미세 요철 표현의 기본형 「노멀 맵」(3)

[칼럼 핵심 요약]
노멀 매핑은 어떤 장면에서 사용되는 경우가 많을까. 실제 3D 게임에서 보기로 하자. 가장 기본적인 것은 벽돌이나 암벽과 같은 배경 객체의 재질 표현이다.
🌐 원문 링크: 微細凹凸表現の基本形「法線マップ」(3) (Mynavi News)
📅 원문 발행일: 2008-05-09 ｜ ✍️ 저자: 西川善司 (니시카와 젠지 / Zenji Nishikawa)

NOTE

💡 현대 그래픽스 관점에서의 발전사 (Modern Retrospective)

노멀 맵과 PBR의 결합: 탄젠트 공간 노멀 맵은 현대 물리 기반 렌더링(PBR)의 핵심 요소로, Roughness/Metallic 텍스처와 함께 미세 표면의 기하학적 형태를 완벽하게 근사합니다.
실제 지오메트리화: 노멀 맵의 평면적 한계를 극복하기 위해 과거에는 테셀레이션 기반 디스플레이스먼트 매핑을 썼다면, 최신 엔진(UE5 Nanite)은 수억 개의 실제 마이크로 폴리곤을 직접 렌더링함으로써 노멀 맵 트릭 없이도 실측 수준의 기하 디테일을 표현합니다.

📖 본문 해설

[원문 리드문] > 노멀 매핑은 어떤 장면에서 사용되는 경우가 많을까. 실제 3D 게임에서 보기로 하자. 가장 기본적인 것은 벽돌이나 암벽과 같은 배경 객체의 재질 표현이다.

실제 3D 게임에서 보는 노멀 매핑 활용 예

노멀 매핑은 어떤 장면에서 사용되는 경우가 많을까. 실제 3D 게임에서 보기로 하자.

가장 기본적인 것은 벽돌이나 암벽과 같은 배경 객체의 재질 표현이다. 전혀 움직이지 않는, 배경 폴리곤에 적용하는 노멀 맵이면 좌표계는 고정되므로, 계산 부하를 저감시키기 위해, 노멀 맵에 넣는 노멀 벡터쪽을 사전에 로컬 좌표계나 월드 좌표계로 변환한 상태로 생성해 버리는 것도 좋을지도 모른다.

"하프 라이프 2"(VALVE)보다. 노멀 맵 끄기(왼쪽) 및 켜기(오른쪽). 통나무 나무 껍질의 미세 요철에 주목. (C)2004 Valve Corporation. All rights reserved. Valve, the Valve logo, Half-Life, the Half-Life logo, the Lambda logo, Counter-Strike, the Counter-Strike logo, Source, and the Source logo are trademarks or registered trademarks of Valve Corporation in the United States of their respective owners.

또 동물이나 괴물 피부의 미묘한 요철감, 옷 주름, 자동차와 비행기, 로봇 등의 메카 등의 몰드 디테일 등도 노멀 맵의 정평 활용 예다.

캐릭터의 피부 등의 질감 표현에 사용하는 경우에는, 비늘이나 도게토게와 같은 복수의 패턴 노멀 맵을 적당하게 스케일링하면서 섞어 적용하는 것도 재미있다. 벡터의 합의 계산은 단순히 대응 요소끼리의 가산으로 끝나므로 그렇게 큰 부하는 되기 어렵다.

"CALL OF DUTY2"(ACTIVISION)보다. 옷 주름 등도 노멀 맵의 정평 적용 예다. 캐릭터의 손발이 움직여, 옷도 늘어나는데, 노멀 맵의 옷의 주름만은 변화하지 않는다……라고 하는 것은 부자연스럽게 보이기도 한다. (C)2005 Activision Publishing, Inc. Call of Duty is a registered trademarks of Activision Publishing, Inc. All rights reserved.

"CALL OF DUTY2"(ACTIVISION)보다. 노멀 맵 끄기(왼쪽) 및 켜기(오른쪽). 메카의 몰드 표현도 노멀 맵의 모습 활약의 장소다. (C)2005 Activision Publishing, Inc. Call of Duty is a registered trademarks of Activision Publishing, Inc. All rights reserved.

"DOOM3"(id software)보다. 인간의 얼굴 주름 표현에 노멀 매핑을 사용하는 것은 자주 있지만, 이렇게 얼굴에 상처를 늘려 그로테스크로 변화하는 모습을 표현한다고 말한 것에도 사용할 수 있다. (C)2004 Id Software, Inc. All rights reserved. Distributed by Activision Publishing, Inc. under license. DOOM and id are registered trademarks of Id Software, Inc. in the U.S. Patent and Trademark Office and in some other countries. Activision is a registered trademark. is a registered trademark of the Interactive Digital Software Association. All other trademarks and trade names are the properties of their respective owners.

