[방송통신대 컴퓨터과학과] 2020년 1학기 전공 그래픽 커뮤니케이션 기말평가 제출본

1. 교과목명
그래픽 커뮤니케이션
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작성자
이상호
확인자
이영음 교수
승인자
이영음 교수
작성일
2020-07-17
제목
2020학년도 1학기 과제물
파일명
[방송통신대 컴퓨터과학과]
그래픽커뮤니케이션_기말평가_20200621.hwp
2020학년도 1학기 과제물(기말추가시험 제출용)
❍ 교과목명 : 그래픽 커뮤니케이션
❍ 학 번 : 201934-363698
❍ 성 명 : 이상호

2. 제목
2020학년도 1학기 과제물
작성일
2020-07-17
페이지
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I. 1번 답안
Ÿ 1980년대에 IBM, 매킨도시 사에서 개인용 컴퓨터의 보급되면서 양질의 컴퓨터 그래픽스 시스템 개
발에 주력하였다. 그 결과 영화와 게임에서 다양한 그래픽 효과 (레이트레이싱, 컴퓨터 그래픽스,
모핑 기법, CG 도입, 렌더러, 모션 컨트롤, 애니메이터)를 도입하여 적극 활용하였다. 이는 더욱 생
동감 있고 실생활에
Ÿ 즉 레이트레이싱 (Ray Tracing) 기법의 경우 1980년 발표된 논문에서 다룬 방법으로서 컴퓨터를 이
용하여 물체에 반사된 빛을 계속해서 추적하여 물체의 표면을 표현한다. 이는 수치 계산은 매우 복
잡하나 사실적 표현 효과를 제공해준다.
Ÿ 트론 (Tron)은 컴퓨터 내부에서 여행하는 인간을 소재로 한 공상물로서 세계 최초의 컴퓨터 그래픽
스을 도입한 영화이다. 툭하 15분 분량의 235컷을 컴퓨터 그래픽스를 통해 처리하였다.
Ÿ 모핑 기법은 1982년 시그래프에서 한 여인이 시라소니로 변하는 비디오 장면 연출된 기법으로서
현재 영화나 TV 산업에서 필수 툴로 자리매김하였다. 그 당시에 큰 관심을 보이지
Ÿ 않았으며 1987년 월로우 (Willow) 영화에서 처음 사용되었다.
Ÿ 1986년 최초의 PC용 프로그램 토파즈 (TOPAS)는 컴퓨터 그래픽스 소프트웨어로서 3D 애니메이션
분야를 주도하였다. 이러한 기술 발전에 따라 디즈니 (Disney)는 The Great Mouse Detective 영화에
컴퓨터 그래픽 (CG)을 사용했다. 특히 머징 컴퓨터 그래픽스를 통해 셀 애니메이션 제작할 뿐만 아
니라 메카니컬 장치 (기어, 시계 장치)의 일부에 사용했다.
Ÿ 픽사 (Pixar)는 1985년 ILM의 컴퓨터 그래픽스 부서에서 독립되어 렌더러를 계속해서 투자했으며
이는 지금의 랜더맨 (Renderman)이 되었다. 이러한 랜더맨은 3D 장면 연출의 표준이 되었다. 특히
주요 기술인 서페이스 쉐이더 (shaders)는 프로그래밍 언어를 이용하여 수학적 공식에 기초한 알고
리즘 텍스처로서 빛의 효과 및 대기 효과를 부여할 수 있다.
Ÿ 모션 컨트롤은 인간과 유사한 애니메이션 기법으로서 1988년 도조 (Dozo)라는 캐릭터를 통해 1-2분
정도의 뮤직 비디오를 제작하였다. 이는 캐릭터의 모든 행동을 입력하기 위해 모션 컨트롤을 사용
했다. 그리고 시그래프에서 Mike the Taking Head라는 인터랙티브 3D -애니메이션 헤드를 선보였다.
더 나아가 특수 컨트롤을 사용하여 전시회 참가자들 사이에 상호 대화하도록 제작하였다.
Ÿ 애니메이터(Animator)는 1989년 오토데스크(Autodesk)사에서 애니메이션 패키지를 기본으로 한 신
규 PC를 발표했다. 이는 오토데스크의 멀티미디어의 시작점으로서 빠른 속도가 장점이다. 아울러
1989년 개봉한 어비스 (The Abyss) 영화에서 도입하여 놀라운 효과를 거두었다.

