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멀티미디어 데이터 : 애니메이션 / 비디오

멀티미디어 데이터 : 애니메이션 / 비디오. Lecture #5. 강의 개요 (1). 애니메이션 개요 애니메이션 종류 전통적인 애니메이션 컴퓨터 애니메이션 특수 효과 애니메이션 기법 웹 애니메이션 애니메이션 응용 애니메이션 저작도구. 강의 개요 (2). 비디오 개요 아날로그 비디오 – TV 디지털 비디오 – 비디오 처리 장치 비디오 압축 및 복원 비디오 압축 과정 Intel DVI / JPEG / MPEG / H.261 등 비디오 파일 포맷 비디오 스트리밍.

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멀티미디어 데이터 : 애니메이션 / 비디오

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Presentation Transcript

  1. 멀티미디어 데이터 : 애니메이션 / 비디오 Lecture #5

  2. 강의 개요 (1) • 애니메이션 개요 • 애니메이션 종류 • 전통적인 애니메이션 • 컴퓨터 애니메이션 • 특수 효과 • 애니메이션 기법 • 웹 애니메이션 • 애니메이션 응용 • 애니메이션 저작도구

  3. 강의 개요 (2) • 비디오 개요 • 아날로그 비디오 – TV • 디지털 비디오 – 비디오 처리 장치 • 비디오 압축 및 복원 • 비디오 압축 과정 • Intel DVI / JPEG / MPEG / H.261 등 • 비디오 파일 포맷 • 비디오 스트리밍

  4. 애니메이션의 개요(1) • 정의: • 생명이 없는 사물에 영혼이나 정신을 부여하는 행위 • 생명을 지니지 않은 것이 작자의 의도에 따라 의인화 되어 필름이나 VTR등의 영상매체를 통하여 창조되는 기술이나 기법 • 낱장의 그림 또는 사물의 이동을 한 프레임(frame) 단위로 촬영하여 마치 살아 있는 것과 같은 효과를 보여주는 영화 • 예: 만화영화 등

  5. 애니메이션의 개요(2) • 원리: 잔상 효과(persistence of vision) • 일련의 정지 이미지(still image)들을 연속적으로 보여주어 그 이미지를 보는 사람으로 하여금 이미지들을 연속된 동작으로 착각하도록 한다 • 일반적으로 초당 15장 이상의 그림이 보여지면 자연스러운 움직임을 얻을 수 있다 애니메이션을 구성하는 프레임들

  6. 애니메이션의 개요(3) • 종 류: 1) 전통적인 애니메이션 - 플리북 애니메이션(Flip-book Animation) - 셀 애니메이션(Cel Animation) 2) 컴퓨터 애니메이션 - 스프라이트 애니메이션(Sprite-based Animation) - 벡터 애니메이션(Vector-based Animation) - 키프레임과 트위닝(Key Frame and Tweening) 3) 특수효과 - 모핑(Morphing) - 로토스코핑(Rotoscoping) - 미립자 시스템(Particle System)

  7. 전통적인 애니메이션(1) • 플리북 애니메이션 (Flip-book Animation) - 가장 기본이 되는 애니메이션 - 프레임(Frame-based) 애니메이션: 애니메이션 내에 존재하는 모든 프레임을 한장 한장 그려나가는 것 - 파일 크기가 크다  인터넷과 같이 제한된 데이터 전송 환경에서는 사용하기 힘들다

  8. 전통적인 애니메이션(2) • 셀 애니메이션(Cel Animation) • 2차원 애니메이션의 전통적인 기법 • "CEL"이란 단어는 투명한 종이를 뜻하는 Celluloid의 "CEL"을 의미 • 애니메이션을 만들기 위해서 하나의 배경 cel과 여러장의 전경 cel이 필요하고, 일반적으로 이러한 cel들이 여러 개의 층을 이루어 하나의 프레임을 만들어낸다 • 연속되는 다음 프레임을 만들 때는 변하는 부분만 다시 그린다 • Disney사의 “라이온 킹” 등

