스캔라인 렌더링: 스캔라인 렌더링 기법을 통한 시각적 현실감 탐구

By Fouad Sabry

스캔라인 렌더링이란

스캔라인 렌더링은 3D 컴퓨터 그래픽에서 가시적인 표면 결정을 위한 알고리즘으로, 다각형이 아닌 행 단위로 작동합니다. -폴리곤별 또는 픽셀별 기준. 렌더링할 모든 다각형은 처음 나타나는 상위 y 좌표를 기준으로 먼저 정렬된 다음 이미지의 각 행 또는 스캔 라인은 정렬된 목록의 앞에 있는 다각형과 스캔라인의 교차점을 사용하여 계산됩니다. 활성 스캔 라인이 그림 아래로 진행됨에 따라 정렬된 목록이 업데이트되어 더 이상 표시되지 않는 다각형을 삭제합니다.

혜택

( I) 다음 주제에 대한 통찰력 및 검증:

1장: 스캔라인 렌더링

2장: Painter의 알고리즘

3장: 래스터화

4장: 텍스처 매핑

5장: Z 버퍼링

6장: 그래픽 파이프라인

7장: 클리핑(컴퓨터 그래픽)

8장: 은면 결정

9장: 셰이더

10장: 그림자 볼륨

(II) 공개 주요 질문에 답하기 스캔라인 렌더링에 대해 설명합니다.

(III) 다양한 분야에서 스캔라인 렌더링을 사용하는 실제 사례입니다.

이 책의 대상 독자

전문가, 학부 및 대학원생, 매니아, 취미생활자 및 모든 종류의 스캔라인 렌더링에 대한 기본 지식이나 정보를 넘어서고 싶은 사람들.

 

• Language: 한국어
• Publisher: 10 억 지식이 걸립니다 [Korean]
• Release date: May 14, 2024

Book preview

스캔라인 렌더링

스캔라인 렌더링(스캔 라인 렌더링 및 스캔 라인 렌더링도 포함)은 다각형 단위 또는 픽셀 단위가 아닌 행 단위로 작동하는 3D 컴퓨터 그래픽에서 보이는 표면을 결정하는 접근 방식입니다. 이미지의 각 행 또는 스캔 라인은 스캔라인과 정렬된 목록의 맨 앞에 있는 다각형의 교차점을 사용하여 계산되며, 정렬된 목록은 현재 스캔 라인이 이미지를 따라 진행됨에 따라 더 이상 보이지 않는 폴리곤을 제거하도록 업데이트됩니다.

이 방법의 주요 장점은 스캐닝 평면의 법선을 따라 꼭짓점을 정렬하여 가장자리 간의 비교량을 줄인다는 것입니다. 또한 모든 꼭짓점의 좌표를 주 메모리에서 작업 메모리로 변환하는 것이 반드시 필요한 것은 아닙니다. 현재 스캔 라인을 가로지르는 가장자리를 형성하는 꼭짓점만 활성 메모리에 있어야 하며 각 꼭짓점은 한 번만 읽혀집니다. 주 메모리는 중앙 처리 장치와 캐시 메모리 사이의 링크보다 훨씬 느린 경우가 많습니다. 따라서 주 메모리의 꼭짓점에 다시 액세스하지 않으면 속도가 크게 향상될 수 있습니다.

이러한 유형의 알고리즘은 퐁 반사 모델 및 Z-버퍼 알고리즘을 포함한 다양한 다른 그래픽 기술과 쉽게 병합할 수 있습니다.

투영된 다각형의 가장자리는 일반적으로 스캔라인당 하나씩 버킷에 배치됩니다. 래스터라이저는 AET(활성 에지 테이블)를 유지 관리합니다. 항목은 정렬 링크, X 좌표, 그라데이션 및 경계 다각형에 대한 참조를 유지합니다. 다음 스캔라인을 래스터화하기 위해 관련 없는 가장자리가 제거되고 현재 스캔라인의 Y-버킷에서 새 가장자리가 X 좌표 순서로 배치됩니다. 활성 모서리 테이블의 항목에서 X 및 기타 매개변수가 증가합니다. 활성 에지 테이블에 대한 항목은 X-정렬된 목록에서 유지되므로 두 에지가 교차할 때 변경됩니다. 모서리를 업데이트한 후 활성 모서리 테이블은 X 순서로 트래버스되어 가시적 범위만 내보내고, Z 순서의 활성 범위 테이블을 유지하고 모서리가 교차할 때 서피스를 삽입 및 삭제합니다.

