컴퓨터로 생성된 이미지

Computer-generated imagery
2016년 런던 서부 Watermans Arts Centre에서 Andy Lomas가 컴퓨터로 제작한 디지털 아트 전시회
입체(3D)
컴퓨터 그래픽스
펀더멘털
주 용도
관련주제

컴퓨터 생성 이미지(CGI)는 예술, 인쇄 매체, 시뮬레이터, 비디오 및 비디오 게임에서 이미지를 만들거나 개선하기 위한 컴퓨터 그래픽의 특정 기술 또는 응용 프로그램입니다. 이러한 영상은 정적 영상(즉, 정지 영상) 또는 동적 영상(즉, 동영상)입니다. CGI는 캐릭터, 가상 세계 또는 장면과 특수 효과(영화, 텔레비전 프로그램, 광고 등)를 설계할 목적으로 하는 2D 컴퓨터 그래픽과 (더 자주) 3D 컴퓨터 그래픽을 의미합니다. 애니메이션을 만들거나 개선하기 위한 CGI의 적용을 컴퓨터 애니메이션, 또는 CGI 애니메이션이라고 합니다.

역사

CGI로 실사 영화의 구성뿐만 아니라 CGI를 사용한 첫 번째 장편 영화는 영화의 오프닝 크레딧에 CGI를 사용한 [1]Vertigo(1958)입니다. 영화의 줄거리에서 라이브 액션과 함께 CGI를 사용한 첫 번째 장편 영화는 1973년 영화 웨스트월드입니다.[2] CGI를 포함한 다른 초기 영화로는 스타워즈 에피소드 4 (1977),[2] 트론 (1982),[2] 골고 13 (1982) 등이 있습니다. The Professional (1983),[3] The Last Starfighter (1984),[4] Young Sherlock Holmes (1985), 그리고 Toy Story (1995). CGI를 사용한 최초의 뮤직비디오는 1985년에 수상한 Dire Straits의 "Money for Nothing" (Money for Nothing)으로, 그 성공은 이 과정이 주류에 노출되는 데 중요한 역할을 했습니다.[citation needed]

CGI의 진화는 1990년대 가상 촬영술의 등장으로 이어졌는데, 시뮬레이션된 카메라의 시각은 물리학 법칙에 의해 제약을 받지 않습니다. CGI 소프트웨어의 가용성과 컴퓨터 속도의 증가로 인해 개인 예술가와 소규모 회사는 집 컴퓨터에서 전문가 등급의 영화, 게임 및 미술을 제작할 수 있게 되었습니다.

정적 영상 및 풍경

참고 항목: 프랙탈 풍경 및 풍경 생성기
테라젠에서 만들어진 프랙탈 풍경

애니메이션 이미지는 컴퓨터 생성 이미지의 일부를 형성할 뿐만 아니라 프랙탈 풍경과 같은 자연스러운 풍경도 컴퓨터 알고리즘을 통해 생성됩니다. 프랙탈 표면을 생성하는 간단한 방법은 삼각 메쉬 방법의 확장을 사용하는 것이며, 중간 지점 변위와 같은 몇 가지 특수한 경우의 구성에 의존합니다.[5] 예를 들어, 알고리즘은 큰 삼각형에서 시작한 다음, 4개의 작은 시에르핀스키 삼각형으로 분할하여 재귀적으로 확대한 다음, 가장 가까운 이웃으로부터 각 점의 높이를 보간할 수 있습니다.[5] 브라운 표면의 생성은 새로운 노드가 생성될 때 노이즈를 추가할 뿐만 아니라 메쉬의 여러 레벨에서 추가 노이즈를 추가함으로써 달성될 수 있습니다.[5] 따라서 비교적 간단한 프랙탈 알고리즘을 사용하여 다양한 높이 수준의 지형도를 만들 수 있습니다. CGI에 사용되는 대표적이고 프로그램하기 쉬운 프랙탈은 플라즈마 프랙탈과 더 극적인 폴트 프랙탈입니다.[6]

