렌더링 파이프라인

- 렌더링 파이프라인이란?

렌더링 파이프라인

 기하학적으로 3D 장면을 구성하고 가상의 카메라를 설정한 뒤에 모니터에 2D 표현을 만들어내는 과정을 수행해야하는데, 이와 같은 과정을 렌더링 파이프라인 이라고 한다. 파이프라인 내에서 몇 가지 단계에 의해 하나의 좌표 시스템에서 다른 시스템으로 변화하는 과정이 이용되는데, 이 변환에는 행렬이 이용되며, Direct3D의 책임 하에 이루어진다.

 

1. 로컬 스페이스

 모델링 스페이스라고도 불리는 로컬 스페이스(Local Space)는 우리가 물체의 삼각형 리스트를 정의하는 데 이용하는 좌표 시스템이다. 로컬 스페이스는 모델링 과정을 쉽고 단순하게 만들어주며, 모델 자체의 로컬 좌표 시스템을 이용하는 것이 월드에서 직접 모델을 구성하는 것보다 쉽다.

 

2. 월드 스페이스

 로컬 스페이스로 구성한 다수의 모델들은 월드 좌표 시스템으로 옮겨 하나의 장면을 구성해야 한다. 로컬 스페이스의 물체들은 이동, 회전, 크기 변환 등을 포함하는 월드 변환이라는 작업을 거쳐 월드 스페이스로 옮겨진다. 월드 변환은 하나의 행렬로 표현되며, 변환 타입에 D3DTS_WORLD를 지정하고 IDirect3DDevice9::SetTransform 메서드를 호출하여 수행할 수 있다.

 

3. 뷰 스페이스

 월드 스페이스 내에서 기하물체와 카메라는 월드 좌표 시스템과 연계되어 정의한다. 그러나 카메라가 월드 내 임의의 위치나 방위를 가진다면 투영이나 그 밖의 작업이 어렵거나 비효율적이되는데, 이를 해결하기 위해 카메라를 월드 시스템의 원점으로 변환하고, 카메라가 양의 z축을 내려다 보도록 회전시키는 작업을 한다. 이러한 변환을 뷰 스페이스 변환이라 하며, 이 변환을 거친 뒤의 기하물체는 뷰 스페이스 내에 위치한다고 말한다.

 

4. 후면 추려 내기(backface culling)

 폴리곤은 두 개의 면을 가지고 있으며 하나의 면을 전면, 다른 면을 후면이라 부른다. 화면에 보이는 일반적인 물체는 전면을 보여주며, 후면의 폴리곤은 보이지 않아야한다. 즉, 후면의 폴리곤을 처리에서 제거하는 작업을 후면 추려 내기라한다. 이 과정 중 Direct3D의 입장에서 어떤 폴리곤이 전면 폴리곤이고 후면 폴리곤인지 확인 할 수 있어야 하는데, 이러한 작업을 두르기 순서라고 한다.

 

5. 조명

 광원은 월드 스페이스 내에 정의되지만, 뷰 스페이스 변환에 의해 뷰 스페이스로 변환 된다. 광원은 물체의 명암을 추가하여 장면의 사실감을 더해준다.

 

6. 클리핑(Clipping)

 시야 볼륨 외부의 기하물체를 추려내는 과정을 클리핑(Clipping) 이라한다. 시야 절두체에서의 삼각형 위치는 다음과 같이 구분할 수 있다.

• 완전한 내부 - 삼각형이 완전히 절두체 내부에 위치하면 그대로 보존되어 다음 단계로 진행한다.
• 완전한 외부 - 삼각형이 완전히 절두체 와부에 위치하면 추려내어진다.
• 부분적 내부 - 삼각형이 부분적으로 절두체 내부에 위치하면 삼각형을 두개의 부분으로 분리한다. 절두체 내부의 부분은 보존되며, 나머지는 추려내어진다.

 

7. 투영(Projection)

 뷰 스페이스에서는 3D 장면의 2D 표면을 얻는 과정이 남아있다. 이와 같이 n 차원에서 n-1 차원을 얻는 과정을 투영(Projection)이라 한다. 원근 투영(Perspective Projection)을 이용하여 기하물체를 투사한다. 즉 카메라에서 멀리 떨어진 물체는 가까운 물체보다 작게 나타난다. 

 

8. 뷰포트 변환

 프로젝트의 윈도우의 좌표를 뷰 포트라 불리는 화면의 직사각형으로 변환하는 과정을 말한다. 게임에서의 뷰 포트는 직사각형의 전체 화면이 되지만, 윈도우 모드에서 실행하는 경우에는 클라이언트 영역이나 화면의 일부가 될 수도 있다.

 

9. 레스터라이즈

 스크린 좌표로 버텍스들이 변환한 다음에는 2D 삼각형들의 리스트를 가지게 된다. 레스터라이즈 단계는 각각의 삼각형을 그리는데 필요한 픽셀컬러들을 계산하는 과정이다.