3D 모델링 폴리곤, 패치, 넙스의 차이점

1. 모델링

▶0차원(점), 1차원(선), 2차원(면)을 이용해 가상의 3차원(공간)에 물체를 표현하는 방식을 모델링이라고 한다.

가상의 3차원 면은 메쉬(Mesh), 생성된 오브젝트(object)는 지오메트리(Geometry)라고 한다.

 

 

▶ 모델링: 폴리곤, 넙스, 섭디비젼, 스컬핑 으로 나누어짐

- 각 방식마다 장단점있다. 분야마다 다른 방식을 선택해 사용

- 게임  : 폴리곤 모델링

- 애니메이션 : 섭디비젼 모델>

- 제품, 건축 :  넙스 모델링>

2. 폴리곤(Polygon) 모델링

▶폴리곤(Polygon, 다면체)은 형태를 구성하는 점, 선, 면의 집합으로 메쉬(Mesh)를 제작하는 방식이다.

▶가장 전통적인 방식으로 게임 그래픽에 많이 사용되고 있다.

▶폴리곤의 최소단위는 삼각형, 모델링을 할 때는 작업자가 보기 편한 사각형을 기본 단위로 한다.

▶아래 그림처럼 사각형 메쉬는 2개의 삼각형으로 만들어진다(그림①).

▶모든 다각형 면을 삼각형의 조합으로 표시하면 화면 정보량이 많아져 구조를 파악하기 어렵기 때문에 편의상 선을 생략해 사각형을 표현한다.

▶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 있다.

출처 : www.opentutorials.org/module/1468/12598

 

 

 

 

 

▶장점 : 폴리곤은 쉽고 직관적

▶단점 : 곡선 표현이 부족하기 때문에 엘리어싱(Aliasing, 계단 현상)이 발생.

폴리곤으로 곡선을 표현하려면 폴리곤 갯수를 많이 늘려야 하기때문에

높은 하드웨어 성능을 요구하게 된다.

▶하드웨어 제약과 디자인 컨셉에 따라 최적화를 염두한 모델링 계획을 세워야 한다.

 

출처 www.opentutorials.org/module/1468/12598

 

▶폴리곤 모델링은 폴리곤의 갯수에 따라 로우 폴리곤(Low Polygon)과 하이-폴리곤(High Polygon)

▶게임 엔진: 실시간으로 이미지를 구현해야 하기 때문에 가벼운 로우 폴리곤을 사용

▶애니메이션에서는 제약이 없기 때문에 하이 폴리곤을 사용

▶기술의 발전으로 로우 폴리곤의 범위가 넓어져 어디까지가 로우 폴리곤인지 판단하기는 힘들어 졌지만 대체적으로 게임 엔진에서 실시간으로 렌더링할 수 있는 수준을 로우 폴리곤 모델링이라고 한다.

 

이미지 출처 www.opentutorials.org/module/1468/12598

폴리곤 요약 정리 : 

▶정의 :  모든 면이 삼각형으로 되어 있다. 모든 오브젝트의 기본이되는 요소다.

모델을 만드는 법이나 과정이 초보자에게는 힘들지만, 완성 후의 변형이나 매핑에서의 장점이 많다.

또 넙스나 서브디비전 서페이스를 통해 넙스 같이 부드러운 모델을 만들 수있다.

 

▶수정방법 : 면을 수정하고 싶으면 버텍스를 이동하고, 면을 늘리고 싶으면 에지를 늘리거나 점을 추가한 후 면을 만든다.

 

▶랜더링속도 : 면의 수를 원하는 만큼 조절할 수 있으므로 랜더링이 가장 빠르다.

 

▶데이터 처리 : 한 면이 가지고 있는 세 점의 위치를 단순히 (x,y,z)로 표현한다.

그래서 용량이 적고 처리가 가장 빠르다.

게임회사에서는 주로  폴리곤을 사용한다.

 

▶텐션 : Mesh Smooth 같은 기능으로, 폴리곤의 면을 부드럽게 해줄 때에는 임의로 텐션값을

입력해 줄수 있다.

- 원하는 부분에만 정확히 면을 부드럽게 해줄 때에는 임의로 텐션값을 입력해 줄 수 있다.

