최근 우리 사회가 4차산업혁명 시대로 발전하면서 인공지능, 빅데이터, IoT와 함께 가상/증강현실 기술이 널리 각광받고 있습니다. 특히 가상/증강현실 기술과 함께 메타버스 플랫폼은 많은 관심을 받고 있으며 이들 모두 실감있는 환경을 보여주는 데에는 컴퓨터 그래픽스 기술이 기본 바탕으로 적용되고 있다. 또한 메타버스 플랫폼은 인터넷으로 연결되어 많은 사람들이 참여할 수 있으며 다양한 작업을 수행하고 있다.
2003년 “컴퓨터 그래픽스 배움터”초판을 출간한지 20년이 되었다. 그동안 우리 사회와 컴퓨터 기술이 앞서 말한 바와 같이 많이 바뀌었다. 특히 인터넷 관련 기술은 발전의 속도가 매우 빨라 구현 환경에 많은 변화가 있었다. 이러한 상황에 맞추어 이번 개정 4판은 실습 환경과 시연에 관련된 내용을 대폭 수정하였다. 우선 3장에서 OpenGL 프로그래밍 실습을 C++ 환경이 아니라 웹브라우저에서 편리하게 실습할 수 있도록 WebGL 프로그래밍 환경으로 변경하고 손쉬운 프로그래밍을 위하여 Three.js 라이브러리를 사용하도록 소개하였다. 부록에서는 기존의 2D 및 3D 그래픽스 소프트웨어 실습은 제외하고, Three.js 라이브러리를 이용한 WebGL 프로그래밍 실습을 집중적으로 학습할 수 있도록 전체 내용을 새롭게 구성하였다.
부록의 실습에서는 본문 각 장의 이론과 대응하여 예제 위주로 WebGL 프로그래밍을 단기간에 배울 수 있도록 설명하였다. 또한, 본문 각장의 연습문제에서 프로그래밍 관련 문제는 제외하고 부록에서 실습과 병행하여 풀어볼 수 있도록 실습에 프로그래밍 연습문제를 배치하였다.
다음으로는 웹브라우저 환경이 변경됨에 따라 기존에 사용하던 자바 실행 엔진이 바뀌고 플래시가 더 이상 지원되지 않는 등 사이버클래스의 사용에 애로가 있었다. 이에 사이버클래스에서 사용하던 시연을 본문 내용의 그림으로 대체하여 설명에 도움이 되도 록 수정하였다. 그 밖에도 일부 내용을 이해하기 쉽도록 다시 서술하고 최신 기술에 맞는 새로운 그림으로 교체하였다.
PART 01 그래픽스 시스템의 개요
CHAPTER 01컴퓨터 그래픽스의 개요
1.1 컴퓨터 그래픽스의 발전
1.2 그래픽스 표현의 분류
1.2.1 벡터 그래픽스와 래스터 그래픽스
1.2.2 3차원 그래픽스의 처리과정
1.3 그래픽스, 이미지처리, 애니메이션 및 가상현실
1.3.1 그래픽스와 이미지처리
1.3.2 애니메이션과 가상현실
1.4 컴퓨터 그래픽스의 활용
■ 연습문제
CHAPTER 02컴퓨터 그래픽스 시스템
2.1 그래픽스 시스템의 구성
2.2 디스플레이 장치
2.2.1 CRT(Cathode Ray Tube) 모니터의 원리
2.2.2 벡터 모니터(Vector Monitor)
2.2.3 래스터 모니터(Raster-Scan Monitor)
2.2.4 컬러 모니터(Color Monitor)
2.2.5 평판 디스플레이 장치
2.3 그래픽스 프로세서(Graphics Processor)
2.4 입력장치
2.4.1 2차원 입력장치
2.4.2 3차원 입력장치
2.5 하드카피(Hard Copy) 출력장치
2.6 그래픽스 소프트웨어
2.6.1 그래픽스 소프트웨어의 기능
2.6.2 컴퓨터 그래픽스의 표준
■ 연습문제
CHAPTER 03 WebGL과 그래픽스 응용 소프트웨어
3.1 OpenGL의 기본 개념
3.1.1 OpenGL의 특징
3.1.2 OpenGL 계열 표준의 장점
3.1.3 OpenGL ES와 W...ebGL
3.1.4 WebGL 프로그래밍 소개
3.1.5 Three.js 라이브러리를 이용한 WebGL 프로그래밍
3.2 WebGL 및 Three.js의 주요 기능
3.2.1 기하객체 형상 모델링(Geometric Shape Modeling)
3.2.2 기하변환과 투영(Geometric Transformation and Projection)
3.2.3 3차원 객체의 은면제거 (Hidden Surface Removal)
3.2.4 색상 및 셰이딩(Color and Shading)
3.2.5 블렌딩 (Blending)
3.2.6 텍스처 매핑 (Texture Mapping)
3.2.7 애니메이션(Animation)
3.2.8 기타 유용한 기능
3.3 벡터 그래픽스 소프트웨어
3.3.1 벡터 그래픽스(Vector Graphics)
3.3.2 대표적인 2D 그리기 도구
3.4 래스터 그래픽스 소프트웨어
3.4.1 래스터 그래픽스(Raster Graphics)
3.4.2 대표적인 페인팅 도구 및 이미지 편집 도구
3.5 3차원 그래픽스 소프트웨어
