Blender

본 토픽은 현재 준비중입니다. 공동공부에 참여하시면 완성 되었을 때 알려드립니다.

모델링의 기초

모델링

0차원(점), 1차원(선), 2차원(면)을 이용해 가상의 3차원(공간)에 물체를 표현하는 방식을 모델링이라고 합니다. 이렇게 만들어진 가상의 3차원 면은 메쉬(Mesh)라고 하고 생성된 오브젝트(object)를 지오메트리(Geometry)라고 합니다.

모델링에는 크게 폴리곤, 넙스, 섭디비젼, 스컬핑 방식으로 나뉩니다. 각 방식마다 장단점이 있기 때문에 분야마다 다른 방식을 선택해 사용하고 있습니다. 보통 게임 분야에서는 <폴리곤 모델링>, 애니메이션에서는 <섭디비젼 모델링>, 제품이나 건축에서는 <넙스 모델링>을 사용합니다. <스컬핑 모델링>은 다른 모델링을 서포트 해주는 상호 보완적 모델링이라고 할 수 있습니다.

폴리곤(Polygon) 모델링

폴리곤(Polygon, 다면체)은 형태를 구성하는 점, 선, 면의 집합으로 메쉬(Mesh)를 제작하는 방식입니다. 가장 전통적인 방식으로 게임 그래픽에 많이 사용되고 있습니다. 폴리곤의 최소단위는 삼각형이지만 모델링을 할 때는 작업자가 보기 편한 사각형을 기본 단위로 합니다. 아래 그림처럼 사각형 메쉬는 2개의 삼각형으로 만들어집니다(그림①). 모든 다각형 면을 삼각형의 조합으로 표시하면 화면 정보량이 많아져 구조를 파악하기 어렵기 때문에 편의상 선을 생략해 사각형을 표현합니다. 그림 ②번을 보면 뷰포트 상에서 사각형 메쉬 하나만 보이지만 상단 정보에는 Verts(점) 4개, Faces(면) 1개, Tris(삼각) 2개로 나타내고 있는 것을 알 수 있습니다.

폴리곤은 쉽고 직관적이라는 장점이 있지만 곡선 표현이 부족하기 때문에 엘리어싱(Aliasing, 계단 현상)이 발생한다는 단점이 있습니다. 그래서 폴리곤으로 곡선을 표현하려면 폴리곤 갯수를 늘려야 하며 이는 높은 하드웨어 성능을 요구하게 됩니다. 하드웨어 제약과 디자인 컨셉에 따라 최적화를 염두한 모델링 계획을 세워야 합니다.

폴리곤 모델링은 폴리곤의 갯수에 따라 로우 폴리곤(Low Polygon)과 하이-폴리곤(High Polygon)으로 나뉩니다. 게임 엔진은 실시간으로 이미지를 구현해야 하기 때문에 가벼운 로우 폴리곤을 사용하고 애니메이션에서는 제약이 없기 때문에 하이 폴리곤을 사용합니다. 기술의 발전으로 로우 폴리곤의 범위가 넓어져 어디까지가 로우 폴리곤인지 판단하기는 힘들어 졌지만 대체적으로 게임 엔진에서 실시간으로 렌더링할 수 있는 수준을 로우 폴리곤 모델링이라고 합니다.

넙스(Nurbs) 모델링

Nurbs는 비정형 유리 B-스플라인(Non-Uniform Rational B-spline)의 약자로 폴리곤의 단점을 보안하기 위에 만들어진 기술입니다. 넙스 모델링은 높은 품질의 곡면체를 만들 수 있다는 장점이 있기 때문에 제품 디자인에 많이 쓰입니다. 넙스 모델링은 먼저 선(Curve)을 이용해 형태를 잡고 선들을 LOFT시켜서 면(Surface)을 만듭니다. 그리고 콘트롤러로 작용하는 점(Control Vertex)을 이용해 형태를 수정하거나 접합하는 방식으로 모델링을 합니다. 영상에서부터 산업에 이르기 까지 높은 품질의 유기체 모델링을 요구하는 영역에서 다양하게 사용되고 있습니다. 대표적인 툴로는 Solidworks와 NX가 있습니다.

