KR100514308B1 - 가상 공간에 대한 에이치디알아이 생성을 위한 가상에이치디알카메라 - Google Patents

Abstract

본 발명은 래디언스(Radiance)와 같은 렌더링 시스템을 통해 얻어진 렌더링 결과를 이용하여 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하도록 하는 가상 HDR 카메라에 관한 것이다.

본 발명은 가상 HDR 카메라의 촬영에 필요한 파라미터들을 설정하는 촬영 파라미터 제어 모듈과, 상기 설정된 촬영 파라미터 값들을 통해, 렌더링된 영상과 파라미터 값들을 제어 관리하는 제어 및 관리 모듈과, 상기 제어 및 관리 모듈로부터의 렌더링 결과 영상 및 촬영 파라미터 값들을 통해 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하는 HDRI 생성 모듈과, 외부 툴 및 렌더러와의 인터페이스를 제공하는 툴 인터페이스 모듈로 구성된다.

Description

가상 공간에 대한 에이치디알아이 생성을 위한 가상 에이치디알 카메라{Virtual HDR Camera for creating HDRI for virtual environment}

본 발명은 가상 HDR 카메라에 관한 것이며, 보다 상세히는 래디언스(Radiance)와 같은 렌더링 시스템을 통해 얻어진 렌더링 결과를 이용하여 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하도록 하는 가상 HDR 카메라에 관한 것이다.

최근, 가상 물체의 렌더링 및 실사(real image)와의 합성에 HDRI(High Dynamic Range Images)를 사용하는 것에 대한 연구와 활용이 활발하게 진행되고 있으며 이에 따라 일반적인 렌더링 결과보다 훨씬 더 사실적인 조명(lighting) 효과가 적용된 렌더링 결과를 얻을 수 있다.

그러나, 지금까지 HDRI 생성이 일반 디지털 카메라나 고가의 HDR 촬영 전용 카메라를 이용한 실사 촬영을 통해서만 이루어졌기 때문에, HDRI 기반의 렌더링 기술이 실사에 대해서 가상의 3차원 모델을 렌더링하는 데에만 이용되고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점 및 필요성을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가상 공간에 대한 렌더링 영상의 열(a series of rendered images)을 통해서 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하여 다시 렌더링에 이용할 수 있도록 하는 가상 HDR 카메라(Virtual HDR Camera)를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 가상 공간에 대한 HDRI 생성을 위한 가상 HDR 카메라는, 가상 HDR 카메라의 촬영에 필요한 파라미터들을 설정하는 촬영 파라미터 제어 모듈; 상기 설정된 촬영 파라미터 값들을 통해, 렌더링된 영상과 파라미터 값들을 제어 관리하는 제어 및 관리 모듈; 상기 제어 및 관리 모듈로부터의 렌더링 결과 영상 및 촬영 파라미터 값들을 통해 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하는 HDRI 생성 모듈; 및 외부 툴 및 렌더러와의 인터페이스를 제공하는 툴 인터페이스 모듈;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 가상 HDR 카메라의 블록 구성도이다.

본 발명의 가상 HDR 카메라(100)는 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하기 위한 도구로서 실사 환경에 대한 HDRI를 촬영하는 것과 같은 기능을 제공하며, 가상 HDR 카메라의 전반적인 제어 및 관리를 수행하는 제어 및 관리 모듈(200)과, 기본적인 HDR 카메라 촬영 파라미터를 제어하는 촬영 파라미터 제어 모듈(300)과, HDRI 생성 모듈(400)과, HDRI 디스플레이 모듈(500)과, 외부 툴 또는 렌더러와의 연동을 위한 툴 인터페이스 모듈(600)을 포함한다.

상기 제어 및 관리 모듈(200)은 현재 HDR 카메라 촬영 파라미터 설정값들을 통해, 렌더링된 영상과 파라미터 값들을 관리하여 HDRI 생성 모듈(400)로 전달하는 기능을 수행한다. 또한 카메라 촬영 파라미터의 오토브리킷 기능이 설정된 경우, 가상 HDR 카메라의 배치(batch) 촬영에 관한 제어 및 관리를 수행한다.

