💙 2.1 그래픽스 시스템의 구성

📄 그래픽스 시스템의 구성

1. Graphics Hardware

◼Processor: CPU 와 Graphics Accelerator(GPU)
(central processing unit ,Graphics pu)
◼Memory: System memory 와 Frame Buffer
(시스템메모리/메인메모리:우리가 일반적으로 부르는 메모리를 말함)
(프레임버퍼: 시스템 메모리와 그래픽 출력결과를 일시 저장해두는 메모리)
(프레임버퍼를 포함한 비디오 메모리가 있는데 그건 gpu혼자씀)
◼출력장치
(모니터같은거~)
◼입력장치
(마우스같은거~)

2. Graphics Program

◼그래픽스 응용 프로그램
(컴퓨터 게임들 관련한거, 마야, 포토샵 그런거 말함)
◼일반적으로 그래픽스 라이브러리(API: Application Program Interface)를 이용하여 개발
(gpu한테 명령을 시킬 수 있는 것들의 집합임,정해진 명령어가 있고 표준화가 되어있어서 그걸 호출시키면 일을 시킬 수 있음.)
###3. Graphics Database
◼2차원 또는 3차원 물체 및 주변 환경을 기술하는 데이터
🔻그래픽스 시스템 구상도

일반적으로 응용 프로그램이 있고 그걸 읽고 쓰는 데이터베이스가 필요하다.

이런프로그램들이 그래픽데이터베이스를 통해 프로세서사 실행되고 프레임 버퍼에 의해 출력장치에 출력이되는 것.

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💙 2.2 디스플레이 장치

📄 CRT(Cathode Ray Tube) 모니터의 원리

(백터 모니터와 래스터 모니터로 나뉘어진다)

TV의 원리와 유사하게 전자총(Electron Gun)으로부터 전자빔(Cathode ray)을 스크린에 주사

(요새는 잘 안쓴다. 원리는 이해하는게 중요하다.)

• 일반적으로 많이 사용되고 있는 래스터 모니터의 경우 전자총은 모니터 화면상에 픽셀이라 불리는 점들의 위치에 전자빔을 주사(Scan), 화면상의 픽셀들의 수가 모니터 화면의 해상도(Resolution)를 결정
• 모니터의 해상도는 (주사선당 픽셀의 수)X(주사선의 수)
• CRT 모니터의 깜빡임 현상을 방지하기 위해서는 일반적으로 초당 30회 이상 주기적으로 전자빔에 의해 화면이 활성화되어야 함

◼해상도(Resolution), 스캔라인(Scan Line)
(해상도: 가로 세로의 픽셀, 해상도의 개념이 등장)
(스캔라인: 래스터방식에서 한 줄 씩 그리고 마지막 줄 까지 그리고 다시 위로 올라와서 반복함. 이때 이 한줄을 스캔라인이라고 하고 전체를 래스터라고 한다.)

◼종횡비(Aspect Ratio)

🔻CRT 모니터의 구조와 작동원리

• 음극선 관: 전자가 지나가는 관이라고 함.
• 조절장치: 빛이 한군데로 모이게 하는게
• 수평편광판: 전자가 좌우로 움직이게 함
• 수직편광판: 전자가 위아래로 움직이게 함
  그래서 전자의 궤도를 회전/꺾이게 하는 것.
  그리고 화면에 원하는 위치에 도달할 수 있게 함
• 도체:전기 잘통함 부도체: 안통함 반도체: 케바케

발광체의 지속성(PersPhosphorsistence of Phosphors) :

Phosphors == 형광물질

위 그래프에서 저 구간이 발광체가 가장 빛나는 구간인데 low될 수록 어두워짐. 그래서 이런 flicker현상을 방지하기 위해 활성화 시켜줘야한다.
그래서 전자총을 쏨으로써 활성화시킴!

