3D 컴퓨터그래픽스에서의 카툰렌더링에 관한 연구

문희정(Moon, Hee Jung) 한국디자인지식학회 2007 디자인지식저널 Vol.5 No.-

3D에서 표현 기법에 관한 연구는 많이 되고 있다. 이 중에서도 최근 애니메이션이나 게임 등에서 눈에 띄게 볼 수 있는 것이 2D느낌이 나는 3D컴퓨터그래픽스의 표현이다. 이것을 비사실적 렌더링(NON-PHOTOREALISTIC RENDERING) 이라고 한다. 3D컴퓨터그래픽스는 렌더링 방식에 따라 사실성을 추구하는 포토리얼리틱 렌더링(PHOTOREALISTIC RENDERING)과 사람의 손으로 그린 듯 한 느낌의 비사실적 렌더링(NON-PHOTOREALISTIC RENDERING)으로 구분된다. 최근에는 다양한 기법의 비사실적 렌더링 (NON-PHOTOREALISTIC RENDERING)이 다양한 분야에 사용되면서 그 영역이 확대되고 있다. 따라서 향후에도 많은 연구가 이루어질 것으로 예상되며, 그 응용범위도 매우 확대 될 것으로 생각된다. 본 연구에서는, 3D컴퓨터 그래픽스 기법 중 배사실적 이미지 기법(Non-photo Rendering)의 범주에 속하는 카툰렌더링(Cart∞n Rendering)기법을 분석하고 카툰렌더링(Cartoon Rendering)에 대한 표현을 제시하고자 한다. There are a lot of studies for expression technique in 3D. And now here is the expression of 3D graphics with 2D feeling on recent animation and game. It was called “non-photorealistic rendering”. The 3D graphics are divided by rendering method, one is photorealistic rendering which pursue reality and the other is non-photorealistic rendering which is hand writing feeling. The non-photorealistic rendering have a purpose to make a picture with hand writing feeling for making the picture of human friendly. Nowadays, the field of non-photorealistic rendering techniques are being expanded so these techniques are applied various other fields. So it was expected lots of studies will be performed and applicable fields are also expanded dramatically. In this study, it is analyzed the method of cartoon rendering about non-photorealistic rendering of 3D computer graphic technique and presents the expression of cartoon rendering.

카툰 렌더링에 관한 연구

문희정 디자인융복합학회 2007 디자인융복합연구 Vol.6 No.2

3D 에서 표현 기법에 관한 연구는 많이 되고 있다 이 중에서도 최근 애니메이션이나 게임 등에서 눈에 띄게 볼 수 있는 것이 2D 느낌이 나는 3D 컴퓨터그래픽스의 표현이다. 이것을 비사실적 렌더링(NON-PHOTOREALISTIC RENDERING)이라고 한다. 3D 컴퓨터그래픽스는 렌더링 방식에 따라 사실성을 추구하는 포토리얼리스틱 렌더링(PHOTOREALISTIC RENDERING)과 사람의 손으로 그린 등한 느낌의 비사실적 렌더링(NON-PHOTOREALISTIC RENDERING)으로 구분된다. 즉, 비사실적 렌더링은 인간 친화적인 영상을 샘성하기 위해 사람이 손으로 그린듯한 느낌의 영상 생성을 목적으로 한다. 이 연구에서는, 3D 컴퓨터 그래픽스 기법 중 비사실적 렌더링(Non-photo Rendering)의 범주에 속하는 카툰렌더링(Cartoon Rendering)기법을 분석하고 카툰렌더링에 대한 표현을 제시하고자 한다. 최근에는 다양한 기법의 비사실적 렌더링이 다앙한 분야에 사용되면서 그 영역이 확대되고 있다 따라서 향후에도 많은 연구가 이루어질 것으로 예상되며, 그 응용범위도 매우 확대될 것으로 생각된다. 이 논문에서는 비사실적 렌더링에서도 카툰렌더링의 발전과 응용사례를 살펴보고 주요한 기술에 대해서 설명하고자 한다. 또한 최근의 연구 동향을 분석하고 앞으로의 발전방향을 제시한다. There are a lot of studies for expression technique in 3D. And now here is the expression of 3D graphics with 20 feeling on recent animation and game. It was called “nonphotorealistic rendering". The 3D graphics are divided by rendering method, one is photorealistic rendering which pursue reality and the other is non-photorealistic rendering which is hand writing feeling. The non-photorealistic rendering have a purpose to make a picture with hand writing feeling for making the picture of human friendly. In this study, it is analyzed the method of cartoon rendering about non-photorealistic rendering of 3D computer graphic technique and presents the expression of cartoon rendering. Nowadays, the field of non-photorealistic rendering techniques are being expanded so these techniques are applied various other fields. So it was expected lots of studies will be performed and applicable fields are also expanded dramatically. This paper would like to review various studies and explain main technology of nonphotorealistic rendering, especially cartoon rendering development and application examples. Furthermore, this paper analyze recent studies trend and show advance development direction of non-photorealistic rendering.