3.5.1 3차원 그래픽스 소프트웨어의 주요 기능
3.5.2 대표적인 3차원 그래픽스 소프트웨어
■ 연습문제
PART 02 2차원 컴퓨터 그래픽스
CHAPTER 04 2차원 그래픽스의 기본 요소
4.1 점과 선
4.1.1 점과 선의 정의 및 속성
4.1.2 DDA 선 그리기 알고리즘
4.1.3 Bresenham 선 그리기 알고리즘
4.2 원, 타원 및 기타 곡선
4.2.1 원 그리기
4.2.2 타원 그리기
4.2.3 기타 곡선 그리기
4.3 영역 및 다각형 채우기
4.3.1 영역의 특성과 채우기 방식
4.3.2 시드채우기(Seed Fill) 방식
4.3.3 다각형 내부 판단 규칙
4.3.4 다각형 주사변환(Polygon Scan-Conversion) 방식
4.4 문자의 표현
4.4.1 폰트(Font)의 종류
4.4.2 문자와 텍스트의 속성
4.5 앤티앨리어싱(Antialiasing)
4.5.1 래스터 출력의 문제점
4.5.2 앤티앨리어싱 기법
4.6 색상의 표현
4.6.1 RGB 컬러 표현방식
4.6.2 인덱스컬러(Indexed Color) 표현방식
■ 연습문제
CHAPTER 05 2차원 그래픽스의 변환
5.1 기본적인 기하변환(Geometric Transformation)
5.1.1 이동(Translation)
5.1.2 신축(확대/축소:Scale)
5.1.3 회전(Rotation)
5.2 동차좌표계를 이용한 변환
5.2.1 동차좌표계(Homogeneous Coordinate System)의 필요성
5.2.2 동차좌표계의 표현
5.2.3 합성변환(Composite Transformation)
5.3 기타 기하변환
5.3.1 반사(Reflection)
5.3.2 밀림(Shearing)
5.4 래스터 방식에서의 변환
5.4.1 래스터 변환
5.4.2 래스터 연산의 원리 및 종류
5.5 윈도우와 뷰포트(Viewport)
5.5.1 뷰잉 파이프라인(윈도우와 뷰포트의 개념)
5.5.2 윈도우-뷰포트 좌표변환
5.6 클리핑 알고리즘(Clipping Algorithm)
5.6.1 클리핑의 종류
5.6.2 점 클리핑
5.6.3 선 클리핑
5.6.4 영역 클리핑
5.6.5 텍스트 클리핑
■ 연습문제
CHAPTER 06 GUI와 대화식 입력기법
6.1 사용자 인터페이스
6.1.1 GUI(Graphical User Interface)
6.1.2 인터페이스 설계시 고려사항
6.2 그래픽 데이터의 입력
6.2.1 논리적(Logical) 입력장치의 분류
6.2.2 물리적(Physical) 입력장치
6.3 대화식 입력기법
6.3.1 위치지정 기법(Positioning Technique)
6.3.2 지적/선택 기법(Picking/Selection Technique)
6.4 3차원 사용자 인터페이스
6.4.1 탐색항해(Navigation)를 위한 기법
6.4.2 선택 및 조작을 위한 기법
■ 연습문제
PART 03 3차원 컴퓨터 그래픽스
CHAPTER 07 3차원 그래픽스의 기하변환과 뷰잉
7.1 3차원 그래픽스의 처리과정
7.2 기본적인 3차원 기하변환
7.2.1 이동(Translation)
7.2.2 신축(확대/축소 : Scale)
7.2.3 회전(Rotation)
7.3 기타 3차원 기하변환
7.3.1 반사(Reflection)
7.3.2 밀림(Shearing)
7.3.3 좌표계의 변환
7.4 투영(Projection)의 개념과 종류
7.4.1 3D 좌표계
7.4.2 투영의 종류
7.5 뷰잉변환(Viewing Transformation)
7.5.1 뷰잉과정
7.5.2 뷰잉좌표계(Viewing Coordinate System)의 설정
7.5.3 월드좌표계에서 뷰잉좌표계로 변환
7.6 투영을 위한 변환
7.6.1 뷰볼륨(View Volume)
7.6.2 평행투영(Parallel Projection)의 변환행렬
7.6.3 원근투영(Perspective Projection)의 변환행렬
■ 연습문제
CHAPTER 08 3차원 객체의 모델링
8.1 객체 모델링의 개요
8.2 다각형면(Polygon Surface) 모델링
8.2.1 다각형 메쉬(Polygon Mesh) 표현
8.2.2 기하적 데이터 표(Geometric Data Table)
8.2.3 평면 방정식(Plane Equation)
8.3 2차곡선과 곡면 모델링
8.3.1 2차곡선과 곡면(Quadrics and Quadric Surface)
8.3.2 수퍼2차 곡선과 곡면(Superquadrics)
8.4 스플라인(Spline) 곡선