이 버퍼링과 Z 버퍼링의 하이브리드는 활성 에지 테이블 정렬을 제거하고 한 번에 하나의 스캔라인을 Z 버퍼로 래스터화하는 동시에 활성 다각형 범위를 한 스캔라인에서 다음 스캔라인으로 유지합니다.

두 번째 형식에서는 ID 버퍼가 중간 단계에서 래스터화되어 결과 가시 픽셀의 음영이 지연될 수 있습니다.

1967년에 와일리(Wylie), 롬니(Romney), 에반스(Evans), 에르달(Erdahl)이 처음으로 스캔라인 렌더링 기법을 발표했을 가능성이 높습니다. 유타 대학의 이반 서덜랜드(Ivan Sutherland)가 이끄는 그래픽 그룹과 솔트레이크시티에 있는 에반스 앤 서덜랜드(Evans & Sutherland)는 이러한 기술에 대한 초기 작업의 대부분을 담당했다.

초기 Evans & Sutherland ESIG 이미지 생성기 (IG) 라인은 프레임 버퍼없이 한 번에 하나의 래스터 라인으로 이미지를 생성하기 위해 하드웨어의 접근 방식을 즉시활용했기 때문에 당시에는 값 비싼 메모리가 필요하지 않았습니다. 이후 변형은 혼합 전략을 사용했습니다.

닌텐도 DS는 이러한 방식으로 3D 장면을 렌더링할 수 있는 최신 하드웨어로, VRAM에서 래스터화된 그래픽을 캐시할 수 있습니다.

1980년대 비디오 게임 콘솔에서 흔히 볼 수 있는 스프라이트 하드웨어는 초보적인 종류의 스캔라인 렌더링입니다.

이 접근 방식은 원래 Quake 엔진에서 주변 환경의 소프트웨어 렌더링에 활용되었습니다(그러나 움직이는 물체는 상단에 Z 버퍼링되었습니다). 정적 풍경의 우선 순위는 BSP에서 파생된 정렬을 기반으로 했습니다. 비용이 많이 드는 픽셀 작업과 높은 깊이의 복잡성(즉, 하드웨어 지원 없이 원근 보정 텍스처 매핑)이 있는 장면을 처리하는 데 있어 Z-버퍼/타입 페인터의 방법보다 우수함을 보여주었습니다. 이 관행은 현재 PC에 널리 퍼져 있는 Z 버퍼 기반 GPU가 광범위하게 채택되기 전이었습니다.

플레이스테이션 3를 개발하는 동안 소니는 표준 CPU/GPU 구성으로 결정하기 전에 두 번째 셀 프로세서에서 소프트웨어 스캔라인 렌더러를 실험했습니다.

마찬가지로 타일 렌더링(특히 PowerVR 3D 프로세서)에서 프리미티브는 화면 공간으로 정렬되고 빠른 온칩 메모리에서 한 번에 하나의 타일로 렌더링됩니다. 하드웨어 스캔라인 렌더링의 정신에 따라 Dreamcast에는 직접 래스터 스캔아웃을 위해 한 번에 한 행의 타일을 래스터화하는 모드가 있어 완전한 프레임 버퍼가 필요하지 않습니다.

일부 소프트웨어 래스터라이저는 스팬 버퍼링(또는 커버리지 버퍼링)을 사용하며, 여기서 정렬되고 잘린 스팬 목록은 스캔라인 버킷에 저장됩니다. 보이는 픽셀만 래스터화하기 전에 일련의 프리미티브가 이 데이터 구조에 적용됩니다.

Z 버퍼링에 비해 스캔라인 렌더링의 주요 이점은 가시 픽셀이 처리되는 횟수가 절대 최소로 유지된다는 것인데, 이는 투명도 효과가 적용되지 않는 경우 항상 1이며, 이는 고해상도 또는 비용이 많이 드는 음영 계산의 경우에 유리합니다.

조잡한 전-후 정렬('리버스 페인터 방법'에 접근), 초기 Z-거부(계층적 Z와 함께) 및 프로그래밍 가능한 GPU에서 사용할 수 있는 덜 빈번한 지연 렌더링 기술을 사용하여 현재 Z-버퍼 시스템에서도 유사한 개선을 얻을 수 있습니다.

래스터에서 작동하는 스캔라인 접근 방식은 과부하를 정상적으로 처리하지 못한다는 단점이 있습니다.

이 기술은 프리미티브의 수가 증가함에 따라 효과적으로 확장된다고 믿어지지 않습니다. 이는 렌더링 중에 필요한 중간 데이터 구조의 크기