◼Flicker 현상을 방지하기 위해 CRT screen에 주기적으로 활성화
(Refresh)
◼Low persistence: 애니메이션에 바람직
(p가 작으면 빠른 변화가 일어나니까 애니메이션에 바람직)
◼High persistence: Highly complex, Static picture 에 적합
(P가 크다.높으면 정적인 이미지에 적합)

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(같은 CRT방식으로 백터와 래스터가 가능)

📄 벡터 모니터(Vector Monitor)

전자총이 그릴 선이나 도형의 위치를 따라가며 직접 전자빔을 스캐닝(Scanning)함으로써 원하는 그림을 그리게 된다.

• , 다각형, 곡선, 원과 같이 2차원 도형을 정교하게 그리는 데 적합

◼Line-drawing application 에 적합하며 realistic shaded scene 에는 부적합
(주로 선 드로잉에 적합하며, 좀 색이 부드럽게 변하는데는 적합X)
◼Raster-scan monitor 보다 high-resolution 가능
(여긴 화소개념이 존재X)
Smooth line drawing 가능
(부드러운 선그리기)
◼Line-drawing commands(Display file program)
(선 중심으로 그려지는)

🔻벡터 모니터의 원리

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📄 래스터 모니터(Raster-Scan Monitor)

그림을 모니터 화면의 왼쪽 위에서 오른쪽 아래까지 화면상의 모든 픽셀 위치들을 스캐닝한다. (여기서 픽셀이란 화면상에 나타나는 그림의 가장 작은 기본적 요소(Pixel : Picture Element)이다.)

래스터 모니터는 섀도우 마스크 방식을 이용하는 RGB 모니터이다.

◼ 오늘날 대부분의 Display monitor 는 래스터스캔 방식이며, 특성상 Shading 및 Coloring 에 적합
(부드러운 색변화에 적합)

◼Pixel(Picture Element)화소 --> Scan Line --> Raster(set of horizontal scan lines)

• 스캐닝할 픽셀수 = (스캔라인 당 픽셀 수) x (스캔라인 수)

❗앨리어싱 문제 발생

• 해상도가 낮으면 정교한 그림을 그릴 수 없으며, 직선이 지그재그한 모양으로 디스플레이 됨

◼앨리어싱(Aliasing): 지그재그(Jaggies)현상 --> 앤티앨리어싱(Antialiasing)
(선인데 화소단위다보니까 지그재그형태로 그려지는 현상이 발생이 한다, 완화하는 방법은 배경색을 좀 섞는다 그걸 앤티앨리어싱이라고 함, 이게 한 하드웨어에서 계산하는 방법)

◼래스터(Raster) : 생성된 그래픽 이미지를 Frame Buffer에 저장
(래스터일 땐 프레임버퍼의 개념이 존재한다.)
◼Frame Buffer : Depth of the frame buffer
(프레임 픽셀 당 보통은 24비트 (rgb:각 8비트씩 or12비트씩) 사용함,8비트면 충분함, )
(HDR:high dynaminc range image 같은경우는 rgb각 값이 32비트씩 들어간다 !)

직전이 지그재그(Jaggies)한 모양으로 디스플레이 되는 현상
ㄴ앤티 앨리어싱: 앨리어싱의 문제점을 해결하기 위한 기법이다.

🔻래스터 모니터의 원리

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📄 컬러 모니터(Color Monitor)

• 벡터 모니터 ➡️ 빔주사 방식
  빔주사 방식: 스크린 상에 두 개의 레이어에 각각 다른 색상의 빛을 발하는 인을 칠해놓아 전자빔이 레이어에 투과하는 깊이에 따라 두가지 색상이 혼합된 빛을 발하는 것

• 래스터 모니터 ➡️ 섀도우 마스크 방식
  전자총이 동시에 RGB 세 개의 전자빔을 스크린에 주사하는 것

◼Beam Penetration 방식: Random-scan
monitor에서 사용하며 2 Layers of Phosphor
◼Shadow Mask 방식: Raster-scan monitor 에서 자주 사용
(세가지 종류의 형광물질을 사용한다 정도로 알기)
🔻섀도우 마스크 방식 CRT의 작동 원리