8.4.1 스플라인 곡선의 종류와 성질
8.4.2. 스플라인 곡선과 연속성
8.4.3 3차 스플라인(Cubic Spline)곡선
8.5 베지어 곡선과 곡면 모델링
8.5.1 베지어 곡선(Bezier Curve)
8.5.2 베지어 곡면(Bezier Surface)
8.6 B-스플라인 모델링
8.6.1 B-스플라인(Bell-Shaped Spline) 곡선 및 곡면
8.6.2 NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline) 곡선 및 곡면
8.7 모델링 곡선/곡면의 비교
8.8 기타 모델링 기법
8.8.1 스위핑(Sweeping)
8.8.2 솔리드 모델링(Solid Modeling)
■ 연습문제
CHAPTER 09 은면의 제거
9.1 은면제거(Hidden Surface Removal)의 개념
9.1.1 은면제거 알고리즘의 종류
9.1.2 은면제거의 처리 개념
9.2 다면체 뒷면의 제거(Back-Face Removal)
9.3 z-버퍼(z-Buffer) 기법
9.3.1 z-버퍼 알고리즘의 개념
9.3.2 수행 과정
9.4 깊이정렬(Depth Sorting) 기법
9.4.1 깊이정렬법의 개념
9.4.2 수행 과정
9.5 레이캐스팅(Ray-Casting) 기법
9.5.1 레이캐스팅 기법의 개요
9.5.2 수행 과정
■ 연습문제
CHAPTER 10 조명모델과 곡면의 렌더링
10.1 곡면 렌더링(Surface Rendering)의 과정
10.2 조명 모델(Illumination Model)
10.2.1 조명의 종류
10.2.2 표면의 성질
10.2.3 산란반사(Diffuse Reflection)
10.2.4 거울반사(Specular Reflection 또는 Highlighting)
10.2.5 빛의 굴절(Refraction) 및 투과
10.3 다각형 셰이딩(Polygon Shading) 기법
10.3.1 균일 셰이딩(Constant Shading 또는 Flat Shading)
10.3.2 Gouraud 셰이딩
10.3.3 Phong 셰이딩
10.4 광선추적법(Ray Tracing)
10.4.1 광선추적법의 원리
10.4.2 광선과 물체의 교차점 구하기
10.5 텍스처 매핑(Texture Mapping)
10.5.1 텍스처 매핑의 원리
10.5.2 텍스처 매핑 기법
10.6 컬러 모델
10.6.1 빛의 성질
10.6.2 CIE 색채도(CIE Chromaticity Diagram)
10.6.3 RGB, CMY, HSV 컬러모델
■ 연습문제
PART 04 그래픽스 특수기법과 애니메이션
CHAPTER 11 절차적 그래픽스 기법
11.1 프랙탈 기하(Fractal Geometry) 모델
11.1.1 프랙탈 기하학의 특성
11.1.2 프랙탈의 생성 원리
11.1.3 프랙탈 기하학의 예
11.1.4 프랙탈 기하학의 차원
11.2 입자시스템(Particle System)
11.2.1 입자시스템의 특성
11.2.2 입자시스템의 예
11.3 물리기반 모델링(Physically Based Modeling)
11.3.1 물리기반 모델링의 특성
11.3.2 물리기반 모델링의 예
■ 연습문제
CHAPTER 12 컴퓨터 애니메이션
12.1 애니메이션의 원리
12.1.1 애니메이션의 개념
12.1.2 애니메이션의 종류
12.1.3 모핑(Morphing)
12.2 애니메이션의 제작 기법
12.2.1 애니메이션의 설계 과정
12.2.2 효과적인 애니메이션을 위한 기법
12.3 3차원 애니메이션과 모션캡처
12.3.1 3차원 애니메이션
12.3.2 캐릭터 애니메이션(Character Animation)
12.3.3 모션캡처(Motion Capture)
■ 연습문제
부록 Three.js를 이용한 WebGL 프로그래밍
A.1 개요
A.2 기본적인 형상의 모델링
A.3 기하변환
A.4 카메라 변환
A.5 곡선과 곡면
A.6 은면 제거
A.7 셰이딩 모델
A.8 광원
A.9 텍스처 매핑 (Texture Mapping)
A.10 블렌딩과 앤티앨리어싱
A.11 더 많은 기능들을 배우고 싶다면
■ 찾아보기
최윤철 [저]
저자 최윤철은 서울대학교 전자공학과 졸업, University of California, Berkeley(공학박사)
현재 연세대학교 컴퓨터과학과 교수이다.
관심분야는 컴퓨터그래픽스, HCI, 사이버 캐릭터, 모바일 멀티미디어, 비사실적 렌더링(NPR)이다.
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