 변환부(103) 및 삼각형 재설정부(104)를 포함할 수 있다.

거리 정보 계산부(102)는 Geometry Processing을 통해 생성된 삼각형 객체에 대해 각 꼭지점(vertex)의 거리 정보를 계산할 수 있다. 이 때, 삼각형 객체는 원근 투영 기법이 적용된 삼각형 객체의 3개의 꼭지점 각각에 대해 시점으로부터의 거리 정보를 계산할 수 있다. 원근 투영 기법에 대해서는 도 2 내지 도 4에서 구체적으로 설명하기로 한다.

꼭지점 변환부(103)는 삼각형 객체에 대해 각 꼭지점의 거리 정보의 부호에 기초하여 삼각형 객체의 꼭지점을 변환할 수 있다. 여기서, 각 꼭지점의 거리 정보의 부호가 양수일 경우 시점을 기준으로 시선 방향 앞쪽에 위치하는 꼭지점을 의미하며, 부호가 음수일 경우 시점을 기준으로 시선 방향 뒤쪽에 위치하는 꼭지점을 의미하도록 정의한다.

일례로, 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점 중 1개의 꼭지점의 거리 정보가 음수인 경우, 꼭지점 변환부(103)는 거리 정보가 음수인 꼭지점을 나머지 2개의 꼭지점에 대칭 변환하여 변환된 2개의 꼭지점을 생성할 수 있다. 다른 일례로, 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점 중 2개의 꼭지점의 거리 정보가 음수인 경우, 꼭지점 변환부(103)는 2개의 꼭지점을 나머지 1개의 꼭지점에 대칭 변환하여 변환된 2개의 꼭지점을 생성할 수 있다. 삼각형의 꼭지점을 변환하는 과정에 대해서는 도 5 및 도 6에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

삼각형 재설정부(104)는 꼭지점 변환부(103)에 의해 변환된 꼭지점에 기초하여 삼각형 객체를 재설정할 수 있다. 삼각형 객체를 재설정하는 과정에 대해서는 도 5 및 도 6에서 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원근 투영 기법을 도시한 도면이다.

3차원 그래픽 렌더링을 위해, 3차원 공간에 존재하는 객체는 2차원 평면에 원근 투영(perspective projection)될 수 있다. 원근 투영은 실제 사람이 보는 것처럼 투영하는 방식으로, 사람의 시점으로부터 멀리 떨어진 물체는 가까운 물체보다 작게 나타난다.

일례로, 원근 투영은 하기 수학식 1에 따라 실행될 수 있다.

이 때, x_d, y_d 는 원근 투영 후 2차원 평면 상에서의 위치를 나타내며, z_d, w_d는 3차원 그래픽 렌더링을 위해 필요한 깊이 정보를 나타낸다. 이 때, z_d는 시점으로부터의 거리와 관련이 있는 정보를 의미하고, w_d는 시점으로부터 거리 정보를 의미한다. 그리고, x_e, y_e, z_e는 원근 투영하기 전에 3차원 공간에서의 위치를 나타낸다. 또한, r은 시점을 기준으로 오른쪽(right), l은 시점을 기준으로 왼쪽(left), t는 시점을 기준으로 상한(top), b는 시점을 기준으로 하한(bottom)을 나타낸다.

수학식 1에 따라 원근 투영을 적용하면, 수학식 1에 포함된 1/z_e로 인해서 >0일 때, 즉 시점 기준으로 하여 시선 방향 뒤쪽에 위치하는 꼭지점에 대해 부정확한 위치값(x_d,y_d,z_d)이 도출된다. 따라서, 도 1에서 볼 수 있듯이, 정확한 3차원 그래픽 렌더링을 위해 3차원 객체의 위치값이 r,l,t,b로 구성된 뷰 프러스텀을 벗어나는 부분을 잘라내어 제거하도록 전처리하는 것을 클리핑이라고 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 이러한 클리핑을 원근 투영 기법이 적용된 이후에 수행함으로써 클리핑 처리로 인해 삼각형 객체의 데이터 구조가 변경되는 것을 방지할 수 있고, 클리핑 처리 이후 데이터 처리 과정에서 요구되는 추가 연산을 수행할 필요가 없다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원 객체를 2차원 평면에 원근 투영한 예를 도시한 도면이다.