넌-포토리얼리스틱(Non-Photorealistic) 렌더링 애니메이션의 시각 효과 기법

박성원(Park, Sung-Won) 한국만화애니메이션학회 2015 만화애니메이션연구 Vol.- No.40

애니메이션은 포스트 프러덕션 과정에 의해 애초의 기획한 시각적 연출 의도에 맞게 완성된다. 특히나, 3D애니메이션 제작에 있어서 기획의도에 적합한 다양한 시각적 표현 기법은 렌더링, 쉐이딩 등에 의해 연출된다. 따라서 이러한 시각적 효과를 어떤 방식으로 제작할 것인지에 관한 연구는 애니메이션이 출현된 이후 계속적으로 진행 되고 있다. 이 중에서도 최근 애니메이션에서 자주 등장하는 렌더링 방식은 3D로 제작하였지만 2D애니메이션의 느낌을 살린 효과이다. 3D 애니메이션은 이미지를 시각화하는 렌더링 방식에 따라 사실적으로 표현되는 포토리얼리스틱 렌더링(Photorealistic RENDERING)과 사진적 리얼리즘에서 벗어나 셀애니메이션의 경험적 감성의 화면 효과를 살린 비사실적 렌더링(NON-PHOTOREALISTIC RENDERING)으로 구분되는데 이는 2D애니메이션의 시각적 효과를 살린 렌더링 방식은 비사실적, 즉 넌-포토리얼리스틱 렌더링 방식으로 제작된 것이다. 이렇게 제작된 애니메이션은 공간과 애니메이팅에 있어서 3D애니메이션의 공간, 움직임 표현의 깊이를 보유하면서도 친화적인 아날로그 느낌의 화면을 연출할 수 있기에 많이 제작되고 있는 포스트 프러덕션 효과이다. 따라서 본 연구에서는 3D그래픽스 기법 중 넌-포토리얼리스틱(Non-photo Rendering)의 범주에 속하는 카툰렌더링(Cartoon Rendering)기법으로 제작된 디즈니의 대표적인 단편애니메이션 Paperman을 중심으로 기법적 방식을 분석하고 카툰렌더링으로 표현된 씬의 시각적 전달 효과를 분석하여 기획 의도에 표현한 합성작업 과정을 살펴보도록 한다. 이어 넌-포토리얼리스틱(Non-photo Rendering)의 범주와 장르가 다양해 지고 있는 추세에 맞춰 그래픽적 표현 한계를 뛰어 넘어 보다 효율적이고 다양한 표현방식 후반 기법들이 연구되길 바란다. Animation is completed in accordance with the original planning of visual direction in the process of post-production. Especially, a variety of visualization skills to meet the planning idea are directed in editing and compositing processes such as rendering and shading in the production of 3D animation. Therefore, the studies how to implement these visual effects have been conducted since the emergence of the animation. The rendering method which appears in the recent animations so often is the effect of 2D animation style although it is applied by 3D technique. 3D animation can be classified as two types including photo realistic and non-photo realistic renderings. The former is to render the images realistically while the latter is to highlight the formative effect with analogue style free from the realism of the photographs. Visual effect of 2D animation is non-realistic, that is, non-photo realistic rendering. The animations produced by this method have the depth of 3D animation expression in terms of space and animating, and can direct the viewer-friendly analogue style visuals, which are widely used as a post-production effect. Hence in this study, we selected a short animation, ‘Paperman,’ one of Disney’s animations, produced by cartoon rendering method which belongs to the class of non-photo rendering technique in 3D graphics, as our subject. We analyzed their techniques and visual effects of the scenes expressed by cartoon rendering method so as to understand whether they meet the original direction idea with the composition work. In addition, we expect further developments of post-production methods, exceeding the limit of graphic expression in alignment with the trend that has become more various in the types and genres of non-photo rendering.