예를 들어, 특정 모델을 사용하여 석재의 화학적 풍화를 모델링하고 주어진 석재 기반 표면에 대해 "노후된 외관"을 생성하는 등 고도로 집중된 컴퓨터 생성 효과를 생성하기 위해 많은 특정 기술이 연구 및 개발되었습니다.[7]

건축장면

컴퓨터로 생성된 해질녘 집의 모습을 블렌더로 표현한 이미지

현대 건축가들은 컴퓨터 그래픽 회사의 서비스를 사용하여 고객과 건설업자 모두를 위한 3차원 모델을 만듭니다. 이러한 컴퓨터 생성 모델은 기존 도면보다 더 정확할 수 있습니다. 건축 애니메이션(대화형 이미지가 아닌 건물의 애니메이션 영화를 제공함)을 사용하여 건물이 환경 및 주변 건물과 관련하여 가질 수 있는 가능한 관계를 확인할 수도 있습니다. 종이와 연필 도구를 사용하지 않고 건축 공간을 처리하는 것은 현재 많은 컴퓨터 보조 건축 설계 시스템과 함께 널리 받아들여지는 관행입니다.[8]

건축 모델링 도구를 사용하면 건축가는 공간을 시각화하고 상호 작용 방식으로 "워크 스루"를 수행할 수 있으므로 도시 및 건물 수준 모두에서 "상호 작용 환경"을 제공할 수 있습니다.[9] 건축의 특정 응용 분야에는 건물 구조(예: 벽과 창문)와 워크스루의 사양뿐만 아니라 빛의 영향과 햇빛이 하루 중 다른 시간에 특정 설계에 미치는 영향이 포함됩니다.[10][11]

건축 모델링 도구는 이제 점점 더 인터넷 기반이 되었습니다. 그러나 인터넷 기반 시스템의 품질은 여전히 정교한 사내 모델링 시스템에 뒤떨어져 있습니다.[12]

일부 응용 프로그램에서는 컴퓨터에서 생성된 이미지를 사용하여 역사적 건물을 "역공학"합니다. 예를 들어, 독일의 Georgenthal에 있는 수도원의 컴퓨터로 제작된 재건축은 수도원의 폐허에서 파생되었지만, 그 건물이 그 시대에 어떻게 보였을지에 대한 "외모와 느낌"을 시청자에게 제공합니다.[13]

해부학적 모델

참고 항목: 의료 영상, 가시 인간 프로젝트, Google Body, Living Human Project
컴퓨터가 X선 모음에서 생성한 CT 폐혈관 조영 영상

골격 애니메이션에 사용되는 컴퓨터 생성 모델이 항상 해부학적으로 올바른 것은 아닙니다. 하지만, the Scientific Computing and Imaging Institute와 같은 단체들은 해부학적으로 올바른 컴퓨터 기반 모델을 개발했습니다. 컴퓨터에서 생성된 해부학적 모델은 교육 및 운영 목적으로 모두 사용할 수 있습니다. 지금까지 많은 예술가가 제작한 의료 영상이 프랭크 네터(Frank H. Netter)의 영상, 예를 들어 심장 영상 등과 같이 의대생들에 의해 계속해서 사용되고 있습니다. 그러나 여러 온라인 해부 모델을 사용할 수 있게 되었습니다.

단일 환자 X선은 디지털화되더라도 컴퓨터에서 생성된 이미지가 아닙니다. 그러나 CT 스캔과 관련된 애플리케이션에서는 많은 단일 슬라이스 X선에서 자동으로 3차원 모델이 생성되어 "컴퓨터 생성 이미지"가 생성됩니다. 또한 자기 공명 영상과 관련된 응용 프로그램은 여러 "스냅샷"(이 경우 자기 펄스를 통해)을 결합하여 복합 내부 이미지를 생성합니다.

