3D computer graphics history

컴퓨터 그래픽스는 그림을 생성하는 기술이고, 영상처리(digital image processing)는 기존의 그림을 개선하거나 인식하는 분야다. 

래스터 그래픽 장치와 벡터 그래픽 장치에 대해 알아보자. 

 

1. 래스터(raster) 그래픽 장치

출처 : https://medium.com/computer-graphics/raster-graphics-and-representation-of-a-bmp-file-e2120f3b576b

래스터(raster)는 화소(pixel)를 의미하고, 래스터 그래픽 장치는 화면을 화소 단위로 표현하는 장치다. 1970년대에 개발되었다.

 

진공관 모니터에서 이미지 영상을 띄우는 과정을 통해 래스터 그래픽 장치를 설명하겠다.

진공관 모니터(음극선관, CRT)는 브라운관이라고 불리는 뚱뚱한 옛날 모니터이다. 진공관 컬러 모니터는 RGB 색을 띤 인점(Phosphor Dot)로 구성되어 있다.  

진공관 모니터는 필라멘트를 가열해서 전자빔을 쏴주는 일종의 전자총을 갖고 있다. 전자빔은 섀도 마스크를 걸쳐 화면에 있는 인점에 도달하게되고, phosphor는 에너지를 전달받아 빛을 방출하게 된다.

 

- Phosphor에 대한 자세한 설명

물질이 빛을 내는 방식은 크게 2가지다. 백열현상(incandescence)과 발광(luminescence)이다. 모든 물체는 가진 열에너지(분자의 진동량)에 따라 항상 특정한 빛을 방출한다. (이를 흑체복사라 한다.) 보통 원적외선이나 전파를 방출하고 있는데, 섭씨 700도 이상으로 달궈지면 가시광선을 방출한다. 흔히 이 가시광선을 방출하는 것을 백열현상이라고 한다. 

 발광은 가열되지 않아도 빛을 내는 현상이다. 발광은 크게 형광(Fluorescence) 과 인광 ( Phosphorescence) 으로 나누는데, 둘 다 전자가 들뜬 상태에서 바닥 상태로 변할 때 빛을 방출하는 것은 같은데, 인광은 다른 에너지 준위로 이동한 후에 내려오는 것이다. 그래서 인광은 형광에 비해 빛이 오래 지속된다. 대부분의 야광은 인광을 이용한다. 

 

Phosphor는 형광물질과 인광물질 모두를 의미하는데, phosphorus(원자번호 15번의 P;인 燐 )과는 관련 없다. 인광( 燐光 )의 한자도 燐이 들어가지만 원소 P와는 관련없다.

 

모니터에서 phosphor는 인광체를 의미한다.

어떤 이미지를 화면으로 출력하기 위해서는 전자총이 화면의 모든 화소를 거쳐야 한다. 전자총의 빔은 왼쪽에서 오른쪽으로, 그리고 위에서 아래로 일정한 순서에 따라 움직이고 해당 화소의 밝기에 비례하는 세기로 빔을 쏜다.

 

이때 래스터 그래픽 장치의 화면 그림은 프레임 버퍼에 저장되어 있다. 프레임 버퍼는 그림을 저장하는 메모리로, 컬러 버퍼 또는 비디오 버퍼라고도 불린다.

 

래스터 변환(Rasterization)

래스터 변환은 스캔 변환이라고도 불리는데, 래스터 그래픽 장치에서 이미지를 표현할 때 이미지의 그림에 매칭되는 화소를 선택하는 알고리즘이다. 어떤 화소를 밝혀야 하고, 어느 정도 밝기를 줄것인지 등에 관련된 것이다.

실제 이미지를 화소로 표현하는 과정에서 화소 단위로 근사화되기 때문에 선이 부드러운 경계선을 갖는 게 아니라 네모난 경계선을 갖게 된다. 이러한 현상을 에일리어스(Alias)라고 한다.

 

2. 벡터 그래픽 장치

벡터 그래픽 장치는 화소의 개념이 없다. 화면 전체에 인(phosphor)가 칠해져 있어 전자총이 닿는 부분마다 밝혀진다. 그래서 래스터 벡터 그래픽 장치의 전자총은 일정한 패턴으로 움직이지 않고, 명령어에 따라 해당 위치로 이동한다. 그래서 래스터 그래픽 장치처럼 그림을 버퍼에 저장해두는 것이 아닌, 전자총을 어떻게 움직이는지에 대한 명령어를 저장한다.

 

 

LCD(Liquid Crystall Display)LCD는 phosphor도 없고 백라이트에 의해 CRT처럼 깜빡거림(Flickering)이 없다.원리는 간단하다 색깔을 표현하는 컬러 필터(셀로판지같은 거)에 백라이트로 빛을 쏘는 것이다. 컬러필터와 백라이트 사이에는 빛의 세기를 조정하는 액정(액체와 고체 중간 형태)이 있다. 액정은 전압의 세기에 따라 배열 상태가 바뀜으로써 백라이트를 차단하거나 투과하는 밸브 역할을 하는 것이다.

 

LED(Light Emitting Diode)는 스스로 빛을 내는 반도체 소자인 발광 다이오드로 발광 다이오드 종류에 따라 RGB 등의 색을 띤다. 자체 발광이므로 백라이트가 필요 없다.

 

참고, 3d gaussian splatting 설명 글

https://medium.com/axinc-ai/3d-gaussian-splatting-real-time-rendering-of-photorealistic-scenes-f7f1a47f060

https://huggingface.co/blog/gaussian-splatting?source=post_page-----f7f1a47f060--------------------------------

평가지표 설명 : https://xoft.tistory.com/3

SDF(signed Distance Function): https://simonc.tistory.com/4

 

출처 

https://news.samsungdisplay.com/26611

https://namu.wiki/w/%ED%98%95%EA%B4%91%20%EB%AC%BC%EC%A7%88

OpenGL로 배우는 3차원 컴퓨터 그래픽스 - 주우석