도 3을 참고하면, 시점(a,b,c)을 기준으로 2차원 평면 상에 3차원 객체가 원근 투영된 결과가 도시되어 있다. 즉, 원근 투영 기법에 의하면, 시점으로부터 가까운 거리에 있는 객체는 크게 보이고, 시점으로부터 먼 거리에 있는 객체는 작게 보인다. 이러한 원근 투영 기법은 사실성을 요구하는 시뮬레이션이나 3D 애니메이션과 같은 3차원 그래픽 처리에 주로 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 원근 투영 기법을 적용하였을 때 삼각형 객체의 거리 정보의 일례를 도시한 도면이다.

도 4에서, z_e=0은 시점을 나타내며 시선 방향 앞쪽으로 갈수록 값이 줄어든다. 도 4를 참고하면, 수학식 1에 따라 3차원 객체에 원근 투영 기법을 적용하는 경우, z_e>0이면 원근 투영 기법이 적용된 2차원 위치는 부정확한 값을 나타내는 것을 알 수 있다.

만약, 시점을 기준으로 육면체에 원근 투영 기법을 적용하는 경우, z_e<0에서 육면체의 빗금친 부분은 삼각형이 유지되어 정확한 값을 나타내나 z_e<0이거나 z_e=0인 경우, 육면체의 빗금친 부분은 삼각형을 유지하지 못한다. 따라서, 육면체에 원근 투영 기법을 적용한 경우, 육면체의 빗금친 부분이 삼각형을 유지할 수 있도록 클리핑이 필요하다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 삼각형 객체의 꼭지점 중 하나의 꼭지점의 거리 정보(w_d)가 음수인 경우를 나타낸 도면이다.

도 5를 참고하면, 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점 중 하나의 꼭지점의 거리 정보(w_d)가 음수인 경우를 나타낸다. 이 때, 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점은 원근 투영 기법이 적용된 결과이다. 도 5와 같이, 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점

,

중 꼭지점 의 거리 정보(w_d)가 음수인 경우, 실제로 3차원 그래픽 렌더링을 해야할 영역은 음영이 표시된 영역이다.

이 경우, 꼭지점 변환부(103)는 하기 수학식 2에 따라 꼭지점

를 나머지 2개의 꼭지점

,

에 대해 대칭 변환하여 변환된 2개의 꼭지점을 생성할 수 있다.

여기서,

는 변환된

이고,

은 변환된

이다. 그리고, m은 임의의 자연수를 의미하는데, 일반적으로 m은 임의의 실수값을 갖을 수 있으며 연산을 간단하게 처리할 수 있도록 자연수를 갖는 것이 바람직하다.

그러면, 삼각형 재설정부(104)는 삼각형 객체를 수학식 2에 따라 변환된 꼭지점

,

과 꼭지점

,

로 구성된 사각형 객체를 생성한 후, 사각형 객체의 4개 꼭지점을 한변을 공유하는 2개의 삼각형 객체로 재설정할 수 있다.

예를 들어, 삼각형 재설정부(104)는

직선을 공유하는 꼭지점

,

으로 구성된 삼각형 객체와 꼭지점

,

로 구성된 삼각형 객체로 재설정할 수 있다. 그러나, 삼각형 재설정부(104)는 꼭지점

,

으로 구성된 삼각형 객체와 꼭지점

,

로 구성된 삼각형 객체와 같이 중복되는 영역을 가지는 삼각형 객체로 재설정하지 않는다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 삼각형 객체의 꼭지점 중 2개의 꼭지점의 거리 정보(w_d)가 음수인 경우를 나타낸 도면이다.

도 6을 참고하면, 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점 중 2개의 꼭지점의 거리 정보(w_d)가 음수인 경우를 나타낸다. 이 때, 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점은 원근 투영 기법이 적용된 결과이다. 도 5와 같이, 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점

,

이 경우, 꼭지점 변환부(103)는 하기 수학식 3에 따라 나머지 2개의 꼭지점

,

를 꼭지점

에 대해 대칭 변환할 수 있다.

여기서,

는 변환된

이고,

은 변환된

이다. 그리고, m은 임의의 자연수를 의미하는데, 일반적으로 m은 임의의 실수값을 갖을 수 있으며, 연산을 간단하게 처리할 수 있도록 자연수를 갖는 것이 바람직하다.

