1. Texturering & Modeling
a Procedual Approach
김정근

2. Agenda
 INTRODUCTION
– PROCEDURAL TECHNIQUES AND COMPUTER GRAPHICS
• What Is a Procedural Technique?
• The Power of Procedural Techniques
– PROCEDURAL TECHNIQUES AND ADVANCED GEOMETRIC MODELING
 BUILDING PROCEDURAL Textures
– INTRODUCTION
• Texture
• Procedural Texture
• Procedural versus Nonprocedural
• Implicit and Explicit Procedures
• Advantages of Procedural Texture
• Disadvantages of Procedural Texture
• The RenderMan Shading Language
• What If You Don’t Use RenderMan?
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3. Chapter 1
Introduction

4. Procedural Techniques and Computer Graphics
 역사적 흐름
– 컴퓨터 그래픽의 역사와 함께 사용
– 1980 년대 중반에서 후반 동안
• 현실적인 질감(나무, 돌, 대리석 등)을 표현
• 물, 연기, 증기, 행성
– 렌더맨의 Shading언어의 개발로 절차적 기법의 사용이 확대
– 현재 대부분의 상용 렌더링 및 애니메이션 시스템은 절차적 인터페이스도 제공
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5. Procedural Techniques and Computer Graphics
Programmable
강력한 CPU Graphics
Processors
인터렉티브하고 복잡한 절차적 모델과 효과를
구상하고 실현할 수 있는 시대
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6. What Is a Procedural Technique?
컴퓨터가 만든 모델이나 효과의 일부 특성을
지정하는 코드 세그먼트 또는 알고리즘
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7. What Is a Procedural Technique?
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8. What Is a Procedural Technique?
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9. The Power of Procedural Techniques
Abstraction
(추상화)
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10. The Power of Procedural Techniques
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11. The Power of Procedural Techniques
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12. The Power of Procedural Techniques
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13. The Power of Procedural Techniques
 추상화가 가능하다
– 적재적소에 만들어진 함수나 알고리즘을 평가한다.
 데이터를 줄일 수 있다
– 디테일이 명시적 이진 않지만 암시적으로 절차적인 데이터를 얻을 수 있다
 파라미터를 컨트롤 할 수 있다
– 파라미터의 추가로 디테일에 양을 늘릴 수 있다
 절차적 기술에 내제하는 뜻밖의 재미를 얻을 수 있다
– 예기치 않은 동작 절차, 확률적 과정
 유연성을 제공한다
– 물리학의 복잡한 법률에 제약되지 않고도 제작할 수 있다
 정확한 예술적인 효과를 자연 법칙을 시뮬레이션하여 제작할 수 있다
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14. Procedural Techniques and
Advanced Geometric Modeling
 advanced geometric modeling은 본질적으로 절차적
 Grammar-based models, graftals, L-systems 등 복잡한 모델을 시뮬레이션 할때 파라
미터 규격을 가짐
 Implicit surface models (Meta-balls, Soft Object 등) 은 전통적인 기법으로 설명하기
어려운 물체
– electron density clouds의 이미지를 생성하기 위해 Blinn에 의해 도입
– parametric surfaces보다 soft objects를 모델링하거나 애니메이팅할때 뛰어 난 유연성을 제공
– 대표적인 예인 파티클 시스템의 생성, 위치, 소멸은 알고리즘에 의해 제어됨
 advanced geometric modeling이 책의 주 목적은 아니지만 더 나은 기법으로 진화하기
위해서 이책에 설명되어 있는 기술과 결합할수 있음
 주요 초점은 절차적 Texture, 절차적 모델링, 절차적 애니메이션
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15. Chapter 2
Building Procedural Textures

16. Building Procedural Textures
 기하학적 계산이 절차적 텍스처링에선 필수적
 2D 및 3D Point, Vector, 데카르트 좌표시스템, 내적, 외적 및 homogeneous
transformation matrices 등
 RGB의 표현, Simple Diffuse과 Specular Shading Models
 http://www.slideshare.net/tahersb/hearn-and-baker-2-d-transformations
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17. Introduction
 더 나은 렌더링을 하기위해 좀 더 나은 방법을 찾고 있으며 합성 영상의 리얼
리즘을 향상시키기 위해 노력
 Shading