상기 제어 및 관리 모듈(200)은 배치 촬영 시 셔터속도 및 조리개 수치를 이용하여 촬영 매수(N)를 계산하여 N개의 서로 다른 노출값을 가지는 렌더링 결과를 얻을 수 있도록 한다. 이때 얻어진 렌더링 결과는 N개의 LDRI(Low Dynamic Range Image)로 출력하거나 HDRI 생성 모듈(400)을 거쳐 한 장의 HDRI로 생성되도록 한다.

상기 촬영 파라미터 제어 모듈(300)은 초점거리(focal lenght), 조리개 값(F-stop), 셔터각(shutter angle), 수평/수직 필름 유효구경(horizontal/vertical film aperture), 렌즈 축사 비율(lens squeeze ratio), 초점 거리(focus distance)와 같은 기존의 상용 툴(예:Maya)에서 제공하는 카메라 모델에 대한 속성뿐 아니라, 셔터속도 우선, 조리개 우선 노출 조절을 위한 셔터속도(shutter speed), 노출보정, Gain, ND(Nutral Density), 오토브리킷(Auto bracketing) 기능을 설정할 수 있다.

또한 HDRI를 생성하기 위해서 사용되는 노출값(Exposure value)은 조리개 수치와 셔터속도가 연동하여 계산되며 다음과 같이 간단한 식 (1)으로 표현될 수 있다. 이때 빛의 밝기는 조리개 수치로, 시간은 셔터속도로 조절할 수 있다.

노출값 = 빛의 밝기 ×시간 (1)

또한, 조리개 수치는 촛점거리(f)/렌즈구경(D) 비를 나타내는 값으로서, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32, 45, 64의 값이 표준화되어 공통적으로 사용되며 이 중에서 1.4가 가장 많은 빛을 받아들이는 것을 의미한다.

따라서, 최종 렌더링된 영상에서의 픽셀의 밝기는 상기 계산된 노출값을 이용하여 다음의 수식 (2)에 의해 결정된다.

새로운 밝기값 = 이전 밝기값 ×2^노출값 (2)

한편, 상기 HDRI 생성 모듈(400)은 상기 제어 및 관리 모듈(200)에서 보내어진 N개의 서로 다른 노출값을 갖는 렌더링 영상과 촬영 정보를 가지고 가상 공간에 대한 HDRI를 생성한다. 이를 위하여 상기 HDRI 생성 모듈(400)은, 우선 카메라 반응 곡선(Camera Response Curve) 복원 모듈(410)을 통하여 카메라 반응 곡선을 구한 후, 래디언스 맵 복원 모듈(420)을 통하여 RADIANCE rgbe 포맷(*.rgbe, *.hdr)의 HDRI를 생성하여 HDRI 저장 모듈(430)을 통해 '화일이름.hdr'로 저장한다.

또한, 상기 HDRI 디스플레이 모듈(500)은 상기 HDRI 생성 모듈(400)에서의 결과를 적절한 노출값에 대하여 톤 매핑(Tone Mapping)을 함으로써 마치 디지털 카메라의 액정화면을 통한 미리보기와 같은 기능을 수행한다.

또한, 상기 툴 인터페이스 모듈(600)은 외부 툴이나 렌더러와의 연동을 위한 것으로, 본 발명에서 구현된 가상 HDR 카메라(100)를 Maya나 SoftImage와 같은 상용 CG 툴, 또는 RADIANCE와 같은 렌더러와 연동하여 사용할 수 있도록 하기 위한 라이브러리를 제공한다. 이를 위해 플러그-인(plug-in)으로 작성하여 상용 툴 내에서 새로운 가상 HDR 카메라를 사용할 수 있도록 한다.