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📄 평판 디스플레이(Flat-Panel Display) 장치

◼액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display) 장치
1. LC가 빛을 막는 역할을 한다.
픽셀마다 LC가 있다.
*편광: 빛이 한쪽 방향으로만 흔들리는 걸 말한다.
LCD 양쪽에 편광 필름이 있다. 근데 우리가 밝게 표현하고 싶은 부분의 픽셀에만 LCD를 키면 빛의 각도를 조절해서 편광필름이 통과할 수 있게함

🔻LCD 모니터의 예

◼LED(Light Emitting Diode) 장치
화면이 있고 화면의 픽셀이 해당하는 곳마다 LED(반도체 다이오드) 가 있다.얘는 전기를 통하게 하면 빛이 나온다.

• 근데 얘는 작게 만들기 힘들어서 야구장 이나 큰 스크린에서 많이 활용된다.

◼OLED 장치

• led를 작게 만드는 방식을 OLED라고한다.
• 얇게 만드는 것도 가능하다.

🔻OLED 화면의 밝기와 선명도

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💙 2.3 그래픽스 시스템의 구성

📄 디스플레이 장치

(1) 랜덤스캔 시스템(Random-Scan system) -(백터 디스플레이 방식에서 구현되는 시스템)

◼Graphics application program이 실행되어 Display file이 생성되어 System memory 에 저장

◼이것은 Display Processor에 의해 매 Refresh Cycle 마다 모니터에 디스플레이

• 벡터 모니터에서 그래픽스 프로세서가 그림을 처리하는 방식
• 그래픽스 응용프로그램이 CPU나 그래픽스 가속기에 의해 실행 ➡️ 디스플레이 파일 생성 ➡️ 시스템 메모리에 저장 ➡️ 그래픽스 프로세서인 디스플레이 프로세서에 의해 활성주기마다 모니터에 디스플레이
• 초당 30회씩 수행되어야 함, 이 수행작업을 디스플레이 프로세서가 맡아서 CPU의 부담을 줄여줌

🔻랜덤스캔 시스템의 구성

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(2) 래스터스캔 시스템(Raster-Scan system)

• 래스터 모니터에 적용되는 방식
• 그래픽스 응용프로그램이 CPU에 의해 실행되면 처리결과가 그래픽스 명령어 형태로 생성, 이 명령어를 프로세서에 의해 수행되어 픽셀이미지의 형태로 프레임 버퍼 내에 저장됨(스캔변환)
• 비디오 제어기가 한 프레임 버퍼의 픽셀값들을 모니터에 디스플레이하는 동안 그래픽스 프로세서는 다른 프레임 버퍼에 픽셀 이미지를 저장, 그 다음 사이클에는 두 프레임 버퍼가 서로의 역할을 바꿈

◼그래픽스 명령어들이 실행되면 픽셀이미지(Pixel Image)형태로 프레임버퍼에 저장

• Pixel --> Scan line --> Raster
• 스캔변환(Scan Conversion==Rasterization)
  (라인이 하나 있으면 각 픽셀값으로 바꿔줘야하는데 이런 프레임버퍼 정보를 만들어줘야하는데 이게 스캔변환이라고 한다.
  예를들면 선 하나의 시작과 끝 값을 스캔변환의 입력 값, 그리고 그 스캔변환의 출력 값은 그 이미지가 되는 것이다.)