– 사용자 지정 Surface 속성과 셰이딩 모델에서 픽셀이나 음영 샘플의 색상을 계산하는 과정
 Texturing
– Surface의 형상에 실제로 존재하지 않는 Surface의 세부 모양을 주기 위해 지점에서 지점으로
Surface 성질을 변화하는 방법
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18. Introduction
 Shading
– illumination models, lighting models, 또는 reflection models 등으로 불리는 재질과 빛의 상호
작용을 시뮬레이션
– 일반적으로 물리학을 기반으로 하지만 많은 단순한 가설을 만들어 냄
– 완벽하게 세부적인 물리 모델은 가공하기 어려운 계산을 포함
– Diffuse(Lambertian ) shading : 컴퓨터 그래픽에 최초로 사용한 것
– Specular Reflection shading : Phong, Blinn, Cook and Torrance,
– Anisotropic shading : Kajiya
– 1980년대 초반 대부분의 연구가 global illumination effects을 시뮬레이션하는 것으로 전환
– Reflection, refraction, scattering of light, Raytracing, radiosity
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19. Texture
 Catmull(1974) : 최초의 컴퓨터 그래픽 이미지를 만듬 “Futureworld”
 서페이스는 파라미터 패치로 표현
– 패치에 대한 U, V 지점의 파라미터 값은 텍스텨 이미지의 해당 픽셀의 위치를 계산하는데 사
용
– Simple Point-Sampling 은 Aliasing artifacts의 확률이 높아짐 : 정교한 샘플링/ 필터링이 필요
 Edwin Catmull
– Z-buffering
– texture mapping
– subdivision surface
– the fast rendering of bicubic patches
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20. Texture
 Texture 맵핑의 초기부터 다양한 연구자들은 다양한 텍스처 이미지를 생성하는 대신 스캔하거나 그
것을 그리는 데 합성 질감 모델을 사용
 Blinn 과 Newell (1976) Fourier 합성을 사용
 Fu and Lusy (1978) 는 문법 기반 Texture 생성 기법을 제안
 Schacter와 Ahuja (1979)와 Schacter 비행 시뮬레이터를 위한 Texture 이미지를 생성하는 각종 푸
리에 합성 및 확률적 모델을 사용
 Blinn 과 Newell (1976) 은 mirrorlike Surface의 반사를 시뮬레이션 하기 위해 반사 Mapping을 도입
– environment mapping
– RayTracing의 단순화된 형태
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21. Texture
 Blinn 과 Newell (1976) 은 mirrorlike Surface의 반사를 시뮬레이션 하기 위해 Reflection Mapping을
도입
– Environment mapping
– RayTracing의 단순화된 형태
– Normalized 된 vector R = (x,y,z) 의 Latitide 와 Longitude 각도를 사용하여 Texture 이미지에 억세스
Surface Normal
Point toward The Viewer
Reflection Direction
R = 2(N ⋅ V)N – V
Reflection mapping 절차는 음영 처리되는 지점에
카메라 또는 보는 사람의 ray로 반사 방향 R을 계산
Cube mapped reflection example
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22. Texture
 Blinn (1978) 은 Geometry의 수정 없이 Bump의 모양을 시뮬레이트 하기 위한 bump mapping 을 도
입
– Normal의 결과가 Shading 계산에 사용될 때 Surface는 Bum와 indentations을 가짐
– 실루엣에서 볼 수 있는 건 아닌 Shading Variations임
 Cook (1984)은 Displacement Mapping을 소개
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23. Texture
 Reeves, Salesin, Cook (1987) : Light Source의 Position에서 렌더링된 장면의 Depth Image를 기반
으로 이미지 Texture를 사용하여 Anti-aliased shadows 를 생산하는 알고리즘을 제시
– Percentage Closer Filtering
 Gardner (1984, 1985) : 나무, 지형 그리고 구름의 모델에 Texture를 추가하는
Sinusoidal Functions의 합계에 의해 생성된 Solid Textures를 사용
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24. Texture
 Peachey 과 Perlin : 2D Texture의 대안으로 Solid Textures (Space-Filling Textures) 을 소개
– Solid Texture Mapping : 공간 속에 가상적인 공간을 만들어 그 속에 오브젝트를 담아 둔다는 개념
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25. Texture
 Pelting (Piponi and Borshukov, 2000))
– 임의 하위구분으로 surface model에 seamless texture mapping
 Pedersen(1995) Mapping의 왜곡을 최소화하는데 도움을 주며 상호작용하게 Surface에 Texture를
Patch 할수 있게 함
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26. Texture
 Praun, Finkelstein, and Hoppe (2000) “lapped Textures”
– Swatches의 Orientation 과 Scale의 가이드에 의해 사용자 정의된 Vector Field 에 따라, Texture의 여러 작은 Swatches는 중복 방식
