멀티미디어를 구성하는 이미지와 그래픽은 시각 정보로서 정보를 기억함에 있어 큰 영향을 미친다. 이미지는 스캐너 또는 디지털 카메라와 같은 장치를 통해 입력된 그림과 같은 시각 정보이며, 그래픽은 컴퓨터 소프트웨어를 통해 제작된 인위적인 그림을 말한다. 이 포스팅에 나오는 "영상"이라는 단어는 동영상이 아니라 "정지 영상", 즉 2차원 평면 위에 그려진 시각적 표현물을 말하는 것임을 기억하길 바란다.
이미지 (Image)
위에서 언급했듯, 이미지(Image)는 스캐너 또는 카메라와 같은 장치를 통해 입력된 그림과 같은 시각 정보이다. 이미지를 표현하는 방법도, 이미지를 처리하는 방법도 다양하며, 또한 컴퓨터에 저장되는 이미지 파일 종류도 다양하다.
이미지 기본 개념
이미지에서 반드시 알아야 하는 중요한 개념은 "픽셀"과 "해상도"이다.
- 픽셀(Pixel): 화면을 구성하는 기본 단위로, 모니터의 화면에 나타나는 각각의 점이다. 이를 "비트맵(Bitmap)" 방식이라고 한다. 각 픽셀들은 빨강(Red), 초록(Green), 파랑(Blue)의 값을 적절히 배합하여 색을 나타내고 각 픽셀에 할당된 비트가 클수록 많은 컬러를 가지게 되고 적을수록 적은 컬러를 가진다.
- 해상도(Resolution): 이미지의 선명함을 수치로 표현한 것으로, 단위 길이당 표시할 수 있는 픽셀 또는 점의 수를 나타낸다.(dpi, dot per inch) 해상도가 높을수록 정교한 이미지를 얻을 수 있다.
이미지의 표현
이미지를 표현하는 방법으로는 픽셀 단위로 표현하는 "비트맵" 방식과 기하학적인 객체들로 표현하는 "벡터" 방식이 있다.
비트맵 방식(Bitmap)
정사각형 형태의 픽셀을 모아 이미지 전체를 구성하는 방식이다. 픽셀 단위로 표현하고 저장하기에 파일의 크기는 해상도에 비례하고, 이미지를 원본보다 크게 확대할 경우 화질이 떨어지게 된다. 래스터 방식이라고도 한다.
벡터 방식(Vector)
점과 점 사이를 선으로 연결하여 이미지를 구성하는 방식으로, 이미지의 형태를 구성하는 다양한 선들의 좌표와 수치 정보를 수학적으로 기술한 집합 형태로 만들고 저장한다. 점의 위치정보만 기억하면 되기에 더 적은 메모를 차지하고 이미지의 해상도가 출력장치에 대해 독립적이며, 이미지의 크기가 변경되어도 환질의 손실이 일어나지 않는다. 다만 컬러의 자연스러운 변화나 세밀한 그림을 표현하기 어렵고 이미지를 구성하는 객체가 다양하고 많아질수록 그래픽 처리 시간도 많이 소요된다.
컬러 모델 (Color Model)
컬러 모델이란 디지털 환경에서 컬러를 표현하는 방법으로, 컴퓨터에서 각 컬러를 규정지어 재현 가능한 색공간을 의미한다. 색의 세 가지 속성인 "색상(Hue)", "명도(Lightness)", "채도(Saturation)"를 3차원 공간의 좌표로 나타낸 것을 색공간이라고 한다. 색의 속성들을 각각의 하나의 축으로 하는 3차원 좌표시스템으로 컬러를 표현하는 것이다.
컬러를 표현하기 위한 다양한 컬러 모델에 대해 알아보도록 하겠다.
RGB 모델
RGB 모델은 빛의 3원색인 "빨간색(Red)", "초록색(Green)", "파란색(Blue)"을 기본으로 하며, 모니터의 색상에 기초하여 컬러를 구현하는 모델이다. 빛을 더할수록 명도가 올라가는 원리를 이용하기에 "가산혼합 방식"이라고 한다.
여러 컬러의 빛이 더해질수록 흰색을 나타내며, 반대로 빛이 전혀 없으면 검은색을 나타낸다. 각각의 원색(Red, Green, Blue)이 합쳐지면 새로운 색상인 "청록색(Cyan)", "자홍색(Magenta)", "노란색(Yellow)"이 만들어진다.