◼비디오 제어기(Video controller)는 frame buffer내의 데이터를 주기적으로 모니터에 활성화
비디오 제어기는 GPU안에 있다. 60분의 1초간격으로 읽어서 모니터에다가 전달하는거

🔻 래스터스캔 시스템의 구성

그래서 프레임 버퍼에 이미지 형태로 저장되고 그걸 그래픽 카드가 읽어서 한 줄 씩 scan line하고
완성된 것이 Raster이라고 함

🔻 래스터스캔 시스템의 교수님 .ver

보통 프레임버퍼는 시스템 메모리에 있지않고 GPU안에 있다 그걸 비디오 메모리라 하고 비디오 메모리 일부가 프레임 버퍼다.
그래픽 카드가 하는 일 중 하나가 그래픽카드를 초당 60번씩 읽어서 비디오 제어기를 통해서 모니터에 출력해준다.프레임버퍼에 있는걸 한 줄 씩 읽어서 그려가지고 모니터로 출력(스캔 라인->래스터)

◼빠른 활성화를 위해 이중프레임 버퍼(Dual Frame Buffer) 사용

🔻이중 프레임버퍼의 원리

프레임버퍼의 내용이 곧 화면의 내용
화면 안에 100개가 있으면 초당60번씩한다.

프레임 버퍼를 하나 쓰게 되면 막 지저분하게 보이는 문제가 발생한다. 그래서 프레임버퍼를 두개를 사용해서 A에 그리면 비디오제어기를 통해서 보내고 그리고 B를 사용하는 , 즉 번갈아 가면서 사용한다. 그래서 화면이 찢어지는 현상이 없어지는 것.

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💙 2.4 입력장치

📄 2차원 입력장치

(1) 마우스(Mouse)

◼ 2D 마우스
◼ 3D 마우스

(2) 그래픽스 태블렛(Graphics Tablet, Data Tablet)

◼ 핸드커서(Hand Cursor)와 Stylus 사용
◼ 마우스가 relative 장치인데 비하여 그래픽스 태블렛은 absolute position 장치
◼- CAD 나 지리정보 시스템(GIS: Geographic Information System)

(3) 조이스틱(Joystick)

(게임할 때 많이 씀)

(4) 라이트 펜(Light Pen)

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📄 3차원 입력장치

(1) 3D 디지타이저(Digitizer)와 3D 스캐너(Scanner)

◼ 3D 디지타이저(Digitizer)

펜으로 찍어줌!, 불편하긴 함

◼ 3D 스캐너(Scanner) 원리

A카메라에서 보이는거 B카메라에서 보이는 위치 값이 같으면 그거에 따른 3차원 값 추출
또는 색을 통해서 인식함. 패턴 인식.
편리한데 점이 많아짐

◼ 3차원 물체의 (X, Y, Z) 좌표 입력

🔻(a) David 조각상의 스캐닝 장면

🔻(b) David 상의 머리 부분의 3차원 모델

🔻3D 스캐너를 이용하여 만든 3차원 모델

(2) 모션캡쳐(Motion Capture) 장치

관절의 위치, 각도를 알아내는 것을 목표로 함

관절의 위치를 알면 각도를 알아낼 수 있다.

◼사람이나 동물의 움직임과 같은 동적 데이터 입력

◼자기적 모션캡쳐 장치
(옷에 관절마다 센서가 있는데 그게 전기신호로 변환되서 인식)

• 부정확한 면이 있고 , 보통 유선이라 움직임에 제한이 있다.

◼광학적 모션캡쳐 장치

• 모션캡쳐 장치를 이용한 인간 움직임 데이터의 획득
  (여러 대 카메라 사물/대상을 둘러싸서 트래킹을 함 , 그래서 위치와 각도를 알아냄으로 써 적용하는 방식)
• 움직임에 제한이 없으나 비싸다.

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💙 2.5 하드카피 출력장치

📄 하드카피 출력장치

(1) 프린터(Printer)

(화면에 있는 걸 외부로 출력하는 장치)
*dpi : dot per inchi

◼Impact Printer: Dot matrix(60~180 dpi)
(프린트의 헤더라는게 있어서 잉크에 타격을 가해서 글씨가 출력되게 하는 것 , 소리가 나옴)
◼Nonimpact Printer: Ink-Jet, Laser(600 or more dpi)

• 잉크젝- 뿜어내는
• Laser Printer는 벡터방식으로 프린트하기 위해 PostScript(PS) 표준을 따름

◼컬러 모니터: CMY 컬러모델, CMYK 컬러모델
(cyan, magenta, yellow - 색을 흡수하는 개념)
black이 싸서 따로 많이 쓴다.