현대 의료 응용 분야에서 환자별 모델은 '컴퓨터 보조 수술'에서 구성됩니다. 예를 들어, 전체 무릎 치환술의 경우, 세부적인 환자별 모델의 구성을 통해 수술을 신중하게 계획할 수 있습니다.[14] 이러한 3차원 모델은 일반적으로 환자 자신의 해부학적 구조의 적절한 부분에 대한 여러 CT 스캔에서 추출됩니다. 이러한 모델은 심장 질환을 치료하기 위한 일반적인 절차 중 하나인 대동맥 판막 이식을 계획하는 데에도 사용할 수 있습니다. 관상 동맥 개구의 모양, 직경 및 위치가 환자마다 크게 다를 수 있다는 점을 고려할 때, 환자의 판막 해부학과 매우 유사한 모델을 추출(CT 스캔에서)하는 것이 시술 계획에 매우 유용할 수 있습니다.[15]

천 및 피부 이미지

Autodesk Maya에서 컴퓨터로 생성된 젖은 모피

천의 모델은 일반적으로 세 그룹으로 나뉩니다.

  • 원사교차시의 기하학적 구조
  • 연속탄성시트의 역학적 특성
  • 천의 기하학적 거시적 특징.[16]

현재까지 디지털 캐릭터의 옷을 자연스러운 방식으로 자동으로 접는 것은 많은 애니메이터들에게 도전 과제로 남아 있습니다.[17]

영화, 광고 및 기타 공공 전시 방식에 사용되는 것 외에도 컴퓨터에서 생성된 의류 이미지는 현재 최고의 패션 디자인 회사에서 일상적으로 사용되고 있습니다.[18]

인간의 피부 이미지를 렌더링하는 데 있어서의 과제는 다음과 같은 세 가지 수준의 사실성을 포함합니다.

  • 정적인 수준에서 실제 피부와 유사한 사진 현실감
  • 동작을 닮은 물리적 사실성
  • 사실주의는 행동에 대한 반응과 유사하게 기능합니다.[19]

잔주름, 피부 모공 등 눈에 보이는 최상의 기능은 약 100 µm 또는 0.1밀리미터 크기입니다. 피부는 7차원 양방향 텍스처 함수(BTF) 또는 타겟 표면에 대한 양방향 산란 분포 함수(BSDF)의 집합으로 모델링될 수 있습니다.

대화형 시뮬레이션 및 시각화

주 기사: 대화형 시각화

대화형 시각화는 동적으로 변화할 수 있는 데이터를 렌더링하고 사용자가 여러 관점에서 데이터를 볼 수 있도록 하는 것입니다. 응용 분야는 유체 역학에서 흐름 패턴을 시각화하는 것에서부터 특정 컴퓨터 보조 설계 응용 분야에 이르기까지 상당히 다양할 수 있습니다.[20] 렌더링된 데이터는 사용자가 시스템과 상호 작용함에 따라 변화하는 특정 시각적 장면에 해당할 수 있습니다. 예를 들어 비행 시뮬레이터와 같은 시뮬레이터는 세계를 표현하기 위해 CGI 기술을 광범위하게 사용합니다.[21]

추상적 수준에서 대화형 시각화 프로세스에는 원시 데이터가 렌더링에 적합한 형태로 관리되고 필터링되는 "데이터 파이프라인"이 포함됩니다. 이를 흔히 "시각화 데이터"라고 합니다. 그런 다음 시각화 데이터는 렌더링 시스템에 공급할 수 있는 "시각화 표현"에 매핑됩니다. 이를 보통 "렌더 가능한 표현"이라고 합니다. 그런 다음 이 표현이 표시 가능한 이미지로 렌더링됩니다.[21] 사용자가 시스템과 상호 작용할 때(예: 조이스틱 컨트롤을 사용하여 가상 세계 내에서 위치를 변경함으로써) 원시 데이터는 파이프라인을 통해 공급되어 새로운 렌더링 이미지를 생성하며, 종종 이러한 애플리케이션에서 실시간 계산 효율성을 핵심 고려 사항으로 만듭니다.[21][22]

컴퓨터 애니메이션

주 기사: 컴퓨터 애니메이션
참고 항목: 컴퓨터 애니메이션의 역사
Machinima 필름은 본질적으로 CGI 필름입니다.

컴퓨터가 생성한 풍경 이미지는 정적일 수 있지만 컴퓨터 애니메이션은 영화와 유사한 동적 이미지에만 적용됩니다. 그러나 일반적으로 컴퓨터 애니메이션이라는 용어는 사용자의 상호 작용을 허용하지 않는 동적 이미지를 의미하며, 가상 세계라는 용어는 상호 작용하는 애니메이션 환경에 사용됩니다.

