표준 매핑이란?
3D 컴퓨터 그래픽에서 표준 매핑을 사용하면 3D 모델의 모든 디테일을 개체의 기하학에 모델링하거나 스컬프팅하지 않아도 됩니다. 표준 매핑은 기하학적 복잡성을 늘리지 않으면서 디지털 개체를 더욱 사실적으로 표현하기 위한 표면 디테일을 만드는 데 사용됩니다.
표준 매핑 프로세스의 이해
3D 모델링에서 표면은 폴리곤으로 나타냅니다. 조명은 쉐이딩 기법을 사용하여 3D를 재현하는 것과 같은 방식으로 폴리곤의 기하학을 기반으로 계산됩니다. 이 접근 방식은 매우 효과적이지만 계산량이 많아져 전체적인 디테일 수준이 제한될 수 있습니다. 표준 매핑은 기본 기하학을 변경하지 않으면서 빛이 표면과 상호 작용하는 방식을 수정하는 경량의 솔루션입니다.
표준 맵은 표면에 대한 정보를 텍스처 이미지의 형태로 저장합니다. 텍스처에 표면 법선을 인코딩하여 아래 기하학에 복잡성을 더하지 않으면서 범프, 스크래치, 주름 등 표면 디테일의 모습을 시뮬레이션할 수 있습니다.
표준 맵은 렌더링하는 동안 표준 맵에서 수정된 표면 법선을 사용하여 계산됩니다. 그러면 계산량이 많지 않아 실시간으로도 높은 수준의 디테일을 구현할 수 있으므로 비디오 게임 개발자가 주로 사용하는 기법입니다.
표준 매핑 활용 사례
표준 매핑은 다용도로 사용되는 기법으로, 3D 아티스트나 디자이너는 워크플로우를 가속화하고 개선하기 위해 이 기술을 사용합니다.
게이머를 위해 실시간으로 장면을 렌더링해야 하는 비디오 게임과 같이 하드웨어 제약이 매우 중요한 시나리오는 물론, 컴퓨터 애니메이션 영화, 건축 시각화, 제품 디자인에서도 활용되고 있습니다.
표준 매핑은 개체의 색상화에 영향을 주지 않으므로 개체의 표면이 완전히 평평하지 않거나 매끄럽지 않은 경우에 주로 사용됩니다. 즉, 낡은 가죽, 울퉁불퉁한 나뭇결, 사람의 피부, 천 등 거의 모든 3D 모델에 표준 맵을 사용하여 사실감을 높일 수 있습니다.
다음은 표준 매핑에 일반적으로 사용되는 기본 툴과 소프트웨어입니다.
1. 3D 모델링 소프트웨어: Blender, Maya, ZBrush, Substance 3D Modeler는 표준 매핑에 사용할 모델을 만들 때 사용합니다. 모델링과 스컬프팅 고유의 접근 방식을 제공하는 우수한 소프트웨어 솔루션이 많이 있습니다.
2. 텍스처 페인팅 소프트웨어: Substance 3D Painter, Adobe Photoshop은 표준 맵을 포함한 텍스처 맵을 만들고 편집할 때 사용합니다.
3. 표준 맵 생성 툴: 노멀 맵 생성 소프트웨어를 통해 고해상도 기하학이나 텍스처 정보로 표준 맵을 생성할 수 있습니다. xNormal, CrazyBump, Substance 3D Designer는 다양한 입력을 기반으로 표준 맵을 생성합니다.
4. 게임 엔진: Unreal Engine, Unity는 표준 매핑을 기본으로 지원합니다. 표준 맵 이용에 필요한 툴과 렌더링 기능을 갖추고 있으며, 게임 경험을 제작할 때와 마찬가지로 렌더링을 구현할 때도 유용합니다.
