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Matrox에서 발표한「Parhelia-512」의 기술 자료
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■ Parhelia-512 코어 블럭 다이어그램

 

■ Displacement Mapping

Hardware Displacement Mapping white paper (영문 PDF 6,326KB)

Displacement Mapping에 대해서 살펴보자.

텍스처 매핑은 texture라고 부르는 영상을 다각형으로 형성된 3D오브젝트에 붙이는 기술로 현재의 3D그래픽의 가장 기본이 되고 있는 표현 수단이다.

Displacement Mapping에서는 영상을 붙이는 것이 아니라 말하지면「정점 정보를 붙인다」라고 하는 식으로 생각하면 이해가 쉬운 것이다. Matrox의 세션에서도 「정점 텍스쳐 매핑」이라고 하는 표현을 제안하고 있었다.

그렇다면「정점을 붙인다」라는 것은 무슨 말일까?

예를 들어 구체가 있었다고 하면 이것에 대해 다른 정점 정보를 붙이는 것으로, 예를 들면 물고기와 같은 형상을 변경하거나 목부터 붙어있는 사람의 머리 부분에 변형할 수가 있다. 한층 더 비유를 한다면 기본이 되는 3D모델에 Displacement Mapping을 적용하면 점토 세공과 같이 변형을 할 수 있게 된다.

기본이 되는 3D모델에 대해서 요철을 붙이는 표현으로서는 범프 맵핑이라 불리우는 기술을 연상할 수도 있을 것이다.

범프 매핑은 Hight 맵으로 불리는 요철을 표현한 texture를 이용해 다각형에 요철을 붙인다고 하는 이미지의 것이지만, Displacement Mapping은 그 요철 정보로 3D모델을 지오메트리 레벨로 전환해 버리는 기술이다.

범프 매핑의 요철 정보는 고작 8~16bit 정수 정도의 다이나믹 레인지 밖에 없었지만 Displacement Mapping에서는 최대 32bit 부동소수를 이용할 수 있기 때문에 복잡한 영상을 표현할 수 있게 되었다.

- D-MAP의 메리트란? ~범프 맵핑에서는 안되는 이유

예를 들면 범프 맵핑으로 요철 정보를 32bit 부동 소수로 표현할 수 있었다고 하면 어땠을까? 그 오브젝트에 대해서 매우 풍부한 요철 표현을 할 수 있으므로 그 3D모델을 변형시킨 것과 동등한 영상을 만들어 낼 수 있지 않았을까? 하지만 실제로는 그렇지 못하다.

일반적인 범프 맵핑에서는 렌더링시에 픽셀 단위로 쓰기작업을 했다고 해도 그 픽셀에 있어서의 쉐이딩(음영 처리)밖에 이뤄지지 않는다. 그 요철이 주위에 미치는 그림자를 재현할 수 없기 때문에 실제로는 올바른 영상이 되지 않는 것이다.

아래 그림은 이러한 내용을 개념적으로 나타내었다.

일반적인 범프 맵핑에서는 볼록한 부분의 음영은 볼록부분 밖에 반영되지 않는다. 원래는 볼록 부분의 그림자는 그 산기슭 주변에까지 미치게 도는데 이것을 처리할 수 없게 되어 그림자가 표현되지 못하는 것이다.

만약 피부나 암벽의 울퉁불틍함등의 미묘한 요철감이라면 그러한 곳까지 세밀하게 음영처리를 하지 않아도 그렇게 차이가 나게 보이지는 않는다. 그러나 그 요철의 다이나믹 레인지가 매우 큰 경우에는 바로 그 차이가 나타나게 된다. Displacement Mapping에서는 지오메트리 레벨로 요철을 표현할 수 있으므로 그림자도 표현할 수 있게 된다.

- D-MAP로 정점 절약

캐릭터 모델의 정점 정보는 메모리상에 놓여져 관리되는 것이지만, 정점수가 많은 복잡한 형상을 가진 캐릭터 모델이 많아지게 되면 그 만큼 메모리 소비량도 많아진다. Displacement Mapping은 이러한 문제를 해결하기 위한 솔루션이 될 수도 있을 것이다. 어떤 기본 모습을 가진 3D모델만 있으면 그 이상의 세세한 모습의 표현은 Displacement Mapping로 처리해 주면 많은 이점이 있다. 아래 그림을 살펴보자.

a. 기본 모델
 

b. D-MAP을 적용한 모습
 

C. 텍스처와 범프매핑을 적용한 완성된모습

화면 a는 100개의 다각형 전후의 매우 심플한 모양의 인체 모델이다.

