저비용으로 해결 가능한 3D 비디오 게임의 이미지 생성 기법

지금까지 배경 이미지와 3D 비디오 게임의 세부 사항으로 적용되는 바위, 구름, 대리석과 그 밖에 질감은 종종 직접 손으로 그려지므로, 생성하는 비용이 많이 들었다.
최근 UC San Diego의 컴퓨터과학과 학부생이 개발한 획기적인 성과물은 비디오 게임 개발자에게 고품질의 가능성을 제공한다. 이번 진보된 성과는 ACM SIGGRAPH 2008의 컴퓨터 그래픽 학술대회에서 발표되었다.
“비디오 게임 개발자는 새로운 게임에 우리 연구를 매우 쉽게 통합해야 할 것이다. 내가 게임 개발자라면, 나는 연속적으로 나오고(stretching) 점멸(flickering)하는 배경과 세부사항들이 더 이상 3D 비디오 게임에서 있어서는 안 된다고 생각한다”며 본 연구에서 많은 작업을 했던 UCSD의 컴퓨터과학과 학부생인 Alex Goldberg가 말하였다. UC San Diego 컴퓨터과학과의 Matthias Zwicker 교수와 MIT의 Fredo Durand 교수 역시 본 연구 프로젝트에 공헌하였다.
“사람들은 손으로 배경과 세부 이미지를 생성하기 위해 미술가를 고용하지 않고, 이러한 일그러짐(distortions)을 제거하는 방법을 찾고 있다. 우리는 이러한 것을 하는 방법을 제안하고 있고, 다운로드가 가능한 코드를 제공할 계획”이라며 최근 UCSD를 졸업하고 San Diego 비디오 게임 스튜디오 PixelActive Inc.에서 일하고 있는 Goldberg가 설명하였다.
2008 SIGGRAPH에 제출된 논문에서는 작은 컴퓨터 프로그램들이 많은 층(layer)의 노이즈를 만들어내는 확실한 기법인 Perlin 노이즈(noise)에 관한 중요한 개선된 특징을 갖는다. 바위, 토양, 구름, 물, 대리석과 같은 것들의 섬세하고 실제적인 질감을 개발하기 위하여, 층들이 마치 캔버스에 페인트의 층 같이 섬세하게 다루어진다.
“3D 비디오 게임의 배경과 세부사항을 이미지로 만들기 위해 컴퓨터로 생성된 노이즈를 사용하는 기존의 방법은 빠르지만, 매우 좋지 않은 이미지를 만들어낸다. 우리 작업은 당신에게 노이즈에 대한 빠른 계산 시간의 이득을 주면서, 일그러짐이나 깜빡임과 같은 많은 트레이드오프(tradeoff)가 없다”고 Goldberg가 말하였다. 또한 본 방법은 값비싼 메모리를 차지하는 거대한 이미지와 같은 질감을 저장할 필요가 없고, 대신 질감이 컴퓨터 프로그램에 의해서 매시간 이미지가 렌더링 되어 생성된다. “이번 프로젝트에서 개발된 절차적인 방법으로부터 생성된 그래픽은 매우 작다. 작은 이미지로 비디오 게임을 그려나가는 것이 다운로드하는 게임에서 더욱 중요하게 될 것”이라고 UCSD의 Zwicker 교수는 말하였다.
픽셀 팩킹 (Pixel Packing)
3D 비디오 게임 배경에서 연속 표시(stretch marks)와 깜빡임 둘 다 종종 동일한 기술 이슈인 개별 픽셀의 색상 지정으로부터 발생한다.
“하나의 픽셀이 3D 비디오 게임 전경에 큰 지역을 포함할 때, 그 픽셀은 무슨 색이어야만 하나? 그것은 오직 하나의 색상만이 될 수 있지만, 그것에 걸쳐지는 지역은 많은 다른 색상을 포함할 수도 있다“라고 UCSD의 Zwicker 교수가 설명했다.
평균치 색상(color averaging)이 하나의 해답이다. 예를 들어, 임의의 픽셀이 멀리 있는 병사의 갑옷에 있는 작은 검정색 융기점들(bumps)의 파편들을 포함하고, 이러한 갑옷의 융기점들이 부분적으로 하얀 빛으로 밝아진다면, 그 색상들의 평균치와 회색 픽셀로의 선회가 가끔씩 순서대로 일어날 것이다. 그러나 색상 평균치를 내기 전에, 하나의 특정 픽셀로 모아질 필요가 있는 장면에서 정확한 영역을 결정해야만 한다. 간단한 해가 원형 영역을 원형으로 형상화된 픽셀로 지나간다. 그러나 3D 장면의 영역을 2D 픽셀로 매핑하려 시도하면, 픽셀 자체가 원형일지라도 배경 이미지의 원형 영역은 최선의 선택이 아니다.
SIGGRAPH 논문에서, 컴퓨터 과학자들은 배경 이미지의 타원 영역을 원형 픽셀에 매핑 하였고, 그들의 기법이 고품질의 배경 이미지를 만들어낸다는 것을 밝혀내었다. 3D 비디오 게임의 배경에서 타원 형상이 원형 픽셀들에 더 좋다는 이유는 기초 기하학으로 거슬러 올라간다. 원형 픽셀로부터 확장한 원뿔(cone)가 3D 비디오 게임 장명의 배경을 교차할 때, 배경에 닿은 원뿔의 영역은 오히려 원형보다 타원형이다.
그림1. UCSD의 한 학부생의 개척에 의하여, 새로운 컴퓨터 그래픽 연구로서 개선될 수 있게 된 3D 비디오 게임 이미지의 예
그림2. 기존의 연속(stretching) 및 깜빡임(flickering)이 있는 기존의 3D 이미지(위)와 새로운 알고리즘으로 생성된 고품질의 3D 이미지
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