컴퓨터 애니메이션은 본질적으로 3D 모델의 스톱 모션 애니메이션과 2D 일러스트의 프레임 단위 애니메이션을 디지털로 계승한 것입니다. 컴퓨터에서 생성된 애니메이션은 효과 촬영을 위해 미니어처를 구성하거나 군중 장면을 위해 추가 작업을 하는 등 물리적 기반의 다른 프로세스보다 제어가 가능하며, 다른 기술로는 불가능한 이미지를 생성할 수 있기 때문입니다. 또한 단일 그래픽 아티스트가 배우, 고가의 세트 조각 또는 소품 없이 이러한 콘텐츠를 제작할 수 있습니다.

움직임에 대한 환상을 만들기 위해 컴퓨터 화면에 이미지가 표시되고 이전 이미지와 유사하지만 시간 영역에서 약간씩 진행되는 새로운 이미지로 반복적으로 교체됩니다(일반적으로 24프레임 또는 30프레임/초의 속도). 이 기술은 텔레비전과 동영상을 통해 움직임의 환영을 얻는 것과 같습니다.

텍스트-이미지 모델

이 섹션은 Text-to-Image 모델에서 발췌한 것입니다.[편집]
2022년 출시된 대규모 텍스트 이미지 모델인 Stable Diffusion이 생성한 프롬프트 "Hiroshige의 말을 탄 우주인"을 조건으로 한 이미지

텍스트-이미지 모델은 입력된 자연어 설명을 취하고 해당 설명과 일치하는 이미지를 생성하는 기계 학습 모델입니다. 이러한 모델은 2010년대 중반부터 심층 신경망의 발전으로 인해 개발되기 시작했습니다. 2022년 오픈과 같은 예술 텍스트 이미지 모델의 상태 출력AI의 DALL-E 3, 구글 브레인의 상상력, 안정성AI의 안정적 확산, 미드저니는 실제 사진과 인간이 그린 예술의 질에 접근하기 시작했습니다.

텍스트 이미지 모델은 일반적으로 입력 텍스트를 잠재적 표현으로 변환하는 언어 모델과 해당 표현을 기반으로 조건화된 이미지를 생성하는 생성 이미지 모델을 결합합니다. 가장 효과적인 모델은 일반적으로 웹에서 긁어낸 방대한 양의 이미지 및 텍스트 데이터에 대해 교육을 받았습니다.[23]

가상세계

주 기사: 가상세계
제2의 인생에서 노란 잠수함
블렌더에서 생성된 금속성 공

가상 세계는 사용자가 아바타를 사용하여 인공적으로 애니메이션화된 캐릭터(예: 소프트웨어 에이전트) 또는 다른 물리적 사용자와 상호 작용할 수 있는 에이전트 기반의 시뮬레이션 환경입니다. 가상 세계는 사용자가 거주하고 상호 작용하는 것을 목적으로 하며, 오늘날 이 용어는 사용자가 그래픽으로 다른 사용자에게 보이는 아바타의 형태를 취하는 대화형 3D 가상 환경과 거의 동의어가 되었습니다.[24] 이러한 아바타는 일반적으로 텍스트, 2차원 또는 3차원 그래픽 표현으로 묘사되지만 다른 형태(예[26]: 청각 및 터치 감지)도 가능합니다[25]. 전부는 아니지만 일부 가상 세계는 여러 사용자를 허용합니다.

법정에서

컴퓨터로 생성된 이미지는 주로 2000년대 초반부터 법정에서 사용되었습니다. 그러나 일부 전문가들은 그것이 편견이라고 주장했습니다. 그들은 판사나 배심원들이 사건, 증거 또는 가설의 순서를 더 잘 시각화할 수 있도록 돕기 위해 사용됩니다.[27] 하지만 1997년의 한 연구는 사람들이 형편없는 직관적인 물리학자이고 컴퓨터가 만들어낸 이미지에 쉽게 영향을 받는다는 것을 보여주었습니다.[28] 따라서 배심원들과 다른 법적 의사결정자들은 그러한 전시물들이 단지 하나의 잠재적 사건 순서의 표현일 뿐이라는 것을 인식하는 것이 중요합니다.

