2D와 3D 그래픽스의 모델링 과정에 대해서
2D와 3D 그래픽스의 모델링 과정에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 먼저 컴퓨터 그래픽스는 크게 2D 그래픽스와 3D 그래픽스로 나눌 수 있습니다. 컴퓨터에서 2D 그래픽스의 데이터와 3D 그래픽스의 데이터를 다루는 방법이 각각 다르기 때문에 두 가지 분야에 대하여 좀 더 알아볼 필요가 있습니다. 2D 그래픽스에서 도형을 그리는 과정과 앤티앨리어싱 기법과 3D 그래픽스에서 객체를 모델링하고 렌더링하는 과정에 대해서 살펴보겠습니다. 먼저 2D 그래픽스의 문자 폰트를 모델링하는 과정은 먼저 래스터 폰트는 글자를 표현하기 위해 픽셀들의 위치를 기억합니다. 이에 비하여 벡터 폰트의 경우에는 선과 선의 연결 좌표 및 선의 종류와 그에 따른 여러 가지 인수를 기억합니다. 이러한 이유로 래스터 폰트의 경우 확대 시에 계단 현상이 나타나고, 벡터 폰트의 경우에는 확대 시에도 깨끗한 글자를 유지할 수 있습니다. 하지만 래스터 폰트는 화면에 표시하는 것이 간단하고 빠르지만 벡터 폰트는 래스터 폰트에 비해 모니터상에 디스플레이하기가 어렵고 계산이 필요하기 때문에 더 많은 시간을 요구하게 됩니다. 하지만 오늘날에는 하드웨어가 발전하면서 상호 간의 속도 차이를 거의 느낄 수 없습니다. 과거 DOS를 이용하던 시절에는 벡터 폰트를 이용하려면 고가의 소프트웨어가 필요했지만 현재 윈도우의 경우에는 기본 폰트 및 대부분의 폰트가 벡터 폰트로 이루어져 있습니다. 이러한 2D 그래픽스는 X와 Y의 평면상에서 물체를 표현하는 방법으로서 3차원 그래픽에 비해 계산량이 적으므로 간단한 처리 방법과 빠른 처리 속도를 갖습니다. 그러나 3차원 물체를 실감 나게 표현하지 못하는 단점도 가지고 있습니다. 이러한 특징을 가지고 있는 2차원 그래픽을 구성하는 단위인 기본 도형으로는 점, 선, 원, 타원, 다각형, 곡선 등이 있습니다. 2차원 그래픽스에서 이와 같은 도형을 모델링하는 과정은 일반적으로 작은 선분으로 나누어 그리게 됩니다. 따라서 선분을 생성하고 그려진 도형의 내부를 채우는 일이 2차원 그래픽에서 가장 기본적인 작업입니다. 이렇게 선분을 그리는 것은 X와 Y의 평면상에 양 끝점이 주어지고 두 점 사이의 선분에 해당하는 픽셀을 찾아내는 작업으로 브레젠햄 알고리즘이 널리 사용되고 있습니다. 2D 그래픽스의 모델링 과정은 이렇게 선분을 그리고 각각의 내부를 원하는 색상으로 채워주어야 합니다. 이때 윤곽선을 먼저 그리고 난 후 내부 영역을 채우는 방식과 윤곽선의 픽셀을 구하면서 동시에 채우는 방식이 존재합니다. 영역을 채우는 방식은 채우기를 처음 시작할 시드 픽셀이 주어지면 그 픽셀로부터 경계를 만날 때까지 사방으로 채우기를 진행합니다. 이는 주로 칠하기 프로그램에서 널리 사용되는 방식입니다. 그리고 윤곽선의 픽셀을 구하면서 동시에 채우는 방식은 2D 벡터 그래픽스에서 다각형 도형으로 표현되는 그림의 채우기나 그리기 방식의 프로그램에서 주로 사용됩니다. 2D 그래픽스에서는 물체의 윤곽선이 사선인 경우에 앤티앨리어싱을 적용할 수 있습니다. 앤티앨리어싱을 적용하는 이유는 바로 사선의 경우에는 배경과의 접촉면이 계단 형태로 표시되어 미관상 부자연스럽기 때문입니다. 이때의 경계선을 앨리어스됐다고 말하는데 이러한 계단 모양의 부자연스러움을 없애기 위해서 이 기법이 사용되는 것입니다. 앤티앨리어싱은 물체 경계면의 픽셀을 물체의 색상과 배경의 색상을 혼합해서 표현함으로써 물체의 경계면 부드럽게 보이도록 하는 방법입니다. 물체 색상과 배경 색상을 섞을 때는 현재 점의 주위에 배경 색상의 픽셀이 많은지, 아니면 물체 색상의 픽셀이 많은지를 조사하여 색상의 정도를 결정하게 됩니다. 즉, 현재 점의 주위에 배경 색상을 가진 픽셀이 더 많다면 배경 색상을 더 많이 섞어 중간 색상을 만들고, 물체 색상의 픽셀이 더 많다면 물체 색상을 더 많이 섞어 중간 색상을 만드는 원리입니다. 다음으로 3D 그래픽스의 모델링 과정은 와이어프레임 모델, 다각형 표면 모델 등이 있습니다. 와이어프레임 모델은 물체의 골격만을 표현한 모델이고, 다각형 표면 모델은 삼각형이나 사각형 같은 면을 이용하여 3차원 모델을 표현하는 방식입니다. 이 방식에서는 하나의 물체를 표현하기 위해서 적게는 수십 개에 많게는 수십만 개의 다각형을 사용하게 됩니다. 이렇게 와이어프레임 모델과 다각형 표면 모델뿐만 아니라 3차원 스캔을 통한 모델링도 존재합니다. 3차원 스캔에 의한 모델링은 다각형이나 스플라인과 같이 수작업으로 모델링하는 방법과는 달리, 실제 사람의 얼굴 모양이나 실제 물체의 모양을 사용하여 모델링하는 방법을 말합니다. 초기 시스템은 단순한 3차원 좌표를 얻는 수준이었지만 오늘날의 시스템은 모델링하려는 물체의 질감까지 얻을 수 있습니다. 이러한 스캔 원리는 공간적 위치를 측정하기 위하여 실제 사람 혹은 물체의 표면에서 좌표를 얻는 3차원 디지타이저와 레이저 광선을 모형에 쏘아 반사되어 되돌아올 때까지의 시간을 측정하여 모델링 데이터로 변환하는 3차원 레이저 스캐너를 통해 모델링을 하게 됩니다. 이렇게 스캔하는 방법 외에도 투영하는 방법도 존재합니다. 3차원 물체를 2차원 평면에 투영하는 방법에는 평행투영법과 원근투영법이 있습니다. 그리고 2차원적으로 투영된 평면을 보면서 모델을 수정해 나갈 수 있습니다. 이러한 모델링 과정을 통해서 우리는 컴퓨터로 그래픽을 주고받을 수 있습니다. 여기까지 2D와 3D 그래픽스의 모델링 과정에 대해서 알아봤습니다.