[박민근] 3 d렌더링 옵티마이징_2

3D RENDERING OPTIMIZING #2- 박 민 근 ( 민군 )- DEVROOKIE(CAFÉ.NAVER.COM/DEVROOKIE)

:: 가장 빠르게 그리는 방법은 안그리는 것이다 .

1DevRookie 박민근 ( 민군 )

목 차1.CULLING 이란 ?

2.BACKFACE CULLING

3.VIEW FRUSTUM CULLING

4.HARDWARE OCCLUSION CULLING

5. 공간 분할 CULLING

6.BSP

7.PVS, PORTAL

8.QUADTREE

9.OCTREE

10.참고 자료


1. Culling 이란 ?컬링이란 최종 씬에 보이지 않는 불필요한

폴리곤을 잘라내어(Culling) 렌더링하지 않는

기법이다.


1.1 Culling 의 종류

1. BackFace Culling : 후면 폴리곤 제거2. ViewFrustum Culling : 시야밖 의 폴리곤 제거3. Occlusion Culling : 차페된 폴리곤 제거


2. BackFace Culling

뒷면을 없애라 ! 백페이스 컬링 !카메라에서 보이지 않는 뒷면의 폴리곤을 제거하는 기법

CPU 에서 계산하는 소프트웨어적 처리 방법과 GPU 에서 계산하는 하드웨어적 처리방법이 있다 .

GPU 가 발전한 지금은 걍 하드웨어에 맡기면 된다 .

최종적으로 레스터라이즈된 삼각형의 정점이 시계 반대방향 (CCW) 순서면 컬링된다 .

시계방향으로 컬링하여 앞면 컬링을 할 수도 있다 .


2. BackFace Culling

// 백페이스 컬링pd3dDevice->SetRenderState(D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_CCW);

// 프론트페이스 컬링pd3dDevice->SetRenderState (D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_CW);

// 컬링 없음pd3dDevice->SetRenderState (D3DRS_CULLMODE, D3DCULL_NONE);

• 렌더 스테이트 설정으로 간단히 설정 가능

• 하드웨어 컬링은 파이프라인을 다 통과한 후 레스터라이즈 된 후 컬링된다 .

• CPU 에서 소프트웨어적으로 처리도 가능하다 . 지금날의 GPU 에서는 하드웨어에 맡기는 것으로도 충분하다 .


3. View Frustum Culling내 눈앞에 없는것은 존재하지 않는 것이다 ! 뷰프러스텀 컬링 !

카메라에서 보이지 않는 , 시야 절두체 (View Frusutm) 에서 벗어난 폴리곤을 그리지 않는 기법

최종적으로 하드웨어에서 컬링되긴 하지만 , CPU 에서 미리 계산해서 파이프라인에 보내지 않는 것이 더욱 유효하다 .

폴리곤 단위 계산은 계산양이 너무 많기 때문에 일반적으로 바운딩 스피어를 통해서 계산한다 .

렌더링뿐만 아니라 , 업데이트등의 계산에도 활용된다 .

DevRookie 박민근 ( 민군 ) 7

3.1 Bounding Volume


3. View Frustum Culling


• View Frustum : 카메라를 기준으로 6 개의 평면으로 구성

• 프러스텀에 걸치거나 포함된 것만 렌더링하고 , 그외의 것은 컬링한다 .



기본 뷰프러스텀 컬링 구현 : 평면의 방정식 사용

ax + by + cz + d = 0

a,b,c : 평면의 법선 x,y,zd : 평면과의 거리

프러스텀을 구성하는 6 개의 평면의 방정식에 계산할 정점을 대입하여 거리를 계산한다 .

이때 거리가 + 면 평면의 위쪽 ( 프러스텀의 바깥쪽 ) 에 있는 것이고 , - 면 평면의 아래 ( 프러스텀의 안쪽 ) 에 위치한 것이다 .

바운딩 스피어를 이용하여 계산할때는 스피어의 중심점을 대입하여 계산하고 거리 d 가 + 일때 거리가 스피어의 반지름보다 작은 경우 평면에 걸쳐져 있는 것이다 .

각 6 개의 평면과 모두 계산하여 프러스텀에 포함되는 지를 판단한다 .



프러스텀 컬링 최적화 : 프러스텀의 바운딩 스피어 사용

프러스텀의 바운딩 스피어를 구한 후 , 오브젝트의 바운딩 스피어와의 거리를 계산하면 한번의 간단한 연산으로 끝난다 .

6 개의 평면에 대해서 전부 계산할 필요가 없다 . ( 연산량 최적화 )

스피어& 스피어 거리 계산 LENGTH(CENTER(A) , CENTER(B)) < RADIUS(A) + RADIUS(B)

다만 프러스텀에 포함되지 않는데도 포함된다고 판단하는 경우가 있다 . ( 느슨한 계산 )

4. Occlusion Culling

뒤에 가려진 오브젝트는 눈에 보이지 않는다 ! 오클류젼 컬링 !