화면 정보량은 폴리곤 보다 단순하지만 모델링이 까다롭고 텍스처 맵핑을 할 수 없으며 렌더링시 하이 폴리곤으로 전환되어 데이터가 무거워 진다는 단점이 있기 때문에 게임이나 애니메이션에서는 사용하지 않습니다.

섭디비전(Subdivision) 모델링

섭디비전은 미국 애니메이션 회사인 픽사(Pixar)에서 개발된 모델링 기술입니다. 직관적인 폴리곤의 장점과 곡선이 완벽한 넙스의 장점을 모두 가지고 있습니다. 섭디비전 기술을 사용하면 겉으로 보이는 폴리곤 모델링을 기본으로 완만한 곡선이 계산되어 곡선 형태를 이루는 것을 볼 수 있습니다. 이때 폴리곤의 점(Vertex)이 곡선에 영향을 미치는 컨트롤러가 되어 모델링을 할 수 있습니다. 섭디비전은 넙스와는 다르게 곡선을 만들 때 UV 좌표도 함께 계산되기 때문에 텍스처 맵핑을 할 수 있다는 장점이 있습니다.

픽사에서는 섭디지젼 기술을 오픈섭디비(OpenSubdiv)라는 이름으로 오픈 소스화 했습니다. 그래픽 산업의 상생과 발전을 생각한 것이죠. 픽사의 오픈섭디비는 계산 속도가 뛰어나 빠른 속도와 퀄리티를 자랑하기 때문에 영화와 애니메이션 같은 영상 업계 뿐 아니라 게임 업계에서도 적극적으로 이 기술을 도입할 계획이라고 합니다.

블렌더는 자체적으로 섭디비전 기술을 지원하고 있지만 차후 안정화를 거쳐 Opensubdiv을 도입할 것이라고 발표했습니다.

픽사에서 공개한 오븐섭디비(OpenSubdiv)에 대한 자세한 사항은 다음 홈페이지를 확인하세요. http://graphics.pixar.com/opensubdiv

스컬핑(Sculpting) 모델링

스컬핑 방식은 최근 유행하는 모델링 방식으로 점토로 석상을 만드는 과정을 3D로 옮겨온 것입니다. 기본적으로 조형에 대한 이해가 있어야 원하는 모델링을 할 수 있기 때문에 일정 기간 숙달 과정이 필요하지만 점토를 빚듯이 모델링을 한다면 그보다더 직관적인 방식은 없을 것입니다. 스컬핑은 그 자체로 독립적인 결과물을 만들어 낼 수 있지만 게임이나 애니메이션에 사용하기 위해서는 겉 표면을 폴리곤으로 재가공하는 과정이 필요합니다. 스컬핑은 기본적으로 하이 폴리곤이기 때문에 스컬핑 모델링 데이터를 어느정도 보안하면서 폴리곤 수를 낮출수 있는 대안적인 기술로 노말 맵(Normal Map)이라는 개념이 등장하게 되었습니다. 노말 맵은 겉표면의 3차원 방향 정보를 가진 2차원 이미지로 빛의 반사 값을 조절해 눈을 속이는 방식입니다.  

스컬핑에 대한 이미지 검색결과

우선 하이 폴리곤이나 스컬핑 모델링을 한 뒤에 겉 표면을 로우 폴리곤으로 다시 모델링합니다. 그뒤 그 두 모델을 겹쳐 노말 맵을 생성합니다. 작업을 할 때는 로우 폴리곤을 기본으로 노말 맵 값을 입혀 하이 폴리곤 처럼 보이게 합니다. 데이터를 많이 사용하지 않으면서도 디테일한 부분을 채우는 합리적인 방식입니다.

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