RGB 모델은 빛의 성질을 이용하기에 모니터와 같이 빛으로 컬러를 표현하는 곳에서 많이 사용된다.
CMYK 모델
CMYK 모델은 "청록색(Cyan)", "자홍색(Magenta)", "노란색(Yellow)", "검은색(Black)"을 기본으로 하며, 색상을 혼합할수록 명도가 낮아지기에 "감산혼합 모델"이다. 각각의 원색을 모두 더하면 검은색이 되지만, CMY 모델의 기본 색상 3가지 잉크를 섞어 검은색을 만들면 이상적인 검은색이 만들어지지 않고 또한 잉크 낭비가 심하게 되기에 CMYK 모델을 주로 사용한다. CMYK 모델은 물감이나 잉크 등의 성질을 이용하기에 컬러 프린팅이나 인쇄 등에서 많이 사용된다.
이미지 처리(영상 처리)
이미지 처리(영상 처리)는 그림을 컴퓨터 기술로 처리하는 분야이다. 이미지 처리(영상 처리)를 위한 알고리즘은 "포인트 처리", "영역 처리", "기하학적 처리", "프레임 처리" 등으로 분류된다. 각각의 이미지 처리 기법(영상 처리 기법) 등에 대해 알아보도록 하겠다.
- 포인트 처리(Point Processing): 영상의 화소 값(픽셀)을 기반으로 화소를 처리하는 영상 처리 기법의 일종이다. 포인트 처리를 통해 영상의 밝기 값을 조절할 수 있다. (대표적인 방식으로 히스토그램이 있다.)
- 영역 처리(Area Processing): 출력 화소를 만들기 위해 입력 화소 뿐만 아니라 입력 화소 주위의 화소를 사용하는 기법이다. 입력 영상에 마스크를 적용하여 입력 영상의 화소 값과 마스크의 가중치를 각각 곱한 다음 그 합을 출력 영상의 화소 값으로 정하는 "회선 기법"을 이용하여 구현된다. (대표적인 방식으로 블러링, 에지 추출이 있다.)
- 기하학적 처리(Topological Processing): 임의의 기하학적인 변환을 이용하여 화소들의 배치를 변경하는 기법으로, 영상에 있는 화소의 위치를 옮기는 것이다. (대표적인 방식으로 스케일 변환, 회전, 이동, 사상 등이 있다)
- 프레임 처리(Frame Processing): 두 개 이상의 서로 다른 영상에서 화소들에 대한 각종 연산을 통해 새로운 화소 값을 만들어내는 기법이다.
그래픽 (Graphic)
그래픽(Graphic)은 컴퓨터 소프트웨어를 통해 제작된 인위적인 그림으로, 인간 상호 간에 정보를 전달할 수 있는 매체 중 가장 효과적인 매체에 해당된다.
컴퓨터 그래픽스 개념
컴퓨터를 이용하여 만들어진 그래픽으로 컴퓨터에 의한 그림 자료의 표현과 조작을 "컴퓨터 그래픽스"라고 한다. 하나의 점으로부터 시작하여 점들이 모여 선을 만들고, 선을 연결하여 다각형이나 다면체를 생성한다. 영상의 관점으로 해석하면 2차원 영상을 X, Y 좌표로 표현하고, Z축으로 영상을 연결하면 입체적인 3차원 영상이 만들어진다.
컴퓨터 영상을 생성하는 방법으로는 "2D 컴퓨터 그래픽"과 "3D 컴퓨터 그래픽"이 있다.
- 2D 컴퓨터 그래픽: 컴퓨터 화면에 있는 영상을 태블릿 팬이나 마우스를 이용해 조작하여 아날로그 그림과 비슷한 모습을 보이게 하는 것이다. 주로 래스터 그래픽스(비트맵)를 활용한다.
- 3D 컴퓨터 그래픽: 스크린을 가상환경의 창으로 하고 프로그램을 이용하여 3차원 영상을 만들어내는 것이다. 가상환경을 생성하기 위해 벡터 그래픽스를 사용한다.
컴퓨터 그래픽스 기법
컴퓨터 그래픽스는 도형을 표현하는 방식에 따라 래스터 그래픽스(Raster Graphics)와 벡터 그래픽스(Vector Graphics)로 나뉜다.