🔻컬러 잉크젯 프린터를 이용하여 그린 출력물의 확대한 그림

(2) 플로터(Plotter)

(벡터 디스플레이와 비슷한 방식, 라인드로잉 하는 방식)
◼Drum Plotter 와 Flat-bed Plotter 방식
◼Plotter의 출력을 지시할 소프트웨어 명령어(Line drawing)가 필요, 펜이 4 ~ 16 방향으로 이동
◼Plotter는 선그리기 방식이기 때문에 smoothly shaded region 이나 raster image에는 부적합

🔻평판 플로터

🔻드럼 플로터

(3) 3D 하드카피 (3D Hard Copy)

(요즘 많이 보이는 3D 프린터, 나만의 모양을 만들 때..?프로토토타입.)

◼3D Model로부터 물리적 형태를 빠른 시간내에 제작(Rapid Protyping)
◼활용영역: 상품모형의 프로토타입 개발, 장치 및 기계부품의 제작, 데이터의 3차원 시각화, 의학용 모델링, 무화유산의 재현, 등
◼레이어 제조기법(LM: Layered Manufacturing)

• SLA(StereoLithography Apparatus) 방식
• 3D 프린팅(Power-based 3D Printing) 방식
• FDM(Thermoplastic Fused Deposition Modeling) 방식

이미지
pixel->scanline->raster가되는데

이런 3D에서는
voxel ->line->layer-> 3D model 이 되는 것

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💙 2.6 그래픽스 소프트웨어

강의보러가기

📄 그래픽스 소프트웨어의 기능

Graphics Software

◼그래픽스 라이브러리(Graphics Library) : CORE, GKS, PHIGS, OpenGL, Direct 3D, 등
(함수, 클래스들의 모임)
◼그래픽스 응용프로그램(Graphics Application Program)
(크롬 이런것도..)

응용 프로그램을 만드려면 그래픽스라이브러리를 사용해야하고
그래픽스 라이브러리(에서 그래픽스 하드웨어에 명령)는 그래픽스 하드웨어라는 걸 사용한다.

그래픽스 라이브러리의 그래픽스 기능

• Output primitives의 생성과 Attribute(속성) 지정: Line, Polygon, Circle, Curved line, Character string 등
  (각 좌표값, 색 등 설정)

What is - Output primitives

• 그래픽 객체의 모델링, 기하변환, 뷰잉변환(카메라로 옮기는 것)
• 객체의 Shading(색의 결정, 부드럽게,그라데이션 같은)
  및 Rendering(이미지를 생성해내는 것)
• 논리적 그림 단위정의: Segment(GKS), Structure(Structure), Object(OpenGL)
• 입력장치로부터 상호대화식 데이터 입력
  (마우스나 키보드로 부터 입력받는 것이 제공되어야하고)
• 제어 기능

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📄 컴퓨터 그래픽스의 표준

(이렇게 3가지 표준이 있다는 걸 알아두기)

◼ API

고급 프로그래밍 언어에서 Graphics Library들을 호출
*그래픽 카드안에 GPU가 있다.
그래픽 카드를 만드는 회사가 여러개가 있는데(NVDIA,,) 이에 따른 표준화를 API이라한다. 어떤 건 이런 역할을 하고 어떤건 이런 역할을 한다.

◼ 장치 인터페이스

입출력 장치와 표준적 방식으로 상호소통
모니터 케이블을 통해서 모니터와 그래픽카드로 데이터를 주고 받을텐데 그게 표준화가 되어있지 않으면 번거롭고 비효율적일 것, 그래서 표준적 방식으로 상호 소통

◼ 그래픽 데이터의 교환

그래픽스 응용프로그램 간에 그래픽 데이터의 교환 및 저장
그래픽 데이터는? png,jpeg,bmp 이런거 말함(파일포맷)
이게 표준화가 되어있는 것이다.필요함.

