인공지능(AI)으로 콘텐츠를 생성하는 프로시저럴 기술(Procedural) (3)

[칼럼 핵심 요약]
프로시저 기술은 표현 대상물에 따라서는 물리 시뮬레이션과의 선 그리기가 어려운 것이지만, 표현하고 싶은 것에 무언가의 규칙성이나 유사성이 발견되었을 때에는 괜찮은 시뮬레이션을 하지 않고도 그렇게 표현할 수 있는 일이 있다.
🌐 원문 링크: 人工知性でコンテンツを生成するプロシージャル技術(3) (Mynavi News)
📅 원문 발행일: 2009-12-20 ｜ ✍️ 저자: 西川善司 (니시카와 젠지 / Zenji Nishikawa)

NOTE

💡 현대 그래픽스 관점에서의 발전사 (Modern Retrospective)

Houdini & 노드 기반 PCG 파이프라인: 2000년대 후반 프로시저럴 알고리즘(L-System, 노이즈 기반 지형)은 현재 Houdini 엔진 및 언리얼 엔진 5의 PCG(Procedural Content Generation) 프레임워크로 체계화되었습니다.
신경망 생성형 AI(Neural Rendering / Generative AI): 규칙 기반 프로시저럴 알고리즘에 더해, 신경망(NeRF, 3D Gaussian Splatting, Diffusion 기반 3D 생성)을 결합하여 복잡한 환경과 3D 에셋을 실시간 생성/복원하는 시대가 열렸습니다.

📖 본문 해설

[원문 리드문] > 프로시저 기술은 표현 대상물에 따라서는 물리 시뮬레이션과의 선 그리기가 어려운 것이지만, 표현하고 싶은 것에 무언가의 규칙성이나 유사성이 발견될 때에는 괜찮은 시뮬레이션을 하지 않아도 그렇게 표현할 수 있는 일이 있다.

프로 시저 기술의 두 번째 단계 ~ 표현 대상물을 산술 함수를 응용하여 표현하는 것

프로시저 기술은 표현 대상물에 따라서는 물리 시뮬레이션과의 선 그리기가 어려운 것이지만, 표현하고 싶은 것에 무언가의 규칙성이나 유사성이 발견되었을 때에는 괜찮은 시뮬레이션을 하지 않고도 그렇게 표현할 수 있는 일이 있다.

3D 그래픽스에서도 반사현상이나 광학현상을 물리 모델이 아니라 간이적인 함수의 조합으로 표현하는 경우가 많다. 예를 들어, 테카테카한 금속 재질을 표현하는 가장 기본적인 셰이딩(Shading)로서 폰 쉐이딩이 있지만, 이것은 시선 벡터, 면이나 픽셀의 방향(노멀 벡터), 광원 벡터의 3개의 파라미터로 계산하는, 의사적이고 산술적인 경면 반사 표현이다. 대담한 것을 말하면 금속의 음영 표현의 프로시저럴 기술(Procedural)이라고 할 수 있다.

그런데, 표현하고 싶은 것이 자연물의 경우, 그 많은 것이 관측적으로 프랙탈 함수(자기 유사 함수)에 가깝다는 것이 최신의 연구에서 알고 있다.

산악, 수목과 초목, 번개, 하천, 해안선, 구름, 은하 등의 자연물에는 프랙탈 이론을 적용하여 표현할 수 있는 것이 많다. 이 때문에, 프로 시저 기술에서는 자연물을 프랙탈 이론으로 표현하려고하는 접근법이 기점이되는 경우가 많다.

프랙탈 도형이란 자기 유사성을 가진 도형입니다. 이것은 물체의 전체 형상과 물체의 세부 형상에 유사성이있는 도형을 의미합니다.

가장 기본적인 프랙탈 도형의 생성법은 주어진 형상에 대해 어느 정해진 법칙을 반복적으로 적용해 나가는 것.

예를 들어, 코흐 곡선은 주어진 선분을 삼각파로 분할하는 것을 재귀 적으로 반복함으로써 그려진다. 세부의 가지의 모양이 전체 모양과 매우 유사하다는 것을 알 수 있습니다. 마찬가지로 구형파로 나눌 수 있습니다. 이것들이, 왠지 모르게, 형상으로서 수목이라든지 산호라든가, 혹은 눈의 결정으로 보이는 것은 오지 않을까.

(※화상 클릭으로 애니메이션 GIF가 열립니다) 코흐 곡선. 이미지 출처는 예일 대학의 프랙탈 도형 사이트 . 이하 동일