- 래스터 그래픽스(Raster Graphics): 사각형 격자 좌표 형태로 픽셀이나 색상을 표현하는 자료구조로, 스크린에 표시되는 영상과 픽셀 대 픽셀로 대응한다. 래스터 영상의 해상도는 영상을 이루는 "가로 픽셀 수 X 세로 픽셀 수"로 표현되고, 색의 정밀도는 각 픽셀 당 색을 필요하는데 필요한 비트 수로 결정된다. 사진이나 사진에 가까운 영상을 다룰 때 실용적인 기법이다.
- 벡터 그래픽스(Vector Graphics): 수학 방정식을 기반으로 점, 직선, 곡선, 다각형과 같은 물체를 표현하는 것으로, 시작점과 끝점의 정보만을 저장하여 적은 용량으로 표현이 가능하다 다만, 하나의 도형은 하나의 색으로만 표현이 가능하기에 정교한 색상을 사용하는 사진과 같은 영상을 다루기는 적합하지 않다.
3D 그래픽스
2D 그래픽스는 2차원 도형을 화면에 디스플레이하고 그 도형을 효과적으로 표현하는데 중점을 둔다. 반면 3D 그래픽스는 존재하는 물체 또는 존재하지 않는 물체를 컴퓨터 내에서 실제에 가깝게 표현하는데 중점을 둔다.
3D 그래픽스의 생성 과정은 크게 모델링과 렌더링으로 나뉜다. 모델링과 렌더링에 대해 자세히 알아보도록 하겠다.
모델링 (Modeling)
3D 그래픽스에서 하나의 장면을 완성하기 위해 사용되는 모든 대상물을 모델(Model)이라고 한다. 모델링은 곧, 이러한 모델들의 형태를 만들어나가는 것을 말한다. 3차원 좌표계를 통해 컴퓨터로 물체의 형상을 표현하는 과정이다. 모델링은 "와이어프레임 모델", "다각형 표면 모델", "솔리드 모델" 등이 있다.
- 와이어프레임 모델(Wire-Frame Model): 점과 선을 기반으로 물체의 골격을 구성하는 기법이다.
- 다각형 표면 모델(Polygon Surface Model): 삼각형이나 사각형과 같은 면을 통하여 물체를 표현하는 기법이다.
- 솔리드 모델(Solid Model): 면 중심의 모델링을 개선한 것으로, 물체 내부가 꽉 차 있는 형태로 입체를 구현하는 기법이다.
3차원 스캔을 이용하여 모델을 완성하는 방법도 있다. 3차원 디지타이저나 3차원 레이저 스캐너를 이용함으로 모델링 데이터를 얻어 모델을 완성한다. 이러한 방법은 "대상 물체의 질감(Texture)"까지 얻을 수 있다.
렌더링 (Rendering)
렌더링이란 모델링된 물체를 실제 형태와 같은 영상으로 바꾸는 것이다. 렌더링을 위해서는 매핑, 쉐이딩, 은선 제거 등의 과정이 이뤄져야 한다.
- 매핑 기법(Mapping): 물체의 사실감을 위해 텍스쳐(질감, Texture)를 사용하여 질감 처리를 한다. 2차원적인 질감뿐만 아니라 다양한 3차원적인 특성도 표현 가능하다. (텍스처 매핑, 범프 매핑, 불투명 매핑, 반사 매핑 등이 있다)
- 쉐이딩 기법(Shading): 물체에 단순히 색을 입히는 것뿐만 아니라 물체의 각 단위 면의 밝기를 광원과 주위의 밝기, 입체면의 각도 등을 계산하여 색을 입히는 기법이다. (플랫 쉐이딩, 고러드 쉐이딩, 퐁 쉐이딩 등이 있다.)
- 은선 제거 기법(Hidden Line Removal): 물체의 보이지 않는 선을 제거하는 것을 말하며, 컴퓨터에서 사용자의 시야에 들어오는 부분만 표현하고 나머지는 감추는 기법이다.
이미지와 그래픽의 파일 형식
다양한 이미지와 그래픽의 파일 형식에 대해 알아보고, 각각의 특성을 살펴보겠다.
래스터(비트맵) 방식의 파일
- BMP(비트맵) 파일: 마이크로소프트사에서 정의한 비트맵 그래픽 파일 형식으로, 비트맵 방식의 기본이며 그래픽 파일 형식 중 가장 단순한 구조를 가진다. 압축하지 않는 방식이기에 다른 형식에 비해 파일 크기가 매우 크다.
