렌더링(Rendering)
: 물체의 위치나 조명 같은 외부의 환경을 고려하여
최종적으로 완성된 화상의 결과를
얻어내는 변환 기술로,
이미지 합성(image synthesis) 기술이라고도 하며,
컴퓨터 그래픽스 분야에서는 필수적임.
2D에서는 화상이나 영상의 완료가 되는
결과를 만드는 단계이며,
3D에서는 평면의 상에
입체감을 주는 작업 단계를 뜻함.
1. 그래픽 작업상의 렌더링 기술
렌더링(Rendering) 기술은 3D 작업에서
그래픽스 파이프라인을 따라 수치값들을 이용하며
3차원의 물체를 2차원적으로 연출한다.
쉬운말로 설명하면 3차원적 이미지를 만들어
2차원의 화면상에 연출할 수 있도록 만드는 단계의 기술을 뜻한다.
렌더링의 기본 요소로는
[형태, 음영, 색상, 공간, 재질]이 있다.
대상의 투시도에 따라 형태가 표현되며,
빛에 따라 음영과 색상을 표현할 수 있다.
대상의 고려한 위치나 공간을 표현할 수 있고,
렌더링 기법으로 재료를 조합하여
대상의 재질을 다양하게 나타내어
사실감을 표현할 수 있다.
아래의 이미지를 참고하면 이해에 도움이 될 것이다.
게임, 영화, TV 등 다양한 분야에서 넓게 사용되고,
기술의 방식은 대상과 목적 등에 따라
각각에 알맞은 시스템과 소프트웨어를 이용한다.
렌더링에는 다양한 기능이 속하는데,
셰이딩(shading), 매핑(mapping), 투명성(transparency) 등이 있다.
2. 렌더링 과정 상 셰이딩 기술의 특징 및 발전 단계
렌더링 기법을 보다 사실적으로 표현하려면
셰이딩 작업이 매우 중요하다.
셰이딩(shading) 기술은 컴퓨터에 입력된 물체의 표면을
각 면으로부터 광원까지의 각도, 거리, 명암 등을 계산하여
입체 표면에 음영을 처리하는 기술이다.
3D 렌더링 기법이 처음 나온 시기는 1960년대이며,
처음 적용된 셰이딩은 바로 플랫 셰이딩(Flat Shading)이다.
가장 기초적인 셰이딩 단계인 플랫 셰이딩(Flat Shading)은
물체의 표면의 입체감을 최소화하여 평평한 다각형의
폴리곤(polygon, 컴퓨터 그래픽스에서 입체적 도형을 구성하는
다각형의 최소 단위)으로 채운 기법이다.
셰이딩 기법 중 가장 사실감이 떨어지지만
비교적 단순해서 처리속도가 빠르다.
다음은 1970년대에 발표된 고로드 셰이딩(Gouraud Shading)이다.
물체 표면의 명암의 평균값을 계산하여
물체의 표면을 채운 폴리곤의 모서리를 부드럽게 만들어
곡면을 표현한 기법으로 계산되는 속도가 무난하지만,
폴리곤 경계가 드러나 어색하고 전체적으로
부자연스러운 느낌이 있다는 단점을 가졌다.
세 번째로, 베트남계 미국인 퐁(Phong)이 개발한
퐁 셰이딩(Phong Shading)은 앞의 기법을 보완하기 위해
다른 방법의 계산법을 취하는데 빛의 거리와 각도에 따라
물체 표면의 조명도를 변화하여 적용하는 기법이다.
픽셀별로 색상을 넣을 수 있어서
사실적 표현이 가능하지만, 결과물을 얻기까지의
계산 시간이 너무 많이 소요된다는 단점이 있다.
마지막으로 1980년대, 터너 휘티드(Turner Whitted)가
논문에서 처음 발표한 레이 트레이싱(Ray Tracing) 기법은
물체의 표면에 반사되거나 굴절되는 빛이 계속해서 갈라져
완전히 사라지거나, 반사되지 않는 물체에 닿을 때까지
역으로 추적하는 방식의 기술이다.
레이 트레이싱을 이용하면 빛이 물체에 미치는
영향의 정도를 정확히 계산하기 때문에
3D 그래픽을 더욱 사실적이고 정교하게 표현할 수 있다.
하지만 빛의 입자에 대해 세밀한 부분까지
매우 복잡하고 많은 양을 계산해야 하므로,
렌더링까지 엄청난 시간이 걸린다는 큰 단점이 있다.
3. 렌더링 기술 사용 시 유의할 점
렌더링할 때, 그래픽의 사실적 표현도 중요하지만
여기 소요될 시간과 컴퓨터의 사양도 신경 써야 한다.
과거, 1984년 개봉한 영화 <라스트 스타파이터(Last Starfighter)>에서는
비행물체를 사실적으로 표현하기 위해서
모형이 아닌 CG를 이용했는데 고작 한 장면을
렌더링하기 위해 고가의 컴퓨터를 이용해서
프레임당 수억의 횟수를 계산했으며,
장장 2년에 걸쳐 25분 정도의 장면을 만들어냈다.
또, 1985년의 개봉작인 <피라미드의 공포(Young Sherlock Holmes)>는
최초로 CG 캐릭터를 삽입한 영화로, 3D 캐릭터인 ‘스테인드글라스 기사’가 등장하는
30초를 만들어내는 데에만 6개월이라는 긴 시간이 걸렸다.
위의 두 작품처럼 CG를 사용하게 되면,
환경에 구애받지 않고 현실에서 할 수 없는 표현까지 구현할 수 있지만,
고도의 기술력과 높은 사양의 컴퓨터가 필수,
렌더링까지 많은 시간이 소요되는 점을 유의해야 한다.
이러면 CG와 실사를 어느 정도 결합하면 각각의 단점을 보완하여,
렌더링하는 시간을 확실하게 줄이는 등의 효율적인 작업이 가능하다.
직접 조사한 자료를 바탕으로 썼던 글입니다.
부족하거나 틀린 부분 있더라도 둥글게~ 둥글게~
이해 부탁드립니다.
그럼, 도움이 되길 바라면서.
긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
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