  9. 컴퓨터 애니메이션(1) • 스프라이트 애니메이션(Sprite-based Animation) • 스프라이트(Sprite)는 애니메이션에서 독립적으로 움직이는 개체 • 아케이드 게임 속에 등장하는 캐릭터들의 애니메이션 등이 해당 • 플립북 애니메이션과는 달리 스프라이트 만을 다시 그려주면 되므로, 파일의 크기나 요구되는 데이터 전송 대역폭도 플립북 애니메이션보다 적다

  10. 컴퓨터 애니메이션(2) • 벡터 애니메이션(Vector-based Animation) • 스프라이트가 Bitmap이 아닌 수학적인 공식으로 이루어진 애니메이션 • 인터넷에서 사용되는 쇽웨이브(Shockwave) 파일 포맷 등이 이 방법을 사용 • 파일의 크기는 스프라이트 애니메이션 보다 작다 • 크기에 상관없이 깨끗하게 디스플레이된다(Scalability)

  11. 컴퓨터 애니메이션(3) • 키프레임과 트위닝(Key Frame and Tweening) • 키 프레임(Key frame)이라는 중요한 장면만을 그리고 나머지 중간 프레임은 컴퓨터를 이용하여 자동으로 생성하는 기법 • 이러한 키 프레임 사이(Between)를 채우면서 애니메이션 을 만든다는 의미의 IN-BETWEENING에서 유래 • 시간면에서는 주기적으로, 또는 주요한 장면 변화 시에 키 프레임 작성 • Flash에서의 웹 애니메이션 등

  12. 컴퓨터 애니메이션(4) • 키프레임과 트위닝(Key Frame and Tweening) 트위닝 기법을 이용한 공이 떨어지는 모습

  13. 특수효과(1) • 모핑(Morphing) • 2개의 서로 다른 이미지나 3차원 모델 사이의 변화하는 과정을 서서히 나타내는 것 • 3차원 모핑은 영화 "터미네이터 2", 우리나라의 영화 "구미호", "은행나무 침대"등에서 응용 • 처음 프레임과 마지막 프레임을 지정해 주고 나머지는 컴퓨터가 생성- 인터폴레이션(Interpolation)

  14. Source Halfway morph Target Result 특수효과(2) • 모핑(Morphing) - 계속

  15. 특수효과(3) • 모핑(Morphing) - 계속 타이타닉의 한 장면에서 보여지는 몰핑기법

  16. 특수효과(4) • 로토스코핑(Rotoscoping) • Betty Boop과 뽀빠이에게 생명을 불어넣기 위해서 1915년 경 Max Fleischer이 개발 • 실제 영화의 한 장면에 애니메이션을 삽입하는 것 • 사진 속에 있는 특정 인물이나 사물을 투명종이 위에 그려 넣는 작업 “누가 로저래빗을 모함했나?”

  17. 특수효과(5) • 미립자 시스템(Particle System) • 비, 불, 연기, 폭발 등의 자연 현상들을 시뮬레이션 하기에 좋은 컴퓨터 애니메이션 • 분자들에 대해 그 행동과 특성을 하나하나 부여해 비디오나 영화에서 폭발 등의 특수효과 • 영화 “트위스터”의 토네이도 시뮬레이션

  18. 특수효과(6) • 미립자 시스템(Particle System) 영화 '트위스터(Twister)'의 토네이도(tonado) SoftImage|3D를 사용하여 담배연기를 표현한 그림

  19. 특수효과(7) • Folow-mo 고속 촬영 • 수 십대 혹은 수 백대의 디지털 카메라를 통한 촬영기법은 관객들로 하여금 상당한 호기심을 자극 • 카메라를 주변으로 돌리는 것이라고 생각하기 쉽지만, 촬영기법이 매우 효과적이고 사실적 • 영화 “매트릭스” 등에 적용

  20. 특수효과(8) • Folow-mo 고속 촬영 메트릭스에서 사용된 Folow-mo 기법

  21. 특수효과(9) • 포깅(Fogging) 기법 • 안개처럼 뿌연 반투명 상태를 만들어주는 것 • 3D 액셀레이터에서 지원해주지 않으면 소프트웨어적으로 한꺼번에 모두 표현하기는 난이함

