· Overview
- 기본 도형(Primitives)는 위 일련의 단계에서 처리된다.
- 각 스테이지가 결과를 다음 스테이지로 전달한다.
- 파이프라인은 다양한 방식으로 그려지고 구현될 수 있다.
- 하드웨어에 있는 단계, 소프트웨어에 있는 단계가 구분된다.
- 일부 단계는 최적화 및 추가 프로그래밍이 가능하다.
1. Modeling Transformations
- Modeling Transformation 단계는 3D 모델을
Object space라는 각자의 좌표계에서World space라는 공통된 좌표계로 변환한다.
2. Illumination(Shading)
- 질감이나 소재와 같은 머티리얼 특성, 표면(Surface) 특성과 광원에 따른 정점의 빛 표현(Vertices lit)
- Diffuse, Ambient, Phong 등의 지역 조명 모델(Local Lighting model)
3. Viewing Trransformation
World space를Eye space로 변환하는 과정이다.- 이때
Eye space에서 관찰점(eye)인 Eye position은 좌표계의 원점, 관찰 방향은 특정 축(주로 z)을 따라 지정된다. - 실제 카메라의 특성을 담은 모델을 이용해 촬영 위치, 시점과 각도(Orientation), 시야의 넓이 즉, 가로세로 비율(Aperture), 곡률 등의 매개변수를 전달해 보여질 영역을 정한다.
- u-v-n Viewing coordinate frame
Eye space는 Viewing coordinate space라고도 하는데, 특이하게 xyz 좌표축이 아닌 uvn 좌표축을 사용한다. 오른손 좌표계를 따르며, 각 벡터는 다음을 의미한다.
- u(VUP, View Up vector) : View plane의 Y 방향 벡터. VPN에 수직 방향이기만 하면 되기 때문에, 반드시 정확히 위쪽 방향일 필요는 없다.
- v : VUP 과 VPN을 외적하여 나온 X 방향 벡터.
- n(VPN, View Plane Normal) : View plane에서 Eye position 쪽으로의 방향(Z) 벡터.
- Viewing Specifcation
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Eye Position으로부터 시작되는
Eye space는 위와 같은 요소들로 구성된다.요소 설명 View plane - 카메라의 필름과 같이 3D 월드를 2D 화면에 투영시킬 기준이 되는 무한한 평면.
u-v 벡터의 평면이기도 하다.
- View plane보다 앞에 있는 물체는 보이지 않고, 뒤는 보인다.Clipping window - View plane에서 실제 화면으로 보여질 영역의 크기 및 비율을 결정한 창. Front/Back clipping plane - Near/Far 라고도 하며, 관찰할 수 있는 Clipping window의 최소, 최대 영역.
- 직교(정사영, Orthogonal) 투영이라면 Front/Back의 크기는 같고,
원근(Perspective) 투영이라면 Front보다 Back의 크기가 크다.View volume - Eye position부터 Clipping window로 만들어질 수 있는 사각뿔 모양의 3D 영역. Viewport - View volume 내에서 화면에 실제로 보여질 영역. View plane과 평행하다.
위 그림에서 View plane으로 가리켜지고 있는 영역이라고 생각하면 쉽다.View frustum - View volume을 Front/Back clipping window로 감싼 절두체.
4. Clipping
Eye space에서NDC(Normalized Device Coordinates)로 변환하는 과정이다.- View frustum(View volume) 바깥의 오브젝트들을 잘라내고, 물체가 카메라에 보이는 면을 뽑아내거나 물체가 카메라에 가려지는 면을 지워낸다(사실 둘은 같은 작업이다).
5. Projection
NDC에서Screen space로 변환하는 과정이다. 이때 3D object가 2D vector image가 된다.
6. Rasterization(Scan conversion)
- 2D화된 물체를 픽셀 데이터로 표현한다. 이렇게 2D vector image를 그에 대응하는 Pixel pattern image로 변환하는 것을 래스터화(Rasterization)이라 한다.
- 물체의 색깔, 투명도, 깊이(Depth) 등의 요소를 종합하여 해당 픽셀의 최종 색깔을 표현한다.
7. Visibility / Display
- 최종적으로 결정된 픽셀 데이터를 화면에 표현한다.
· 참고
▶ [MIT csail] The Graphics Pipeline: Projective Transformations
