3d-ang - Tumblr blog

3d-ang · 5 years ago

Text

3D 이미지 구성에 관한 계획

1. 구성

한 영상 안에는 배경, 오브젝트 등 다양한 것들이 있다.

우리는 실사 촬영한 사진과 컴퓨터 그래픽으로 이것들을 모두 표현해야 한다.

우리가 제작하게 될 영상은 단순히 3차원 대상만을 표현하는 것이 아니라, 2차원인 시간의 흐름에 따라 3차원 공간 안의 3차원 대상을 표현해야 하는 것이다.

그리고 우리는 시간의 흐름에 따라 대상의 특성을 살린 다양한 모습을 연출해야 한다.

2. 연출 방법

(1) 오브젝트 연출 방법

3차원 대상 또는 지형 지물 등은 ‘사진 측량(Photogrammetry)’ 기법 (항공촬영 등의 촬영 방식으로 여러 방향에서 2차원 이미지, 즉 사진을 촬영한 다음, 사진을 조합해서 그럴듯한 매스, 즉 3차원 이미지를 만들어내는 방법)을 사용하여 연출할 계획이다.

사진 측량은 3D 스캐너를 통해 표현할수도 있는데, 이번 프로젝트에서는 관련 오픈소스 ��프트웨어와 3D 모델링 툴을 사용하여 포토리얼리스틱한 컴퓨터 그래픽을 표현할 계획이다.

대표적인 관련 오픈소스 소프트웨어로는 ‘AliceVision’의 ‘Meshroom’이 있다. 깃허브에 소프트웨어가 공개되어 있어서 누구나 해당 기술에 접근할 수 있다.

게다가 ‘Meshroom’은 ‘Blender 3D’ 외 몇몇 3D 모델링 프로그램 플러그인을 지원하기 때문에 연동하여 사용 가능하다. 즉, ‘Meshroom’에서 사진측량 기법으로 얻은 이미지를 ‘Blender 3D’에서 해당 플러그인을 통해 ‘Blender 3D’ 프로그램으로 가져와서 텍스처나 모델링, 카메라 등을 자유자재로 변형하고 편집할 수 있으며 렌더링 또한 할 수 있는 것이다.

사진 측량기술로 모델링을 제작하는데 있어서, 해당 소프트웨어에 대한 숙련도는 모델링의 퀄리티에 큰 영향을 미치지 않는다. 사진 측량 기법이 2차원 이미지인 사진 데이터에 거의 전적으로 의존하는 만큼 사진을 많이 촬영해야하고 잘 촬영하는 것이 중요하다. 방향별 사진이 많으면 많을수록 정교한 모델링을 만들어 낼 수 있다. 또한, 사진의 퀄리티가 좋을수록 고퀄리티 이미지를 얻을 수 있다.

오브젝트로는 다양한 사물을 선택할 수 있겠지만 금속, 유리, 물, 비눗방울 등과 같은 물질은 사진 측량으로 표현할 수 없는 것으로 알고 있다. 따라서 만약 금속, 유리, 물, 비눗방울 등을 표현한다면 사진 측량보다는 큐브맵과 스카이박스 등의 기법으로 표현해야할 것이다.

이번 프로젝트에서 연출해야할 오브젝트로는 인체, 종이, 자연물, 동식물 등이 있는데 이는 모두 사진 측량 기법으로 표현이 가능하다.

이미 존재하는 대상을 촬영할 수도 있고, 따로 제작한 조형물을 촬영할 수도 있다. 촬영하는데 별 어려움이 없는 오브젝트는 직접 실사를 촬영하면 될 것이지만, 희귀한 동식물 등과 같이 직접 실사를 촬영하기 힘든 대상은 모형을 제작하여 촬영해야 할 것 같다.

오브젝트를 촬영할 때, 배경은 상관이 없을 것으로 보이지만 단색 배경이 작업하기에는 편할 것으로 예상한다. 오브젝트를 위, 아래 등 다양한 각도에서 연출하기 위해서는 투명 아크릴 판이 필요할 수도 있을 것이다.