  22. 특수효과(10) • 홀로그램 기법 • 홀로그램(Hologram)기술은 60년대 레이저의 개발과 함께 개발된 3차원 영상표시 기술 • 대용량 영상신호처리에 적합한 홀로그래픽 신호처리기술이 연구되어 3차원의 영상신호처리 및 전송분야에 획기적인 기술진보 • 홀로그램 소자는 Toppan과 Richmond등이 전자 주사방식이나, 광간 방식으로 3D용 광소자 및 광학기계를 제작중

  23. 애니메이션 기법(1) • 전통적인 애니메이션 기법 1) 양파껍집 효과(Onion-skinning) 2) 도려내기 효과(Cut-out) 3) 가감속(Ease-out/Ease-in) 4) 반복(Cycling) 5) 계층적 동작(Hierarchical Motion)

  24. Flash에서의 양파껍질효과 머리부분 도려내기 효과

  25. 애니메이션 기법(2) • 효과적인 애니메이션 기법 1) 찌그러짐과 늘어남 2) 보조 액션과 중첩 액션 3) 과 장

  26. 애니메이션 기법(3) • 3차원 컴퓨터 애니메이션 1) 키프레임 애니메이션 2) 역운동학 3) 모션캡쳐 역운동학

  27. 모션 캡쳐

  28. 웹 애니메이션 • 기본적인 웹 애니메이션 1) 애니메이션 GIF(Animated GIF) 2) 자바 애플릿(Java Applet) 3) ActiveX • 플러그인 애니메이션 1) VRML 2) AVI(Audio Video Interleaved) • 스트리밍 애니메이션 1) Shockwave 2) QuickTime

  29. 애니메이션 활용 • 만화 영화 • 영화 • 광고 • 게임 • 사이버 아이돌(사이버 캐릭터)

  30. 애니메이션 저작도구 (1) • 2차원 애니메이션 저작도구 1) Animo 2) TOONZ 3) US Animation 4) RetasPRO • 3차원 애니메이션 저작도구 1) SoftImage 3D 2) MAYA 3) 3D Studio MAX • 웹 애니메이션 저작도구 1) Director 2) Flash

  31. Modeling Animation Texture Mapping Rendering Maya SoftImage 3D 3D Paint RenderMan 애니메이션 저작도구 (2) • 실제적인 3D 애니메이션 제작 작업

  32. 비디오 개요 (1) • 영상 & 화상 • 화상은 정지된 이미지화면을 의미하고, 영상은 이미지 화상들의 연속적인 집합체를 의미한다 • 대부분의 영상처리 기술은 화상처리에서 사용하는 기술을 기반으로 발전 • 동영상(또는 비디오) • 연속적인 프레임의 집합체 • 프레임(Frame) : 비디오를 구성하고 있는 이미지 • 화면의 크기와 초당 프레임 수로 구분 • 완전화면(Full screen) 비디오 - 전체화면을 차지하는 비디오 • 완전모션(Full motion) 비디오 - 초당 30프레임을 지원하는 비디오 • 컴퓨터나 TV 비디오는 초당 30프레임을, 영화의 경우에는 초당 24프레임을 필요로 한다

  33. 비디오 개요 (2) • 비디오 처리 (1) • 이미지 획득 장치는 카메라를 통해 2차원의 전기적 이미지를 형성시키고 디지타이저를 이용하여 아날로그 이미지 신호를 디지털 이미지 데이터로 변환하여 컴퓨터로 전달 • 아날로그 이미지를 디지털 데이터로 변환시키는 과정에서 분해능은 화질을 좌우하는 중요한 요소로 작용 • 카메라의 흔들림, 조명의 상태, 초점의 이동, 화상의 흐름, 잡음의 첨가 등 여러 가지 원인에 의하여 이미지가 변형

  34. 비디오 개요 (3) • 비디오 처리 (2) • 이미지 강조 • 입력 이미지를 원래의 이미지보다 좋은 이미지로 처리 • 이미지의 특징이 되는 부분을 강조하거나 약화시키는 방법 사용 • 이미지 강조의 구체적인 방법으로는 크게 주파수 영역 해석법과 공간 영역 해석법을 사용 • 주파수 영역 해석법은 2차원의 디지털화 된 입력 이미지를 FFT알고리즘을 적용하여 주파수 영역으로 변화시킨 후, 특정 주파수 성분만을 필터링하여 강조하는 방법 • 공간 영역 해석법은 이미지 공간내의 각 요소 데이터를 그대로 이용하여 특정 부분을 강조하는 방법으로 미디안 필터링이나 히스토그램 방법 등을 이용 • 이미지 복원은 오염원에 의한 문제를 최소화하기 위한 기술을 적용

