컴퓨터 그래픽스의 응용

컴퓨터 그래픽스는 한마디로 컴퓨터를 사용하여 그림을 생성하는 기술을 말한다.

여기서 컴퓨터를 사용하여는 과거의 수작업에서 벗어나 신속하고 경제적인 비용으로 그림을 만들어 낼 수 있게 되었다는 것을, 그림을 생성은 아무런 입력이 없는 상태에서 새로운 그림을 만들어 낼 수 있다는 것을 의미한다.

이 점에서 그래픽스와 영상 처리(Digital Image Processing)는 구별된다.

영상처리는 기존에 존재하는 그림을 개선(Enhancement)하거나 인식(Machine Perception)하는 분야이기 때문이다.

하지만 두 분야 모두 컴퓨터를 사용한다는 점에서 같다.

기술은 빠른 그래픽 처리를 위한 하드웨어 기술과 처리 방법을 제공하는 소프트웨어 기술을 의미한다.

컴퓨터 그래픽스

• 캐드/캠
• 프레젠테이션
• 가상현실
• 미술
• 애니메이션/게임
• 교육 훈련
• 자연과학 가시화
• 그래픽 사용자 인터페이스

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캐드

캐드(CAD : Computer Aided Design)는 그래픽스 기수릉ㄹ 건물, 자동차, 비행기, 선박 등의 설계에 이용하는 소프트웨어이다.

캐드는 수작업시 사용했던 제도 용구를 컴퓨터 그래픽으로 대치하여, 설계에 필요한 인력이나 시간,노력 등을 단축하여 설계 효율을 높여준다.

컴퓨터를 이용하면 자주 사용되는 부품을 한 번만 설계한 후 복사해서 사용할 수 있고, 부품 간의 연결이나 부품의 설계 변경을 프로그램으로 자동화 할 수 있다.

또 설계된 부품이 제대로 작동하는지를 미리 시뮬레이션(모의 실험, Simulation)해볼 수도 있다.

3차원 그래픽 기술을 사용하면 물체를 실제로 제작하지 않고도 설계된 물체의 제작 이후 모습을 여러 방향에서 입체적으로 관찰할 수 있으며, 임의 방향에서의 단면도까지 자동으로 생성할 수 있다.

이 밖에도 설계가 생산 공정으로 직접 연결되기도 한다.

이는 과거 설계도면의 청사진이 공장에 넘겨지고 ,공장에서 이를 토대로 제품을 가공하는 것과는 대조된다.

캐드 소프트웨어로 설게된 제품은 제품의 길이, 폭, 모양 등에 관한 모든 정보를 청사진과 같은 그림이 아닌 컴퓨터 데이터로 표시할 수 있다.

따라서 제품 설계 데이터가 직접 수치 제어 기계(Numerical Control Machine)로 입력되어 부품을 가공하는 기계를 제어하게 된다.

이를 CAM(Computer Aided Manufacturing)이라 하는데, CAM을 이용하면 자동 생산에 따른 경제적인 효율과 가공의 정밀도를 기할 수 있다.

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프레젠테이션 그래픽스

프레젠테이션 그래픽스(Presentation Graphics)는 시연을 위해 사용되는 그래픽을 발한다.

이는 막대 차트(Bar Chart), 선 그래프(Line Chart), 파이 차트(Pie Chart), 입체 그래프(Surface Graph)등 주로 통계 데이터 정보를 나타내기 위해 사용한다.

백문이 불여일견이라는 말처럼 수백쪽에 달하는 텍스트 또는 수치 데이터를 한 장의 그래픽으로 나타낼 수 있다면 정보 전달의 효율성이 극대화 될 것이다.

프레젠테이션은 데이터를 비주얼하게 표현함으로써 보는 사람의 시선을 끄는데 목적이 있다.

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가상 현실

가상 현실(Virtual Reality, Virtual Environment)은 존재하지 않는 가상의 환경을 구성하되, 그것이 마치 현실과 똑같이 느껴지도록 만드는 데 목적이 있다.

가상현실을 구현하면 가상공간 내에서 인간의 직관적 본능(Instinct)이 발휘된다.

건물을 예로 들면 공사 이전에 미리 설계 사양과 동일한 건물을 그려낼 수 있다.

이 경우 인간의 본능적 지각 기능이 발휘됨으로써 더욱 정확한 판단이 가능해지고, 이 판단을 설계에 반영할 수 있다.

가상 현실 기법에는 여러 가지 기술적 요소가 필요하다.

예를 들어 사실적인 입체화면, 3차원 입체 음향, 촉각을 느끼게 하는 장비(데이터 장갑)등과 같은 다양한 하드웨어가 필요하다.

이 밖에도 장면(Scene)내부에 존재하는 물체에 관련된 정보가 저장되어 있는 데이터베이스, 사람이 걸어가거나 고개를 돌림에 따라 변화하는 주변 모습을 보여주기 위한 그래픽 소프트웨어가 필요하다.

HMD(Head-Mount Display)는 머리에 쓰고 다니는 모니터에 해당되는 것으로, 넓은 시야의 입체 영상을 볼 수 있다.

데이터 장갑은 내부에 장착된 센서로 사용자의 손가락, 손목, 팔꿈치 드으이 움직임을 포착하여 이를 컴퓨터에 전달하는 역할을 한다.

센서로 전달된 손가락의 움직임은 가상 현실 공간 안에서의 사용자 움직임으로 전환할 수 있다.

반대로 가장 현실 공간 내에서 느끼는 촉감을 데이터장갑으로 출력할 수도 있다.

