Earticle

At present, the 3D object model technique is being applied in the simulation, virtual reality, 3D film industry and culture protection, and many other fields which can be widely applied. However, the existing 3D reconstruction technology is based on the complex and often expensive sensors. Therefore, we conduct research on computer graphics theory and mathematical modelling based 3D reconstruction methodology with Kinect. We firstly introduce the basic concepts and application of Kinect system which serves as the preliminary of our research. Then, we conduct mathematical modelling for our proposed system with theoretical analysis. Later, experiment and numerical simulation is conducted for verifying the robustness and effectiveness of our proposed approach. The visualized and numerical simulation result indicates that our method outperforms and holds better accuracy compared with other popular adopted algorithms. In the future, we plan to combine more optimization techniques to polish and modify our approach.

최근 컴퓨터그래픽스는 실사에 가까운 표현이 가능하게 되었다. 하지만, 2D 컴퓨터그래픽스 고유의 느낌을 선호하는 면도 없진 않다. 2D 컴퓨터그래픽스와 3D 컴퓨터그래픽스의 합성 작업은 이미 오래전부터 제작되어왔다. 하지만, 기술적인 차이로 한계를 넘지 못하거나 실사 2D에 가상의 3D 컴퓨터그래픽스가 도입되거나 2D 컴퓨터그래픽스에 이펙트 등 효과가 3D 컴퓨터그래픽스 작업을 통해 제작되어 왔다. 최근에는 웹툰 등 2D 컴퓨터그래픽스로 작업하면서 시간적으로 좀 더 제약을 많는 콘텐츠 등에 2D 컴퓨터그래픽스로 작업한 느낌을 살리면서 카메라 앵글이나 시공간적인 장면 전환이 용이한 요소를 3D컴퓨터그래픽스로 작업하여 작업의 효율을 높이는 경우가 있다. 실제 작업을 통해 적절한 방향을 제시해보고자 한다.

Recently, computer graphics has made possible a close representation of the due diligence. But, prefer the feel of a 2D computer graphics. 2D computer graphics and compositing of 3D computer graphics have already been produced for a long time. But, the virtual 3D computer graphics application in 2D image or live-action have been used to effect expression of a 2D computer graphics. Recently, 2D computer graphics content is being expanded through the cartoons. In some cases increase the efficiency by making a 3D computer graphics on the camera angle or temporal and spatial part. Through practical work and want to present the proper direction.

The teaching method of colleges and universities is traditionally lectures then professors has described orally in class and students has listened to accompanying with papers, mid-terms, and final exams. Jon Bergmann and Aaron Sams have developed new way of teaching called flipped learning; Classwork at home and homework in class. By adapting the method, this paper researched how efficient it is and what factors tutors should consider for better results. Specifically this research examined the flipped learning applying to basic 3D graphics class of J University in Korea and students answered surveys and took a couple of tests. Since the most students of the class did not have any background of 3D graphics, it was the first time for them to work with 3 dimensional space coordinate system. As a result, the research showed positive side of flipped learning like increasing peers' interest to the class and positive attitude about video lectures watched before coming to class.

이 연구에서는 기존의 클레이 애니메이션 제작 공정이 가지는 문제점을 개선하기 위해 3D 컴퓨터그래픽을 도입한 새로운 제작 공정을 제안한다. 그 핵심은 기존 공정을 바탕으로 하되 대단히 노동집약적인 캐릭터 제작 과정을, 3D 컴퓨터그래픽에 의한 디지털 캐릭터로 대체하는 것이다. 클레이 애니메이션에 등장하는 캐릭터를 3D 컴퓨터그래픽으로 구현하기 위해 클레이 캐릭터와 동일한 색상과 종류의 유성찰흙을 사용하여 폴리곤 모델링 캐릭터의 UVW 좌표 값에 맞춘 디퓨즈 맵과 디스플레이스먼트 맵을 제작하였다. 또한 파노라마 HDRI 자동 촬영 시스템을 개발하여 미니어처 세트 촬영 환경의 조명 정보를 초고해상도의 파노라마 HDRI 형식으로 제작, 이를 디지털 라이팅 소스로 사용하였다. 이 과정을 통해 대단히 사실적인 결과물을 얻음과 동시에 숙달된 작업자의 노하우에만 의존하던 스톱모션 제작 공정을 공학적 접근에 의한 자동화된 방식으로 개선할 수 있었다.