- 원하는 부분에만 정확히 면을 더 삽입하거나, 개인 능력에 따라 원하는 부분만 좀더 정교하게

만들 수 있다.

 

▶불린 : 거의 모든 폴리곤이 깨끗하고 빠르게 불린된다.

 

▶​변환 : 패치로 변환이 가능하다. 기본 도형은 넙스로 변환 가능하다.

 

▶커브조절 : 다양한 조절 방법이 있다.

 

▶​디스플레이속도 : 가장 빠르다.

 

3. 넙스(Nurbs) 모델링

▶Nurbs는 비정형 유리 B-스플라인(Non-Uniform Rational B-spline)의 약자로 폴리곤의 단점을

보안하기 위에 만들어진 기술이다.

▶장점 : 넙스 모델링은 높은 품질의 곡면체를 만들 수 있다.

-------제품 디자인에 많이 쓰인다.

▶넙스 모델링 : 먼저 선(Curve)을 이용해 형태를 잡고 선들을 LOFT시켜서 면(Surface)을 만든다.

▶콘트롤러로 작용하는 점(Control Vertex)을 이용해 형태를 수정,  접합하는 방식으로 모델링을 한다.

▶영상~ 산업에 이르기 까지 높은 품질의 유기체 모델링을 요구하는 영역에서 다양하게 사용되고 있다.

▶대표적인 툴로는 Solidworks와 NX가 있다.

 

출처 : www.opentutorials.org/module/1468/12598

 

▶단점 : 화면 정보량은 폴리곤 보다 단순하지만 모델링이 까다롭고 텍스처 맵핑을 할 수 없으며

렌더링시 하이 폴리곤으로 전환되어 데이터가 무거워 진다.

▶게임이나 애니메이션에서는 사용하지 않는다.

 

 

 

 

 

 

넙스 요약 정리: 

▶정의 : 가장 부드러운 모델의 표현이 가능해 주로 동식물 모델링에 많이 사용된다.

하지만 그만큼 알고리즘이 복잡해 모델링에 많은 시간이 걸린다.

▶수정방법 : 폴리곤만큼 다양한 툴들이 개발되어 있다.

 

▶랜더링속도 : 아주 부드러운 표현이 가능하나 엄청난 랜더링 시간을 요구한다.

 

▶데이터처리 : 넙스는 조절점과 조절점 사이를 수학적 공식으로 계산하므로 커브가 바뀔 때 마다

새로운 공식을 만들기 때문에 엄청난 계산시간을 요구한다. 무한히 줌인해 들어가도 결국은 커브이다.

 

▶텐션 : 표면에 조절점을 추가로 삽입하면 커브의 텐값이 바뀌어 굴곡이 변한다. 조절점을 추가하면 가로줄이나 세로줄 방향의 조절점이 모두 2배로 늘어난다.

 

▶불린 : 불린 이나 트림(뚫기)이 된다. (이때 불린이나 트림이 된 넙스는 보다 많은 폴리곤이 내부적으로 생성되므로 렌더링이 보다 오래 걸린다).

 

▶변환 : 넙스 오브젝트는 오직 폴리곤으로만 전환될 수 있다.

 

▶커브조절 : 조절점의 Weight(끌어 당기는 힘)로 조절한다.

 

▶디스플레이 속도 : 느리다. 

 

 

 

4. 섭디비전(Subdivision) 모델링

▶섭디비전은 미국 애니메이션 회사인 픽사(Pixar)에서 개발된 모델링 기술이다.

▶직관적인 폴리곤의 장점과 곡선이 완벽한 넙스의 장점을 모두 가지고 있다.

▶섭디비전 기술을 사용하면 겉으로 보이는 폴리곤 모델링을 기본으로 완만한 곡선이 계산되어 곡선 형태를

이루는 것을 볼 수 있다.

▶이때 폴리곤의 점(Vertex)이 곡선에 영향을 미치는 컨트롤러가 되어 모델링을 할 수 있다.

▶장점 : 섭디비전은 넙스와는 다르게 곡선을 만들 때 UV 좌표도 함께 계산되기 때문에 텍스처 맵핑을 할 수 있다.