3. 제목
2020학년도 1학기 과제물
작성일
2020-07-17
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II. 2번 답안
Ÿ 입력 장치는 현실 세계에서 문자나 숫자 및 이미지 등의 데이터를 컴퓨터가 처리할 수 있는 이진
데이터 (0 또는 1)로 변환하는 장치이다. 대표적으로 키보드, 마우스, 스캐너, 디지털 카메라, 3D 스
캐너, 디지털 마케라가 있으며 그에 따른 세부 기능은 다음과 같다.
Ÿ 키보드 (keyword)는 PC에서 문자나 숫자를 입력하는 대표장치로서 문자와 숫자 및 특수 기호가 표
신된 버튼 또는 키로 구성되어 있다. 이러한 키보드 버튼이 눌리면 회로판에서 회로선들이 서로 접
촉하면서 전류가 발생한다. 이 과정에서 미세한 칩 (chip)에 대응하는 비트열을 발생시키고 케이블
선이나 무선 연결에 의해 컴퓨터에 전달한다. 즉 키보드로부터 받은 비트열을 해석하여 어떤 키가
눌렀는지 판단할 수 있다.
Ÿ 마우스 (mouse)는 외형적으로 쥐 모양과 유사한 형태이며 1968년 12월에 더글라스 엥겔바트에 의해
공개되었다. 이러한 마우스는 모니터상에 있는 특정 위치를 나타내는 포인터로서 커서를 이동시킬
뿐만 아니라 해당 메뉴 및 아이콘을 선택 및 실행할 수 있다. 일반적인 마우스는 커서의 위치를 이
동시키는 장치와 버튼으로 구성되어 커서 이동시키는 기술에 따라 볼 마우스 또는 광 마우스로 구
분된다
Ÿ 스캐너 (scanner)는 문서나 그림 등의 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 장치로서 변환
된 디지털 데이터를 케이블을 통해 PC로 전송한다. 최근에 휴대하고 다닐 수 있는 스캐너가 등장하
여 USB 케이블을 통해 노트북에 저장하거나 휴대용 메모리 카드에 저장할 수 있다.
Ÿ 터치스크린 (touch screen)은 사용자가 모니터 화면을 접촉할 경우 해당 위치를 찾아내며 저항막, 광
학, 정전용량, 초음파, 압력 등 다양한 방식 (감압식, 정전식)으로 구현되어 있다. 즉 갑압식의 경우
외부에서 주어진 물리적인 압력을 인식하여 동작하는 방식으로서 작동원리가 간단하고 제작비용이
크지 않다. 예를 들면 스타일러스 펜 (터치펜), 손에 쥘수 있는 거의 모든 것을 통해 화면을 터치할
수 있다. 반면에 정전식에서는 화면을 약간만 접촉해도 민감하게 반응하고 멀티 터치 기능 (여러
곳을 동시에 접촉)을 지원한다. 이는 전기가 통하는 화합물이 코딩된 액정 유리를 사용하기 때문에
고해상도의 성능을 준다. 그러나 장갑 (전기가 흐르지 않은 비전도체)을 끼었을 때 정전기를 유도할
수 없어 터치 입력이 불가능하다.
Ÿ 디지털 카메라 (digital camera)는 한 장면을 디지털 픽셀로 인식하여 저장하는 장치로서 정지된 이
미지뿐만 아니라 작은 크기의 동영상 촬영도 가능하다. 특히 이미지를 촬영할 경우 사용 목적에 따
라 이미지의 해상도 및 압축 정도가 적절해야 선정되어야 하며 인쇄용에서는 최대 화소를 이용해
야 한다.
Ÿ 동작 인식 (gesture control)은 스마트 기기가 보급되면서 인간과 컴퓨터의 소통을 편리하도록 하는
기술로서 사용자 신체의 움직임을 인식하여 컴퓨터와 인간이 상호 작용할 수 있다. 이러한 기술을
통해 마이오 제스처 컨트롤 암밴드 및 키넥트와 같은 제품이 대표적이다. 즉 컨트롤 암밴드의 경우
팔에 착용하는 밴드 모양으로서 팔의 움직임만들 통해 컴퓨터와 소통할 수 있다. 키넥트에서는 마
이크로소프트사에서 개발한 콘솔형 게임기 XBOX360의 주변 기기로 사람의 움직임을 감지하는 센
서이다. 특히 초당 30 프레임으로 플레이어 전신의 동작을 48개 부위로 구분해서 추적할 뿐만 아
니라 얼굴과 음성도 인식할 수 있다.