동영상과 3D 모델의 혼합 표현에서의 비사실적 렌더링

윤현철,박종승 한국정보기술학회 2014 한국정보기술학회논문지 Vol. No.

Augmented reality and non-photorealistic rendering are popular topics in the image processing fields. This paper proposes a non-photorealistic rendering technique aimed to handle mixed contents of 3D models and video footage. Our target environments include mixed reality scenes of graphical 3D models with real environment video frames as backgrounds. First, we obtain a series of colormaps by simplifying the colors of input video frames. The colormaps generated from the real video frames are applied to determine the colors of 3D models in the non-photorealistic rendering. The proposed method provides more harmonized results in non-photorealistic rendering of mixed contents of 3D models and real video frames. 최근 영상처리 분야에서 증강현실 및 비사실적 렌더링이 많이 연구되고 있다. 본 논문에서는 동영상과 3D 모델의 혼합된 렌더링에 있어서 적용될 수 있는 비사실적 렌더링 기법을 제시한다. 실환경 동영상 프레임을 배경으로 하고 3D 모델들로 장면을 구성하는 혼합현실 환경에서의 렌더링 과정에 비사실적 렌더링을 적용한다. 먼저 비디오 입력영상을 비사실적 렌더링으로 단순화 하면서 비디오 영상에 사용된 색들을 기반으로 색들의 집합인 일련의 컬러맵을 생성한다. 비디오 영상으로부터 생성된 컬러맵을 사용하여 3D 모델의 비사실적 렌더링 시의 컬러들을 결정한다. 이로부터 배경으로 사용되는 기존 비디오 영상과 3D 모델의 색감이 비슷하도록 렌더링하는 결과를 얻을 수 있으며 두 콘텐츠 간에 더 조화로운 결과를 만들어 낼 수 있다.

3D 애니메이션에서 사용되는 NPR에 대한 연구

이영헌 한국콘텐츠학회 2007 한국콘텐츠학회논문지 Vol.7 No.5

From the flood of various informations and images, the producer and the consumer pursue a new method of images constantly. Especially the computer graphic field has affected the images greatly, and has changed the paradigm of images. The 3D animation which is a part of the computer graphics has two general trends(namely the photorealistic rendering and the non-photorealistic rendering) as to the final image.This study overviews the photorealistic rendering and the non-photorealistic rendering by analyzing the technical side and the artistic side. Also this study presents the applicable scope and the advanced directions of the NPR. 다양한 정보와 영상의 홍수 속에서 제작자와 수요자는 새로운 영상 방식의 구현을 끊임없이 추구하고 있다. 특히 컴퓨터 그래픽 분야는 이러한 영상 방식에 지대한 영향을 미치며, 영상의 패러다임을 바꿔가고 있다. 컴퓨터 그래픽의 한 분야인 3D 애니메이션의 최종 이미지를 살펴보면 주로 두 가지의 흐름으로 구별되는데, 사실적 렌더링(Photorealistic Rendering)과 비사실적 렌더링(Non-Photorealistic Rendering)이다.본 연구에서는 3D 애니메이션에서 구현되는 사실적 렌더링과 비사실적 렌더링의 기술적 측면과 예술적 측면을 분석하고, 더 나아가 비사실적 렌더링의 적용 범위와 나아갈 방향을 모색해 보고자 한다.

멀티미디어 처리 : CUDA 기반 영상 분할을 사용한 비사실적 렌더링

윤현철 ( Hyun Cheol Yoon ),박종승 ( Jong Seung Park ) 한국정보처리학회 2015 정보처리학회논문지. 소프트웨어 및 데이터 공학 Vol.4 No.11