도 2는 상기 제어 및 관리 모듈(200)에서의 내부 처리 방식과 다른 모듈과의 연동을 보여주는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 상기 제어 및 관리 모듈(200)은, 먼저 상기 촬영 파라미터 제어 모듈(300)로부터 촬영에 필요한 파라미터(셔터속도, 조리개 값, Gain, ND, 오토브리킷 여부 등)들을 받는다.

이때, 오토브리킷이 수행되어야 하는 경우, 렌더링 영상의 수(N)를 계산하고, N을 1씩 줄여 가면서 N>0인 동안 노출값을 다시 계산하여 이를 외부 렌더러 또는 툴과 연결되어 있는 툴 인터페이스 모듈(600)로 넘겨주어 렌더링이 수행되도록 한다.

만약 오토 브리킷이 수행되지 않는 경우라면 N을 1로 설정하여 렌더링이 한번만 수행되도록 한다.

또한, N>0의 조건을 만족하지 않으면 현재까지 수행된 렌더링에 사용된 촬영 정보와 N개의 렌더링 결과의 영상 데이터를 상기 HDRI 생성 모듈(400)로 보내어 HDRI를 생성하도록 한다.

한편, 도 3은 상기 HDRI 생성 모듈(400)에 대한 상세한 블록도로서, 가상 HDR 카메라에 의해서 렌더링된 여러 장의 결과 영상과 촬영 파라미터들을 이용하여 가상 카메라의 반응 함수를 복원하고 이를 이용하여 래디언스 맵을 복원하여 저장하는 과정을 보여주고 있다.

도 3을 참조하면, 상기 HDRI 생성 모듈(400)은, 상기 제어 및 관리 모듈(200)로부터 전달된 촬영 파라미터 정보와 렌더링 결과 영상을 가지고 수행하며, 크게 카메라 반응곡선 복원 모듈(410)과, 래디언스 맵 복원 모듈(420)과, HDRI 저장 모듈(430)로 구성된다.

상기 카메라 반응 곡선 복원 모듈(410)은 촬영 파라미터 정보로부터 계산된 노출값과 렌더링 영상으로부터 픽셀값을 알고 있기 때문에 이를 통해 다음과 같이 카메라 반응 함수, g(Zij)를 계산할 수 있다.

여기에서, i는 렌더링 영상에서의 픽셀의 위치를 나타내고 j는 N장의 렌더링 영상을 나타낸다. 따라서, Zij는 j번째 렌더링 영상에서의 i번째 위치의 픽셀값을 나타낸다.

또한, 상기 래디언스 맵 복원 모듈(420)은 이와 같이 계산된 카메라 반응 함수를 이용하여 래디언스 값을 계산한다. 이때 계산된 래디언스 값은 입력 래디언스로서 실제 래디언스 값에 대하여 스케일링(scaling)된 값이다.

또한, 상기 HDRI 저장 모듈(430)에서는 상기 계산된 래디언스 값을 실수 포맷의 영상으로 저장한다.

일반적으로 HDRI는 RADIANCE rgbe 포맷의 floating-point 영상으로 저장되며, 본 발명의 실시 예에서는 '화일이름.hdr'의 RADIANCE rgbe 포맷으로 저장한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 가상 HDR 카메라는, 가상 환경에 대한 렌더링 영상들을 이용하여 HDRI를 생성할 수 있도록 하기 때문에 가상 공간에 대한 HDRI를 이용하여 사실적인 반사 속성 표현과 같은 실사 환경에 대한 HDRI기반 렌더링 기술이 가지고 있는 장점을 같은 방식으로 적용할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 가상 HDR 카메라를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 가상 HDR 카메라의 블록 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 제어 및 관리 모듈에서의 데이터 처리 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 가상 카메라의 반응 함수 복원 및 래디언스 맵 복원 과정을 보여주는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 가상 HDR 카메라 200: 제어 및 관리 모듈