Ÿ 깊이 카메라 (Time of Flight, ToF)는 거리 또는 깊이를 측정하여 영상을 출력하는 장치로서 ToF 기
술을 통해 장면으로부터 거리를 계산한다. 이러한 ToF는 빛을 쏘고 반사되어 돌아오는 시간을 측정
하는 방식으로 거리를 계산한다. 즉 일반적으로 빛은 1초에 약 30만 km로 이동하기 때문에 빛이 되
돌아오는 아주 짧은 시간을 센서로 측정하여 거리를 계산한다.

4. 제목
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III. 3번 답안
Ÿ 샘플링은 아날로그 이미지를 디지털 데이터로 부분적 변환 과정을 거친다. 이는 모든 정보를 완전
하게 변환을 하는 것이 아니라 일정한 간격을 두고 각각의 픽셀로 나누어 픽셀당 단일 숫자를 할당
되기 때문이다.
Ÿ 특히 샘플링 비율의 경우 여러 이미지(300x200, 450x300, 600,400)는 모두 3:2의 동일한 종횡비로서
이미지 높이가 너비보다 1/3이 작습니다. 종횡비를 변경하면 이미지의 모양이 변경할 수 있습니다.
이는 웹 사이트의 디지안에 큰 영향을 끼친다.
Ÿ 샘플링 데이터의 크기에서는 이미지 크기로서 이미지 확대하면 해상도 (선명도)가 다르다. 예를 들
면 100x100인 이미지를 600x600으로 늘린 경우 흐릿하게 보인다.
Ÿ 즉 이미지를 구성하는 화소가 많을수록 샘플링 비율이 높고 이미지의 해상도가 높아진다. 그러나
반면에 이미지가 지닌 픽셀의 수가 충분하지 않을 경우 그래픽 프로그램을 통해 내삽 (interpolation)
을 이용하여 해상도를 크게 떨어뜨리지 않으면서도 픽셀의 수를 높여 원본의 해상도를 높여야 한
다.

5. 제목
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작성일
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IV. 4번 답안
Ÿ 3차원 모델의 표면이 반사 특성이 있을 경우 이를 위해 렌더링은 필연이다. 이러한 렌더링 기법은
은면/은선 제거의 z 버퍼 알고리즘, 전역조명모델의 광추적(raytracing), 표면 매핑의 환경매핑
(environment mapping), 평면반사효과 기법
Ÿ 즉 z 버퍼 알고리즘은 1960년대 이후 가장 대표적인 방법으로서 각 면의 깊이를 별도의 버퍼에 임
시 저장하고 깊이 값 비교에 따라 최종적인 면을 결정하는 방법이다. 이러한 방법은 매우 단순하여
구현하기 쉽고 모든 유형의 오프젝트에 적용할 수 있으나 모든 오프젝트를 고려하기 때문에 다소
비효율적이다.
Ÿ 광추적의 경우 빛의 물리적 특성을 반영하여 광원 빛이 대상 면에 도달 및 추적하여 계산하는 방법
으로서 양질의 결과를 얻을 수 있으나 모든 광의 반사 및 굴절을 계산해야 하기 때문에 다소 많은
시간이 소요된다.
Ÿ 이러한 시간 부담을 회피하기 위해 환경 매핑이 사용된다. 이 방법은 미리 만든 주위 환경 이미지
를 물체 표면에 입혀서 투영시키는 것으로서 하늘 영역과 같이 원거리의 환경에 대해서 효과적으
로 이미지를 생선한다. 그러나 거울이나 대리석 표면과 같은 근거리 반사는 효과적으로 표현하지
못한다.
Ÿ 한편 평면 반사 효과는 근거리 반사 효과를 효과적으로 재현하는 스텐실 버퍼를 이용함으로써 이
미지를 만들어서 거울효과를 반영하지 않은 이미지와 합성하여 반사효과를 구현한다. 반면에 동일
한 렌더링을 2번 수행해야 하기 때문에 많은 비용이 소요된다.
