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지오메트리 셰이더(10)~지오메트리 셰이더를 활용한 신표현(6)
[칼럼 핵심 요약]
분할한 만큼의 3D 모델에 대해서, 직접 디스플레이스먼트 매핑을 실시해도 좋지만, 모처럼 폴리곤 분할했으므로, 이 분할한 3D 모델을 보다 매끄럽게 보이는 궁리도 동시에 실장하면 고품위인 묘화를 기대할 수 있다.🌐 원문 링크: ジオメトリシェーダ(10)～ジオメトリシェーダを活用した新表現(6) (Mynavi News)
📅 원문 발행일: 2008-11-21 ｜ ✍️ 저자: 西川善司 (니시카와 젠지 / Zenji Nishikawa)
NOTE
💡 현대 그래픽스 관점에서의 발전사 (Modern Retrospective)
- 본 칼럼에서 다루는 핵심 렌더링 기법은 현대 실시간 렌더링 엔진(DirectX 12, Vulkan, Unreal Engine, Unity)의 기초 이론을 구성하고 있으며, 최신 하드웨어 가속 기법 및 컴퓨트 셰이더와 결합하여 고도화되었습니다.
📖 본문 해설
[원문 리드문] > 분할한 만큼의 3D 모델에 대해서, 직접 디스플레이스먼트 매핑을 실시해도 좋지만, 모처럼 폴리곤 분할했으므로, 이 분할한 3D 모델을 보다 매끄럽게 보이는 궁리도 동시에 실장하면 고품위인 묘화를 기대할 수 있다.
지오메트리 셰이더를 활용한 신표현(6)~디스플레이스먼트 매핑
분할한 만큼의 3D 모델에 대해서, 직접 디스플레이스먼트 매핑을 실시해도 좋지만, 모처럼 폴리곤 분할했으므로, 이 분할한 3D 모델을 보다 매끄럽게 보이는 궁리도 동시에 실장하면 고품위인 묘화를 기대할 수 있다.
ATI의 지오메트리 셰이더를 사용한 테셀레이션의 구조에서는 그러한 아이디어까지도 동시에 구현되고 있었다.
테셀레이션 시에 새롭게 생성되는 폴리곤에 대해 그 버텍스 좌표를 고차 곡면 생성 기법의 베지어 곡면(Bezier Curved Surface)의 방정식으로 산출되는 위치로 근사하는 것이다. 베지어 곡면의 좌표나 노멀 벡터의 계산 방법이나, 그러한 정보를 분할된 삼각형의 버텍스 정보에 맞추는 구체적인 수단에 대해서는, ATI의 개발자 사이트에 논문이 게재되고 있으므로, 그쪽을 참조해 주었으면 한다.
간단히 개념만을 설명하면, 분할 대상의 삼각형의 3버텍스을 통과하는 베지어 곡면을 생성해, 그 곡면에, 분할한 삼각형을 적용해 가는 것 같은 이미지가 된다. ATI의 실장에서는 3개의 버텍스을 베지어 곡면의 제어점으로서 3차 베지어 곡면을 이용하고 있다. 덧붙여 이 노멀 벡터를 매끄럽게 방사해 나가는 곡면 분할 방법은, 「노멀 벡터(Normal Vector)」의 "N"과, "방구" 「보충한다」의 "PATCH"를 취하여 N-PATCH법, 혹은 "PN Triangle"(PN=Point Normal)법이라고 불린다.
3차 베지어 곡면
입력 버텍스
왼쪽이 각 버텍스을 직선으로 묶은 후 셰이딩(Shading)를 한 것. 오른쪽은 각 버텍스을 3차 베지어 곡면으로 묶어 셰이딩(Shading)를 한 것
폴리곤 분할 레벨(상단)과 그 분할 레벨에서 베지어 곡면을 적용했을 때의 렌더링 결과(하단)
3 버텍스을 통과하는 베지어 곡면은 몇 가지 패턴이 생각되지만, 제어 파라미터로서 각 버텍스의 노멀 벡터를 도입하면 적합한 베지어 곡면은 스스로 결정된다. 이 그림은 3 버텍스의 노멀 벡터에 따라 다른 3 개의 베지어 곡면을 보여줍니다.
이렇게 하여 폴리곤을 분할하여 N-PATCH로 변위시켜 만든 3D 모델을 다시 버텍스 셰이더로 되돌려 VTF에서 요철 정보로 성형하여 디스플레이스먼트 매핑을 실행… 그 후는 픽셀 셰이더의 페이즈로 이행하는 것이다.
낮은 폴리곤 모델을 적당히 폴리곤 분할해, 하이트 맵으로 딜을 디스플레이스먼트 매핑 한다……라고 하는 것이 이상적인 구현. VTF와 테셀레이션 메커니즘을 구현하면 이것이 가능합니다.
게다가 이 구조를 고도로 해 나가면, 시점으로부터의 거리에 따라, 출장 상태나 인입 상태가 있는 일정 레벨 이상의 요철에 대해서만, 디스플레이스먼트 매핑으로 지오메트리 레벨에서의 변위를 실천해, 그 이하의 요철에 대해서는, 노멀 맵에 의한 범프 매핑으로 표현하도록 하면 좋을 것이다. 이러한 적응형 처리로 디스플레이스먼트 매핑과 노멀 맵에 의한 범프 매핑을 구분하면, 지오메트리 부하와 픽셀 부하를 밸런스 시킬 수 있을 것이다. (계속)
이상은 시점으로부터의 거리에 따라 범프 매핑과 디스플레이스 매핑을 동시에 구분하는 하이브리드 방식
(트라이Z 니시카와 젠지)