비사실적 렌더링(NPR; Non-Photorealistic Rendering)은 2차원 영상과 3차원 모델을 대상으로 하는 방법이 다르며 각각의 대상에 NPR을 적용하여 두 콘텐츠를 혼합하면 이질감이 나타나는 문제점이 있다. 본 논문에서는 3차원 객체와 영상에 있어서 각각의 대상에 카툰 및 스케치와 같은 비사실적 효과를 적용하여 조화롭게 혼합하는 기법을 제시한다. 제안 기법은 2차원 영상의 데이터를 분석하여 컬러 분포 특징을 얻고 이를 이용하여 실사 영상이나 3D 객체의 컬러 수를 줄인다. 단순화된 컬러맵과 윤곽선 에지 데이터로부터 비사실적 렌더링을 실시한다. 컬러맵 정보의 추출 및 적용 과정에서 자연스러운 장면 연출을 위해서 영상분할 과정이 필요하다. 그러나 영상분할 기법은 많은 연산을 필요로 한다. 특히 크기가 큰 입력에 대해서는 비사실적 렌더링에 많은 시간이 소요된다. 처리 시간이 많은 영상분할의 고속화를 위하여 GPU(Graphics Processing Unit)를 이용한 병렬 컴퓨팅을 할 수 있는 GPGPU(General-Purpose GPU)를 사용한다. GPGPU의 사용으로 알고리즘의 수행속도를 크게 개선하였다. 또한 영상분할 후 단순화된 컬러를 추출하여 일련의 컬러맵을 생성한 뒤 3D 객체에 NPR을 적용할 때 추출해낸 컬러맵을 적용하여 2차원 영상과 3차원 객채 간의 이질감을 줄이고 조화롭게 하였다. When rendering both three-dimensional objects and photo images together, the non-photorealistic rendering results are in visual discord since the two contents have their own independent color distributions. This paper proposes a non-photorealistic rendering technique which renders both three-dimensional objects and photo images such as cartoons and sketches. The proposed technique computes the color distribution property of the photo images and reduces the number of colors of both photo images and 3D objects. NPR is performed based on the reduced colormaps and edge features. To enhance the natural scene presentation, the image region segmentation process is preferred when extracting and applying colormaps. However, the image segmentation technique needs a lot of computational operations. It takes a long time for non-photorealistic rendering for large size frames. To speed up the time-consuming segmentation procedure, we use GPGPU for the parallel computing using the GPU. As a result, we significantly improve the execution speed of the algorithm.

동영상과 3D 모델의 혼합 표현에서의 비사실적 렌더링

윤현철(Hyun-Cheol Yoon),박종승(Jong-Seung Park) 한국정보기술학회 2014 한국정보기술학회논문지 Vol.12 No.7

Augmented reality and non-photorealistic rendering are popular topics in the image processing fields. This paper proposes a non-photorealistic rendering technique aimed to handle mixed contents of 3D models and video footage. Our target environments include mixed reality scenes of graphical 3D models with real environment video frames as backgrounds. First, we obtain a series of colormaps by simplifying the colors of input video frames. The colormaps generated from the real video frames are applied to determine the colors of 3D models in the non-photorealistic rendering. The proposed method provides more harmonized results in non-photorealistic rendering of mixed contents of 3D models and real video frames.

TV-CF에 표현된 3D 애니메이션의 PR NPR 기법에 관한 연구

방윤경(Bang Yoonkyeong) 한국디지털디자인학회 2009 디지털디자인학연구 Vol.9 No.1

한국 CM 전략 연구소에서 발표한 2008년도 기준 수용 자들에게 가장 호응도 높은 순위의 광고 통계에서 상위권을 차지한 광고들을 보면 수용자가 인지할 수 있는 2D 애니메이션에서부터 인지 불가능할 만큼 실물과 똑같이 제작된 극 사실 크리에이쳐(Creature) 및 2D와 3D 애니메이션의 구분이 모호한 NPR(Non Photo-realistic Rendering: 비실사적 렌더링)기법의 3D 애니메이션까지 다양한 애니메이션의 기법들이 사용된 것을 알 수 있다. 그만큼 수용자의 인지도와 관계없이 애니메이션의 효과 및 필요성이 입증된다고 말할 수 있다. 본 논문에서 TV CF 성공요인의 강력한 요소인 3D 애니메이션을 렌더링 방식에 때라 크게 PR(Photorealistic Rendering :실사적 렌더링)기법과 NPR(Non Photo-realistic Rendering: 비실사적 렌더링)으로 나누고 각각의 개념을 알아보고 분류 해본다. 특히 PR의 기계적인 느낌을 배제할 수 있어 심도 있는 회화 기법 창출을 가능케 한 NPR 기법에 있어서 어려운 데이터 종류 3차원 기반 기술과 이미지 기반 기술에 따라 표현의 제한이 없어 분류의 어려움이 따르므로 1998년도 SIGGRAPH 논문 Session 중'Non-Photorealistic Rendering' 주제로 제시된 4개의 응용 분야 항목을 바탕으로 NPR 기법을 분석하고자 한 다. 이 무궁무진한 사용가치를 지니고 있는 NPR 기법에 대한 사례 분석과 더불어 HDRI(High Dynamic Range Image)를 기반으로 IBL(Image Based Lighting)의 사용 등으로 우리가 상상할 수 없는 무한대의 Creative를 창출 할 수 있게 된 테크놀로지(Technology)의 발전과 콘셉트 (Concept)의 신선함을 통해 TV CF 광고에 사용되는 3D 애니메이션 발전 가능성과 타 콘텐츠(Contents)와의 시너지 효과를 예측해 보았다. In view of scientific and artistic we need to research and analyze case method through existing animation in commercial films to be a brand new animation techniques. This paper analyzes and consider that the technical elements of PR(Photorealistic Rendering) and NPR(Non Photo-realistic Rendering) on popular commercial films. This study is to predict that the future direction of the appealing diverse techniques available in more unpredictable and termless expressions in terms of NPR and PR techniques