!["DOOM3"(id software)보다. 인간의 얼굴 주름 표현에 노멀 매핑을 사용하는 것은 자주 있지만, 이렇게 얼굴에 상처를 늘려 그로테스크로 변화하는 모습을 표현한다고 말한 것에도 사용할 수 있다. (C)2004 Id Software, Inc. All rights reserved. Distributed by Activision Publishing, Inc. under license. DOOM and id are registered trademarks of Id Software, Inc. in the U.S. Patent and Trademark Office and in some other countries. Activision is a registered trademark. is a registered trademark of the Interactive Digital Software Association. All (others) trademarks and trade names are the properties of their respective owners. 인간의 얼굴 주름 표현에 노멀 매핑을 사용하는 것은 자주 있지만, 이렇게 얼굴에 상처를 늘려 그로테스크로 변화하는 모습을 표현한다고 말한 것에도 사용할 수 있다. (C)2004 Id Software, Inc. All rights reserved. Distributed by Activision Publishing, Inc. under license. DOOM and id are registered trademarks of Id Software, Inc. in the U.S. Patent and Trademark Office and in some other countries. Activision is a registered trademark. is a registered trademark of the Interactive Digital Software Association. All other trademarks and trade names are the properties of their respective owners.*

노멀 맵핑은 미세 요철 표현에는 좋다고는 해도, 역시 그 폴리곤에 시점이 너무 가까워져서는, 과연 실제로 요철이 없는 것은 들러버린다.

이를 개선하기 위해 독 CRYTEK사의 3D슈팅 게임 「FARCRY」에서는, 독특한 방법을 구현하고 있다.

다른 많은 3D 게임이 그렇듯이, FARCRY에서도 시점에서 가까운 시점에 표시하기 위한 다폴리곤으로 구성된 고품질 모델과 시점에서 먼 시점에 표시하기 위한 저폴리곤으로 구성된 저해상도 모델을 구분한다. FARCRY에서 독특한 점은 이 시점에서 멀리 떨어진 때의 표시에 이용하는 저 폴리곤 모델에 대한 궁리다.

그것은, 저 폴리곤화로 잃어버린 디테일을 노멀 맵에 떨어뜨려 준비해 두어, 저 폴리곤 모델에는 이것을 적용하는 것으로, 근처의 때도 먼 곳에 있을 때도 동등의 디테일 표현이 이루어지고 있는 것처럼 의사적으로 보이고 있는 것이다. CRYTEK에서는 이 테크닉을 「POLYBUMP」테크놀로지라고 명명하고 있다.

어떤 의미에서 노멀 매핑을 LOD(Level of Detail: 시점으로부터의 거리에 따라 적절히 표현의 품위를 조작하는 것) 시스템에 편입한 좋은 예라고 할 수 있다.

왼쪽이 약 2800 폴리곤의 하이 디테일 모델. 폴리곤 수를 1/10의 약 280 폴리곤의 로우 디테일 모델로 변환하고 잃어버린 디테일을 노멀 맵으로 출력

1/10의 폴리곤 수의 모델에 노멀 맵을 적용한 것이 오른쪽의 그림. 시점에서 멀어졌을 때의 저 폴리곤 모델이 이 레벨로 표시되어 있으면, 로우 디테일 모델로 전환한 것을 거의 깨닫지 않을지도 모른다

노멀 맵에 떨어뜨려진 얼굴의 디테일에 주목. (C)2004 Crytek. All Rights Reserved.Published by Ubisoft Entertainment. Far Cry, Ubisoft and the Ubisoft logo are trademarks of Ubisoft Entertainment in the US and/or other countries. Distributed by Kid Station Inc. under license by Ubisoft Entertainment. Crytek are either trademarks or registered trademarks of Crytek GmbH. All Rights Reserved.

(트라이Z 니시카와 젠지)

미세 요철 표현의 기본형 「노멀 맵」(3) ​

💡 현대 그래픽스 관점에서의 발전사 (Modern Retrospective) ​

📖 본문 해설 ​

실제 3D 게임에서 보는 노멀 매핑 활용 예 ​

🔗 연관 지식 베이스 (Wiki) ​

미세 요철 표현의 기본형 「노멀 맵」(3)

💡 현대 그래픽스 관점에서의 발전사 (Modern Retrospective)

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실제 3D 게임에서 보는 노멀 매핑 활용 예

🔗 연관 지식 베이스 (Wiki)