KR20070061336A - 지형의 효율적인 뷰-의존 ｌｏｄ 렌더링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 지형을 화면에 렌더링 함에 있어서 최적의 속도를 제공하여 실시간성을 보장하기 위한 방법에 관한 것으로서, 3차원 지형 렌더링에 있어서, 중간 상세 단계의 지형 저장 후 렌더링 시에 시점과의 거리에 따라서 지형이 시점으로부터 가까우면 폴리곤 분할하여 렌더링하는 제1 렌더링 단계와, 지형이 시점으로부터 원거리에 있으면 폴리곤을 감소시켜 렌더링시키는 제2 렌더링 단계로 구성되므로, 대규모 지형을 렌더링 함에 있어서 많은 폴리곤 수와 텍스쳐의 수를 CPU의 큰 부담 없이 조절하여 렌더링 성능은 극대화시키고, 원거리 지형에 대한 텍스쳐 통합을 통하여 성능 향상을 극대화시키는 효과가 있다.

실시간 렌더링(realtime rendering), LOD(Level Of Detail), 지형 렌더링(terrain rendering)

Description

지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법{A EFFICIENT VIEW-DEPENDENT LOD(LEVEL OF DETAIL) LENDERING METHOD OF TERRAIN}

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링하는 과정을 나타낸 순서도.

도 2 는 폴리곤 수가 작을 때 모가 난 모양과 이를 폴리곤 분할하여 부드럽게 바뀐 모양을 나타낸 시뮬레이션 화면.

도 3 은 폴리곤 수를 늘여 가면서 빛에 대한 계산이 정확하게 바뀌는 모양을 나타낸 시뮬레이션 화면.

본 발명은 실시간 3차원 그래픽 지형 렌더링 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시뮬레이션, 게임, 교육 등에서 지형 표현에 사용되어 폴리곤 제거 및 분할을 통하여 LOD(Level Of Detail)를 처리하며 원거리 텍스쳐를 통합하여 뷰 의존 LOD 지형을 빠르고자연스럽게 렌더링하는 3차원 지형 LOD 렌더링 방법에 관한 것이 다.

종래에는 지형 표현에 사용되는 폴리곤 수를 줄이기 위한 SOAR(Stateless One-pass Adaptive Refinement), ROAM (Real-Time Optimally Adapting Meshes), Lindstrom의 CLOD(Continuous Level Of Detail) 등의 방법이 있었고, 각진 폴리곤을 부드럽고 세밀하게 표현하기 위한 폴리곤 분할 방법으로는 Catmull-clark, Loop, Doo-Sabin 등에 의해 제안된 방식이 사용되고 있었다.

또한 마칭큐브를 생성하고 마칭큐브들의 면적차이를 이용하여 3차원 모델링 시간을 단축하는 3차원 물체를 상세화하는 모델링 방법과 삼각형 메쉬를 삼각형 스트립으로 변환한 후 삼각형 제거 필터링을 통해 LOD를 처리하여 뷰 의존 LOD 메쉬를 빠르게 렌더링하는 뷰 의존 LOD기반 렌더링 방법이 있었으나, 지형에 대하여 빠르고 자연스럽게 렌더링하지 못하는 문제점이 있었다.

일반적으로 지형은 높이값을 일정 간격 격자로 저장한 높이 맵을 이용하여 저장하고, 이렇게 저장된 높이맵을 실제 화면에 보여줄 경우 3차원 폴리곤 메쉬 형태로 변환이 되어 그려지며, 3차원 폴리곤은 삼각형이 될 수도 있고 사각형이 될 수도, 아니면 다각형이 될 수도 있다. 그래픽 하드웨어는 이러한 폴리곤을 빠르게 그려주는 역할을 담당하고 있지만, 지형 데이터는 표현하려는 영역과 정밀도에 따라 다르지만 폴리곤 크기가 크고 사용되는 텍스쳐의 양도 많다. 따라서 이러한 폴리곤과 텍스쳐를 줄이는 방향으로 지금까지 LOD 기술이 발전되어 왔고, 텍스쳐의 계단 현상을 방지하고 크기를 줄이기 위하여 MipMap을 사용하기도 하였다. 그러나, 여전히 텍스쳐를 줄일 필요성이 상존하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고 상기한 필요성을 충족시키기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 시뮬레이션 뿐만 아니라 게임, 교육용으로도 많이 사용되고 있는 이러한 지형 데이터를 렌더링함에 있어서 빠르고 사실감 있는 표현을 하기 위한 방법을 제공하는 데에 있다.

