3차원 컴퓨터 그래픽스

3차원 컴퓨터 그래픽스(3D Computer Graphics)는 물체를 가로·세로·깊이의 3차원 좌표로 표현해 컴퓨터 안의 가상 공간에 만들고, 그 장면을 2차원 화면에 사실적인 이미지로 그려 내는 기술이다.

제작 과정

단계	하는 일
모델링(Modeling)	3차원 입체물의 형태를 만들고 공간 속에 배치한다
매핑(Mapping)	모델링한 물체의 표면에 고유한 재질감(무늬·질감·색)을 입힌다
조명·카메라 설정	광원의 종류·위치와 카메라(시점)의 속성을 정한다
렌더링(Rendering)	광원·카메라·재질을 계산해 장면을 사실적인 2차원 이미지로 그려 낸다
애니메이션	물체·카메라의 움직임을 프레임마다 정한다 → 컴퓨터 애니메이션
합성(Compositing)	렌더링한 영상을 실제 사진·촬영 영상이나 다른 그림과 합친다

실제 사진과 그린 그림을 결합하는 것은 합성, 입체물을 만들어 배치하는 것은 모델링, 광원과 카메라 속성으로 사실적인 이미지를 그리는 것은 렌더링이고, 표면에 재질감을 주는 것이 매핑이다. 그래픽 처리 장치가 이 과정을 단계별로 처리하는 구조는 렌더링 파이프라인에 있다.

모델링 방식

구분	와이어프레임 모델	서피스 모델	솔리드 모델
표현	꼭짓점과 선(모서리)만	선과 표면(면)	표면과 내부까지 꽉 찬 입체
데이터양	가장 적다	중간	가장 많다
처리 속도	가장 빠르다	중간	가장 느리다
숨은선(은선) 제거	불가	가능	가능
단면도 작성	불가	가능(단면이 윤곽선으로 나온다)	가능
색상·질감·음영	표현 못 함	표현 가능	표현 가능
부피·무게·무게중심 계산	불가	불가	가능
쓰임	빠른 형태 확인, 초안	자동차 차체 같은 복잡한 곡면, NC 가공	기계 부품 설계, 간섭 검사, 물리 해석

처리 속도는 와이어프레임 > 서피스 > 솔리드 순이고, 데이터양은 그 반대다
와이어프레임은 선만 있어 앞뒤가 겹쳐 보이므로 형태를 잘못 읽기 쉽다
서피스 모델은 선뿐 아니라 표면도 표현하지만 속이 비어 있어 질량을 계산하지 못한다. 와이어프레임보다 데이터가 많다
솔리드 모델을 만드는 방법에는 기본 입체(육면체·원기둥·구)를 합집합·차집합·교집합으로 조합하는 CSG 방식과, 경계면으로 입체를 정의하는 B-rep 방식이 있다
이 밖에 곡면을 다각형으로 잘게 나눈 폴리곤 모델링, 곡선 수식으로 매끈한 곡면을 만드는 넙스(NURBS) 모델링이 있다. NURBS 의 바탕은 베지어 곡선 같은 매개 곡선이다

매핑의 종류

텍스처 매핑 - 2차원 이미지를 표면에 입혀 무늬·질감을 나타낸다
범프 매핑 - 표면의 법선을 흔들어 울퉁불퉁한 요철이 있는 것처럼 보이게 한다
반사(환경) 매핑 - 주변 풍경이 표면에 비쳐 보이게 한다
투명 매핑 - 표면의 일부를 투명하게 만든다

렌더링 기법

셰이딩 - 면의 기울기와 광원 방향으로 명암을 계산한다. 면마다 한 색인 플랫 셰이딩, 꼭짓점 색을 보간하는 고러드 셰이딩, 법선을 보간해 하이라이트가 매끄러운 퐁 셰이딩이 있다
레이 트레이싱 - 눈에서 나가는 광선을 거꾸로 따라가며 반사·굴절·그림자를 계산한다. 사실적이지만 계산량이 많다
라디오시티 - 면과 면 사이의 빛의 상호 반사(간접광)를 계산한다
경계의 계단 현상은 안티앨리어싱으로 줄인다

같이 보기