→ 사진 측량 기법으로 제작된 3D 컴퓨터 그래픽 오브젝트 예시

(실제로 3D 모델링 툴을 사용하여 위와 같은 오브젝트와 동등한 퀄리티로 모델링을 하려면 굉장히 오랜 시간이 걸리지만, 사진 측량 기법을 적절히 활용하면 단 몇시간만에 실제로 존재하는 사물을 컴퓨터 그래픽으로 포토리얼리스틱한 모델링을 제작할 수 있다. )

(2) 배경 연출 방법

배경은 파노라마, 큐브맵/스카이박스, 환경맵(?), 390도 카메라, 또는 HDR 등의 촬영 기법으로 자연스러운 영상을 연출할 수 있을 것이다. 하지만 특수한 카메라나 장비가 필요할 수 있다.

이에 대한 조사는 오브젝트 연출에 대한 연구를 어느정도 완성한 후, 더 해볼 계획이다.

(3) 이펙트

3. 편집 / 트랜지션

0 notes

3d-ang · 5 years ago

Text

Photogrammetry: 사진측량

Photogrammetry(=Photographic Survey, 사진측량)란?

Photogrammetry is the science and technology of obtaining reliable information about physical objects and the environment through the process of recording, measuring and interpreting photographic images and patterns of electromagnetic radiant imagery and other phenomena.

Photogrammetry appeared in the middle of the 19th century, almost simultaneously with the appearance of photography itself. The use of photographs to create topographic maps was first proposed by the French surveyor Dominique F. Arago in about 1840.

There are many variants of photogrammetry. One example is the extraction of three-dimensional measurements from two-dimensional data (i.e. images); for example, the distance between two points that lie on a plane parallel to the photographic image plane can be determined by measuring their distance on the image, if the scale of the image is known.

Another is the extraction of accurate color ranges and values representing such quantities as albedo, specular reflection, metallicity, or ambient occlusion from photographs of materials for the purposes of physically based rendering.

사진측량(Photogrammetry)은 반사 또는 방사된 전자기파(electromagnetic wave)에 의한 사 진 및 영상을 이용하여 접촉하지 않은 대상물에 대한 정량적(Quantification, 위치, 형상, 크기 등의 결정) 위치해석 및 정성적(Qualitification, 자원과 환경현상의 특성조사 및 분석)인 특성을 해석 하는 것이다. 지표면과 기타의 대상물을 촬영한 사진, 즉 2D 이미지로부터 3차원(X, Y, Z)의 위치 데이터를 추출하여 좌표 및 형상을 만들어내는 기술이다. 지표면의 조사에 사진을 이용하는 기술로서, 측정하고자 하는 지역을 현지에서 직접 측정하는 일반적인 측정기술과는 차이가 있다.

사진측량은 두 분야로 나눌 수 있는데 정량적 측정(metric photogrammetry)분야와 정성적(interpretative photogrammetry)분야이다. 전자는 지형도 제작을 말하는 것으로 토목측량분야이며, 후자는 지질조사, 산림조사, 지형조사 등을 주로 하는 판독분야를 말한다.

photogrammetry란 용어는 1934년 미국 사진측량학회가 발족되면서 사용하기 시작한 것으로 그리스어의 photo(光線), gramma(製圖), metron(測定)의 복합어이다. 여기서 Photos는 'light’를 의미하며 이는 광, 전자기파, 사진을 말한다. Gramma는 ‘ drawn, written ‘을 의미하고 이는 형상을 말한다. Metrein은 ‘measure‘을 의미하며 이는 관측한다는 뜻이다.

사진측량은 삼각측량(Triangulation) 기법을 이용한다. 1장의 사진을 이용해서 찍혀져 있는 각 물체의 위치를 측량하는 사선법(射線法)과 연속으로 중복 촬영된 2장 이상의 사진을 이용해서 위치(2차원) 및 높이(3차원)를 측량하는 입체사진 측량법이 있다.

사진측량의 역사는 1839년부터 시작된다. 1839년부터 1970년까지를 ‘기계사진측량시대’라고 한다. 1839년 프랑스에서 Daguerre에 의해 사진술이 발명되고 1840년도에는 프랑스에서 Laussedat가 사진을 이용한 지형도를 제작한다. 1889년에는 미국의 라이트형제에 의해 항공기가 발명되고, 열기구 등을 이용한 항공 촬영이 가능해지게 된다. 이후 독일의 Pulfrich가 입체도화기의 기본이론을 정립한다.

제 1차 세계대전 이후 항공기와 광학기계가 급속하게 발전한 1970년부터는 ‘해석사진측량시대’가 시작된다. 이때 컴퓨터의 지원을 통한 해석도화기의 개념이 도입되고, 스트립의 다항식 조정, 독립모델법, 광속조정법 등이 소개된다.