한편, 본 발명의 다른 목적은 폴리곤의 개수를 줄여주는 것 뿐만 아니라 필요한 부분 늘여주고, 타일의 경우 텍스쳐의 병합을 이용한 텍스쳐 개수 감소에 대한 방법을 제시하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법은,

3차원 지형 렌더링에 있어서, 중간 상세 단계의 지형 저장 후 렌더링 시에 시점과의 거리에 따라서 지형이 시점으로부터 가까우면 폴리곤 분할하여 렌더링하는 단계와, 지형이 시점으로부터 원거리에 있으면 폴리곤을 줄여 렌더링시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명의 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법은, 상기 중간 상세 단계의 지형 저장 후 타일을 이용한 지형인 경우에는 상기 렌더링을 시작하기 전에 시점으로부터 원거리에 있는 지형 렌더링을 위해 지형을 그룹화하는 단계와, 지형이 보이는 그대로를 한 개의 텍스쳐로 만드는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명의 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법은, 시점으로부터 원거리에 있는 지형에 대해서 상기 한 개로 만들어진 텍스쳐를 사용하여 렌더링하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링하는 과정을 나타낸 순서도이며, 도 2 는 폴리곤 수가 작을 때 모가 난 모양과 이를 폴리곤 분할하여 부드럽게 바뀐 모양을 나타낸 시뮬레이션 화면이고, 도 3 은 폴리곤 수를 늘여 가면서 빛에 대한 계산이 정확하게 바뀌는 모양을 나타낸 시뮬레이션 화면이다.

그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링하는 과정에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 중간 상세 단계 지형을 제작하고 이를 저장한다(단계 10). 이와 같은 중간 상세 단계 지형은 텍스쳐 그룹 통합, 폴리곤 병합 및 분할을 포함하여 이루어진다.

중간 상세 단계 지형은 시점에서 원거리 절단면(Far Clip)의 중간 정도 거리에 있는 지형에 최적화된 데이터가 나오도록 저장한다. 타일을 이용한 지형을 제작할 경우 일정 크기의 지형 타일 텍스쳐를 두고 그 텍스쳐를 일정 간격의 격자(grid)를 가진 높이 맵에 원하는 지형 모양이 나오도록 지정한다. 타일을 이용하지 않고 멀티 텍스쳐를 사용할 경우에는 타일 지정 방식을 따를 필요가 없다.

저장된 지형 정보에는 높이값, 텍스쳐 좌표, 상세(Detail)정보 등이 있다. 병합된 폴리곤을 미리 저장해 두는 폴리곤 감소 알고리즘을 쓸 경우에는 각 상세 레벨에 맞는 지형 정보를 같이 계산해 두어 이후에 기술하는 렌더링시에 시스템에 부하가 덜 걸리도록 한다.

그리고, 타일을 이용한 지형인지의 여부를 판단한다(S12). 타일을 이용하여 지형을 제작하는 방식은 폴리곤 뿐만 아니라 사용되는 텍스쳐의 양도 많게 된다. 원거리의 지형을 MipMap을 사용한다고 하더라도 타일에 사용되는 텍스쳐의 종류가 다양해져서 그래픽 메모리와 시스템 메모리와의 버스 문제로 성능에 문제점을 가져온다. 따라서 본 발명은 사용되는 텍스쳐의 양을 줄여서 성능을 향상시키는 방법에 대해서도 제안한다.

S12에서 판단하여 타일을 이용한 지형인 것으로 판단되면, 타일로 된 지형의 경우 텍스쳐의 개수가 많기 때문에 원거리 렌더링을 위해 지형을 일정 구간으로 그룹화시키고(S20), S30에서는 그룹화된 그룹내의 텍스쳐를 그룹화된 지형 그룹에서 보여지는 대로 이미지를 만들어 한 개의 텍스쳐인 통합 텍스쳐로 만들고 S40으로 진행한다. 즉 원거리에서는 이 한 개의 텍스쳐만으로 지형 그룹에 필요한 텍스쳐가 구성된다.

이때 하나로 합쳐진 통합 텍스쳐는 원거리에서 보여질 텍스쳐이므로 정밀도가 높지 않아도 된다. 즉 텍스쳐 크기 및 용량이 작아지게 된다. 지형을 그룹화시키는 방법은 일정 간격의 격자 형태로 그룹을 지을 수도 있고, 벌집 모양의 육각형 그룹으로도 가능하다. 가능하면 그룹 속에 많은 타일이 들어갈수록 그룹의 개수가 작아지고 생성되는 텍스쳐의 개수도 작아진다.

