자 마흔 아홉 번째 키워드인 'Scene Graph'를 알아 볼 것이다.
게임개발 분야에서 사용되는 개념이라고 들어서 이론을 중심으로 알아보았다.
Scene Graph 가 뭐에요
Scene Graph(장면 그래프)는 컴퓨터 그래픽스와 가상 현실, 게임 개발, 데이터 시각화 등 다양한 분야에서 사용되는 데이터 구조이다.
Scene Graph는 계층적 구조를 통해 장면 내 객체들 간의 관계를 표현한다. 이 구조는 트리(tree) 또는 그래프(graph) 형태로 표현되며, 각 노드는 객체 또는 객체의 속성을 나타낸다.
Scene Graph의 구성 요소
Scene Graph는 여러 유형의 노드와 속성으로 구성되며, 각 구성 요소는 특정한 기능을 담당한다.
주요 구성 요소
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루트 노드(Root Node)
최상위 노드로, 모든 장면 그래프의 시작점이다.
모든 다른 노드들의 부모 역할을 한다.
일반적으로 Scene Graph 전체를 관리하는 전역 변환 또는 설정을 포함한다. -
내부 노드(Internal Node)
다른 노드를 자식으로 가지며 계층 구조를 형성한다.
그룹 노드(Group Node)라고도 불리며, 자식 노드들을 하나의 그룹으로 묶는다. -
단말 노드(Leaf Node)
자식 노드가 없는 노드로, 실제 렌더링될 객체를 나타낸다.
주로 기하 정보(Geometry)와 외형 정보를 포함한다.
- 예: 삼각형, 큐브, 구 등의 기본 기하 도형, 텍스처 맵핑된 객체 등 -
변환 노드(Transform Node)
위치, 회전, 크기 조절 등 공간 변환 정보를 포함한다.
부모 노드의 변환을 자식 노드에게 계승하여 복잡한 변환을 단순하게 관리한다.
- 예: 특정 위치로 이동(Translation), 특정 축을 중심으로 회전(Rotation), 크기 조절(Scaling) 등 -
속성 노드(Property Node)
색상, 재질, 텍스처 등의 렌더링 속성을 정의한다.
- 예: 표면의 색상(Color), 광택 또는 거친 표면의 재질(Material), 텍스처 맵(Texture Map) 등
Scene Graph의 동작 방식
Scene Graph의 주요 동작 방식
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트래버설(Traversal)
Scene Graph를 순회하며 각 노드의 정보를 처리한다.
주로 전위 순회(Pre-order Traversal) 방식을 사용하여 부모 노드의 정보를 먼저 처리한 후 자식 노드로 이동한다.
트래버설은 렌더링, 충돌 감지, 애니메이션 업데이트 등 다양한 작업을 수행하는 데 사용된다.- 예: 렌더링 트래버설 시 각 노드의 변환 정보를 누적하여 최종 객체의 위치와 모양을 계산합니다.
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변환의 계승
상위 노드의 변환 정보가 자식 노드로 전달된다.
변환 행렬(Transformation Matrix)을 사용하여 변환 정보를 누적한다.- 예: 팔을 회전시키면 팔에 연결된 손과 손가락도 함께 회전한다.
- 렌더링(Rendering)
트래버설 과정에서 각 노드의 정보를 사용하여 객체를 화면에 렌더링한다.
각 노드의 기하 정보와 렌더링 속성을 바탕으로 최종 이미지가 생성된다.
GPU(Graphics Processing Unit)를 사용하여 대규모 데이터를 효율적으로 처리한다.
Scene Graph의 활용 사례
게임 개발
캐릭터 애니메이션: 캐릭터의 뼈대(Skeleton)를 Scene Graph로 관리하여 각 뼈의 변환을 계층적으로 적용, 자연스러운 움직임을 구현한다.
월드 구성: 게임 월드의 각 요소(건물, 나무, 차량 등)를 Scene Graph로 관리하여 효율적으로 렌더링한다.
가상 현실(VR)
환경 구성: 가상 현실 환경을 Scene Graph로 관리하여 사용자가 상호작용할 수 있는 모든 객체를 체계적으로 배치하고 렌더링한다.
실시간 렌더링: 고성능 GPU와 Scene Graph를 활용하여 실시간으로 복잡한 장면을 렌더링한다.
애니메이션 영화
씬 구성: 영화의 각 장면을 Scene Graph로 관리하여 복잡한 애니메이션을 체계적으로 구성하고 렌더링한다.
효율적 렌더링: Scene Graph를 통해 중복된 객체의 렌더링을 피하고, 최적화된 렌더링을 수행한다.
데이터 시각화
3D 데이터: 복잡한 3D 데이터를 Scene Graph로 시각화하여 데이터의 구조와 관계를 직관적으로 이해할 수 있도록 한다.
상호작용: 사용자가 데이터를 탐색하고 상호작용할 수 있는 기능을 제공, 예를 들어 줌(Zoom), 팬(Pan), 회전(Rotate) 등을 구현한다.
결론 - 느낀 점
이 Scene Graph라는 기술이 Sentence 방식에 대해 에러 사항이 있어 나온 기술이라고 봤다.
그 지식을 바탕으로 이 키워드에 대해서 공부하는데 사실 렌더링 분야가 쉽게 접한 분야가 아니라
어려웠다.
Direct X를 공부하며 더 상세하게 공부를 해야할 것 같다.
