[컴퓨터그래픽스] 컴퓨터 그래픽스란

목차 (OPEN)

• 🖼️ 컴퓨터 그래픽스란
• ✏️ 학문적 성격
• 🔬 과학적 관점
• ⚙️ 공학적 관점
• 🎨 예술, 인지적 관점
• 📑 두 가지 관점에서의 컴퓨터 그래픽스 학습
• 👨🏻‍🎨 사용자 관점
• 👩🏻‍💻 시스템 프로그래머 관점
• 🎨 그래픽 표현 방식
• 🖊️ 벡터 그래픽스 (Vector Graphics)
• 🖼️ 래스터 그래픽스 (Raster Graphics)
• 👩🏻‍🔬 주요 연구 주제
• 👓 2D vs 3D 그래픽스
• 🔎 컴퓨터 그래픽스의 응용 분야

 

 

 

 

🖼️ 컴퓨터 그래픽스란

컴퓨터 그래픽스 (Computer Graphics)는 한 마디로 컴퓨터를 이용해서 시각적인 데이터를 생성, 표현, 조작하는 분야이다.

즉, 우리가 보는 디지털 이미지, 영화 속 CG 장면, 게임 그래픽, 심지어 윈도우의 UI까지 모두 컴퓨터 그래픽스의 산물이다.

 

학문적으로는 단순히 '이미지를 그리는 것'을 넘어,

디지털 시각 콘텐츠를 합성하고 조작하는 알고리즘과 시스템을 연구하는 컴퓨터 과학의 한 분야라고 할 수 있다.

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✏️ 학문적 성격

컴퓨터 그래픽스는 여러 학문이 서로 얽혀 있는 융합 학문으로, 크게 세 가지 관점에서 이해할 수 있다.

 

🔬 과학적 관점

 

컴퓨터 그래픽스가 사실적으로 보이려면, 먼저 자연의 원리를 이해해야 한다.

예를 들어, 빛이 물체에 닿을 때 색이 어떻게 보이는지, 그림자가 어떤 원리로 생기는지 같은 물리학적인 지식이 필요하다.

또한, 물체를 화면에 입체적으로 표현하기 위해서는 원근법이나 투영 기하학과 같은 수학적 개념이 필요하다.

마지막으로, 곡선이나 곡면을 매끄럽게 표현하기 위해서는 수학적 모델링이 활용된다.

 

⚙️ 공학적 관점

 

과학적 지식을 실제로 구현하기 위해서는 공학적 기술이 뒷받침되어야 한다.

대표적으로 하드웨어는 GPU와 같은 그래픽 전용 프로세서가 고성능 그래픽 연산을 담당해주고,

소프트웨어는 OpenGL, DirectX와 같은 그래픽스 라이브러리나 렌더링 엔진이 개발자와 하드웨어 사이를 이어준다.

즉, 이 분야는 단순히 이론에 머무르는 것이 아니라 실제로 동작하는 시스템을 만드는 기술적 기반이 중요하다.

 

🎨 예술, 인지적 관점

 

마지막으로, 그래픽스는 사람에게 보여주기 위한 것이므로 예술적 감각과 시각적 지각이 중요하다.

단순히 물리적으로 정확한 그림을 그린다고 해서 모두가 '자연스럽다'고 느끼는 것이 아니라,

색채학에서 말하는 색의 조화, 화면을 구성하는 구도, 조명 연출 등이 인간의 감각과 심리에 맞아야 한다.

즉, 그래픽스의 완성도와 설득력은 예술과 인지 심리학적 요소에 달려있다고 볼 수 있다.

 

 

이처럼 컴퓨터 그래픽스는 빛을 다루는 과학, 시스템을 만드는 공학, 감각을 이해하는 예술이 종합된 분야이다.

 

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📑 두 가지 관점에서의 컴퓨터 그래픽스 학습

컴퓨터 그래픽스를 배울 때에는 크게 두 가지 관점에서 접근할 수 있다.

 

👨🏻‍🎨 사용자 관점

 

이 관점은 그래픽스를 활용하는 입장이다.

즉, 그래픽 툴이나 소프트웨어를 이용해서 무엇을 만들 수 있는가에 초점을 둔다.

 

예를 들면 산업 디자이너가 3D 모델링 툴을 이용해서 제품 디자인을 하는 것,

시각 예술가가 디지털 페인팅 소프트웨어로 작품을 그리는 것,

UI / UX 디자이너가 화면 레이아웃과 인터페이스를 설계하는 것 등이 이 관점에 속한다.

 

이 사람들은 그래픽스의 내부 원리보다는 결과물에 더 관심이 있기 때문에

"어떻게 하면 이 툴을 이용해서 내가 원하는 이미지를 효과적으로 만들 수 있을까?"가 주된 질문이다.

 

 

👩🏻‍💻 시스템 프로그래머 관점

 

이 관점은 그래픽스를 만드는 기술을 개발하는 입장이다.

즉, 그래픽 툴이나 게임 엔진 같은 소프트웨어 자체를 구현하는 것이 목표이다.

 

예를 들면, GPU가 더 빠르게 이미지를 그리도록 최적화된 알고리즘을 연구하는 것,

물리 기반 렌더링을 구현하는 것,

게임 엔진이나 CAD 시스템, 그래픽 라이브러리를 직접 개발하는 것 등이 이 관점에 해당한다.

