44 장 이미지와 그래픽 장 이미지와 그래픽

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1

4 4 장 이미지와 그래픽 장 이미지와 그래픽

멀티미디어의 이해

(2)

4.1 이미지와 그래픽의 기본개념



픽셀의 이해



컬러모델



해상도



이미지와 래스터 / 벡터 그래픽

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3

픽셀의 이해



시각적 정보

 인간이 받아들이는 정보 중 시각적 정보는 전체 정보 중 상당 부분

 멀티미디어 디자인에서 가장 중심적인 위치 차지

이미지 그래픽 이미지와 그래픽의 합성



기본 개념

 Pixel: Picture Element 의 합성어 , 화면을 구성하는 가장 기본이 되는 단위

 이미지는 픽셀의 집합으로 표현 ,

비트맵 (Bitmap) 방식으로 저장장치에 기록

4.1 이미지와 그래픽의 기본개념

비트맵 표현

(4)



색상의 수

 각 픽셀은 Red, Green, Blue 의 값을 적절히 배합시켜 색을 표현

 색상의 수는 픽셀당 비트에 비례 : 2^k 개 색상

비트 의 수

표현가능한

색상의 수 비고

1 2 (2¹) 흑백

4 16 (2⁴) 팔레트 사용 (인덱스 컬

러 )

8 256 (2⁸) 팔레트 사용 (인덱스 컬

러 )

16 65536 (2¹⁶) 하이컬러 (R:G:B = 5:5:5)

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5

1 비트 이미지 4 비트 이미지 8 비트 이미지 16 비트 이미지

(6)

컬러 모델 (Color model)



어떤 특정 상황에서 컬러의 특징을 설명하기 위한 방법

 하나의 컬러 모델을 사용하여 컬러의 모든 성질을 설명 못함

 따라서 , 여러 종류의 컬러 모델을 정의하여 상황에 따라 사용



컬러모델의 종류

 RGB, CMY, HSV 등

 보통 세가지 요소를 사용하여 색을 표현하므로 3 차원 좌표 시스템에 대응시켜서 각 색상을 하나의 점으로 표시

(7)

7

RGB(Red, Green, Blue) 모델



가산 모델 (additive model)

 빛의 삼원색 ( 적색 , 녹색 , 청색 ) 이 기본색이 되는 컬러 모델

 기본 색 세가지를 더하여 새로운 컬러를 생성 → 더해질 수록 흰색

 사용 : 빛의 성질을 이용하여 컬러를 표현하는 곳 , CRT 모니터 등 4.1 이미지와 그래픽의 기본개념

(8)

CMY(Cyan, Magenta, Yellow) 모델



감산 모델 (additive model)

 빛의 혼합에 의해 발생한 2 차 색상들을 기본으로 하는 컬러 모델

 색의 삼원색 Cyan, Magenta, Yellow 는 Red, Green, Blue 와 보색

 물감 , 잉크 등의 성질을 이용하는 컬러 프린터나 인쇄 등에 사용

 CMYK 모델을 많이 사용 : K(Kappa) - 검은색

 CMY 를 섞으면 검은색이 생성되지만 만족스럽지 못하며 잉크낭비

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9

HSV or HSB 모델



인간의 직관적인 시각 모델과 흡사

 색상 (Hue), 채도 (Saturation), 명도 (Value 또는 Brightness) 의 세가지 속성을 이용

 인간은 128(H) * 130(S) * 23(B) = 382720 color 구별



RGB 모델 , CMY 모델 , HSV 모델들 사이에는 변환이 가 능

(10)

인덱스 컬러 (Indexed Color)



팔레트 , 색상 보기표 (CLUT : Color Look-Up Table) 이용

 팔레트 ( 색상보기표 ) 에 미리 정의된 색상을 사용하여 이미지 표현

 화면상의 한 점은 팔레트의 번호 ( 인덱스 ) 를 갖고 있으며 , 여기에는 그 점이 나타낼 색상의 RGB 값이 기억되어 있음

 사용자가 임의로 정의하여 사용할 수도 있음

(11)

11



사용할 수 있는 색상의 수가 제한된 시스템에서 사용

 보통 8 비트에서 총 256 color 사용

 사용이 가능한 색상의 수가 제한되므로 색 변화가 일어날 수 있음 4.1 이미지와 그래픽의 기본개념

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해상도 (Resolution)



장치 해상도 (Device resolution)

 단위 길이당 표시할 수 있는 픽셀 또는 점의 수로 표현

 인치 (inch) 를 단위 길이로 많이 사용 , 이 경우 해상도의 단위는 dpi(dot per inch)

