사용자 인지 실험 기반 쉐이딩 평가

Abstract

본 논문에서는 Cole의 연구를 확장하여 물체에서 나타나는 음영과 사용자 인지 간의 상관관계에 대해 연구한다. 미술가들의 음영 표현 특성과 기존의 CG 음영 알고리즘에 초점을 맞추고, 미술가들이 형태를 효과적으로 전달하기 위해서 어디에 어떤 특성을 가지고 음영을 표현하는지 정량적으로 분석한다. 또한, 어떤 CG 음영 알고리즘이 형태를 가장 효과적으로 전달하는지 평가하기 위하여 형태를 측정하는 사용자 인지 실험을 수행하는데 사용자들이 형태를 인지할 때 주로 응시하는 부분이 어디인지 파악하기 위하여 시선 추적 장비(Eye-tracking)를 도입한다. 사용자들이 주로 응시하는 영역인 시각적 주의(Visual Attention)에서 나타나는 음영 알고리즘의 특징을 집중적으로 비교한다. 미술가들의 음영 표현 데이터를 수집하여 미술가들 간의 음영 표현 비율, 위치 그리고 톤 단계 차이를 기준으로 분석한 결과, 미술가들은 전반적으로 유사한 음영 표현 특성을 보였으며 미술가들의 음영 표현과 기존의 CG 음영 알고리즘을 분석한 결과에서는 음영 표현 비율과 위치는 유사했으나 톤 단계는 각 CG 음영 알고리즘에 따라 다르게 나타났다. 또한, 기존의 CG 음영 알고리즘 중에서 어떤 방법이 형태를 가장 효과적으로 전달하는지 평가하기 위하여 물체 표면의 법선벡터 방향을 측정할 수 있는 측정기(gauge)를 배치하는 사용자 인지 실험을 수행하였는데, 사용자들은 Toon 쉐이딩과 같은 톤 단계 수가 적은 CG 음영 알고리즘보다 BRDF나 Phong, Cool-to-Warm과 같은 톤 단계 수가 많은 음영 알고리즘에서 형태를 효과적으로 인지하는 것으로 나타났다. 본 논문이 기여하는 바는 음영과 사용자 인지 간의 상관관계를 분석하고자 다양한 인지 실험을 수행하고 이를 정량적으로 분석하는 방법론을 제시했다는 점이다. 또한, 형태를 측정하는 사용자 인지 실험을 통하여 기존의 CG 음영 알고리즘이 형태를 효과적으로 전달하고 있는지 평가함으로써 애플리케이션의 목적에 따라 어떤 음영 알고리즘을 적용하는 것이 적합한지에 대한 실험적인 데이터를 제공한다는 점에서 의의가 있다. 본 연구에서 수집한 실험 데이터는 형태 정보 전달을 목적으로 하는 새로운 CG 음영 알고리즘을 설계하는데 활용 가능할 것으로 기대된다.|In this thesis, we present the results of perceptual user studies in which users evaluated various existing shading algorithms using gauge placement system. Cole et al. presented the results in which artists made line drawings and computer-generated line drawing algorithms. We extend line drawings to shading representation and compare artists' drawings focused on shading with computer-generated line-art images. We evaluate various existing shading algorithms such as BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function), Phong, Cool-to-Warm, and Line-Art rendering algorithms such as Pen-and-Ink and Pencil rendering. We research that what is the best shading algorithm to effectively convey the exact shape. Our findings suggest that people similarly interpret shapes from shadings and BRDF and Cool-to-Warm can effectively convey shape because these shading algorithm presents using various tone level.