- ICO 파일: 윈도우에서 사용되는 컴퓨터 아이콘을 위한 파일 형식이다. 확장자는 *.ico이다. 아이콘 이미지는 32 X 32 크기로 표현된다.
- GIF 파일: 인터넷에서 그래픽을 압축하여 빠르게 전송하려는 목적으로 제작되었으며, 사이즈가 작아 전송속도도 빠르고 이미지 손상이 적다는 장점이 있다. 다만, JPEG 형식에 비해 압축률이 떨어지며 다양한 색상을 필요로 하는 이미지의 저장에는 적당하지 않다.
- PNG 파일: 작은 용량으로 이미지 표현이 가능하고 원래 이미지에 손상을 주지 않는 압축과 빠른 출력속도 등의 장점을 가진다.
- JPEG 파일: 컬러 정지 이미지에 대한 국제적인 압축 표준으로, 손실 압축 방식을 택하고, 24비트 컬러를 다루기에 다양한 색상을 구현할 수 있다. GIF에 비해 화질 대비 압축률이 훨씬 좋고 압축률의 조정이 가능하며 압축률에 대한 화질의 정도를 선택할 수 있다.
- TIFF 파일: 어도비사와 마이크로소프트사가 공동 개발한 파일 형식으로, 무손실 압축 방식을 채택하며 디지털 이미지를 저장하는데 많이 사용된다. 24비트까지 컬러 이미지를 지원하며, 호환성이 뛰어나다는 장점이 있다.]
- WebP 파일: 구글이 개발한 방식으로, 웹사이트의 트래픽 감소와 로딩 속도의 단축을 위하여 개발되었다. 사진 이미지 압축 효과가 뛰어나며 손실 압축 방식을 사용한다.
벡터 방식의 파일
- CGM 파일: ISO/IEC에 의해 정의된 오픈 표준 형식으로, 도형 데이터에 관련된 2차원 컴퓨터 그래픽 메타 파일이다.
- SVG 파일: W3C 주도하에 개발된 오픈 표준 파일 형식으로, 2차원 벡터 그래픽을 표현하기 위한 XML 기반 형식이다. XML 파일로 되어있기에 웹 브라우저상에서 열람 가능하고, 문서 편집기 등에서 편집도 가능하고 하이퍼링크를 이미지에 걸거나, 자바스크립트와 연동도 가능하며, 압축도 가능하다.
- DXF 파일: AutoCAD에서 사용하기 위해 개발된 형식으로 벡터 속성을 갖는 파일로, CAD 소프트웨어에서 널리 사용된다.
- AI 파일, CDR 파일: 각각 어도비 일러스트레이터, 코렐 드로우에서 사용되는 파일 형식이다.
혼합 방식의 파일
혼합 방식의 파일에는 PDF, PICT, SWF, EPS, WMF 등이 있다.
이미지와 그래픽 편집 소프트웨어
이미지와 그래픽에 이용되는 편집 소프트웨어는 크게 "이미지 편집 소프트웨어", "2D 그래픽스 편집 소프트웨어", "3D 그래픽스 편집 소프트웨어"로 구분된다.
이미지 편집 소프트웨어
사진이나 이미지에 대한 다양한 그래픽 처리를 하기 위한 소프트웨어이다.
- 포토샵(Photoshop) https://www.adobe.com/kr/products/photoshop.html
- 어피니티 포토(Affinity Photo) https://affinity.serif.com/en-gb/photo/
- 김프 (GIMP) https://www.gimp.org/
2D 그래픽스 편집 소프트웨어
대부분 벡터 그래픽스를 기본으로 하는 그리기 도구로서의 소프트웨어이다,
- 일러스트레이터 (Illustrator) https://www.adobe.com/kr/products/illustrator.html
- 코렐 드로우(Corel Draw) https://www.coreldraw.com/en//
- 어피니티 디자이너 (Affinity Designer) https://affinity.serif.com/en-us/designer/
3D 그래픽스 편집 소프트웨어
모델링, 렌더링, 애니메이션 기능에 따라 여러 가지가 있고, 오늘날에는 이 기능들을 통합하여 하나의 소프트웨어로 제공한다.
- 3ds Max https://www.autodesk.co.kr/products/3ds-max/overview
- 블렌더 (Blender) https://www.blender.org/
- 마야 (Maya) https://www.autodesk.co.kr/products/maya/overview
- 시네마 4D (C4D = Cinema4D) https://www.maxon.net/ko/cinema-4d