1990년부터는 수치영상처리기법이 발전되고 디지털 카메라가 개발된다. 그리고 수치영상처리의 자동화 기법에 대한 연구가 화랄해지는데 이 시기를 ‘수치사진측량시대’라고 한다.

사진측량은 촬영방향에 따라 연직사진, 경사사진, 수평사진으로 분류한다. 여기서 연직사진과 경사사진은 항공사진에 해당되며, 수평사진은 지상사진에 해당된다. 경사사진은 경사에 다라 저경사사진과 고경사사진으로 분류된다.

사진측량은 측량방법에 따라 항공사진측량, 지상사진측량, 수중사진측량, 원격탐사, 특수사진측량으로 분류한다. 항공사진측량은 항공기에 탑재된 사진기로 연속 중복 촬영한 것이다. 지상사진측량은 지상의 두 점에 카메라를 고정시켜 촬영하는 것이다. 이는 항공사진으로 불가능한 지형, 구조물변형, 문화재 조사, 교통문제해석 등에 활용한다. 초기에는 지상사진측량이 주류를 이루었지만 비행기의 발달과 더불어 항공사진측량이 급속히 보급되어 현재는 주로 항공사진측량이 실시된다. 수중사진측량은 해저사진측량과 수중 카메라를 통해 얻은 영상을 이용하는데 이는 수중자원과 환경 그리고 플랑크톤 양 및 수질조사, 해저기복과 수중식물 활력도 조사 등에 활용된다. 원격탐사는 가시영역 및 적외, 자외선의 특성을 활용하여 촬영하는 것이다. 특수사진측량은 레이더사진, X선사진, 위색사진, 적외선사진, 다중파장대사진, 흑백, 천연색 사진을 이용한다. 지도작성 외에도 식생환경, 도시환경(열차단), 농산물실태(MSS), 지질조사, 자원조사, 군사적위험, 조기경보 등에 활용한다.

사진측량(Photogrammetry)은 지형 지도 제작, 건축, 엔지니어링, 제조, 품질 관리, 경찰 조사, 문화유산 및 지질학 등과 같은 분야에 사용된다. 고고학자들은 크거나 복잡한 유적지의 자료 획득 계획을 신속하게 작성하기 위해서 이것을 사용하고, 기상학자들은 토네이도의 객관적인 기상 자료를 얻기 힘들 때 이것을 사용하여 풍속을 계산한다. 최근에 들어서는 게임산업과 영상산업에도 많이 쓰이고 있다. 영화 후반 작업에서 실제 액션과 컴퓨터로 만든 이미지를 결합할 때 사용한다. 이같은 방법은 무려 20년 전에 개봉했던 영화 ‘매트릭스’에서 사용되었고, 게임 ‘스타워즈’에서도 사용되었다. 사진측량은 또한 자동차 분야에서도 사용된다. 사고에 대한 소송이 발생했을 때, 엔지니어가 차량에 존재하는 정확한 손상 부위를 확인해야할 경우 남은 증거는 경찰이나 다른 사람들이 촬영한 사고 현장 사진 뿐이다. 이때 해당 차량이 손상된 정도를 확인하기 위해 사진측량 방법이 사용되는데, 이는 해당 손상을 입는데 필요한 에너지의 양과 관련이 있다. 그런 다음 에너지를 사용하여 충돌에 대한 중요한 정보를 결정할 수 있다.

* GIS(Geographic Information System, 지형공간정보체계, 지리정보체계 )

컴퓨터를 통해서 현실세계의 공간정보를 표현하는 것이다. 즉, 대상물을 컴퓨터를 통해서 정확한 위치를 표현하고, 그 대상물에 대한 여러 가지 정보를 제공하는 것이다. 즉, 대상물의 위치와 대상물의 속성을 컴퓨터를 통해 표현하는 것으로서, 복잡한 계획과 관리 문제를 해결하기 위해 컴퓨터를 기반으로 한 공간 자료를 입력 · 저장 · 관리 · 분석 · 표현하는 체계. ① 공간적 데이터를 분석하기 위한 일련의 컴퓨터 툴, ② 공간적 데이터를 위해 디자인된 정보체계의 특별한 형식, ③ 공간적 데이터의 과학적 분석과 사용에 대한 접근방법, ④ 사회에서 중요한 역할을 하는 기술 관련 산업과 사업으로서 공간 정보를 이용하여 지형 공간적인 분석을 하는 체계(Goodchild, 1985)인 것이다.

