하이트맵: 컴퓨터 비전을 통한 지형 표현 탐색

By Fouad Sabry

하이트맵이란?

컴퓨터 그래픽에서 하이트맵 또는 하이트필드는 보조 고도 모델링에서 주로 Discrete Global Grid로 사용되는 래스터 이미지입니다. 각 픽셀은 3D 컴퓨터 그래픽에 표시하기 위해 표면 고도 데이터와 같은 값을 저장합니다. 하이트맵은 범프 매핑에서 이 3D 데이터가 머티리얼에 그림자를 생성하는 위치를 계산하는 데 사용할 수 있고, 변위 매핑에서는 텍스처 표면 위의 점의 실제 기하학적 위치를 대체하거나 하이트맵이 3D 메시로 변환되는 지형에 사용할 수 있습니다.

당신이 얻을 수 있는 혜택

(I) 다음 주제에 대한 통찰력 및 검증:

1장: 하이트맵

2장: 수치 표고 모델

3장: 텍스처 매핑

4장: 포인트 클라우드

5장: 범프 매핑

6장: 복셀

7장: 노멀 매핑

8장: 레이 캐스팅

9장: 테라겐

10장: 변위 매핑

(II) 하이트맵에 관한 대중의 주요 질문에 답변합니다.

(III) 다양한 분야에서 하이트맵을 사용하는 실제 사례.

이 책은 누구를 위한 책인가

전문가, 학부 및 대학원생, 매니아, 취미생활자, 그리고 모든 종류의 하이트맵에 대한 기본 지식이나 정보를 넘어서고 싶은 사람들.

• Language: 한국어
• Publisher: 10 억 지식이 걸립니다 [Korean]
• Release date: May 5, 2024

Book preview

챕터 1: 하이트맵

하이트맵(heightmap) 또는 하이트필드(heightfield)는 컴퓨터 그래픽의 2차 고도 모델링에서 주로 이산 전역 그리드(Discrete Global Grid)로 사용되는 래스터 이미지입니다. 3D 컴퓨터 그래픽에서 각 픽셀에는 표시할 표면 고도 데이터와 같은 값이 포함되어 있습니다. 하이트맵은 3D 데이터가 머티리얼에서 그림자를 드리우는 위치를 결정하기 위한 범프 매핑, 텍스처 표면 위로 포인트의 실제 기하학적 위치를 이동하기 위한 디스플레이스먼트 매핑, 또는 하이트맵이 3D 메시로 변환되는 터레인에서 사용할 수 있습니다.

하이트맵에는 표면의 바닥에서 변위 거리 또는 높이로 읽히는 채널이 하나 있으며, 때로는 최소 높이를 검은색으로, 최대 높이를 흰색으로 나타내는 회색조 이미지의 루마로 표시되기도 합니다.

맵이 렌더링되면 높이 채널의 각 단위는 이미지의 대비에 해당하는 디자이너가 지정한 변위를 가질 수 있습니다.

하이트맵은 특수 메타데이터에 관계없이 기존의 그레이스케일 사진 포맷으로 단독으로 기록할 수 있으며, Daylon Leveller, GenesisIV 및 Terragen 서류 작업과 같은 특정 파일 포맷으로 녹화할 수도 있습니다.

또한 고유한 색상 채널을 사용하여 디테일을 향상시킬 수 있습니다.

예를 들어, 일반 RGB 8비트 이미지는 256개의 회색조 값과 256개의 높이만 표시할 수 있습니다.

색조를 사용하면 더 많은 높이 값을 저장할 수 있습니다 (24 비트 이미지의 경우), 2563 = 16,777,216 높이를 나타낼 수 있습니다 (알파 채널도 사용되는 경우 2564 = 4,294,967,296)).

이 방법은 높이 변화가 적은 넓은 영역에서 특히 유용합니다.

그레이스케일 값만 사용, 높이는 최대 256개의 값에 매핑되어야 하기 때문에 지리적 묘사는 특정 위치에 계단이 있는 평평하게 나타납니다.