S12에서 판단하여 타일을 이용한 지형이 아닌 것으로 판단되면, 바로 렌더링을 시작한다(S40). S50에서는 이렇게 저장된 지형 정보를 실시간으로 화면에 3차원 그래픽으로 렌더링할 경우 현재 카메라의 위치 및 방향을 이용하여 컬링(Culling)을 해 준다. 컬링 방법은 OcTree, BSP/PVS(Binary Space Partioning/Potencially Visibility Set)등의 여러가지 공간분할된 구조를 이용할 수도 있고 단순히 시점 절두체(view frustuml) 컬링을 이용할 수도 있다. 이렇게 하면 화면에 보이는 지형 부분만 분리할 수 있게 된다.

S50에 의해 컬링되면, 지형은 중간상세 단계의 지형 폴리곤이 생성된다. 중간 상세 단계의 지형 폴리곤을 시점으로 구분하여 지형이 시점으로부터 가까운 곳에 있는 지형인지의 여부를 판단한다(S52).

상기 S52에서 판단하여 폴리곤을 이용하여 렌더링시에 시점에 가까운 곳에 있는 지형으로 판단되면, 폴리곤 분할(SubDivision)을 한 후 렌더링시켜주고(S60), S52에서 판단하여 시점으로부터 원거리에 있는 지형은 폴리곤을 병합하여 렌더링시켜주며, 특히, 원거리에 있는 지형은 전술한 S30에서 생성된 한 개의 텍스쳐인 통 합 텍스쳐를 이용하여 렌더링한다(S70).

폴리곤을 줄이는 방법으로는 대표적으로 VDPM(View Dependent Progressive Mesh), SOAR(Stateless One-pass Adaptive Refinement), ROAM(Real-Time Optimally Adapting Meshes), Lindstrom의 CLOD(Continuous Level Of Detail) 등의 방식이 제시되었고 지금도 계속 새롭고 더 좋은 방식이 개발되고 있다. 그리고 본 발명에서는 폴리곤을 줄이는 적합한 방식을 채택하여 사용할 수 있다.

시점에 가까이 있는 지형의 경우 폴리곤 개수도 필요한 것보다 작을 때, 도 2a에 나타난 바와 같이 지형의 굴곡 모양이 뾰족한 모가 나 보이기도 하고, 또한 정점 당 빛계산(Per Pixel Lighting)을 할 경우 조명, 폭발 등의 빛에 대한 렌더링 품질이 도 3a 및 도 3b에 나타난 시뮬레이션 화면과 같이 좋지 못하다는 문제가 있다. 폴리곤의 크기가 클 경우 빛에 대한 렌더링 품질이 좋아지지 않는 이유는 각 정점에 대한 빛 세기를 계산한 후 나머지 부분을 보간하기 때문이다.

본 발명은 가까이 있는 지형의 경우 폴리곤 한 개의 크기가 일정 크기 이상 되지 않도록 폴리곤 개수를 늘여주고 이때 특별한 경우를 제외하고는 지형에 모가 난 부위가 생기지 않도록 폴리곤을 분할하여 늘여주도록 하여 도 2b 및 도 3c에 나타난 시뮬레이션 화면을 얻을 수 있다.

폴리곤 갯수를 늘이는 방법은 폴리곤 분할(SubDivision) 분야에 잘 나와 있다. Catmull-clark, Loop, Doo-Sabin등 여러 사람들이 상황에 따라 폴리곤을 분할 할 수 있는 방법을 제시하였다.

폴리곤 분할 알고리즘은 실시간으로 계산하기에는 성능이 느려서 지금까지는 사용하지 못하였다. 하지만 최근 들어 GPU(Graphic Process Unit)을 이용한 폴리곤 분할 방법이 개발되어 실시간으로 동작이 가능하게 되었다.

만약 폴리곤 분할을 하지 않고 가까운 거리에서 고급 렌더링 품질을 나타내려면 폴리곤 분할된 만큼의 데이터를 미리 가지고 있어야 한다. 그렇게 되면 미리 가지고 있어야 할 데이터 양이 많아지게 된다. 따라서 적당한 중간 정도의 지형 폴리곤 데이터를 가지고 렌더링할 때 시점에 가까운 것은 폴리곤 분할(SubDivision), 시점으로부터 원거리에 있는 지형은 폴리곤 감소를 사용하여 LOD를 표현할 수 있도록 하는 것이 좋다.

폴리곤 분할은 시점으로부터 가까운 곳에 있을수록 단계를 높여서 더욱 상세히 분할을 해 준다. 서로 다른 단계의 분할이 되는 경계 영역에서 지형의 틈이 벌어져서 빈 공간이 보일 경우가 있다. 이 경우를 위하여 경계영역(boundary)을 위한 알고리즘을 사용해 준다. 이 폴리곤 분할과 폴리곤 감소 알고리즘은 기존에 나와 있는 어떤 것을 써도 무방하다. 또한 계속 더 좋은 알고리즘이 개발되고 있으므로 가장 적당한 알고리즘을 선택하여 사용한다. 폴리곤 분할 알고리즘은 실행 시 성능 저하의 우려가 있으므로 GPU를 최대한 활용하여 실시간성이 보장되는 알고리즘을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.