5. 쉐이더 프로그래밍 언어: HLSL(High-Level Shading Language), GLSL(OpenGL Shading Language)을 이해하면 표준 매핑을 이용하는 사용자 정의 쉐이더를 쉽게 만들 수 있습니다. 개발자는 조명이 표준 맵 등의 텍스처 맵과 상호 작용하는 방식을 정의하여 매력적인 시각 효과를 얻을 수 있습니다.
이외에도 유용한 툴과 소프트웨어가 많지만, 앞서 소개한 툴과 소프트웨어는 표준 매핑에 대한 기본 지식과 실시간 렌더링 환경에서 구현하는 방법을 익히는 데 좋은 시작점이 됩니다.
이미지 제공: Playground Games
표준 맵과 범프 맵의 차이점
표준 맵과 범프 맵 모두 3D 모델에 표면 디테일을 추가하는 기법이지만, 표면 법선을 나타내고 조정하는 방식이 다릅니다.
범프 매핑
범프 맵은 높이 맵 또는 변위 맵이라고도 하며, 표면의 변형을 나타내는 높이 정보를 저장합니다. 밝은 값은 표면의 높은 영역을, 어두운 값은 낮은 영역을 나타내는 회색 음영 이미지를 사용합니다. 이러한 회색 음영 값을 기반으로 표면 법선을 조정하여 렌더링 시 모델의 기하학을 수정합니다. 따라서 이 기법은 렌더링하는 동안 빛이 모델과 상호 작용할 때 표면의 디테일을 사실적으로 표현하지만 범프 맵은 표면 법선을 저장하지 않고 높이 정보만 저장합니다.
표준 매핑
표준 맵은 각 색상 채널이 각 텍셀에서 표면 법선 벡터의 X, Y, Z 성분을 나타내는 RGB 이미지를 사용하여 명시적인 표면 법선 정보를 저장합니다. 표면의 방향에 대한 많은 정보를 캡처합니다. 모델 자체의 기하학에는 영향을 미치지 않지만 빛이 주변과 상호 작용하는 방식을 수정합니다.
범프 맵에 비해 표준 맵은 가장 정확한 결과를 제공하며, 높이 변형 이상의 표면 디테일을 캡처합니다.
표준 매핑의 장단점
표준 매핑의 장점과 단점을 정확히 알아두면 적용할 때 도움이 됩니다.
표준 매핑의 장점
1. 사실적인 표면 디테일: 기하학적 복잡성을 늘리지 않으면서 복잡한 표면 디테일을 추가할 수 있습니다.
2. 효율성: 표면 디테일을 얻기 위해 모델의 폴리곤 수를 늘리는 것에 비해 계산의 효율성이 높은 기법입니다.
3. 메모리 요구량 감소: 정보를 텍스처 형식으로 저장하므로 기하학 정보 저장에 비해 메모리를 덜 사용합니다.
4. 재사용성: 다른 모델에 쉽게 적용할 수 있으므로 여러 에셋에 재사용할 수 있습니다. 따라서 시간과 노력, 제품의 최종 크기가 절약됩니다.
5. 인터랙티브한 조명 효과: 빛과 모델의 상호 작용을 향상시키므로 정반사 하이라이트, 음영 변형, 정확한 반사 등 역동적인 3D 조명 효과를 연출할 수 있습니다.
표준 매핑의 단점
1. 제한적인 기하학 변경: 표면 디테일의 모습에만 영향을 미치며 기하학을 수정할 수 없습니다. 표준 맵이 만들어내는 효과가 유용할 수 있지만, 기하학을 실제로 수정해야 할 때는 다른 기법이 필요합니다.
2. 생성 및 편집의 까다로움: 고품질 표준 맵을 생성하기가 쉽지 않으며 전문 지식과 소프트웨어가 필요합니다. 표준 맵을 편집하는 것도 데이터의 복잡한 특성으로 인해 어렵습니다.
3. 텍스처 공간 제한: 일반적으로 RGB 이미지로 저장되므로 추가 텍스처 공간이 필요합니다. 전체 메모리 사용량에 영향을 미칠 수 있으며 경우에 따라 신중하게 최적화해야 합니다.