🔻컴퓨터 그래픽스의 API 표준, 장치표준 및 그래픽 데이터 표준

이전에 그래픽스 소프트웨어는
1.그래픽스 라이브러리
2.그래픽스 응용프로그램
으로 나뉜다고 하였다.

그래픽스 응용프로그램은 그래픽스 라이브러리에 기반하는 것이다. 결국 그래픽스 응용프로그램이 그래픽스 라이브러리를 호출하게 되는것이고 호출 된 라이브러리는 일을 하기 위해 하드웨어에게 일을 시킨다.하드웨어에게 일을 시키기 위해 device driver(마우스 , 키보드 따위) 이 필요한데 이도 디바이스 인터페이스의 표준에 맞게 작성이 되어야하고 ,
라이브러리를 작성하는 사람은 디바이스 드라이버를 호출해서 그래픽 라이브러리를 작성하고 그리고 그 그래픽 라이브러를 읽고 저장하고 하는것은 하드 디스크에서 수행된다.~

*점선이 다 표준화

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(1) API(Application Program Interface)

◼ CORE(SIGGRAPH)

• 1977년 제정, 1979년 개정
• SIGGRAPH에서 정한 Graphics package의 표준

◼ GKS

• ISO(1984), ANSI(1985)에서 표준으로 공인
• 1988년 GKS 3D로 발전

◼ PHIGS

• ANSI(1988)에서 공인
• 그래픽을 계층적(Hierarchical)으로 구성하기 위한 표준
• CAD/CAM, 지휘/통제, 분자 모델링 등

◼ OpenGL

(3차원 소프트 개발할 때 사용, 그래픽카드한테 일을 시키기 위한 명령어들의 모임)

• 시작은 Silicon Graphics사의 GL(Graphics Library)로부터 1992년 플랫폼 독립적으로 개발
• 지금은 산업계의 실질적 표준(de facto standard)으로 가장 널리 사용

(삼각형 100개 줄테니까 그려!하는 명령이 있고)

◼ Java 3D

(자바 기반임, 인터넷 환경에서 어느정도 쓰임 , 많이 쓰이지 않음,기본 기능 위주, )

• Sun Microsystems 사에서 제안한 그래픽스 API
• OpenGL 보다 High-level Graphics API를 제공
• Java 언어를 기반으로 개발되었으므로 인터넷 환경에서 많이 사용
• VRML과 같은 장면그래프(Scene Graph) 개념에 입각

(지금 여기 있는걸 다 그려라~ 하는 식)

🔻그래픽스 라이브러리의 발전 과정

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(2) 장치 인터페이스(Device Interface)

◼ CGI(Computer Graphics Interface)

• ANSI Standard(American National Standard Insistute-미국 국립 표준 위원회)
• 가상의 입출력장치(Virtual Device)를 장치독립적으로 인터페이스
• 장치 드라이버(Device Driver)의 개발이 필요

🔻CGI 표준과 가상적 I/O 장치

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가상의 장치가 그래픽스 시스템이 사용하는 개념이 되고 각 회사마다 장치 드라이버를 지원해주면 이에 맞는 물리적장치가 번역되서 실행

(3) 그래픽 데이터의 교환

◼ CGM(Computer Graphics Metafile)

• ANSI Standard
• 그래픽 정보를 데이터 파일에 저장하고 전송하기 위한 표준
• 이외에도,
  IGES: CAD/CAM과 같은 Graphics engineering database를 교환하기 위한 표준(캐드나 캠 같은 설계,,)
  STEP: 설계, 제조와 관련된 제품 데이터 교환을 위한 표준

🧡Q&A

Q1. 해상도가 1024 768인 컬러모니터에서 262144가지의 서로 다른 색상을 동시에 디스플레이하려 할 경우 요구되는 프레임 버퍼의 크기를 계산하시오.