  35. 비디오 개요 (4) • 비디오 처리 (3) • 동영상의 경우에는 시간의 변화에 따라 이미지가 변화하므로 정지 이미지의 처리 시에는 고려되지 않았던 문제들이 발생 • 정지 이미지들을 연속적으로 시간적인 제약에 맞게 상영해야 하기 때문 • 동영상 상영 시스템에 있어 가장 중요한 요소 중의 하나는 실시간 디스플레이를 지원하는 “대역폭” • 단위 시간당 데이터의 전송, 처리 능력을 의미 • 단위 시간당 프레임 수와 프레임의 이미지 해상도 그리고 픽셀당 비트 수의 곱으로 표시되며, 이 값이 큰 시스템일수록 양질의 동영상을 재생 가능 • 24 비트 트루 컬러이고 640×480 해상도인 이미지를 초당 30프레임 속도로 재생할 때의 대역폭을 계산하면 (640×480×24×30)/8, 즉, 대략 27 Mbytes/sec 이 된다

  36. 비디오 개요 (5) • 아날로그 비디오 & 디지털 비디오 • 아날로그 비디오 : • 명도와 색상을 이용하여 화상을 표현 • 외부잡음에 취약 • 자료 편집 및 수정이 어렵다

  37. 비디오 개요 (6) • 아날로그 비디오 & 디지털 비디오 • 디지털 비디오: • RGB를 이용하여 화상을 표현 • 자료 편집 및 수정이 용이 • 자료 규모가 방대

  38. 비디오 개요 (7) • 비디오 & 애니메이션 • 애니메이션은 컴퓨터를 이용하여 일련의 장면을 인공적으로 생성한 것 • 비디오는 실세계를 촬영한 결과물을 디지털화하여 편집한 것 • 애니메이션과 비디오는 인간의 감성을 직접 자극하는 방식으로 정보 전달에 효과적 • 비디오는 애니메이션에 비하여 표현하는 데이터 규모, 제작 비용 등이 훨씬 크다

  39. TV의 기본 개념(1) • TV의 의의 • 영상 매체가 인간의 생활에 영향을 미치기 시작한 계기 • TV의 화면 주사방식 순차주사(Noninterlace) 방식 격행주사(Interlace) 방식

  40. TV의 기본 개념(2) • TV 신호의 송수신 • YUV 방식으로 화상 전송 • RGB 방식보다 메모리를 효율적으로 사용

  41. TV의 기본 개념(3) • TV 방송 방식 • 표준 방송 방식 • SDTV / HDTV • 고화질 TV(HDTV) • 디지털 TV • 선명한 화질의 TV 서비스가 목적 • 상호 대화식 방송 프로그램 제어 • MPEG-2 format 사용

  42. TV의 기본 개념(4) • NTSC • 미국에서 컬러와 흑백을 겸용할 수 있는 양립성 방식이 개발되어 가장 널리 사용 • 색상 반송파가 약 4.429 MHz 혹은 3.57 MHz를 사용하며, 휘도는 4.2 MHz가 사용되고 두 색상차 성분에 각기 1.5 MHz가 사용 • 30 frame/sec의 속도를 사용하는 방식으로 525 줄을 하나의 화면으로 구성되며, 화면의 종횡비(Aspect Ratio) 3:4를 채택 • 한국, 미국, 일본, 캐나다, 멕시코, 쿠바, 필리핀, 콜롬비아, 칠레 등의 나라에서 채택

  43. TV의 기본 개념(5) • PAL • PAL방식은 유럽방송연맹에서 미국의 NTSC방식에 자극을 받아 유럽특유의 방식 • PAL과 SECAM으로 양분 • 주사선이 625선으로 컬러전용이며, 일부 남미국가에서는 NTSC의 주사선 525선 60 프레임의 흑백방식에 PAL 방식의 신호를 이용한 PAL-M방식을 사용 • 서독, 태국, 싱가폴, 중국, 호주, 뉴질랜드, 덴마크, 영국, 스위스, 오스트리아, 시리아, 쿠웨이트, 벨기에, 브라질, 아르헨티나 등에서 채택하여 사용