이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 지형의 효율적인 뷰-의존 LOD(Level Of Detail) 렌더링 방법은 대규모의 3차원 지형을 렌더링함에 있어서 기존의 폴리곤 감소를 통하여 속도를 향상시키는 것 뿐만 아니라 가까운 곳에 있는 지형에 대해서 폴리곤 분할을 이용하여 기존의 모가 난 지형에서 더욱 더 자연스럽고 부드러운 지형이 되며 빛에 대한 계산도 더 정확해지고 최신 GPU의 성능이 폴리곤 분할을 실시간으로 가능하게 해주는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 타일 형태의 지형에 대해서 원거리 지형에 대한 그룹화를 통하여 텍스쳐 수를 감소시키며 따라서 렌더링 속도가 향상되고, 3차원 게임이나 시뮬레이션, 교육 등 대규모 지형을 다루어야 하는 분야에서 예전보다 더욱 빠르고 사실감 있는 지형을 표현할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

1. 중간 상세 단계 지형을 제작하고 이를 저장하는 저장단계와;

   중간 상세 단계의 지형을 시점으로 구분하여 지형이 시점으로부터 가까운 곳에 있는 지형인지의 여부를 판단하는 제1 판단단계와;

   상기 제1 판단단계에서 판단하여 렌더링시에 시점에 가까운 곳에 있는 지형으로 판단되면, 폴리곤 분할 한 후 렌더링시켜주는 제1 렌더링단계와;

   상기 제1 판단단계에서 판단하여 시점으로부터 원거리에 있는 지형은 폴리곤을 병합하여 렌더링시켜주는 제2 렌더링단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 저장단계에서 저장된 상기 지형이 타일을 이용한 지형인지의 여부를 판단하는 제2 판단단계와;

   상기 제2 판단단계에서 판단하여 타일을 이용한 지형인 것으로 판단되면, 타일로 된 지형의 경우 원거리 렌더링을 위해 지형을 일정 구간으로 그룹화시키는 그룹화단계와;

   상기 그룹화단계에 의해서 그룹화된 지형을 한 개의 텍스쳐인 통합 텍스쳐로 만드는 통합단계와;

   상기 제2 판단단계에서 판단하여 타일을 이용한 지형이 아닌 것으로 판단되면, 렌더링을 시작하는 렌더링시작단계와;

   상기 렌더링을 거친 지형을 현재 카메라의 위치 및 방향을 이용하여 컬링하는 컬링단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 렌더링단계에서 렌더링 시에, 원거리에 있는 지형은 상기 통합 텍스쳐를 이용하여 렌더링하는 것을 특징으로 하는 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 중간 상세 단계 지형을 제작시에 타일을 이용하며 일정 크기의 지형 타일 텍스쳐를 두고 그 텍스쳐를 일정 간격의 격자를 가진 높이 맵에 원하는 지형 모양이 나오도록 지정하여 제작하는 것을 특징으로 하는 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법.
5. 제2항에 있어서,

   상기 중간 상세 단계 지형을 제작시에 텍스쳐 그룹 통합, 폴리곤 병합 및 분할을 이용하여 제작하며, 상기 폴리곤 병합을 사용하여 병합된 폴리곤을 미리 저장해 두는 폴리곤 감소 알고리즘을 쓸 경우, 각 상세 레벨에 맞는 지형 정보를 같이 계산하는 것을 특징으로 하는 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법.
6. 제2항에 있어서,

   상기 통합 텍스쳐는 정밀도를 낮게 하여 구성하는 것을 특징으로 하는 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법.
7. 제2항에 있어서,

   상기 컬링단계에서의 OcTree, BSP/PVS, 또는 시점 절두체 컬링 중 어느 하나를 이용하여 컬링하는 것을 특징으로 하는 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법.
8. 제1항에 있어서,

   상기 통합단계에서 폴리곤을 병합시에 VDPM, SOAR, ROAM, CLOD 방식 중 어느 하나의 방식을 채택하여 폴리곤을 감소시키는 것을 특징으로 하는 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법.
9. 제1항에 있어서,

   상기 제1 렌더링 단계에서 폴리곤 분할시에 시점으로부터 가까운 곳에 있을수록 단계를 높여서 더욱 상세히 분할하는 것을 특징으로 하는 지형의 효율적인 뷰-의존 ＬＯＤ 렌더링 방법.

Images