버텍스 컴퓨터 그래픽: 정점 컴퓨터 그래픽과 컴퓨터 비전의 교차점 탐색

By Fouad Sabry

정점 컴퓨터 그래픽이란 무엇인가요?

컴퓨터 그래픽의 정점은 2 치수 또는 3 치수 공간의 점 위치와 같은 특정 속성을 설명하는 데이터 구조입니다.

혜택을 받는 방법

(I) 다음 주제에 대한 통찰력 및 검증:

1장: 정점(컴퓨터 그래픽)

2장: 고로 음영

3장: 텍스처 매핑

4장: 퐁 반사 모델

5장: 퐁 셰이딩

6장: 셰이딩

7장: 노멀 매핑

8장: 다각형 메쉬

9장: 셰이더

10장: 라이트맵

(II) 버텍스 컴퓨터 그래픽에 관한 대중의 주요 질문에 답합니다.

(III) 사용에 대한 실제 예 다양한 분야에서 정점 컴퓨터 그래픽을 다루고 있습니다.

이 책은 누구를 위한 것인가요?

전문가, 학부생 및 대학원생, 열성 팬, 취미생활자, 그리고 가고 싶은 사람들 모든 종류의 버텍스 컴퓨터 그래픽 에 대한 기본 지식이나 정보를 넘어서는 것입니다.

• Language: 한국어
• Publisher: 10 억 지식이 걸립니다 [Korean]
• Release date: May 4, 2024

Book preview

1장: 정점(컴퓨터 그래픽)

UML class diagram

컴퓨터 그래픽에서 꼭짓점(복수형 꼭짓점)은 2D 또는 3D 공간에서의 점 위치 또는 표면의 여러 점과 같은 특정 기능을 정의하는 데이터 구조입니다.

대부분의 경우 3D 모델은 삼각형 메쉬를 만드는 삼각형 다면체로 표현됩니다. 테셀레이션을 통해 삼각형이 아닌 표면을 삼각형 배열로 변환할 수 있습니다. 일반적으로 정점의 속성은 메쉬 표면에서 보간됩니다.

물리적 위치 외에도 삼각형의 꼭짓점은 항목을 적절하게 묘사하는 데 필요한 다른 데이터와도 관련됩니다. 대부분의 꼭짓점 특성은 표시할 공간의 벡터를 나타냅니다. 이러한 벡터는 일반적으로 1차원(x), 2차원(x, y) 또는 3차원(x, y, z)이며 네 번째 동차 좌표(w)를 포함할 수 있습니다. 이러한 값의 중요성은 재료 설명을 통해 전달됩니다. 실시간 렌더링에서 꼭짓점 셰이더 또는 꼭짓점 파이프라인은 이러한 품질을 사용합니다.

이러한 특성에는 다음이 포함될 수 있습니다.

위치

공간에 있는 장소의 2D 또는 3D 좌표입니다.

색

일반적으로 확산 또는 반사 RGB 값으로, 미리 계산된 표면 색 또는 조명 정보를 나타냅니다.

반사율

정점 근처(예: 스페큘러 지수, 메탈릭티, 프레넬 값)

텍스처 좌표

UV 좌표라고도 하는 이 좌표는 표면의 텍스처 매핑을 결정하며, 때로는 여러 레이어에 대해 결정됩니다.

노멀 벡터

조명 계산(예: 퐁 셰이딩), 노멀 매핑 또는 디스플레이스먼트 매핑에 사용되며 세분화를 조절하기 위해 꼭짓점에서 대략적인 곡면을 정의합니다.

탄젠트 벡터(Tangent Vectors)

이는 버텍스에서 대략적인 곡면을 정의하며, 이는 조명 계산(예: 퐁 셰이딩), 노멀 매핑 또는 디스플레이스먼트 매핑은 물론 세분화를 제어하는 데 사용됩니다.

블렌드 가중치

본 웨이트

왜곡을 제어하기 위해 골격 애니메이션에서 뼈에 할당된 가중치입니다.

블렌드 셰이프

여러 위치 벡터는 특히 얼굴 애니메이션의 경우 시간이 지남에 따라 혼합될 수 있습니다.

{챕터 1 종료}

제 2 장: Gouraud 음영

Henri Gouraud의 이름을 딴 Gouraud 음영은 다각형 메쉬로 표현되는 표면의 연속 음영을 생성하기 위해 컴퓨터 그래픽에 사용되는 보간 기술입니다. 실제로 Gouraud 음영은 각 삼각형의 모서리에서 조명을 계산하고 삼각형으로 덮인 각 픽셀의 결과 색상을 선형으로 보간하여 삼각형 메시에 연속 조명을 생성하는 데 가장 자주 사용됩니다. 이 접근법은 1971년 Gouraud에 의해 처음 발표되었습니다.

다각형 3D 모델에서 각 꼭짓점의 표면 법선 추정치는 각 꼭짓점에 대해 제공되거나 각 꼭짓점에서 수렴하는 다각형의 표면 법선을 평균화하여 계산됩니다. 이러한 추정을 사용하여 퐁 반사 모델과 같은 반사 모델을 기반으로 하는 조명 계산이 수행되어 꼭짓점 색상 강도를 결정합니다. 다각형 메시로 덮인 각 픽셀의 색상 강도는 정점에서 파생된 색상 값에서 보간할 수 있습니다.

Gouraud 음영은 평면 음영보다 우수한 것으로 간주되며 퐁 음영보다 훨씬 적은 처리가 필요하지만 일반적으로 패싯 모양을 생성합니다.

퐁 음영과 비교할 때 Gouraud 음영의 강점과 약점은 보간에 있습니다. 메시가 화면 공간에서 버텍스보다 더 많은 픽셀을 차지하는 경우, 버텍스에서 비용이 많이 드는 조명 계산 샘플의 색 값을 보간하는 것은 퐁 셰이딩에서와 같이 각 픽셀에 대한 조명 계산을 실행하는 것보다 프로세서 집약도가 낮습니다. 그러나 고도로 현지화된 조명 효과(예: 사과 표면에 반사된 빛의 반짝임과 같은 반사광 하이라이트)는 올바르게 렌더링되지 않으며, 하이라이트가 다각형의 중간에 있지만 다각형의 정점으로 확산되지 않는 경우 Gouraud 렌더링에서 볼 수 없습니다.

회전하는 모델의 표면을 가로질러 부드럽게 이동하는 반사광 강조 표시가 있어야 하는 렌더링은 오류를 즉시 표시합니다. Gouraud 음영 처리는 모델의 인접 영역에서 지속적으로 페이드 인 및 페이드 아웃되는 강조 표시를 제공하여 의도한 반사광 강조 표시가 모델 정점과 정렬될 때 최대 강도에 도달합니다. 이 문제는 오브젝트의 꼭짓점 밀도를 높여 해결할 수 있지만, 어느 시점에서는 이 전략의 반환이 감소하므로 보다 정교한 음영 처리 모델로 변환하는 것이 좋습니다.

구형을 닮은 Gouraud 음영이 있는 형상; 반사광 강조 표시의 잘못된 동작에 유의하십시오.

매우 큰 다각형 수를 가진 또 다른 구 모양의 메시입니다.

Gouraud의 원래 작업은 GPU에서 사용되는 선형 보간에 대한 원근 교정 대안인 선형 색상 보간을 설명했습니다. 꼭짓점에서 픽셀로의 색상 보간의