 프린터 , 스캐너 : 300~700 dpi 이상 , 모니터 : 85 ~ 120 dpi 이상



이미지 해상도 (Image resolution)

 장치와 무관한 이미지 자체의 해상도 ,

 전체 픽셀의 수 ( 또는 가로 세로 픽셀 수 ) 로 표현

 디스플레이 , 카메라 , 이미지 등의 해상도에 적용

(13)

13

이미지와 래스터 / 벡터 그래픽



래스터 (Raster) 그래픽

 픽셀단위로 저장하는 방식 → 이미지 , 정지화상

 화면을 확대할 때 화질이 떨어진다 . : 계단현상

 파일의 크기는 해상도에 비례

 칠하기 도구 (Painting tool), 사진편집도구에서 사용하는 방식

확대

⇒

(14)



벡터 (Vector) 그래픽

 점 , 선 , 곡선 , 원등의 기하적 객체 ( 즉 , 그래픽 함수 ) 로 표현되므 로 , 화면 확대시 화질의 변화가 없다 .

 일반적으로 파일의 크기가 래스터 그래픽 방식에 비해 작다 .

 그리기 도구 (Drawing tool) 에서 점 / 선 / 원 / 다각형 등 기하 객체 생 성

 일러스트레이션 (illustration), 3D 그래픽 , 애니메이션 등에 적합

확대

⇒

(15)

15

4.2 입력장치



스캐너



디지털 카메라



펜 입력장치

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4.3 출력장치



CRT 모니터



프린터

(17)

17

4.4 이미지의 처리와 압축



이미지의 디지털화



이미지 필터링



이미지의 압축

(18)

4.5 2D/3D 그래픽스



문자 폰트



2D 그래픽스



3D 그래픽스

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19

문자 폰트 (Character Font)



래스터 폰트 (Raster Font, Bitmap Font)

 글자를 표현하기 위해 픽셀들의 위치를 기억 ⇒ 비트맵

 장점 : 화면에 빠르게 디스플레이

 단점 : 확대 시 계단 현상이 나타남

 저해상도 프린터 / 디스플레이 기기에 사용

4.5 2D/3D 그래픽스

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

벡터 폰트 (Vector Font)

 선의 종류 / 좌표와 그에 따른 인수들을 기억

 장점 : 확대 시에도 깨끗한 글자를 유지

 단점 : 계산이 필요하므로 디스플레이 시간이 더 소요

 현재 윈도우 및 프린터는 대부분이 벡터 폰트

I am VECTOR Font

I am VECTOR

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2D 그래픽스 기법



디더링 (Dithering)

 제한된 수의 색상들을 섞어서 다양한 색상을 만들어 내는 기법

 현재 팔레트에 없는 컬러를 유사한 컬러의 패턴으로 표현

 픽셀당 일정한 비트 수의 이미지를 더 낮은 비트의 이미지로 변환 가능

 팔레트를 지원하는 대부분의 그래픽 소프트웨어에서 기본적으로 지원

 CMY/CMYK 컬러 프린터에서 사용

원본 이미지 256 컬러로 디더링된 이미지 컬러 프린터에서 디더링

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

Photoshop 에서의 디더링

 디퓨전 (Diffusion) : 점들을 임의로 흩어 놓아 자연스런 색을 표현

 패턴 (Pattern) : 점들을 특정 패턴에 따라 색을 섞어 만드는 방식



그레이 이미지의 디더링

 회색을 검은색과 흰색의 점을 섞어 표현 가능

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23



앤티앨리어싱 (Antialiasing)

 물체 경계면의 픽셀을 물체의 색상과 배경의 색상을 혼합해서 표현하 여 경계면이 부드럽게 보이도록 하는 기법

 앤티앨리어싱을 사용한 경우 훨씬 부드럽게 느껴짐

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3D 그래픽스



3 차원 그래픽스의 가장 큰 목적은 실감 효과

 실세계에 존재하지 않는 물체를 입체적으로 표현 가능



3 차원 그래픽 생성과정

 물체의 기하학적인 형상을 모델링 (Modeling)

 3 차원 물체를 2 차원 평면에 투영 (Projection)

 생성된 3 차원 물체의 색상과 명암을 그리기 (Rendering)

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25



모델링 (Modeling) : 3 차원 좌표계로 모양을 표현하는 과정

 와이어프레임 (Wireframe) 모델

 다각형 표면 (Polygon Surface) 모델

 솔리드 (Solid) 모델



3 차원 스캔에 의한 모델링

 실제 사람의 얼굴이나 물체를 스캐닝

 3 차원 디지타이저 , 3 차원 레이저 스캐너

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

투영 (Projection)

