어제 3D모델링이란 무엇인지 그 뜻과 3차원 형상기법에 알아보았다.
오늘은 그와 뗄래야 뗄 수 없는 3D렌더링이란 무엇인지 그 뜻과 과정에 대해 알아보도록 하겠다.
보통 3D모델링이라는 용어는 알지만 렌더링이라는 것은 무엇인지 모르는 사람도 많고, 두 가지 뜻이 똑같다고 알고 있는 사람도 많을 것 같아 정확하게 알아보기 위해 따로 포스팅을 하게 되었다.
그럼 지금부터 3D렌더링이 무엇인지! 한 번 알아보도록 할텐데 그 전에 먼저 !!! 렌더링의 기본이 되는 모델링이 무엇인지 먼저 간단히 알아보고 넘어가겠다.
1. 3D모델링이란..?
가상공간의 3차원 모델을 통해 실세계의 물체를 묘사하거나 혹은 물리적 환경을 모델링하여 가상환경 속에서 물체의 모습을 만들어내는 것을 말하는데 쉽게 말해 3D입체 구조물을 만들어내는 과정으로 최근 3차원 모델링은 영화, 애니메이션, 광고 등의 엔터테인먼트 분야와 물리적 실험 시뮬레이션, 건축, 디자인 등의 설계 및 예술의 표현 수단으로 활용되고 있다.
2. 3D렌더링이란..?
컴퓨터 그래픽스 분야에서는 2차원 또는 3차원 장면을 바탕으로 컴퓨터를 이용해 사진이나 영상을 만들어내는 과정 또는 그러한 기법을 말하는데, 건물 설계, 게임, 애니메이션 등에 주로 사용되며 쉽게 말해 만들어낸 3D모델에 질감을 입히고 여러 광학 효과를 가미하는 과정을 말한다.
렌더링은 아키텍처, 비디오 게임, 시뮬레이터, 영화, 텔레비전 특수 효과, 디자인 시각화에서 사용되며 분야마다 서로 다른 기능과 기술을 이용하며 또 렌더링을 위해 다양한 렌더링 프로그램을 이용할 수 있다.
어떤 프로그램들은 대형 모델링, 애니메이션 패키지를 만드는 데 통합되며 또 어떤 것들은 독립형 제품이고 또 어떠한 것들은 자유 소스 프로젝트에 속해 있어 안을 더 들여다보면 렌더링 프로그램은 광학, 비주얼 시스템, 수학, 소프트웨어 개발과 관련된 선택적 혼합에 기반을 둔 공학 프로그램이기도 하다.
기본적으로는 형태 표현, 음영, 색상표현, 공간, 재질 표현이 가능하며 사실감을 표현하고, 제품의 특징을 잘 나타낼 수 있는 여러 재료를 혼합해서 사용하는데, 가장 많이 사용된 재료로는 매직 마커와 수재화 물감, 매직 마커는 색상이 풍부하고, 선명하며, 건조시간이 매우 빠를 수 있다.
그리고 목재, 금속, 도자기, 천, 가죽 등의 재질감을 표현할 때는 혼용기법을 사용하는 것이 효과적이다.
- 건식기법 : 연필, 색연필, 파스텔, 크레용 등의 표현 도구사용.
- 습식기법 : 수채화 물감, 매직마커, 포스트컬러, 잉크, 유화, 아크릴물감 등을 사용.
- 천부기법 : 스크린톤, 컬러톤, 색지 등을 붙어 사용.
3. 과정
3D형상 제작 과정은 모델링과 렌더링 과정으로 나누는데 전자가 기본적인 골격을 만드는 과정이라면, 후자는 그 골격 표면을 처리하는 과정이라 할 수 있다.
렌더링을 하지 않고 모델링만으로 작업을 마치는 경우도 있지만, 보통 영상이나 게임 분야에서는 이 과정을 꼭 거친다.
렌더링 과정에는 크게 변환과 색칠 과정으로 구분할 수 있는데 변환 과정이란 3차원 모델 좌표계의 정점들을 2차원 모델 화면 좌표계로 바꾸는 것이고, 색칠 과정은 면에 그려지는 객체의 색체와 조명 또는 매핑 등으로 원하 효과를 나타내는 것을 말한다.
렌더링 과정은 투영->클리핑->은면처리->셰이딩->매핑 순으로 진행되며 각 과정의 역할에 대해 알아보자.
- 투영(Projection): 3차원 오브젝트를 2차원 스크린에 비추는 과정
- 클리핑(Clipping): 디스플레이 밖(모니터 또는 윈도우 창에 나오지 않는 부분)의 오브젝트 부분(보이지 않는 부분)을 처리하는 과정
- 은면처리(Hidden Surface): 오브젝트의 보이는 부분과 보이지 않는 부분을 처리하는 과정
- 셰이딩(Shading): 음영, 조명 빛, 광원의 빛, 반사광, 투명한 효과 등을 처리하는 과정
- 매핑(Mapping): 오브젝트의 표면에 텍스처 등을 씌워 질감과 반사된 풍경 등을 처리하는 과정
이 과정 중에서 셰이딩과 매핑은 특성상 겹치는 부분이 많다.
여기서 잠깐!
셰이딩의 종류에 대해 간단히 설명해보겠다.
1) 플랫 셰이딩(flat shading) : 3차원 컴퓨터 그래픽스에 쓰이는 광원 기술인데 다각형의 표면과 광원 방향 간 각도, 개별 색상, 광원의 세기에 따라 한 물체의 각 다각형에 그림자를 넣음.
2) 고러드 쉐이딩 ( Gouraud shading)
플렛 쉐이딩의 단점을 보완한 것으로 빛이 비춰지는 면들의 평균적인 명암을 계산해서 그것을 부드럽게 적용시켜주는 것으로 플렛 쉐이딩과는 달리 면과 면 사이의 각을 감추어 줌.
3) 퐁 쉐이딩 (Phong shading)
고러드 쉐이딩과 유사하며 정점들 사이의 노말들을 하나의 표면 노말로 분해하여 면의 모든 픽셀에 대한 노말을 계산하여 고러드 쉐이딩보다 정확한 곡면 쉐이딩 가능하며 보다 사실적인 표현이 가능함.
4)레이트레이싱(Ray tracing )
자연적인 명암표현으로 실사와 유사한 느낌, 주로 ,영화 CG제작에 사용함.
4. 프로그램
3D모델링 프로그램으로는 라이노, 3D Max, 스케치업, 솔리드웍스, 마야 등 다양하게 사용할 수 있고, 3D렌더링 프로그램으로는 키샷, V-ray 등이 있으며 보통 모델링 프로그램 자체적으로 렌더링 기능을 가지고 있다.
지금까지 3D렌더링의 뜻과 과정에 대해 알아보았는데 3D모델링으로 형상만 표현했을 때보다 이 과정을 거치게 되면 질감과 색상, 주변 환경들을 표현할 수 있으니 훨씬 현실감 있고, 사실적으로 표현되어 이해도 쉬우면서 활용할 수 있다면 좋은 것 같다.
