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3D 모델의 변형까지가 가능한 동적 PRT(1)~3D 모델의 변형에 대응한 동적 PRT 기술의 대두
[칼럼 핵심 요약]
3D 모델의 형상을 변경할 수 없는, 변형할 수 없다는 제약은, 실질적으로 부위가 접히거나 구부러지거나 하는 인간이나 동물과 같은 생물을 취급할 수 없다고 하는 것과 같다. 이것은, 리얼타임 3D 게임 그래픽스에의 응용을 생각하면 큰 제약이라고 할 수 있다.🌐 원문 링크: 3Dモデルの変形までが可能な動的PRT(1)～3Dモデルの変形に対応した動的PRT技術の台頭 (Mynavi News)
📅 원문 발행일: 2009-07-18 ｜ ✍️ 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] > 3D 모델의 형상을 변경할 수 없다, 변형할 수 없다는 제약은 실질적으로 부위가 부러지거나 구부러지거나 하는 인간이나 동물과 같은 생물을 취급할 수 없다는 것과 같다. 이것은, 리얼타임 3D 게임 그래픽스에의 응용을 생각하면 큰 제약이라고 할 수 있다.
3D 모델의 변형에 대응하는 동적 PRT 기술의 상승
PSF 기법 기반의 PRT는 자신의 차폐, 타자에게의 차폐를 생각함으로써, 장면에 존재하는 3D 모델의 이동이나 회전을 허용하는 동적 PRT가 가능하게 되었다. 이것은, 빌리어드와 같은 테이블 게임이나, 블록 퍼즐 게임과 같은 3D 게임 그래픽스에는 응용할 수 있을 것 같다.
그러나 3D 모델의 형상을 변경할 수 없는, 변형할 수 없다는 제약은, 실질적으로 부위가 부러지거나 구부러지거나 하는 인간이나 동물과 같은 생물을 취급할 수 없다는 것과 같다. 이것은, 리얼타임 3D 게임 그래픽스에의 응용을 생각하면 큰 제약이라고 할 수 있다.
그런 가운데 2006년 SIGGRAPH에서 Zhong Ren 씨가 "Real-time Soft Shadows in Dynamic Scenes using Spherical Harmonic Exponentiation"이라는 논문을 발표하고 PSF 기법의 동적 PRT를 기반으로 하면서 자신의 변형까지를 지원하는 기술을 발표했다.
그것이 'SH Exponentiation'(SHEXP)이라는 솔루션이다.
지금까지 형상 변형을 실현할 수 없었던 이유는 장면에 등장하는 각각의 3D 모델을 '1개의 강체'로 간주해 왔기 때문이다.
SHEXP 기법에서는 발상을 전환하고 등장하는 3D 오브젝트를 다양한 크기로 구성된 구체의 집합체로 파악하는 것이다. 즉, 3D 모델의 그 형태는 복수의 여러 크기의 구체가 모여 구성되어 있는 것……으로서 해석해 처리를 진행시키는 것이다.
이것이라면, 그 3D모델이 어떻게 변형되었다고 해도 「그 3D모델을 구성하고 있는 구체가 이동했을 뿐」이라고 볼 수 있다.
3D 모델을 복수의 구의 집합체로서 생각하면, 3D 모델의 변형은 구의 이동으로서 생각된다. 즉 강체가 이동하는 것에 대응한 PSF 기법에 의한 동적 PRT를 응용할 수 있게 된다
3D 모델을 복수의 구의 집합체로서 생각하면, 3D 모델의 변형은 구의 이동으로서 생각된다. 즉 강체가 이동하는 것에 대응한 PSF 기법에 의한 동적 PRT를 응용할 수 있게 된다
SHEXP 기술의 실현에 대한 장애
이 아이디어는 훌륭하지만 몇 가지 극복해야 할 문제가 떠오른다.
첫째, 3D 모델을 어떻게 구체에 근사하는가 하는 실현 방법에 대해. 이상은 자동적으로 실시하는 것이지만, 그 3D 모델에 어떠한 변형을 허용하는지 등의 부분이 복잡하게 관련되어 오기 때문에, 현실적으로는 구 근사화의 저작 툴 등을 제작해, 아티스트에게 구체화 처리를 수작업으로 받는다는 것이 제일의 득책이라고 할 수 있을지도 모른다.
이 구체 근사에 대해서는 2개의 논문이 참고가 된다고 되어 있다.
하나는 Riu Wang씨가 2006년 PacificGraphic에서 발표한 'Variational Sphere Set Approximation for Solid Objects'라는 논문이다. 두 번째는 Gareth Bradshaw 씨가 2004년 SIGGRAPH에서 발표한 'Adaptive Medial-Axis Approximation for Sphere-Tree Construction'이라는 논문이다. 피라미드사의 실장에서는 후자의 논문의 수법을 실장했다고 한다.
드래곤의 3D 모델을 다른 레벨에서 구형 근사한 모습
드래곤의 3D 모델을 다른 레벨에서 구형 근사한 모습
드래곤의 3D 모델을 다른 레벨에서 구형 근사한 모습
둘째, 구에서 3D 모델을 근사해 버리면, 세세한 요철이나 가시 같은 날카로운 디테일이 없어져 버리는 문제가 있다. 이것은 디테일부의 구체 근사에는 직경이 작은 구를 이용함으로써 나름의 대응은 할 수 있다. 단, 그 경우는 구의 수가 많아져 PRT 처리시의 부하가 높아진다. 즉, 제3의 문제와도 관련이 깊지만, 그 타겟 시스템의 처리 속도에 따라, 어느 정도의 품질로 구체 근사하는지를 결정하게 될 것이다.
셋째, 처리 속도 문제. 3D 모델을 구체로 근사할 수 있었다고 하여, 그 모든 구에 대해 서로 PSF 기법의 동적 PRT를 실시하게 된다. 즉, 처리 부하가 높은 SH Triple Product의 횟수는 급증하고, 연산 부하가 매우 높아져 버린다.
제1과 제2의 문제는 어떻게든 궁리로 대응이 가능하지만, 이 제3의 문제는 근본적인 해결이 필요하다.
그래서 Zhon Ren 씨의 연구 그룹은 이 SH Triple Product 연산 비용을 줄이기 위해 "SH Log"와 "SH Exp"라는 두 가지 새로운 연산 방법을 개발했다. (계속)
오리지널 3D 모델
구체 근사한 3D 모델
형상 변형되어도 지면에의 그림자는 물론, 신체의 각 부위간의 상호 차폐 등도 배려된다. 구체 근사에 의해서만 실현된 기술. 바닥의 그림자와 셀프 그림자는 구체 근사에 의해 상당히 흐릿하지만, 현실 세계의 그림자도 이런 것도 겨냥한 것이 되는 것을 생각하면 충분한 품질이라고 할 수 있다
형상 변형되어도 지면에의 그림자는 물론, 신체의 각 부위간의 상호 차폐 등도 배려된다. 구체 근사에 의해서만 실현된 기술. 바닥의 그림자와 셀프 그림자는 구체 근사에 의해 상당히 흐릿하지만, 현실 세계의 그림자도 이런 것도 겨냥한 것이 되는 것을 생각하면 충분한 품질이라고 할 수 있다
(트라이Z 니시카와 젠지)