방송 및 라이브 이벤트

날씨 시각화는 텔레비전에 CGI를 처음으로 적용한 것입니다. 여러 대의 카메라 및 기타 이미징 장치에서 실시간으로 캡처된 이미지의 풀 모션 비디오를 표시하는 것이 날씨 캐스팅에서 일반화되었습니다. 3D 그래픽 심볼과 결합되고 공통 가상 공간 모델에 매핑된 이러한 애니메이션 시각화는 TV에 대한 CGI의 첫 번째 진정한 적용을 구성합니다.

CGI는 스포츠 텔레비전 방송에서 일반화되었습니다. 스포츠 및 엔터테인먼트 장소에는 시청자의 향상된 시청을 위해 추적된 카메라 피드를 통해 시스루 및 오버레이 콘텐츠가 제공됩니다. 예를 들어 미식축구 경기의 텔레비전 방송에서 볼 수 있는 노란색 "퍼스트 다운" 라인은 공격팀이 첫 번째 다운을 받기 위해 넘어야 하는 라인을 보여줍니다. CGI는 또한 축구 및 기타 스포츠 이벤트와 관련하여 경기장 뷰에 겹쳐진 상업 광고를 보여주기 위해 사용됩니다. 럭비 경기장과 크리켓 경기장의 섹션에는 후원 이미지도 표시됩니다. 수영 텔레비전 방송들은 시청자들이 현재의 경기를 최고의 성적과 비교할 수 있도록 경주가 진행됨에 따라 종종 차선을 가로질러 현재 기록 보유자의 위치를 나타내기 위해 선을 추가합니다. 다른 예로는 하키 퍽 트래킹과 레이싱 카 성능[29] 및 스누커 공 궤적에 대한 주석이 있습니다.[30][31] 때때로 현실 세계와 정확한 정렬을 가진 TV의 CGI를 증강 현실이라고 언급했습니다.

모션캡처

주 기사: 모션 캡처

컴퓨터 생성 이미지는 CGI 및 애니메이션과 함께 제공되는 결함을 더 잘 커버하기 위해 모션 캡처와 함께 사용되는 경우가 많습니다. 컴퓨터로 생성된 이미지는 얼마나 현실적으로 보일 수 있는지에 따라 실제 적용이 제한됩니다. 비현실적이거나 컴퓨터에서 생성된 이미지를 잘못 관리하면 언캐니 밸리 효과가 발생할 수 있습니다.[32] 이 효과는 사람처럼 보이지만 약간 어긋난 것들을 인식하는 인간의 능력을 말합니다. 이러한 능력은 인체의 복잡한 해부학적 구조 때문에 종종 완벽하게 복제하지 못할 수 있는 정상적인 컴퓨터 생성 이미지의 결함입니다. 여기서 모션 캡처가 작동합니다. 예술가들은 모션 캡처 장비를 사용하여 사람이 동작을 수행하는 영상을 얻은 다음 컴퓨터가 생성한 이미지로 완벽하게 복제하여 정상적으로 보일 수 있습니다.

해부학적으로 올바른 디지털 모델이 없기 때문에 컴퓨터 생성 이미지와 함께 사용되기 때문에 모션 캡처의 필요성에 기여합니다. 컴퓨터에서 생성된 이미지는 렌더링되는 물체의 외부 또는 피부만을 반영하기 때문에 말과 같이 미세한 운동 제어에 사용되는 연동 근육 그룹 간의 무한히 작은 상호 작용을 포착하지 못합니다. 입술 모양과 혀의 움직임으로 소리를 낼 때 얼굴의 지속적인 움직임과 함께 말을 할 때 따라가는 표정은 손으로 복제하기 어렵습니다.[33] 모션 캡처는 얼굴 근육의 근본적인 움직임을 포착할 수 있고 조쉬 브롤린의 타노스처럼 오디오와 함께 어울리는 시각을 더 잘 복제할 수 있습니다.

참고 항목

참고문헌

인용

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원천

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외부 링크

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