지리 정보 시스템에서 하이트맵은 일반적으로 디지털 고도 모델이라고 합니다.

하이트맵은 표준 페인트 응용 프로그램이나 지형 편집기를 사용하여 수동으로 만들 수 있습니다. 이 편집기는 지형을 3차원으로 렌더링하고 사용자가 표면을 변경할 수 있도록 합니다. 일반적으로 풍경을 높이고, 낮추고, 매끄럽게 하고, 침식하는 도구가 있습니다. 지형 생성 알고리즘을 사용하여 지형을 생성할 수도 있습니다. 예를 들어 2D 심플렉스 노이즈 함수가 있습니다

하이트맵은 지형 렌더링 소프트웨어와 최신 비디오 게임에서 광범위하게 활용되고 있습니다. 하이트맵은 디지털 지형 고도를 저장하는 데 최적의 방법인데, 일반 폴리곤 메시에 비해 주어진 정보 레벨에 훨씬 적은 메모리가 필요하기 때문입니다. 대부분의 최신 3D 컴퓨터 모델링 응용 프로그램은 범프, 법선 또는 변위 맵의 형태로 하이트맵의 데이터를 사용하여 복잡한 지형 및 기타 표면을 빠르고 정확하게 생성할 수 있습니다.

소프트웨어 렌더링을 활용한 초기 게임에서는 레이 캐스팅으로 생성된 복셀 열의 높이를 요소가 자주 표현했습니다. 대부분의 최신 비디오 게임에서 요소는 메시에 있는 다각형의 높이 좌표를 나타냅니다.

지형 렌더러 Terragen

Picogen은 지형 렌더러 및 하이트맵 생성 애플리케이션입니다.

무료 PBR(물리 기반 렌더링) 생성 도구.

하이트맵과 하이트필드라는 문구는 때때로 서로 바꿔 쓸 수 있지만, 둘 사이에는 약간의 차이가 있습니다. 하이트맵은 수학 용어 map에서 파생된 반면, 하이트필드는 vector field에서 파생됩니다. 하이트맵이 더 정확한 표현인데, 수학적으로 말하자면, 대부분의 하이트필드는 (벡터) 필드가 아니라 (수학적 용어와 시각적 표현에서) 맵이기 때문입니다.

{챕터 1 종료}

2장: 디지털 고도 모델

디지털 고도 모델(DEM) 또는 디지털 표면 모델(DSM)은 일반적으로 행성, 달 또는 소행성의 지형 또는 위에 있는 물체를 묘사하는 데 사용되는 고도 데이터의 3D 컴퓨터 그래픽 표현입니다. 글로벌 DEM이라는 용어는 글로벌 개별 그리드를 의미합니다. DEM은 지리 정보 시스템(GIS)에 자주 사용되며 디지털 방식으로 생성된 구호 지도의 가장 인기 있는 기반 역할을 합니다. 디지털 지형 모델(DTM)은 지표면을 명시적으로 캡처하는 반면, DEM 및 DSM은 나무 캐노피 또는 건물 지붕을 나타낼 수 있습니다.

DSM은 경관 모델링, 도시 모델링 및 시각화 애플리케이션에 유용할 수 있지만 DTM은 일반적으로 홍수 또는 배수 모델링, 토지 이용 연구 및 행성 과학에 필요합니다.

과학 문헌에는 DEM(Digital Elevation Model), DTM(Digital Terrain Model) 및 DSM(Digital Surface Model)이라는 단어가 일관되게 사용되지 않습니다. 대부분의 경우 디지털 표면 모델이라는 용어는 지구 표면과 그 위의 모든 물체를 나타냅니다. DSM(디지털 표면 모델)과 달리 DTM(디지털 지형 모델)은 식물이나 건물과 같은 것이 없는 지표면을 묘사합니다(오른쪽 그림 참조). 다른 버전에서는 DEM과 DTM을 동일시하고 DEM을 DTM의 하위 집합으로 정의하며, 이는 추가 형태학적 요소를 나타냅니다. 대부분의 데이터 공급자(USGS, ERSDAC, CGIAR 및 스팟