4. 접선 공간 제한: 일반적으로 접선 공간에서 정의되므로 모델의 방향과 UV 좌표에 따라 달라집니다. 따라서 UV 레이아웃이나 방향이 다른 모델에 동일한 표준 맵을 적용할 때 시각적 결함이 발생할 수 있습니다.
표준 맵은 몇 가지 제한 사항이 있지만 3D 모델의 시각적 품질과 사실감을 실시간으로 높일 수 있는 가장 효과적인 기법입니다. 성능과 시각적 정확도 간에 적절한 균형을 유지하므로 3D 텍스처링과 렌더링에 매우 유용한 툴입니다.
표준 매핑이 필요한 작업
맵을 사용하지 않고 모델의 기하학에 직접 섬세한 디테일을 스컬프팅하고 싶을 때가 있습니다. 이런 경우, Substance 3D Modeler와 같은 3D 스컬프팅 소프트웨어를 사용하면 작업을 쉽게 할 수 있습니다. 반면에, 실시간 렌더링이 필요한 경우 장면에 폴리곤 수를 적게 사용하면서 높은 시각적 정확도를 유지하려면 표준 맵이 필요합니다.
표준 매핑을 마스터하세요
다른 기법과 마찬가지로 표준 매핑 기법 또한 꾸준한 연습이 필요합니다. 다양한 소프트웨어로 실험해 보세요. 갖고 있는 모델에 표준 맵을 추가하고 시각 효과와 작동 방식을 살펴보다 보면 컴퓨터 메모리와 제작 시간까지 절약하면서 멋진 결과물을 얻는 방법을 빠르게 익힐 수 있습니다.
자주 묻는 질문
표준 맵은 RGB 이미지에 표면 법선 정보를 저장하는 일종의 텍스처 맵입니다. 모델의 기하학을 변경하지 않으면서 빛이 모델 표면과 상호 작용하는 방식을 변경하는 데 사용됩니다. 표준 매핑은 특히 3D 게임 디자인에 유용합니다. 비디오 게임은 실시간 렌더링이 필요하고, 표준 맵은 모델 표면에 모든 디테일을 모델링하는 것보다 훨씬 더 효율적이기 때문입니다.
법선은 RGB(빨강, 녹색, 파랑) 이미지를 사용하여 생성되며, 이미지의 각 색상 채널은 맵의 각 텍셀에서 표면 법선의 X, Y, Z 성분을 나타냅니다. 즉, 표준 맵에는 각각 양수 값 또는 음수 값을 포함하는 3개의 채널이 있습니다.
- 빨강 채널(R)은 표면 법선 벡터의 X 성분을 나타냅니다.
- 녹색 채널(G)은 표면 법선 벡터의 Y 성분을 나타냅니다.
- 파랑 채널(B)은 표면 법선 벡터의 Z 성분을 나타냅니다.
3개의 채널은 함께 사용되어 각 텍셀의 명시적인 방향 데이터를 제공하며, 렌더링하는 동안 3D 모델의 조명 및 음영 효과를 개선합니다.
컴퓨터 그래픽에서 ‘법선’은 특정 지점에서 표면에 직각(또는 ‘법선’)인 벡터를 말합니다. 표준 맵은 3D 모델의 표면 법선에 대한 정보를 저장하므로 ‘법선 맵’이라고도 합니다.
렌더링하는 동안 표준 맵을 적용하면 맵에 저장된 정보를 기반으로 3D 모델의 표면 법선이 수정되어 복잡한 표면 디테일을 사실적으로 표현하는 조명 및 음영 효과를 구현할 수 있습니다.
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사실적인 지프 렌더링에서 텍스처를 만드는 표준 매핑 예제
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표준 매핑이란? - Adobe
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표준 매핑을 사용하면 3D 컴퓨터 그래픽에 범프, 홈, 스크래치 등 섬세한 표면 디테일을 추가할 수 있습니다. 표준 맵에 대해 알아보세요.