프레임 버퍼로 필요한 메모리의 양은 해상도(resolution)와 색상 수(color depth, bpp)에 의하여 결정된다.
메모리 양을 계산하는 공식은 다음과 같다.

필요한 메모리 양 = 가로 해상도 x 세로 해상도 x 색상 수(bits-per-pixel) / 8

색상 수(color depth)는 각 픽셀(pixel, dot, 점)이 나타내는 색깔의 수를 말한다. 컴퓨터는 디지털로 색상 정보를 처리하므로 bpp(bit per pixel, 픽셀 당 bit 수) 단위를 사용하여 색상 수를 표시한다.
예를들면 8 bpp는 픽셀 당 256(2의 8 제곱은 256) 가지 색상을 표현하며 16 bpp는 65,536(2의 16 제곱은 65,536) 가지 색상을 나타낼 수 있다.

262144가지를 bit- per-pixel 로 표현하면 log2를 씌우면 된다.
2의18승

따라서 1024 768 18/8= 1,769,472byte
메가바이트로 변환하면 1.769472Mb

Q2. 벡터 그래픽스 소프트웨어와 벡터 모니터의 개념적 차이점및 래스터 그래픽스 소프트웨어와 레스터 모니터와의 차이점을 각각 설명하라. 그리고 벡터 그래픽스 소프트웨어가 래스터 스캔방식을 따르는 그래픽스 프로세서에 의해서 처리 될 수 있는지 논하라.

벡터 그래픽스 소프트웨어는 수학적 계산으로 표현되는 오브젝트를 생성하여 이미지를 만드는 것이다. 오브젝트란 벡터 값을 갖는 그림의 모양을 말한다. 벡터란 포인트들로 지정되고, 공식에 의하여 포인트들이 연결된 선으로 정의 할 수 있다.
이미지의 픽셀은 일정한 영역에 고정되어 표현되고, 오브젝트는 포인트의 위치만 정해져 있을 뿐 자유로이 이동할 수 있는 장점이 있긴 하지만, 그림이 복잡할 경우 파일의 크기가 큰 것이 단점이다. 그러나 일러스트레이터 같은 드로잉프로그램의 경우 포스트스크립(Postscript)의 지원을 받아서 출력이 되기 때문에 출력 후의 이미지는 아주 선명하다. 오브젝트 방식의 이미지는 해상도에 관계없이 최상의 출력물을 얻을 수 있는 것이 장점이다. 따라서, 오브젝트 방식의 이미지는 크기나 해상도에 관계없이 오브젝트의 수가 몇 개가 되거나 각각의 오브젝트를 움직이거나 변형시키더라도 다른 오브젝트의 영향을 주지 않는다.

벡터 모니터는 전자총이 그릴 선이나 도형의 위치를 따라가며 직접 전자빔을 스캐닝(Scanning)함으로써 원하는 그림을 그리게 된다.
주로 선 드로잉에 적합하며 부드러운 선 그리기가 가능하며 화소개념이 존재하지 않고 래스터 모니터보다 고해상도 표현이 가능하다.

래스터 그래픽스 소프트웨어란 2차원, 즉 평면으로 표현되는 그래픽을 처리하는 애플리케이션이다. 비트맵 방식은 이미지가 픽셀(pixel)단위로 처리되며, 이 픽셀은 작은 사각형 모양의 점으로 된 것들이 모여 하나의 화면이 구성된다. 모니터 위에서 가상 단위인 점(Pixel)에 어떤 정보(색상 값)를 주어 그림을 그리고 저장하는 방식을 말한다. 그렇기 때문에 이러한 방식은 확대, 축소 등의 변형시 처음그림의 정밀도가 떨어지고 일그러지는 면이 있으나 순수미술처럼 자유롭고 쉽게 그림을 그릴 수 있는 그래픽 프로그램이다.

