그림자 생성(4)~스텐실 섀도우 볼륨 기법(2)

[칼럼 핵심 요약]
스텐실 섀도우 볼륨 기술의 약점은 그림자 생성 단위가 폴리곤 단위로 제한된다는 점에 있습니다. 어디까지나 폴리곤 단위의 그림자 생성이 되므로, 텍스처의 내용을 배려한 그림자가 생성되지 않는 것이다.

🌐 원문 링크: 影の生成(4)～ステンシルシャドウボリューム技法(2) (Mynavi News)
📅 원문 발행일: 2008-06-27 ｜ ✍️ 저자: 西川善司 (니시카와 젠지 / Zenji Nishikawa)

NOTE

💡 현대 그래픽스 관점에서의 발전사 (Modern Retrospective)

• 섀도우 맵의 한계와 진화: 본문에서 다루는 캐스케이드 섀도우 맵(CSM)과 VSM 등은 여전히 실시간 렌더링의 주력이지만, 해상도 에일리어싱과 자가 차폐 오류(Shadow Acne)의 구조적 한계를 갖습니다.
• 하드웨어 가속 레이트레이싱 섀도우: 현재는 DXR/Vulkan RT를 이용한 실시간 광선 추적 섀도우(Ray-Traced Soft Shadows) 및 가상화 그림자 맵(Virtual Shadow Maps, VSM in UE5)을 통해 해상도 제약 없는 완벽한 반그림자(Penumbra) 연산이 실시간으로 이루어집니다.

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📖 본문 해설

[원문 리드문] > 스텐실 섀도우 볼륨 기법의 약점은 그림자의 생성 단위가 폴리곤 단위로 한정되어 버린다는 점에 있다. 어디까지나 폴리곤 단위의 그림자 생성이 되므로, 텍스처의 내용을 배려한 그림자가 생성되지 않는 것이다.

스텐실 섀도우 볼륨 기술 문제

스텐실 섀도우 볼륨 기술의 약점은 그림자 생성 단위가 폴리곤 단위로 제한된다는 점에 있습니다.

어디까지나 폴리곤 단위의 그림자 생성이 되므로, 텍스처의 내용에 배려한 그림자가 생성되지 않는다

예를 들어, 잎의 텍스처를 붙인 사각형의 폴리곤이 있다고 가정합니다. 외형은 「잎」이지만, 실제로는 잎의 그림 외곽이 투명색일 뿐이며 실태는 사각형 폴리곤 그대로입니다. 이 잎에 그림자를 생성하면, 스텐실 섀도우 볼륨 기술은 정점/폴리곤 단위의 그림자 생성 기술이므로 아래와 같이 사각형 판자 형태의 그림자가 드리워지게 됩니다.

「에버퀘스트 2 (EverQuest II)」(Sony Online Entertainment, 2004). 왼쪽 야자수 잎에 주목. 잎 자체는 투명 알파 텍스처로 정교하게 오려져 있지만, 스텐실 그림자는 사각형 폴리곤 그대로 드리워지는 구조적 한계

에버퀘스트 2 야자수 잎 사각형 그림자 결함 확대. 투명 알파 텍스처(Alpha-Testing)가 스텐실 섀도우 볼륨 기법에서 그림자에 반영되지 못함을 보여준다

「DOOM 3」(id Software, 2004)의 1개 장면. (좌) 일반 렌더링 씬, (우) GPU 내부에서 생성된 스텐실 섀도우 볼륨(Shadow Volume)을 가시화한 형태. 스텐실 버퍼에서 ±0이 되어 그림자가 되지 않더라도 엄청난 수의 볼륨 폴리곤이 렌더링되어 극심한 필레이트 부하를 유발한다

DOOM 3 섀도우 볼륨 지오메트리 연산 부하 가시화

스텐실 섀도우 볼륨 생성으로 인한 GPU 필레이트 부하 그래프