가상 현실의 현실감을 극대화하기 위해서는 인지과학, 전자공학, 기계공학, 음향학 등 여러 분야를 종합적으로 적용해야 한다.

이 분야는 공학, 과학, 의료, 교육 등 무궁무진한 확장 가능성을 띠고 있으며, 3차원 그래픽 기술은 가상 현실을 구현하는 데 없어서는 안될 중요한 요소 중의 하나이다.

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미술

그래픽은 상업적/순수 예술적 목적으로 활용되기도 한다.

무선 스타일러스 펜을 사용하면 누르는 압력에 따라 선의 굵기나 명암을 달리 할 수 있다.

또 소프트웨어로 수채화나 파스텔 혹은 유화 효고라를 낼 수도 있다.

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애니메이션 및 게임

그래픽 기술은 2차원 또는 3차원 애니메이션 영화를 제작하는데 사용된다.

실제로 촬용된 영상과 그래픽 기술을 조합하여 현실감을 높이기도 한다.

매우 복잡한 모델링과 고화질의 렌더링을 사용하낟.

따라서 이를 위해서는 많은 양의 인적/물적 자원이 필요하다.

그래픽 기술은 캐릭터, 배경화면, 애니메이션 등에도 사용된다.

게임은 온라인과 오프라인을 막론하고 사용자의 반응이 화면에 즉시 반영되어야 하기 때문에 사용자와 프로그램 사이의 상호 작용 설계는 물론 상호 작용에 걸리는 시간을 최소화 하는 것이 중요하다.

영화나 게임은 다양한 시나리오가 가능하기 때문에 시장성 면에서 볼 떄 두 분야는 무한한 가능성이 있다.

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교육 및 훈련

컴퓨터 보조 학습(CAI : Computer Aided Instruction)은 컴퓨터를 학습 보조 도구로 활용하는 분야를 말한다.

즉 컴퓨터에 내재하는 추론 기능과 지식 데이터베이스등 을 활용하여 학습 효율을 향상시킨다.

이 경우 텍스트 위주의 보조 학습도 가능하지만 그래픽 기술이 제공하는 시각 정보를 활용하면 학습 효율을 극대화할 수 있다.

그래픽을 이용하여 기계 부품의 조립과정을 설명한 것은 분해 조립도라 한다.

이처럼 그래픽을 이용하면 복잡해보이는 조립과정을 상대적으로 쉽게 이해시킬 수 있다.

예를 들어 만유인력의 법칙이나 충격량 보존 법칙 등과 같은 물리학 법칙은 그래픽 애니메이션으로 설명하는 것이 가장 효율적이다.

비행 시뮬레이션은 그래픽 기술을 이용한 대표적인 교육 도구이다.

비행 시뮬레이션에서는 돔(Dome) 모양의 스튜디오 안에서 조종사의 운전 조작에 따라 미리 프로그램된 배경화면을 전개함으로써 다양한 상황을 경험하게 할 수 있다.

비행기 조종 연습에 필요한 인적/물적 비용을 감안한다면 이러한 소프트웨어는 경제적 효용성이 매우 높다고 할 수 있다.

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과학 분야의 가시화

그래픽은 과학 및 공학 분야에서 발생하는 제반 현상의 분석에 사용되기도 한다.

이른바 싸이비즈(SCI VIS, Scientific Visualization)라 불리는 이 분야에서는 주로 대용량의 정보를 분석하는데 주안점을 둔다.

어떤 현상을 시각화하여 나타낼 경우 그 현상 내부의 패턴이나 추세를 직관적으로 파악할 수 있기 때문이다.

예를 들어 측정 데이터를 토대로 지구 표면의 장기적인 온난화 추세, 오존층 분포 상태 등을 애니메이션으로 보여줄 수도 있으며 , 구름 입자의 형성과정과 이동모습 등을 가시화시켜 볼 수 도 있다.

한편 그래픽 시술을 의료 시스템에 적용하는 분야를 의료 그래픽스 라 한다.

과거 필름 형태로 제공되었던 진단 영상들은 최근 디지털화된 컴퓨터 영상으로 대체되고 있다.

이러한 디지털 영상에 대한 다양한 그래픽 처리는 진단, 모의수술, 수술계획 등에 활용된다.

이 분야는 다른 분야에 비해 그래픽 영상의 정밀도를 높이는 방법이 가장 중시된다.

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그래픽 사용자 인터페이스

그래픽 사용자 인터페이스(GUI : Graphical User Interface)는 컴퓨터 소프트웨어의 설계에 적용되는 분야를 말한다.

만약 윈도우 운영체제에서 아이콘(Icon)을 사용할 수 없다면 사용자는 도스(DOS : Microsoft Disk Operating System) 명령어를 사용하는 불편을 감수해야 한다.

스크롤 바, 메뉴 바 등 시각적인 사용자 인터페이스의 중요성은 작업 효율과 직결되기 때문에 아이콘은 해당 작업을 가장 잘 나타낼 수 있도록 설계되어야 한다.

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소프트웨어를 개발하는 프로그래머는 사용자 인터페이스를 고려하지 않을 수 없다.

이는 단축키를 제공할 것인지 메뉴바의 첫번째 메뉴는 무엇으로 할 것인지, 선택할 수 없는 메뉴는 어떤 색으로 표시할 것인지, 사용자가 잘못 선택한 작업은 되돌릴 수 있게 할 것인지 등의 여러 가지 문제들과 연관되어 있다.

이 경우 그래픽 기술은 시각적이고 효율적인 인터페이스를 제공함으로써 사용자 편의를 도모하기 위한 것이다.