그러면, 삼각형 재설정부(104)는 삼각형 객체를 수학식 3에 따라 변환된 꼭지점

,

와 꼭지점

로 구성된 삼각형 객체로 재설정할 수 있다.

만약, 원근 투영 기법이 적용된 삼각형 객체의 꼭지점의 거리 정보(w_d) 전부가 양수인 경우, 삼각형 객체는 클리핑 처리를 하지 않아도 잘못 생성되는 화소들은 하나도 없다. 그리고, 원근 투영 기법이 적용된 삼각형 객체의 꼭지점의 거리 정보(w_d) 전부가 음수인 경우, 삼각형 객체는 뷰 프러스텀(view frustum)에서 벗어난 객체이므로 클리핑 처리가 필요없이 렌더링 과정에서 제외시키면 된다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 클리핑 방법을 도시한 플로우차트이다.

단계(S701)에서, 클리핑 장치는 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점의 거리 정보(w_d)를 계산할 수 있다. 이 때, 3개의 꼭지점은 삼각형 객체에 원근 투영 기법이 적용된 결과이며, 거리 정보는 시점으로부터의 거리(w_d)를 의미한다.

단계(S702)에서, 클리핑 장치는 삼각형 객체를 구성하는 3개 꼭지점의 거리 정보(w_d)가 전부 음수인지 여부를 판단할 수 있다. 만약, 3개의 꼭지점의 거리 정보(w_d)가 전부 음수인 경우, 클리핑 장치는 클리핑을 수행하지 않는다. 반대로, 3개의 꼭지점의 거리 정보(w_d)가 전부 음수가 아닌 경우(적어도 하나가 양수인 경우), 단계(S703)에서, 클리핑 장치는 1개의 꼭지점의 거리 정보(w_d)가 음수인지 여부를 판단할 수 있다.

만약, 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점 중 1개의 꼭지점의 거리 정보(w_d)가 음수인 경우, 단계(S704)에서, 클리핑 장치는 거리 정보(w_d)가 음수인 꼭지점을 나머지 2개의 꼭지점에 대칭 변환하여 2개의 꼭지점을 생성할 수 있다. 그리고, 단계(S705)에서, 클리핑 장치는 나머지 2개의 꼭지점과 생성된 2개의 꼭지점으로 사각형 객체를 생성할 수 있다. 그런 후, 단계(S706)에서, 클리핑 장치는 사각형 객체에 대해 한변을 공유하는 2개의 삼각형 객체로 재설정할 수 있다.

단계(S707)에서, 클리핑 장치는 삼각형을 구성하는 3개의 꼭지점 중 2개의 꼭지점의 거리 정보(w_d)가 음수인지 여부를 판단할 수 있다. 만약, 2개의 꼭지점의 거리 정보(w_d)가 음수인 경우, 단계(S708)에서 클리핑 장치는 거리 정보(w_d)가 음수인 2개의 꼭지점들을 나머지 1개의 꼭지점에 대칭 변환할 수 있다. 그리고, 단계(S709)에서, 클리핑 장치는 나머지 1개의 꼭지점과 대칭 변환된 2개의 꼭지점으로 삼각형을 재구성할 수 있다. 단계(S710)에서, 클리핑 장치는 단계(S706)와 단계(S709)에서 재구성된 삼각형에 대한 데이터를 래스터라이저에 공급할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