Photogrammetry(사진측량) 사용 방법

스마트폰 또는 DSLR 카메라로 다양한 각도로 대량의 사진을 촬용한 후, 소프트웨어를 활용하여 3D 모델링 데이터를 제작한다. 대표적인 활용사례로는 Google Earth VR, 게임 캐릭터 및 배경 제작, 문화재 3D 모델링 기록화, VR/AR용 리소스 제작 등이 있다.

사진측량을 제작할 수 있는 소프트웨어로는 PhotoScan, RealityCapture, PhotoScan, Pix4Dmapper, RECAP, 3DF ZEPHYR, PHOTOMODELLER, MESHROOM VR, 등이 있다. 이 외에도 이미지를 변형하기 위해 포토샵 등의 프로그램을 사용하기도 하며, Mesh 데이터를 편집하거나 리토폴로지(Retopology)를 하기위해서는 지브러쉬(ZBrush)를 사용하기도 한다. 최종 3D 모델링 데이터를 확인하거나 웹서비스 공유 플랫폼을 활용하기위해서는 스케치팹(Sketchfab)를 사용한다.

사진측량을 제작하기 위해서는 조명과 흰색 배경지, 카메라 등의 장비가 필요하다. (그 외에도 삼각대와 카메라의 흔들림을 방지하기 위한 무선 릴리즈, 그리고 모니터용 턴 테이블 등이 추가적으로 필요할 수 있다. ) 카메라는 최소 1800만 화소 이상을 지원하는 기기를 사용하기를 추천한다. 렌즈는 15mm부터 망원렌즈까지 사용 가능하다. (어안렌즈도 가능하지만 결과물에 왜곡이 생길 수 있어서 권장하지는 않는다. ) 삼각대는 여러 각도에서 높이 별 촬영이 가능하도록 트라이포드에 모노포드를 부착하는 것이 좋다. 그리고 L플레이트와 볼헤드를 사용하여 세로모드로 촬영한다. 카메라의 흔들림을 방지하기 위해 무선 또는 유선 릴리즈를 사용하는 것이 좋다. 그리고 조명은 스피드 라이트를 사용하기를 권장한다. 배경지로는 흰색 배경지를 권장한다. 품질 좋은 3D 모델링 데이터를 만들기 위해서는 촬영 대상 오브젝트가 배경과 분리되도록 하는 것이 좋은데, 흰색 또는 단색 배경을 사용하는 것이 좋다. 이때 사용되는 배경은 이미지 편집 프로그램에서 후반작업으로 제거할 수 있다.

거울, 유리 물 등 유광재질의 물건과 털, 줄, 종이 등과 같이 형태가 없거나 변화하는 물건은 적업하기 까다로울 수 있다. 유광재질의 물건은 3D 스캔용 스프레이를 사용하여 표면을 거칠고 둔탁하게 처리한 후 촬영하는 것이 좋다.

참고 사이트: https://edu.kocca.kr/edu/onlineEdu/openLecture/view.do?menuNo=500085&pSeq=911

Photogrammetry(사진측량)의 사례 / 관련 기술

(1) Memories of Australia

엠바크 스튜디오(Embark Studio, 스웨덴의 게임 개발사)의 ‘Andrew Svanberg Hamilton (Art Director)’가 만든 “Memories of Australia”는 사진측량 기술로 제작된 영상이다. UE 게임엔진(실시간 렌더링 툴)을 통해 제작되었다고 한다. 세부적이고 사실적인 묘사로 실제 호주에 있는 듯한 느낌을 준다.

vimeo

(2) 아일랜드의 Yellow Design사의 타이타닉 AR

또 다른 사용 예시로는 실제 장소에서 현대 존재하지 않는 과거를 경험할 수 있도록 도와주는 것이다.

(3) Quixel

마치 실사 사진과 같은 배경 그래픽을 가능하게 해주는 이 시스템(체계)은 Quixel 사가 만든 것인데, VRS 및 레이트레이싱 기술을 풀 스케일로 활용해서실사같은 배경의 오픈월드를 순차적으로 생성시켜준다고 한다. 이 시스템은 언리얼 엔진 4에 탑재되었으며, Xbox Series X 최초 공개 때 선보였던 Xbox 퍼스트파티 게임 '헬블레이드 2'에도 쓰였다. (UE4로 제작. )

youtube

0 notes

3d-ang · 5 years ago

Text

촬영(예행) 계획

대상

(1) 방

바닥, 영수증, 종이, 액자, 신발장, 샤워부스, 세면대, 씽크대, 사탕통, 접시, 음식, ...