 3 차원 물체를 2 차원 평면에 투영

 평행 투영법과 원근 투영법

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27



렌더링 (Rendering)

 그림자나 색채의 변화와 같은 3 차원적인 질감을 더하여 현실감을 추 가하는 과정

 은면제거 (Hidden Surface Removal)

 쉐이딩 (Shading)

 텍스쳐 매핑 (Texture Mapping)

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4.6 이미지와 그래픽의 파일 포맷



래스터 방식의 파일 포맷



벡터 그래픽의 파일 포맷

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29

3 차원 그래픽 파일 포맷



WRL

 VRML 을 위해 개발된 포맷

 3 차원 객체에 대한 구성 및 그 객체의 위치정보



DXF

 Autodesk 사에서 자사의 AutoCAD 에 사용하기 위해 개발

 CAD 소프트웨어에서 널리 사용



3DS

 3D Studio 에서 사용된 파일 포맷

 대부분의 3 차원 그래픽 소프트웨어에서 사용

4.6 이미지와 그래픽의 파일 포맷

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래스터 방식의 파일 포맷



BMP

 마이크로소프트에서 지원 , 비트맵 방식에서 가장 기본 포맷

 압축 하지 않기 때문에 파일 크기가 큰 것이 단점



GIF

 Compuserve 개발 , 8bit 인덱스 컬러를 지원하는 대표적 압축 포맷

 RLE(Run Length Encoding) 방식을 응용한 알고리즘을 사용

 수평으로 압축이 진행되므로 수평으로 유사한 이미지의 경우 압축률 증가

 일러스트레이션용 이미지 파일의 경우에

501 bytes 1,148 bytes

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31



JPEG(Joint Photographic Experts Group)

 1992 년 ISO 표준으로 확정

 특별히 사진의 압축을 위해 고안된 파일 포맷

 사진의 경우 한 픽셀의 값은 바로 옆 픽셀과 큰 차이가 없다 ,

 사람의 눈은 명암을 색상보다 더 잘 인식한다는 사실을 활용

 손실 (Lossy) 압축

 24 비트 컬러를 사용하며 압축 특성으로 인한 색번짐이 나타날 수 있음

GIF JPEG (1.49KB) (1.53KB)

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

파일 포맷의 비교

117.2KB 22.4KB(5.22:1) 6.6KB(17.91:1) 원본 BMP 파일 JPEG 이미지 GIF 이미지

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33

벡터 그래픽의 파일 포맷



EPS (Encapsulated Postscript)

 프린터에 사용되는 포스트스크립트 (Postscript) 언어를 활용

 텍스트의 그래픽 구조 및 폰트 , 비트맵 정보를 표시



WMF (Windows Meta File)

 Windows 에서 사용하는 메타파일 방식

 비트맵과 벡터 정보를 함께 표현하고자 할 경우 가장 적합



AI

 Adobe Illustrator 에서 사용된 파일 포맷



CDR

 Corel Draw 에서 사용되는 파일 포맷

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4.7 이미지 / 그래픽스 편집 소프트웨어



그리기 도구



칠하기 도구



이미지 편집 도구



3 차원 그래픽 소프트웨어

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35

그리기 도구 (Drawing Tool)



특징

 벡터 방식을 기본으로 함

 대부분의 편집 / 저작 도구에서 그리기 기능을 제공



대표적 소프트웨어

 Adobe 사의 Illustrator, Corel 사의 Corel Draw 등

4.7 이미지 / 그래픽스 편집 소프트웨어

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칠하기 도구 (Painting Tool)



특징

 픽셀 단위를 기본으로 하는 래스터 데이터를 가짐

 그리기 도구의 데이터에 비해 데이터 사이즈가 크다 .



대표적 소프트웨어

 MacPaint, SuperPaint, Painter 등

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37

이미지 편집도구 (Image Editing Tool)



특징

 스캐너나 디지털 카메라 등 입력장치를 통해 얻은 사진이나 이미지에 다양한 그래픽 처리를 하기 위한 소프트웨어

 필터링 , 해상도 조정 , 레이어 , 화상 처리 등 다양한 기능 제공



대표적 소프트웨어

 Photoshop, ImageFolio 등

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3 차원 그래픽 소프트웨어



특징

 크게 모델링 소프트웨어와 렌더링 소프트웨어로 구분

 대부분의 프로그램이 두가지 기능을 모두 지원



대표적 소프트웨어

 3D Studio Max, True Space, SoftImage 3D, Maya 등