의 Surface에 위치함
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27. Procedural Texture
 Texture 맵핑의 초기부터 다양한 텍스처 이미지를 생성하는 대신 스캔하거나 그것을
그리는 데 합성 질감 모델을 사용
 Blinn 과 Newell (1976) Fourier 합성을 사용
 Fu and Lusy (1978) 는 문법 기반 Texture 생성 기법을 제안
 Schacter와 Ahuja (1979)와 Schacter 비행 시뮬레이터를 위한 Texture 이미지를 생성
하는 각종 푸리에 합성 및 확률적 모델을 사용
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28. Procedural Texture
 Fournier, Fussell, and Carpenter (1982) and Haruyama and Barsky (1984)은 fractal을
사용하여 Texture를 생성하는 방법을 제안
 Gagalowicz, Ma 1985; Garber 1981 는 Texture를 제현한 통계 Texture 모델을 개발
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29. Procedural Texture
 Cook (1984)은 Shader Tree를 소개 : 절차적 이미지를 생성하는 것에 가까운 첫번째
시스템중 하나
– 광원, atmosphere을 통한 감쇠 뿐 아니라 SurfaceSurface에 다른 Shading모델의 사용을 가능하게 함
– Shading모델에 대한 입력을 절차적으로 조절
– Color and transparency Textures, reflection mapping, bump mapping, displacement mapping, and Solid
texturing 등등 모든 쉐이드 트리를 사용하여 구현할수 있음
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30. Procedural Texture
 Perlin (1985) 은 절차적 Texture를 제작하는 Language를 설명
– 오늘날 사용하는 절차적 Texture의 더 대중적인 클래스의 토대를 마련
– 노이즈를 기반으로 초기의 확률적 Texture를 제작
 Turk (1991)와 Witkin와 Kass (1991)은 동물의 껍질에서 착색 패턴을 만드는 생화확적
프로세스에서 영감을 얻어 합성 질감 모델을 설명
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31. Procedural versus Nonprocedural
 어떤 Texture가 절차적인가? :절차적인 Texture의 정의는 파악하기 힘들다
 데이터 구조를 설명하는 Entities 와 구별하기 위해 컴퓨터 과학에서 사용
 알고리즘을 변경하기 보다는 Parameters 나 Input 의 변경으로 이루어짐
 디지털이나 페인트 이미지가 아닌 프로그램 또는 모델로부터 합성 생성함
 때로는 디지털이나 페인트 이미지가 절차적 Texture 사이에 포함될 수 있음
 좋은 절차적 Texture는 이미지 Texture의 절차적 조합 수정 또는 왜곡을 기반으로 할수
있음
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32. Implicit and Explicit Procedures
Implicit Explicit
특정 지점에 대한 Query 에 직접 모양을 이루는 지점을 생성
절차적인 Answers를 주는 방식
Isocurve (in 2D)
Isosurface (in 3D)
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33. Implicit and Explicit Procedures
Unit Circle의 간단한 정의 = isocurve
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34. Implicit and Explicit Procedures
Implicit Explicit
Ray tracers Depth buffer renderers
* Texture 절차가 아닌 렌더러에 의해 결정
자연적인 돌 질감, 구름, 안개 등 polygons / parametric curves patches
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35. Advantages of Procedural Texture
매우 compact 하다 고정 해상도가 없다.
고정 면적이 없다 파라미터를 가진다
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36. Disadvantages of Procedural Texture
Build 하고 Debug하기 결과를 예측하는 것이 어
어려울 수 있음 렵다
저장된 Texture 이미지를
억세스하는 것보다 느릴 앨리어싱의 문제
수 있다
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37. The RenderMan Shading Language
 Shading모델과 절차적 텍스처를 위한 프로그램 코드를 쓸 수 있는 특별한 용도의
Shading언어
 Cook(1984)에 기술된 Shader Tree에서 유래한 것
 문법은 C와 같지만 Shading언어가 포함
 Shading언어는 렌더맨 Renderer에 의해 수행되는 음영계산을 프로그래밍할 수 있음
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38. The RenderMan Shading Language
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39. What If You Don’t Use RenderMan?
 절차적 Texture에 관심이 있는 다양한 연령층을 대상
 렌더맨은 절차적 쉐이더를 표현할 수 있는 편리한 방법
 절차적 텍스처 빌딩 블록 함수 기능의 많은 C 언어 구현에 대해 설명
 이미지 텍스처에 액세스하는 기능을 제공
– 다른 Renderer를 사용한다면 그것에 맞게 Texture 함수를 변환할 수 있어야 함
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40. Q&A

41. 감사합니다