 

출처 :www.opentutorials.org/module/1468/12598

 

▶픽사에서는 섭디지젼 기술을 오픈섭디비(OpenSubdiv)라는 이름으로 오픈 소스화 했다.

▶그래픽 산업의 상생과 발전을 생각한 것. 픽사의 오픈섭디비는 계산 속도가 뛰어나 빠른 속도와

퀄리티를 자랑하기 때문에 영화와 애니메이션 같은 영상 업계 뿐 아니라 게임 업계에서도 적극적으로

이 기술을 도입할 계획이라고 한다.

 

 

 

 

 

출처 :graphics.pixar.com/opensubdiv/docs/intro.html

5. 스컬핑(Sculpting) 모델링

▶스컬핑 방식은 최근 유행하는 모델링 방식으로 점토로 석상을 만드는 과정을 3D로 옮겨온 것이다.

▶기본적으로 조형에 대한 이해가 있어야 원하는 모델링을 할 수 있기 때문에 일정 기간 숙달 과정이 필요하지만 점토를 빚듯이 모델링을 한다면 그보다더 직관적인 방식은 없을 것이다.

▶스컬핑은 그 자체로 독립적인 결과물을 만들어 낼 수 있지만 게임이나 애니메이션에 사용하기 위해서는 겉 표면을 폴리곤으로 재가공하는 과정이 필요하다.

▶스컬핑은 기본적으로 하이 폴리곤이기 때문에 스컬핑 모델링 데이터를 어느정도 보안하면서 폴리곤 수를 낮출수 있는 대안적인 기술로 노말 맵(Normal Map)이라는 개념이 등장하게 되었다.

▶노말 맵은 겉표면의 3차원 방향 정보를 가진 2차원 이미지로 빛의 반사 값을 조절해 눈을 속이는 방식이다.  

출처 www.opentutorials.org/module/1468/12598

▶ 우선 하이 폴리곤이나 스컬핑 모델링을 한 뒤에 겉 표면을 로우 폴리곤으로 다시 모델링한다.

▶ 그뒤 그 두 모델을 겹쳐 노말 맵을 생성한다.

▶ 작업을 할 때는 로우 폴리곤을 기본으로 노말 맵 값을 입혀 하이 폴리곤 처럼 보이게 한다.

▶ 데이터를 많이 사용하지 않으면서도 디테일한 부분을 채우는 합리적인 방식이다.

 

출처 www.opentutorials.org/module/1468/12598

6. 패치

정의 : 폴리곤과 넙스의 장점을가지고 있는 모델링 방법, 넙스만큼 부드러우면서도 랜더링이 훨씬 빠르다.

 

수정방법 :  변형 툴이 많지 않아 무조건 조절점을 잡아당기고 밀어넣어서 모델을 표현한다.

 

랜더링속도 : 폴리곤같이 비교적 빠른 렌더링 속도를 보여준다. 하지만 아직도 폴리곤보다는 렌더링이 느리다.

 

데이터 처리 : 패치는 조절점과 조절점 사이를 단순히 커브로 계산한 후 원하는 수티만큼 스텝값으로 표현한다.

그렇기 때문에 결국 줌인해 들어가면 커브가 아니라 각진 선이다. 각지는 문제는 스텝값을 높여주면 얼마든지 부드러워질 수 있다.

 

텐션 : 면을 나눠줘도 커브는 변하지 않지만, 면이 모두 배로 늘어난다. 보통 다른 3D 소프트웨어의 경우엔 넙스처럼 가로줄이나 세로줄 방향의 모든 조절점이 2배로 늘어난다.

 

불린 : 불린이나 트림이 안된다. 면을 열수는 있다.

 

변환 : 패치 오브젝트는 넙스나 폴리곤오브텍트로 변환될수 있다.

 

커브조절 : 잡아당기고 밀어 넣어서 면의 커브를 표현한다.

 

디스플레이 속도 :  폴리곤보다 느리고 넙스보다 빠르다.

 

출처 : Blender

• Opentutorials.org

     Blender 모델링의 기초 글을 인용 요약정리하여 올린 글입니다.