인하대, 현실 공간을 ‘카툰 영상’으로…3DGS 렌더링 기술 개발

윤곽선 흔들림 잡고 카메라 연출까지 구현…실시간 렌더링 118FPS

인하대 전경 ⓒ 인하대 제공

인하대 연구진이 실제 공간을 3차원으로 복원하는 기술에 애니메이션 기법을 결합해 현실의 공간을 카툰 영상처럼 구현할 수 있는 새로운 렌더링 기술을 내놨다.

인하대는 디자인테크놀로지학과 김종현 교수와 이연재 학부생이 3D 가우시안 스플래팅(3DGS)을 기반으로 카툰 스타일 영상의 안정성과 역동적인 카메라 움직임을 동시에 구현하는 통합 렌더링 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

3DGS는 여러 각도에서 촬영한 사진을 활용해 실제 공간을 빠르게 3차원으로 재구성하는 기술이다. 실시간 구현이 가능해 VR·AR, 게임, 디지털 트윈 등 실감형 콘텐츠 분야에서 활용도가 높아지고 있다.

하지만 기존 3DGS는 일반적인 3D 모델처럼 표면과 깊이 정보가 명확하지 않아 카툰 특유의 외곽선을 적용할 경우 문제가 발생했다.

카메라가 움직이면 배경에 불필요한 선이 나타나거나 윤곽선이 흔들리고, 장면 전환 과정에서 화면이 깜빡이는 현상이 대표적이다.

연구팀은 별도의 정밀한 3D 모델을 제작하는 대신 공간 복원 과정에서 생성되는 희소점군을 활용해 ‘프록시 깊이’를 구축했다.

이를 통해 피사체와 배경의 깊이 관계를 보완하고, 가까운 물체의 윤곽선은 선명하게 유지하면서 원거리에서 발생하는 불필요한 선과 잡음을 줄였다.

렌더링 과정에서 화면에 거의 영향을 미치지 않는 가우시안 요소를 사전에 정리해 프레임 간 깜빡임도 낮췄다.

카메라 움직임에는 애니메이션 연출 기법도 적용했다.

이동 과정의 가속·감속과 관성, 오버슈트, 회전 시 화면이 기울어지는 뱅킹, 과장된 줌 효과 등을 활용해 단순한 공간 촬영을 넘어 역동적인 카툰 영상 연출이 가능하도록 했다.

성능 실험에서도 실시간 구현 가능성을 확인했다. 1280×720 해상도에서 평균 약 118FPS의 렌더링 속도를 기록했으며, 카메라가 지속적으로 움직이는 상황에서도 기존 2차원 카툰 처리 방식보다 프레임 간 흔들림과 시각적 불일치가 줄어든 것으로 나타났다.

이번 연구는 3DGS의 사실적인 공간 재현 기술을 비사실적 표현 영역으로 확장했다는 점에서 의미가 있다. 특히 기존 렌더러의 핵심 구조를 크게 변경하거나 별도의 고정밀 3D 메시를 제작하지 않고도 카툰 스타일을 구현할 수 있다는 점이 특징이다.

김종현 교수는 “이번 연구는 사실적인 공간 복원에 집중돼 있던 3D 가우시안 스플래팅을 표현 중심의 콘텐츠 제작 분야로 확장한 것”이라며 “학부생이 핵심 아이디어 구현과 실험에 주도적으로 참여했다는 점에서도 의미가 있다”고 말했다.