101: 클리핑 장치
102: 거리 정보 계산부
103: 꼭지점 변환부
104: 삼각형 재설정부

Claims

3차원 그래픽 렌더링을 위해 삼각형 객체를 재설정하는 클리핑 장치에 있어서,
삼각형 객체를 구성하는 각 꼭지점의 거리 정보를 계산하는 거리 정보 계산부;
상기 거리 정보의 부호에 기초하여 상기 삼각형 객체의 꼭지점들 중에서 음수의 거리 정보를 가지는 제1 꼭지점을 양수의 거리 정보를 가지는 제2 꼭지점에 대칭 변환함으로써, 상기 제1 꼭지점과 상기 제2 꼭지점에 기초한 가상 연장선 상에 변환된 꼭지점을 생성하는 꼭지점 변환부; 및
상기 변환된 꼭지점에 기초하여 삼각형 객체를 재설정하는 삼각형 재설정부
를 포함하고,
상기 변환된 꼭지점은, 양수의 거리 정보를 가지는 클리핑 장치.
제1항에 있어서,
상기 거리 정보 계산부는,
원근 투영 기법이 적용된 삼각형 객체의 각 꼭지점에 대해 시점으로부터 거리 정보를 계산하는 것을 특징으로 하는 클리핑 장치.
제1항에 있어서,
상기 꼭지점 변환부는,
상기 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점 중 1개의 꼭지점의 거리 정보가 음수인 경우, 거리 정보가 음수인 꼭지점을 나머지 2개의 꼭지점에 대칭 변환하여 변환된 2개의 꼭지점을 생성하는 것을 특징으로 하는 클리핑 장치.
제3항에 있어서,
상기 삼각형 재설정부는,
상기 나머지 2개의 꼭지점과 변환된 2개의 꼭지점으로 구성된 사각형 객체를 생성한 후 상기 사각형 객체의 4개 꼭지점을 한변을 공유하는 2개의 삼각형 객체로 재설정하는 것을 특징으로 하는 클리핑 장치.
제1항에 있어서,
상기 꼭지점 변환부는,
상기 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점 중 2개의 꼭지점의 거리 정보가 음수인 경우, 상기 2개의 꼭지점을 나머지 1개의 꼭지점에 대칭 변환하여 변환된 2개의 꼭지점을 생성하는 것을 특징으로 하는 클리핑 장치.
제5항에 있어서,
상기 삼각형 재설정부는,
나머지 1개의 꼭지점과 상기 변환된 2개의 꼭지점으로 구성된 삼각형 객체로 재설정하는 것을 특징으로 하는 클리핑 장치.
3차원 그래픽 렌더링을 위해 삼각형 객체를 재설정하는 클리핑 방법에 있어서,
삼각형 객체를 구성하는 각 꼭지점에서의 거리 정보를 계산하는 단계;
상기 거리 정보의 부호에 기초하여 상기 삼각형 객체의 꼭지점들 중에서 음수의 거리 정보를 가지는 제1 꼭지점을 양수의 거리 정보를 가지는 제2 꼭지점에 대칭 변환함으로써, 상기 제1 꼭지점과 상기 제2 꼭지점에 기초한 가상 연장선 상에 변환된 꼭지점을 생성하는 단계; 및
상기 변환된 꼭지점에 기초하여 삼각형 객체를 재설정하는 단계
를 포함하고,
상기 변환된 꼭지점은, 양수의 거리 정보를 가지는 클리핑 방법.
제7항에 있어서,
상기 거리 정보를 계산하는 단계는,
원근 투영 기법이 적용된 삼각형 객체의 각 꼭지점에 대해 시점으로부터 거리 정보를 계산하는 것을 특징으로 하는 클리핑 방법.
제7항에 있어서,
상기 삼각형 객체의 꼭지점을 변환하는 단계는,
상기 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점 중 1개의 꼭지점의 거리 정보가 음수인 경우, 거리 정보가 음수인 꼭지점을 나머지 2개의 꼭지점에 대칭 변환하여 변환된 2개의 꼭지점을 생성하는 것을 특징으로 하는 클리핑 방법.
제9항에 있어서,
상기 클리핑 처리를 위한 삼각형 객체를 재설정하는 단계는,
상기 나머지 2개의 꼭지점과 변환된 2개의 꼭지점으로 구성된 사각형 객체를 생성한 후 상기 사각형 객체의 4개 꼭지점을 한변을 공유하는 2개의 삼각형 객체로 재설정하는 것을 특징으로 하는 클리핑 방법.
제7항에 있어서,
상기 삼각형 객체의 꼭지점을 변환하는 단계는,
상기 삼각형 객체를 구성하는 3개의 꼭지점 중 2개의 꼭지점의 거리 정보가 음수인 경우, 상기 2개의 꼭지점을 나머지 1개의 꼭지점에 대칭 변환하여 변환된 2개의 꼭지점을 생성하는 것을 특징으로 하는 클리핑 방법.
제11항에 있어서,
상기 클리핑 처리를 위한 삼각형 객체를 재설정하는 단계는,
나머지 1개의 꼭지점과 상기 변환된 2개의 꼭지점으로 구성된 삼각형 객체로 재설정하는 것을 특징으로 하는 클리핑 방법.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.