(2) 학교

대강당, 소강당, 문, 나무, 식물, 동상, 학문관 창문, 이화동산, ...

이미지

다양한 배경과 사물을 촬영하여 간단한 영상을 소리없이 만들어본다.

최종적으로 만들어지게 될 모든 이미지들은 실사촬영을 기반으로 포토스캔하여 만들어진 3D 컴퓨터 그래픽 이미지일 것이다. 실사촬영한 2차원 이미지를 바탕으로 ‘ Photogrammetry (사진측량)‘ 기법을 사용하여 3차원 모델링을 만들어낼 것이다.

포토스캔은 오픈소스 소프트웨어인 ‘Meshroom’을 사용하여 제작할 것이며, 마찬가지로 무료 프로그램인 ‘Blender 3d’에서 카메라와 모델링을 편집하고 렌더링할 것이다.

＊ 사진측량

사진측량(Photogrammetry)은 태양에서 방사된 가시광선이 대상물에 반사되어 카메라 렌즈로 들어오는 것을 2차원 이미지(사진)로 기록한 뒤, 2차원 이미지로부터 좌표, 거리, 면적, 부피 등의 정량적 요소를 추출하고 토질의 종류, 토양 습윤도, 수종 분류 등의 정성적 요소를 해석해내는 측량학의 한 분야이다. 정량적 요소의 측량은 지도 제작에 활용된다. 측량에 사용하는 장비에 따라 지상 사진측량, 항공 사진측량, 위성 사진측량으로 구분한다.

지상 사진측을 하는 방법으로는 지상에 삼각대를 세우고 그 위에 사진측량 장비를 조립하여 측량하는 방법이다.

항공 사진 측량은 사진기를 유인 또는 무인 항공기에 탑재하여 공중에서 지상 사진을 촬영하여 측량 결과물을 얻는 것이다. 항공 사진 측량의 장점으로는, 넓은 지역(소축척) 측량 시 다른 측량 방법에 비해 경제적이다. 그리고 성과물의 축척 변경이 용이하다. 또한 4차원 측량(X, Y, Z, t)이 가능하다. 이동하는 물체의 기록이 가능한데, 이는 구조물의 시간에 따른 변형 측정, 재난에 대한 기록, 교통량 조사, 교통사고 조사, 파도, 구름, 하천의 상황 분석에 사용된다. 그리고 접근이 어려운 지역 측량이 가능하다.

다음은 ' Photogrammetry ‘ 제작 관련 영상이다.

youtube

사진 측량에 사용될 이미지로는 우선 실사촬영한 사진과 구글 맵스 이미지를 사용할 것이다.

3D 이미지는 실시간 렌더링으로 작업할 수도 있고 비실시간 렌더링으로 작업할 수도 있다. 만약 모델링을 활용하여 프로그래밍을 하게된다면 실시간 렌더링으로 작업하여 그것을 프레임 마다 캡처를 하거나 녹화를 해야할 것이다. 반면, 별다른 추가작업이 필요하지 않다면 ‘Blender 3d’ 에서 편집하고 바로 비실시간 렌더링을 하여 ‘After Effect’ 프로그램에서 편집을 하게될 것이다. (필요하다면 영상편집 툴로 Nuke를 사용해야할 수도 있다. )

이 모든 과정은 금전적 비용을 필요로 하지 않는다. 다만 시행착오가 있을 수 있으며, 질좋고 적합한 영상을 얻으려면 꽤 많은 시간을 투자해야할 수 있다.

→ 결과물 예시

트랜지션

(1) 랜드마크

각각의 이미지들을 랜드마킹(?) 알고리즘을 사용하여 하나의 사물에서 다른 사물로 자연스럽게 바뀌도록 제작해볼 것이다.

일반적인 영상편집 툴로는 제작할 수 없을 것으로 보인다. 아마 관련 인공지능과 알고리즘을 사용해야할 것이며 스크립팅 혹은 프로그래밍을 해야할 것이다.

랜드마크(?) 알고리즘을 사용한 기법은 최근 인공지능과 머신러닝 등의 기술이 급격하게 발전하면서, 영화에서 주인공이나 괴물 등이 변신하는 씬의 CG 작업에 많이 사용되고 있다.

→ 참고: 변신 장면에서 사용된 트랜지션

(2) 픽셀 / 파티클 이펙트

0 notes