300: 촬영 파라미터 제어 모듈 400: HDRI 생성 모듈

410: 카메라 반응곡선 복원 모듈 420: 래디언스 맵 복원 모듈

430: HDRI 저장 모듈 500: HDRI 디스플레이 모듈

600: 툴 인터페이스 모듈

Claims (8)

1. 가상 HDR 카메라의 촬영에 필요한 파라미터들을 설정하는 촬영 파라미터 제어 모듈;

   상기 설정된 촬영 파라미터 값들을 통해, 렌더링된 영상과 파라미터 값들을 제어 관리하는 제어 및 관리 모듈;

   상기 제어 및 관리 모듈로부터의 렌더링 결과 영상 및 촬영 파라미터 값들을 통해 가상 공간에 대한 HDRI를 생성하는 HDRI 생성 모듈; 및

   외부 툴 및 렌더러와의 인터페이스를 제공하는 툴 인터페이스 모듈;로 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 공간에 대한 HDRI 생성을 위한 가상 HDR 카메라.
2. 제 1항에 있어서, 상기 촬영 파라미터 제어 모듈은,

   상용 툴에 의해 제공되는 카메라 모델의 속성 값과 함께, 셔터속도, 조리개 값, 노출보정, Gain, ND(Nutral Density), 오토브리킷 여부를 설정하도록 하는 것을 특징으로 하는 가상 공간에 대한 HDRI 생성을 위한 가상 HDR 카메라.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제어 및 관리 모듈은,

   오토브리킷 기능이 설정된 경우, 상기 설정된 셔터속도 및 조리개 수치를 이용하여 렌더링 영상의 수(N)를 계산하고, N 값을 1씩 줄여 가면서 노출값을 계산한 후 상기 툴 인터페이스 모듈을 통해 N개의 서로 다른 노출값을 가지는 렌더링 결과를 얻는 것을 특징으로 하는 가상 공간에 대한 HDRI 생성을 위한 가상 HDR 카메라.
4. 제 2항에 있어서, 상기 제어 및 관리 모듈은,

   오토브리킷 기능이 설정되지 않는 경우, 렌더링 영상의 수를 1로 설정하여 렌더링이 한번만 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 가상 공간에 대한 HDRI 생성을 위한 가상 HDR 카메라.
5. 제 3항에 있어서, 상기 제어 및 관리 모듈은,

   상기 설정된 조리개 수치에 따른 빛의 밝기와 셔터속도에 따른 시간을 곱하여 노출값을 계산하는 것을 특징으로 하는 가상 공간에 대한 HDRI 생성을 위한 가상 HDR 카메라.
6. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 및 관리 모듈은,

   최종 렌더링된 영상에서의 픽셀의 밝기는 아래의 수학식에 따라 노출값을 이용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 가상 공간에 대한 HDRI 생성을 위한 가상 HDR 카메라.

   [수학식]

   새로운 밝기값 = 이전 밝기값 ×2^노출값
7. 제 1항에 있어서, 상기 HDRI 생성 모듈은,

   촬영 파라미터 정보로부터 계산된 노출값과 렌더링 결과 영상으로부터의 픽셀값을 통해 카메라 반응 함수를 계산하는 카메라 반응곡선 복원 모듈과,

   상기 카메라 반응 함수를 이용하여 실제 래디언스 값에 대해 스케일링된 래디언스 값을 계산하는 래디언스 맵 복원 모듈과,

   상기 계산된 래디언스 값을 실수 포맷의 영상으로 저장하는 HDRI 저장 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 공간에 대한 HDRI 생성을 위한 가상 HDR 카메라.
8. 제 1항에 있어서, 상기 가상 HDR 카메라는,

   상기 HDRI 생성 모듈에서의 결과를 그 설정 노출값으로 톤 매핑을 수행하여 미리보기 기능을 제공하는 HDRI 디스플레이 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 공간에 대한 HDRI 생성을 위한 가상 HDR 카메라.