Ÿ 동영상에 그래픽을 추가할 때 실제 그래픽 합성 동영상은 실제 동영상과 그래픽을 합성한 것으로
서 실사 영상과 자연스럽게 조화를 이룰뿐만 아니라 주변 환경도 어울려야 한다. 스튜디어 리틀, 이
상한 나라의 앨리스 등이 대표적인 사례이다. 즉 스튜디오 리틀은 고전 동화를 컴퓨터 애니메이션
과 실사를 합성한 영화이고 이상한 나라의 앨리스의 경우 실사영화와 애니메이션을 합성 후 3D 입
체 효과를 반영하였다.

6. 제목
2020학년도 1학기 과제물
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V. 5번 답안
Ÿ 월로우 (Willow)
- 데니스 뮤런 (Dennis Muren)은 스톤 모션과 광학 효과가 기술적으로 어려워서 디지털 모핑을 도입
하였다. 특히 이 영화에 염소로 변한 여자 마법사 라치엘이 까마귀, 거북이, 호랑이 등으로 변하다
가 마지막에 할머니 모습으로 변하는 장면에서 모핑을 사용하였다. 이는 모형의 이전 변형 모습과
다음 모습을 스캔하고 컴퓨터 그래픽스를 통해 자연스럽고 부드럽게 전환시키는 효과이다.
Ÿ 어비스 (The Abyss)
- 제임스 캐머론 (James Cameron)은 색다른 특수 효과를 연출하기 위해 픽사와 ILM의 도움으로 최
초의 반사/굴절 및 모핑 시퀀스를 포함하여 필름의 수생 생물 유사체의 다양한 크기와 운동 특성
의 표면파를 생성하였다. 이는 모션 픽처에서 CGI에 직접적인 영향을 미칠뿐만 아니라 추후에
CGI와 라이브 액션의 조화에 대한 개발 방향의 이정표 역할을 담당하였다.
Ÿ 터미네이터2
- 제임스 카메론 (James Cameron)은 액체 인간의 활동을 영상에 담기 위해 불가능에 도전하는 컴퓨
터 그래픽을 동원하였다. 즉 고급 사실적인 모핑, 라이브 액션과 CGI의 고급 조합, 고급 CGI 액체
금속 애니메이션, CGI 캐릭터에서의 고급 사실적인 인간 움직임을 보여주었고 그 결과 아카데미
특수효과상을 수상하였다.
- 특히 액화 금속 살인 기계는 컴퓨터가 만들어낸 영상과 디지털 이미지 프로세싱 과정을 통해 창조
하였고 이는 컴퓨터를 통해 단일 프레임씩 조정하였다.
Ÿ 쥬라기 공원
- 필티펫 (Phil Tippet)은 스톱 모션의 대가로서 고우 모션의 창시자이다. 즉 이러한 고우 모션은 컴퓨
터를 통해 캐릭터의 미세한 움직임으로부터 모션 블러를 가미하는 방법으로서 스톱 모션의 떨림
을 제거해 준다.
Ÿ 킹공
- 주요 배경은 1900년 초 뉴욕의 도시 모습을 재현하기 위해 컴퓨터 그래픽으로 제작하였고 크로마
키 기법으로 촬영된 인물과 배경 위에 컴퓨터 그래픽 이미지를 추가했다. 특히 주연 배우인 킹콩
은 컴퓨터 그래픽으로 창조된 생물이기 때문에 당시 킹콩의 배역 맡은 Andy Serkis은 매일 2시간
동안 모션 캡처 메이크업을 받았다. 그 결과 실제 배우의 움직임에 대한 모션 캡처 데이터와 키프
레이밍을 사용하여 사실적인 움직임을 보여줬다.
Ÿ 아바타
- 아바타는 3D 입체혁명으로서 현존하는 영화기술의 극강을 보여주는 작품이다. 특히 배우들의 머
리에 씌우는 특수촬영 이모션 캡쳐 기법을 사용하여 배우들의 얼굴 근육과 눈동자 움직임, 심지어
땀구멍과 속눈썹 떨림까지 세밀하고 정확하게 감정(emotion)까지 표현 하였습니다. 아울러 블루 스
크린 앞에서 연기해도 모니터엔 CG가 입혀진 화면이 나와 감독의 연출을 돕는 가상 카메라 (시뮬
캠)이 CG와 실사의 경계를 완벽하게 허물었습니다. 결과적으로 배우들의 연기와 움직임에 특수촬
영과 컴퓨터 그래픽 효과가 더해져 아바타의 완벽한 캐릭터를 연출했다.