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6년 전 스탠포드 대학교에 다니던 대학원생 두 명이 머릿속에 떠오른 간단한 아이디어를 실행에 옮겼을 때는, 그 작은 아이디어가 지금처럼 수 십억 달러에 이르 ...

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그래픽 카드의 이해- 3D의 구성 원리
1. 3D의 구성원리(1)

3D가 PC환경의 중심으로 떠오르면서 그래픽카드는 프로세서보다 더욱 중요한 위치를 차지하게 되었다. 특히 게임과 멀티미디어는 그래픽 카드의 성능을 확실하게 체감할 수 있게 해주는 요소가 되고 있다. 여기에서는 우리가 일상적으로 보게 되는 3D화면의 구현 원리에 대해서 살펴보고, 쉐이더와 최근에 큰 관심을 끌고 있는 다이렉트X 9.0에 대해서 살펴본다.
 
  • 글쓴이 : 정호성(uglyduck@hwlab.com)  
  • 자료출처 : http://www.hwlab.com

  • 1. 3D의 구성원리(1)
  • 2. 3D의 구성원리(2)
  • 3. 쉐이더의 구성
  • 5. Programmable Vertex Shader는 하드웨어 T&L의 진화형
  • DirectX8의 성공이 DirectX9시대를 열었다.

  • 게임 엔진이란 무엇인가?
    현재의 Direct3D 기반의 3D그래픽 처리는 다음과 같은 방식을 취하고 있다. 이러한 방식을 사용하는 가장 큰 이유는, 가장 부드럽게 처리할 수 있으면서도 하드웨어의 도움을 받을 수 있기 때문이다. 물론 OpenGL의 경우도 이와 큰 차이는 없다.

    게임에서의 키 입력과 조이스틱 입력에 따라 3D캐릭터를 이동시키거나 하는 3D 처리와, 발사한 미사일이 적에게 충돌하는가 등의 여부, 자동차 게임에서 차량이 미끌어지는 처리등은 이 그림에 포함되지는 않았다. 이러한 것들은 게임 프로그램에서 처리하는 부분들로 3D그래픽 부분에서 처리하는 것이 아니기 때문이다. 이러한 것들은 앞으로도 계속 CPU가 담당해야 할 부분인 것이다.

    일반적으로 DOOM III엔진, Unreal 엔진이라 불리는 3D게임 엔진은 CPU가 담당하는 처리부분을 말하는 것이다. 또한 이러한 게임 엔진은 3D그래픽을 표현하는데 상황에 따라 어떻게 표현하는지를 설정하는 부분까지 포함한다. 즉, 같은 DirectX를 사용하고 같은 그래픽 카드를 사용하는 데에도 게임 타이틀마다 3D 그래픽의 표현이 다른 것은 게임 엔진의 차이 때문이다.
    지오메트리 처리는 어떤 것인가?
    <3D 그래픽 처리과정>
    그림 1에서 ③④⑤의 부분은 지오메트리처리 과정을 보여주는 것이다. 지오메트리(Geometry)는 기하학이란 뜻으로, 3D 그래픽에 있어서 생략할 수 없는 3차원 벡터에 관한 처리인 것이다. 벡터는 X, Y, Z축 세 개의 좌표로 표현되며 방향성을 가지고 있다. 또한 각각의 벡터 좌표의 기준을 좌표계라고 한다.
    그림 1에서 ③의 단계에서는 각 벡터의 좌표계가 하나로 통일되며 최종적으로 카메라의 시점을 기준으로 한 좌표계로 전개된다.

    예를 들어 3D캐릭터의 팔을 굽히는 장면에서 그 관절을 기준으로 한 좌표계로 계산하게 되면 간단히 처리할 수 있다. 따라서 팔을 굽히는 단계는 각 관절을 기준으로 설정된 로컬 좌표계를 이용해 계산한다. 이후 굽혀진 팔은 글로벌 좌표계라는 공간의 표준 좌표계로 변환되는 것이다.
    글로벌 좌표계로 통일된 3D 개체들은 최종적으로 카메라의 시점 좌표계로 변환되어 시점을 기준으로 투시 변환 되게 된다. 투시 변환이란 시점에서 보이는 3D 공간을 화면에 표시되는 2D로 변화하는 처리를 말한다. 이것이 ④에 해당하는 부분이다.

    클리핑은 시계에 나타나는 부분을 찾는 작업이며, 은면 처리는 시점에서 보이지 않는 폴리곤을 없애는 작업이다. 또한 이 부분에서 어느 폴리곤에 어떤 텍스처를 붙이게 될지 계산하는 작업도 수행된다. 실제로 텍스처 매핑 작업은 ⑦의 단계에서 수행하지만, 이 부분에서 준비작업을 거친다고 생각하면 된다.



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