09_Voxel rendering
- 1. Voxel Rendering 간단소개 김성익 (http://gamecode.org) 2009/10/25
- 2. 내용 • Voxel 렌더링 소개 – Voxel Field 렌더링 • Marching Cube 를 이용한 ISO Surface 렌더링 – Voxel Volume 렌더링 • Ray Casting • Sparse Voxel Octrees
- 3. Voxel Field 렌더링 • Voxel 데이터 – 3차원 Array – Field 값 • 렌더링 – 값이 일정한 표면을 렌더링 • ISO Bar – Marching Square Algorithm • ISO Surface http://www.geisswerks.com/about_terrain.html – Marching Cube Algorithm
- 4. ISO Bar (1) • 데이터 : 2d 그리드에 값 • 값이 일정한 지역을 라인으로 렌더링 (등고선) http://www.econym.demon.co.uk/isotut/isobars.htm
- 5. ISO Bar (2) • Marching Square – 인접한 4개의 점으로 이루어진 유닛 단위 – 표면값보다 크거나 같은지, 혹은 작은지에 따라 라인이 생기는 패턴이 결정 – 패턴이 대칭 및 회전하는 특성 (패턴의 수를 줄일 수 있다) http://www.cs.montana.edu/bnct/publications/cory/thesis.html – 값의 비율에 따라 라인 위의 버텍스 위치 결정
- 6. ISO Surface(1) • ISO-Bar 의 확장형 • 데이터 : 3차원 필드 데이터 • 값이 일정한 표면을 렌더링 • Marching Cube 알고리즘 – 인접한 버텍스를 공유하는 유닛 – 256가지 타입의 패턴 – 패턴화 (14가지 고유 패턴) • 3D Voxel Field => 표면 Polygon 화 – 전처리 가능 (로딩 타임)
- 7. ISO Surface(2) • 적용 사례 – Crysis Voxel Terrain – Blob – GPU Gems 3 Generating Complex Procedural Terrains Using the GPU • 특징 – 3D Voxel 데이터를 손쉽게 표현 가능 • 동굴 같은 지형 표현 가능 • 손쉬운 터레인 편집 (3d 어레이 값만 간단하게 에디팅) – DCC툴 부재로 인한 인하우스 에디터 필요 – 텍스처 매핑의 어려움 • Nvidia Case : UV 는 normal 활용, Splatting 기법 활용 • 각 유닛 별 별도의 UV 채널을 설정하는 방법도 가능
- 8. Voxel Volume Rendering • 데이터 – 복셀 – 3차원 컬러 데이터 • 렌더링 – 화면에 복셀 이미지를 렌더링 • 차세대 렌더링 기법 • Ray Casting – Classic Game Ray casting – Volume Ray casting • Octree • Sparse Voxel Octree
- 9. RayCasting • 울펜스타인 3d, Doom 시절의 Ray Casting – 바닥 + 벽 + 천정으로 분리 – 벽 부분을 Raycasting – 데이터 : 벽 2d 맵 • 시야 방향으로 데이터 탐색해서 벽 정보 계산 • 맵 기반으로 충돌 지점 계산 • 가로 라인에 대해서만 계산 (속도가 빠름) – 적은 2d 정보를 활용해서 월드의 모든 벽 정보 표현
- 10. Volume Raycasting (1) • 3D Voxel 데이터를 검색 • 뷰에서 Ray 를 쏘아서 Voxel 데이터 상의 충돌 지점을 검출하여 해 당 픽셀을 렌더링 • 많은 셈플링이 필요함
- 11. Volume Raycasting(2) • 적용예 (http://www.daimi.au.dk/~trier/?page_id=98) – 많은 샘플링이 필요함
- 12. Volume Raycasting (3) • 특징 – 복잡한 이미지를 간단한 알고리즘으로 구현할 수 있다 – 빛의 방향에서의 레이케스팅을 통해서 그림자를 판단할 수 있다 – 투명한 표면처리가 가능하다 • 표면의 두께를 판단할 수 있다 • 진짜 Subsurface Scattering – 차세대 렌더링 퀄리티 !!! – 용량이 크다 • 1024x1024x1024 크기의 RGBA 데이터는 무려 4 Giga Byte – 연산량이 많다
- 13. Voxel Octree • Voxel 3d 이미지의 치명적인 단점 : 용량 • 용량이 크다 = 샘플링을 많이 해야 한다 = 많은 연산이 필요하다 • Octree 를 활용 – 용량을 줄인다 => 연산량을 줄인다 • 속도를 높일 수 있다 – 단, GPU로 구현 난이도 상승
- 14. Sparse Virtual Texture • Sparse Virtual Texture (aka MEGA texture) – 운영체제의 가상 메모리 운영하는 것과 비슷 • 인덱스화 테이블화 – 철저하게 화면에 맞는 디테일의 데이터만 적제 (블럭단위 LOD) • 텍스처 사용량 최소화 • 비주얼 손실 굉장히 적음 • 속도 느리지 않음 – 텍스처 메모리 활용도 증가로 오히려 빠를 수 있음 – 스트리밍화 (초대형 텍스처 사용 가능) – 구현의 복잡함 • 테이블화 • 복잡한 텍스처 매니징 시스템 – 거의 OS 가상 메모리 매니징급 처리 – Crysis, Unreal3에 적용되어 있음
- 15. Sparse Voxel Octree (1) • 차세대 렌더링 기법으로 지목 – 크라이텍 GDC 2009 유럽, KGC 2009 키노트 • Voxel 도 SVT와 유사하게 테이블화 – 텍스처 MipMap 개념과 유사 – Octree 구조 – 가상 메모리와 유사한 페이지 테이블 – 스트리밍 로딩 – 픽셀 압축 • SVO (aka Giga Voxel) – Jon Olink (id soft) – http://www.youtube.com/watch?v=VpEpAFGplnI
- 16. Sparse Voxel Octrees(2) • 특징 – 3D 복셀 이미지 렌더링 – 화면에 보일 최적의 메모리 사용 – 적은 메모리 = 적은 셈플링 = 적은 연산 – 복잡한 픽셀 셰이더 연산 • But, 현 세대 하드웨어도 렌더링 가능 – 적용 가능한 Asset제작을 위한 DCC툴 부재 • 인하우스 툴 개발 필요 • 폴리곤 => Voxel 화 – 해결 과제 : 레스터라이즈 시스템과의 궁합 • Depth 버퍼 문제 • 볼륨 문제 • 참고 : Zbrush (미래의 비전 제시???) – 이미 현 시대에서 활용되고 있음 – 폴리곤 레스터라이징 방식으로는 따라하기 힘든 뷰포트상 모델 렌더링 퀄리티 – 충격적인 퀄리티의 게임 등장 예상??? ZBRUSH Viewport http://vaelberx.egloos.com/1849742
- 17. Q/A