프러스텀안에 들어오지만 , 다른 오브젝트에 가려진 객체를 컬링하는 기법 . 백페에스 , 뷰프러스텀 컬링에서도 컬링되지 않는다 .

씬에 오브젝트가 많이질수록 깊이 복잡도는 점점 증가한다 .

DX9 부터 하드웨어서 지원이 된다 . (Occlusion Query)

Z-Buffer Test 와 다른점 : Z-Buffer Test 는 레스터라이즈된후에 픽셀단위로 수행되지만 , 오클류젼은 파이프라인 이전에 객체 단위로 수행할 수 있다 .




• 같은 픽셀에 그려지는 폴리곤에 의한 깊이 복잡도



1. DX 9의 Occlusion Query 객체 생성

2. Z버퍼만 존재하는 RenderToSurface 생성

3. 프러스텀 컬링후 화면상의 모든 바운딩 메시를 2번에 렌더링

4. 쿼리를 키고 각각의 바운딩 매쉬를 2번에 렌더링

5. 쿼리를 끄고, 몇 개의 픽셀이나 화면에 그려지는 지의 정보를 받아옴

6. 1개 이상하면 렌더링 플래그를 On

7. 모든 바운딩 메쉬에 4~6번을 반복 작업

8. 렌더링 플래그가 On된것만 백버퍼에 렌더링



※ 주의점 Querty Time > Rendering Time : 이런 상황이면 의미가 없다 .

• 렌더링뿐 아니라 객체의 업데이트의 컬링에도 사용 가능

1. DX, Nvidia 샘플 시연

2. 코드 설명

5. 공간 분할 Culling


옆방에서 무슨일이 벌어지는지 난 모른다 ! 공간 분할 컬링 !

게임상의 월드를 특정 기준으로 공간적으로 분할하여 , 보이지 않는 공간을 컬링한다 .

보이지 않는 공간은 렌더링 / 업데이트 할 필요가 없다 .

분할된 공간은 트리로 구성되어 , 상위 트리가 컬링되면 하위 트리도 자동으로 컬링된다 .

공간 분할에는 균등 분할과 비균등 분할이 있다 .

BSP, QuadTree, OcTree, PVS, Portal 등

6. BSP


Binary Space Partitioning

하나의 공간을 2 개의 공간으로 재귀적으로 분할하는 기법

FPS 와 같은 인도어 게임에서 유용하다 .

상위 트리가 컬링되면 하위 트리는 무조건 컬링된다 .

실시간 보다는 미리 만들어 두는 경우가 많다 .

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Binary_space_partition.png



6. PVS / Portal


Potentially Visible Set ( 보일 가능성이 있는 것들의 세트 )

어떤 위치가 주어 졌을때 그 위치에서 보일 가능성이 있는 공간및 오브젝트들의 집합

오프라인 상에서 , 공간별로 보일 가능성이 있는 것들을 미리 선별하여 구별한다 .

BSP 트리의 단점을 보완하는 형태로 BSP 와 같이 쓰이는 경우가 많다 .

문이나 창문등을 기준으로 Visible Set 을 결정하는 것을 Portal Rendering 이라고 한다 .

실내 공간의 구별과 컬링에 상당히 유용하게 사용된다 .



6. PVS / Portal




6. PVS / Portal


6. PVS / Portal


7. QuadTree


하나의 공간을 4 개씩 재귀분할여 트리를 만드는 기법

4 개의 하위 트리는 상위 트리에 포함되기 때문에 상위 트리가 컬링되면 하위 트리는 무조건 컬링된다 .

지형과 같은 2D 공간에서 주로 사용된다 .

4 개의 공간은 균등 분할된다 .

Height Map 을 이용한 아웃도어에서 주로 사용된다 .

충돌 체크및 업데이트등에도 이용된다 .

카메라가 있는 공간과 프러스텀을 기준으로 동적으로 재귀적으로 생성된다 .

8. OcTree


하나의 공간을 8 개씩 재귀분할여 트리를 만드는 기법

쿼드트리를 3D 공간으로 확장한 것 . (Y축 확장 )

비행 시뮬레이션과 같은 3D 공간 게임에서 사용된다 .

구현 및 내용은 쿼드트리와 거의 동일

감사합니다 .Q & A


10. 참고 자료

1.Real Time Rendering 2 판

2.마이크로소프트 2002 년 4 월호 - 폴리곤

수를 줄이는 가시면 결정 기법

3.Nvidia SDK

4.Occlusion Culling Using DirectX 9

5.BSP Tree 논문 번역


http://www.gamedev.net/reference/programming/features/occlusionculling/

http://www.gamedev.net/reference/programming/features/occlusionculling/

http://blog.naver.com/ryanii/20016115557



다음주 예고1. 간단한 시야거리 제한으로 퍼포먼스 올리기2. 같은 객체를 한번에 모아서그리자 ! 인스턴싱 !

3. 멀리 있는 객체는 자세히 그릴필요 없지 . 임포스터 !

4. 렌더링 파이프라인 최적화 전략


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