화면 b는 이 100개의 다각형의 심플한 인체 모델에 D-MAP를 적용한 후의 모습이다. 동일한 형태의 심플한 인체 모델이 D-MAP에 의해 완전히 별개의 형상을 가지는 캐릭터로 변하였다.

화면 c는 D-MAP을 적용한 모델에 texture를 붙인 완성된 모습이다. 기본 모델을 이용해 만들었다고는 생각되지 않을 정도로 전혀 다른 캐릭터의 모습을 보여주고 있다.

현재의 3D게임의 인물 캐릭터는 약 1,000개 정도의 다각형으로 구성되어 있다. 위 예처럼 100개 다각형 정도의 인체 모델로 1,000개 다각형이 사용된 캐릭터를 표현할 수 있다고 생각한다면 이것은 즉 정점수를 1/10로 압축할 수 있다는 것을 의미한다.

게임에 있어서 등장 캐릭터를 모두 이렇게 심플한 모양의 인체 모델을 기본으로 하여 D-MAP의 적용으로 표현한다면, 게임 전체로 보면 상당한 정점 데이터양의 절약을 가져온다. 정점 데이터를 절약할 수 있으면 CPU-AGP간의 정점 전송수도 줄어들게 되기 때문에 나아가서는 CPU-AGP간의 버스 절약도 이뤄지게 된다.

하지만 D-MAP에는 그만한 제약도 있다.

우선 D-MAP를 이용하더라도 주사위와 같은 입방체를 많은 각으로 구성된 우주선등으로 변형시킬 수는 없다. 이것은 어느 정도의 기본 형상이 필요하다는 것을 뜻한다.

또한 인체 모델과 같은 다관절 캐릭터의 경우, 움직임의 자유도를 뼈에서 설정 및 제어해야 한다. 그럴 경우 외피측의 모델 모습이 너무 심플하게 되면 그 캐릭터를 동작시켰을 때에 움직임이 이상하게 어긋나게 될 가능성이 있다. 이것은 Cut&Try를 반복하거나 앞으로 등장할 D-MAP관련 유틸리티등을 이용해 검토해야할 부분이다.

기본 형상 모델이 아무리 간단해도 결국 최종적으로는 D-MAP에 의해 정점수는 증가되는 것으로 GPU 코어측의 처리 정점수가 줄어드는 것은 아니다. 또한 사용되는 기본 모델의 모습이 간단해 총 정점수가 적게 되어 CPU-AGP간의 버스 절약이 된다고 해도 GPU의 로컬 버스측은 D-MAP 처리에 의해 늘어난 정점 전송으로 그만큼 부하를 받게 된다.

 

오른쪽 이미지는 왼쪽의 이미지에서 심도 조정을 걸쳐 먼곳의 오브젝트의 다각형수를 줄여 렌더링 한 것이지만 육안으로는 그 차이를 확인할 수 없다.

 

■ UltraSharp Display Output Technology

UltraSharp Display Output Technology white paper (영문 PDF 482KB)

화질에 관해서 대단히 높은 평가를 받고 있는 Matrox는 Parhelia-512에서도 더욱더 향상된 화질을 보여주고 있다. Matrox는 Parhelia-512의 영상 출력을「UltraSharp Display Output Technology」라고 부를 정도로 자신을 갖고 있다.

 

■ Glyph Antialiasing

Glpyh Antialiasing white paper (영문 PDF 294KB)

 

 

■ 16x Fragment Antialiasing

16x Fragment Antialiasing white paper (영문 PDF 3,167KB)

우측의 화상이 16x FAA를 활성화 했을 경우이다. 이미지를 클릭해 확대해서 비교해보면 그 차이를 더욱더 확실히 알 수 있다.

 

■ 데모 동영상

Parhelia-512로 리얼타임 렌더링된 동영상이 웹상에 공개되었다. 참고로 640×480 해상도의 AVI 형식 파일을 352×240 해상도의 MPEG-1 형식으로 변경하였다. 

D-MAP & 심도 조정
(
동영상 다운로드)

쿼드 텍스처
(
동영상 다운로드

이상은 Impress PC Watch 의 내용을 인용하였음을 밝힙니다.

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