  44. TV의 기본 개념(6) • SECAM • SECAM방식의 특징은 2가지 색도신호를 NTSC 및 PAL 방식의 경우와 같이 동시에 보내지 않고 연속적으로 보낸다 • 프랑스에서 개발되었으나 이를 채택한 나라는 프랑스 언어권 국가와 국제방송기구(OIRT)로 불리는 동구권국가에 한정 • 색상이 안정되어 있으나 송신장치나 수상기의 회로가 복잡하고 시청범위가 좁다는 결함이 있으며 흑백 TV로는 전혀 수신되지 않는다는 결점 • SECAM 방식 역시 PAL 방식과 같이 25 frame/sec의 속도와 625주사선을 지원 • 채택하고 있는 나라는 프랑스, 소련, 이란, 이라크, 헝가리, 사우디아라비아, 폴란드, 모나코, 리비아 등

  45. TV의 기본 개념(7) • NTSC와 PAL, SECAM의 가장 기본적인 차이는 비디오신호 중 색 성분의 전송방법의 차이 • PAL, SECAM은 천연색필름으로 사진을 찍어 천연색 인화지로 인쇄하는 방식이고, NTSC는 흑백필름으로 사진을 찍어 인화한 후 색을 덧칠하는 방식 • NTSC는 색 성분과 화면을 구성하는 휘도 성분이 분리되어 전송되는데 비해 PAL, SECAM은 두 성분을 복합하여 송신

  46. TV의 기본 개념(8) • HDTV(High Definition Television) • 기존 일반 텔레비젼의 수직/ 수평 해상도를 증가시킨 텔레비젼 방식 • 미국에서 채택하고 있는 HDTV는 NTSC와의 호환성을 지향 • 59.94 Hz의 프레임 속도와 16:9의 화면 비율, 그리고 1125줄의 화면을 사용하며, 수직 주파수는 60Hz이고 수평 주파수는 33.75kHz(=1125×30Hz) • 유럽에서 개발되는 HDTV는 PAL과의 호환성을 지향 • 일본에서는 자체의 HDTV방식을 개발하였고, 현재 고화질 텔레비젼 서비스를 제공

  47. 비디오 처리 장치(1) • 비디오 처리 하드웨어 • 비디오가 초당 30 프레임 속도로 디스플레이 되기 위해서는 실시간 비디오 처리 장치와 대용량 저장장치가 필요 • 비디오 처리 하드웨어 구성:

  48. 비디오 처리 장치(2) • 비디오 보드 • PC에 입력되는 비디오 영상 정보를 가공 처리하여 모니터 화면에 표현해 주는 장치 • 프레임 그래버(Frame Grabber) 보드: 비디오 카메라나 VCR과 같은 장치로 부터 입력되는 영상 신호를 획득, 컴퓨터에서 조작이 가능한 형태로 변환. 즉, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 보드 • 비디오 중첩(Video Overlay) 보드: 컴퓨터 내부의 정보와 외부에서 유입되는 영상정보를 합성하여 모니터에 표현하는 보드(참고: TV 수신카드) • 비디오 압축(Compression)/복원(Decompression) 보드: 영상 정보를 압축하여 기억 장치에 저장, 필요시 복원하여 제공하는 장치

  49. 비디오 처리 장치(3) • 비디오 저장 장치 • CD-ROM • DVD-ROM • Disk Array

  50. 비디오 압축/복원(1) • 비디오 압축/복원 • 데이터의 중복성 (Redundancy) • 영상신호는 각 데이터간의 연관성이 매우 큰 특성을 가지고 있어 변화가 적은 비슷한 값의 나열로 이루어져 있다 • 영상 압축(Compression) • 영상 부호화(Encoding) • 데이터의 공간적 또는 시간적 중복성을 제거함으로써 전체 데이터의 양을 상당히 줄이고도 충분한 정보를 전달 가능하다. • 필요성 - 방대한 크기의 비디오 파일에 대한 저장 및 전송 부하의 감소 필요

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