 

이들은 단순히 '이미지를 만든다'가 아니라, 이미지를 빠르고 정확하게 그려주는 시스템을 만드는 것에 초점을 맞춘다.

 

 

즉, 차이를 정리해보면 아래와 같다.

• 사용자 관점: 그래픽스를 활용하는 입장 → 결과물에 집중 (이미지, 디자인 등)
• 프로그래머 관점: 그래픽스를 구현하는 입장 → 내부 원리에 집중 (알고리즘, 성능 등)

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🎨 그래픽 표현 방식

컴퓨터 그래픽스에서는 이미지를 표현하는 방법이 크게 두 가지가 있다.

 

🖊️ 벡터 그래픽스 (Vector Graphics)

 

• 정의: 점, 선, 곡선, 도형 같은 수학적 공식으로 이미지를 표현하는 방식
• 특징
  • 수학적으로 정의되기 때문에 이미지를 아무리 확대해도 깨지지 않음 (무한 확대 가능)
  • 비교적 단순한 그림, 로고, 아이콘, 글자 등에 적합함
• 예시
  • 일러스트레이터로 만든 로고
  • 도형 기반 디자인 (ex. 지하철 노선도)

👉🏻 즉, 그림을 그리는 방법(좌표, 공식 등)을 저장하는 방식이라고 생각하면 된다.

 

 

🖼️ 래스터 그래픽스 (Raster Graphics)

 

• 정의: 이미지를 작은 점(픽셀)들의 격자 배열로 표현하는 방식
• 특징
  • 사진처럼 색이 섬세하게 변하는 이미지를 잘 표현할 수 있음
  • 확대하면 픽셀이 보이며 깨짐 (해상도 한계)
• 예시
  • 디지털 사진 (JPG, PNG 등)
  • 모니터 화면에 보이는 모든 이미지들

👉🏻 즉, 그림을 찍은 결과물(점들의 모음)을 저장하는 방식이라고 생각하면 된다.

 

 

🔁 스캔 변환 (Scan Conversion)

그러나 실제 우리가 쓰는 모니터나 스마트폰 화면은 전부 픽셀 단위로 이루어져 있다는 문제가 있다.

따라서 백터 그래픽스를 화면에 표시하려면 결국 픽셀 단위로 바꿔야 한다.

그리고, 이 과정을 우리는 스캔 변환이라고 한다.

 

예를 들어, 로고 파일(벡터)을 모니터에 띄우면,

컴퓨터가 알아서 "이 부분은 빨간색 픽셀, 저 부분은 검은색 픽셀"로 변환해서 보여주게 된다.

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👩🏻‍🔬 주요 연구 주제

컴퓨터 그래픽스에서 다루는 핵심 주제는 크게 네 가지가 있다.

• Imaging
  • 2D: 사진 보정, 여러 이미지의 합성, 필터 적용, 이미지 처리 작업 등
  • 3D: 물체 표면에 그림이나 질감을 입히는 텍스처 매핑, 안개나 연기처럼 내부가 반투명한 물질을 표현하는 볼륨 렌더링 등
• Modeling
  • 2D: 문서 레이아웃(pdf), 폰트 및 타이포그래피, 아이콘, UI 화면 설계 등
  • 3D: 게임 캐릭터, 영화 속 오브젝트, 건물과 배경 같은 장면 등
• Rendering
  • 사실적 렌더링 (Realistic Rendering): 현실처럼 빛의 반사, 그림자, 질감을 표현하는 것 (ex. 영화 CG)
  • 비사실적 렌더링 (Non-Photorealistic Rendering): 만화풍, 수채화풍처럼 일부러 현실과 다르게 표현하는 것 (ex. 애니메이션)
• Animation
  • 정적인 그림을 살아 움직이게 만드는 것 (ex. 영화 속 캐릭터를 움직이도록, 게이미 속 캐릭터가 뛰어다니도록)

 

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👓 2D vs 3D 그래픽스

컴퓨터 그래피스는 크게 2D 그래픽스와 3D 그래픽스로 나눌 수 있다.

그리고, 이 두 방식은 표현하는 차원이 다르기 때문에 사용하는 기술과 결과물도 다르다.

 

🖼️ 2D 그래픽스

• 정의: x축과 y축, 즉 평면 좌표계를 기반으로 이미지를 표현함
• 특징: 깊이나 입체감 보다는 색, 선, 모양에 집중함
• 예시: UI 디자인, 글자 및 폰트 렌더링, 2D 게임 등

 

🕹️ 3D 그래픽스

• 정의: x, y, z축을 모두 사용해서 입체 공간에서 데이터를 표현함
• 특징: 모델링된 물체에 빛, 그림자, 텍스처를 적용해서 사실감 있는 장면을 만듦
• 예시: 영화 CG, 3D 게임, VR / AR 콘텐츠 등

 

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🔎 컴퓨터 그래픽스의 응용 분야

컴퓨터 그래픽스는 거의 모든 디지털 영역에서 사용된다.

• 🎬 영화
• 🎮 게임
• 🏗️ CAD
• 🔬 과학적 시각화
• 🩺 의료 영상
• 🎨 디지털 아트
• 📚 교육 및 훈련 시뮬레이션
• 💻 사용자 인터페이스
• 🕶️ VR / AR