The establishment of a production pipeline imported 30 computer graphics is suggested in this paper to improve the efficiency of existing production pipeline of clay animation. The point is that the process of building clay characters that remains labor intensive among the existing procedures is replaced by the process of creating computer generated characters. In order to create characters out of clay by means of 30 computer graphics, a diffuse map and displacement map are made of an oil-based clay according to the UVW coordination of polygon modeling, which is the same color and kind of clay used to make a clay character. In addition, a panoramic HDRI recording system is developed to record the lighting information of shooting environment for miniature sets, which is imported in 3D computer graphic tools as digital light source. On account of the new production pipeline, a hyper realistic rendering image can be produced, and at the same time it improves the traditional pipeline of stop motion animation that is know-how based procedure of a complete artist by the engineering approach to the automatic process.

기존 연구는 대부분 사진측량(Photogrammetry)기술을 이용해 물체의 투박한 3D메시와 컬러 맵을 획득하였을 뿐, 실제로 사용 가능한 사실적인 3D 에셋을 제작하는 방법은 제시하지 못했다. 본 연구의 목적은 새로운 방법을 제시하여 가시화 애플리케이션 분야에 사용 가능한 사실적인 3D 에셋(Asset)을 구축 가능하게 하는 데 있다. 여기에서 언급한 새로운 방법이란 사진 측량과 컴퓨터 그래픽(Computer Graphics)의 모델링 과정을 결합하는 것이다. 현실 세계의 세 물체 '탄알상자', '총', '금속 음료수병'을 가상 세계에서 사실적인 3D에셋으로 제작하는 과정을 통해 오브젝트 촬영, 화이트 밸런스, 재건, 정리 재건, 리토폴로지, UV 언래핑, 프로젝션 및 텍스처 베이킹, 디라이팅, 재질 맵 제작 등 절차의 정의, 역할, 조작방법과 사용된 소프트웨어 패키지(Software Package)를 상세히 소개하였다. 제작 방법의 유연성을 높이기 위해 각 단계별로 소개된 소프트웨어 패키지외의 대안도 제시하였다. 본 연구는 형태와 색상이 정확하고, 텍스처가 동적광원(Dynamic Lighting)과 물리적 인터랙션이 가능하며, 렌더링이 용이한 3D 에셋을 획득함으로써 새로운 방법을 통해 더 빠른 속도로 더 실감나는 시각효과를 실현할 수 있다는 것을 보여주고 있다. 대규모 팀, 값비싼 설비와 소프트웨어 패키지가 필요 없기 때문에 소형스튜디오에서 독립적 아티스트의 창작과 교육으로 구성된 수업에 적용하기 적합하다.

Through photogrammetry techniques, what current researches can achieve at present is rough 3D mesh and color map of objects, rather than usable photo-realistic 3D assets. This research aims to propose a new method to create photo-realistic 3D assets that can be used in the field of visualization applications. The new method combines photogrammetry with computer graphics modeling. Through the description of the production process of three objects in the real world - "Bullet Box", "Gun" and "Metal Beverage Bottle," it introduces in details the concept, functions, operating skills and software packages used in the steps including the photograph object, white balance, reconstruction, cleanup reconstruction, retopology, UV unwrapping, projection, texture baking, De-Lighting and Create Material Maps. In order to increase the flexibility of the method, alternatives to the software packages are also recommended for each step. In this research, 3D assets are produced that are accurate in shape, correct in color, easy to render and can be physically interacted with dynamic lighting in texture. The new method can obtain more realistic visual effects at a faster speed. It does not require large-scale teams, expensive equipment and software packages, therefore it is suitable for small studios and independent artists and educational institutions.