래스터 모니터는 그림을 모니터
화면의 왼쪽 위에서 오른쪽 아래까지 화면상의 모든 픽셀 위치들을 스캐닝한다. 부드러운 색 변화에 적합하며 래스터 생성된 그래픽 이미지를 프레임 버퍼에 저장하여 나타내 준다. 직전이 지그재그(Jaggies)한 모양으로 디스플레이 되는 현상인 앨리어싱 문제가 발생한다는 점이 있다. 그래서 이의 문제점을 해결하기 위한 앤티 앨리어싱이라는 기법이있다.

벡터 그래픽스 소프트웨어가 래스터 스캔방식을 따르는 그래픽스 프로세서에 의해서 처리하기는 힘들다. 래스터 스캔 방식은 픽셀을 스캔라인으로 한 줄 한 줄 읽어 래스터로 나타내주는데 벡터 그래픽스 소프트웨어를 처리하려면 우선 벡터 그래픽스 소프트웨어에는 픽셀, 즉 화소의 개념이 없기 때문에 벡터 그래픽스 소프트웨어는 좌표값, 라인정보를 통해서 그려지게 되며 랜덤 스캔 방식을 사용하기 때문이다.

Q3. 모션 캡쳐가 가장 효과적으로 이용되는 분야를 소개하고 이러한 분야에서 어떻게 이용되는지 설명하라. 모션 캡쳐 장치를 이용하여 획득한 사람의 움직임 데이터를 3D 스캐너나 3D 모델링 기법으로 만든 사람의 3차원 모델에 실제로 적용하기 위해서 어떻게 해야 하는지 설명하라.

CG를 사용하는 영화분야에서 광학식 모션 캡쳐 장치를 많이 활용한다.
광학식 모션 캡쳐 방법은 배우의 몸에 부착된 마커를 추적해 데이터를 얻는 방식으로, 현재로서 가장 정확한 데이터를 얻을 수 있는 캡쳐 방식이다.
여러 대의 카메라를 사용해 그 대상을 둘러싸서 트래킹을 하고 위치와 각도를 알아냄으로써 적용을 하게 된다.
모션 캡쳐 후 데이터 에디팅의 단계로 넘어가게 되는데 여기서 캡쳐된 데이터를 수정한 후 컨버팅의 단계로 넘어간다. 여기에선 마커의 위치 값을 가지는 모션 데이터를 뼈대 구조를 가지는 모션 데이터로 변환을 한다 그 후 모션 에디팅을 한다.이 과정에선 캡쳐된 모션을 원하는 모션으로 변형을 한다. 그 후 데이터를 획득하고 저장한 뒤에 모션빌더에 데이터를 적용하면 된다.

Q4. GPU는 3차원 실시간 렌더링을 구현하는 하드웨어이다. 최근에 GPU를 그래픽스분야 뿐만 아니라 인공지능분야를 비롯한 다양한 분야에 사용한다. GPU어떠한 성질때문에 이러한 일이 생겨나는지 그리고 GPU의 그러한 성질은 그래픽스 알고리즘의 어떤 면 때문에 가지게 되는지 설명하라.

GPU는 연산 장치(ALU)의 구조가 단순하고, 작은 제어/캐시 영역을 가집니다. 그리고 다수의 코어로 이루어져 있다.
이러한 구조적인 특징으로 인해, 여러 개의 코어를 동시에 병렬로 작동시켜 부동 소수점 연산 등 특정 단순 계산을 빠르게 할 수 있다. 그렇기에 다량의 병렬연산이 필요한 3D 렌더링 구현 외에도 인공지능분야 등에 GPU가 사용되고 있는 것이다.
그리고 이는 방대한 양의 데이터 , 스스로 학습하는 알고리즘 등을 특징으로 대용량 데이터를 효율적으로 처리하는 GPU가 생겨나게 된 것이다.