3D 애니메이션의 렌더링 기법 연구 : 비사실적 렌더링 기법을 중심으로

곽노준 청주대학교 학술연구소 2017 淸大學術論集 Vol.29 No.-

3D animation rendering techniques are more diverse and improved. Conventional rendering techniques are outdated and new rendering techniques and theories are constantly emerging. Based on the point of expression, the rendering technique can be classified into Phorealistic Rendering and Non-Photorealistic Rendering (NPR). The boundary between reality and non-reality is somewhat ambiguous, but the former aims at realizing images that are as close as possible to objects or natural forms existing in reality, and the latter is to create images with an emphasis on emotional expression. In recent trends of animation expression technique, background is made by realistic technique and character is made by NPR method. Despite having a technique to implement a virtual character, the reason for using cell animation's character production method is that emotional expression and appeal to the audience are superior. Through this paper, I will try to find out the kind of NPR that is currently being discussed, its implementation principles, and investigate cases applied to animation to help local animation production.

모바일 기기에서의 비실사적 콘텐츠 렌더링을 위한 프로세싱 기법

전재웅(Jaewoong Jeon),장현호(Hyunho Jang),최윤철(Yoon-Chul Choy) 한국콘텐츠학회 2010 한국콘텐츠학회논문지 Vol.10 No.8

최근 모바일 서비스의 발전과 모바일 기기의 사용 증가로 모바일 환경은 컴퓨터 그래픽스 분야에서 주목 받는 영역으로 부상하고 있다. 지금까지 비실사적 렌더링 기법은 데스크 탑 플랫폼을 기반으로 연구되었으며 모바일 기기에서의 구현을 위한 노력은 부족하였다. 하드웨어적 한계를 가진 모바일 기기에 비실사적 렌더링 기법을 적용하기 위해서는 단말기의 제약성을 고려하여 렌더링 파이프 라인의 변화를 통한 새로운 프로세싱 기법이 필요하다. 본 논문에서는 비실사적 기법 중 최근 여러 분야에서 사용되고 있는 카툰 렌더링 기법을 모바일 환경에서 구현하기 위한 3차원 그래픽스 렌더링 파이프 라인과 카툰 쉐이딩 전처리 기법을 제안한다. 본 연구 결과로 모바일 디스플레이 환경에 맞는 실루엣 에지 렌더링과 쉐이딩 과정의 일부를 파일로 전처리하는 프로세싱 기법을 사용하게 됨으로써 사용자는 원하는 수준의 카툰 렌더링 결과물을 모바일 환경에서 실시간으로 접할 수 있으며 따라서 추후 모바일 서비스 이용의 효율을 높이고 모바일 콘텐츠 다양화에 기여할 수 있을 것으로 기대한다. Recently, development of mobile service and increased demand for mobile device make mobile environment noticeable in computer graphics. Especially demand for 3D graphic services in mobile devices is steadily increased. However up to the present non-photorealistic rendering is mainly studied in desktop platform. In the result, existing research were designed for desktop computers and are not well-suited for mobile devices. Thus, there is a growing needs for processing techniques that provide the ability to render 3D non-photorealistic graphics through mobile devices. In this paper, we discuss processing techniques for non-photorealistic rendering that are especially cartoon shading and rendering in mobile devices. Through the result of this research, it is expected that silhouette edge rendering for mobile display environment and preprocessing file technique for shading. The efficiency of 3D mobile graphic service like 3D model in cartoon style is increased by using proposed preprocessing file and rendering pipeline. Our work can provide mobile cartoon rendering results and various mobile contents to users.