작성 2022-06-09 01:34:55
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OnlyCat
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오늘 아침 어떤 글에 노멀맵 이야기를 했는데 집에 와서 게임하다 생각난 김에 조금 길게 써보려고 해.
노멀맵이란게 뭐길래 게임그래칙을 한차원 발전시켰다고 호들갑 떠는지 알려면
일단은 약간 고리타분한 배경이론을 이야기 해야 해.
꽤 길어질것 같지만 3D CG에 대해 전혀 지식이 없는 친구들을 위해 완전 베이스부터 쓸거니까 차분히 읽어보면 대충 이해는 될거야.
일단 기본적인 박스로 설명을 시작할께.
왼쪽의 회색 박스가 보이지? 저걸 폴리곤이라고 해. 기본적으로는 점 3개가 모여서 이루는 삼각형이 기본인데
작업의 편의성을 위해 모델링을 할때는 주로 사각형을 사용해.
그 옆에 체크무늬에 육면체를 펼쳐놓은 듯 한 녹색 도형이 보이지?
그게 회색박스의 UV야.
폴리곤은 점으로 이루어져있고 점은 각각 X, Y, Z 세 좌표를 가지고 있어. 그래서 3D라고 불러.
UV는 텍스쳐를 입히기 위해 평면상에 추가로 좌표 정보를 넣은거야.
X Y Z 좌표는 이미 쓰고 있으니 추가로 U, V라는 좌표를 넣은거지. 그래서 편의상 UV라고 불러.
일단 UV좌표를 생성한 다음 텍스쳐를 적용시키면 오른쪽 해골처럼 각 위치에 해당되는 그림이 폴리곤에 입혀지는 방식이야.
위 텍스쳐는 색 텍스쳐로서 적용된 예야.
컬러맵, 알베도맵, 디퓨즈맵 다 같은 색을 표현하는 탭 이름이야.
거의 모든 게임 그래픽이 저런 방식으로 작동해.
여기까지 UV에 대한 설명이야. 이해했지?
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이건 폴리곤으로 만들어진 구야.
왼쪽과 오른쪽은 같은 구인데 왜 왼쪽만 각져보일까?
실제로 폴리곤은 직선으로만 구성되기 때문에 밀도가 아주 높지 않은 이상 왼쪽처럼 만들어지는데 오른쪽 구는 어떻게 부드럽게 된걸까?
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바로 노멀（Normal=법선）이라는 개념을 확장해서 수학적으로 보간했기 때문이야.
위 그림의 하늘색 화살표가 검은색 선（면=폴리곤）에 대한 법선, 즉 노멀이야.
노멀은 면에 대한 가상의 수직선인데 왼쪽 도면은 위 구체그림의 왼쪽 구에 해당되고 오른쪽 도면은 오른쪽 구에 대한 설명이지.
빨간 화살표는 각 면의 점이 가지는 노멀인데 보라색 x처럼 빈 공간이 생기면 각이 져 보이는거야.
그걸 수학적으로 보간해서 오른쪽처럼 하나로 이어주면 실제로는 각이 져 있는데 마치 각이 없는 구처럼 부드럽게 보여.
자 이쯤에서 우리 천재들은 엄청난 발견을 하게 되지.
노멀 사이를 수학적으로 보간할 수 있다면 단순한 중간값이 아니라 UV를 이용해 더 자유롭게 만들 수 있지 않을까?
이게 바로 노멀맵의 시작이었지.
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위 그림이 보통 게임에 쓰이는 노멀맵이야.
（탄젠트 노멀맵 기준으로...노멀맵 종류는 건너뛸게. 이거까지 하면 너무 길어져.）RBG채널 중 R과 G만 주로 쓰이기 때문에
레드와 그린채널을 각각 보면 옆의 회색같은 그림이 보여.
저걸 색 텍스쳐로 입히는게 아니라 각 UV에 해당되는 좌표에 맞춰 노멀 각도를 임의로 지정하겠다는 수식을 그림으로 나타낸거야.
이 텍스쳐를 육면체에 적용시켜보면?
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짜잔~
이제 뭔가 게임에서 보는 그래픽같은 느낌이 들지?
바로 폴리곤은 엄청 단순한데 자잘한 디테일이 있는 것 같은 그 느낌.
이게 바로 적은 폴리곤으로 연산을 줄이면서 디테일까지 표현하는 노멀맵이야.
박스 위에 사도 라미엘처럼 생긴 흰색 도형이 조명인데 노멀맵이 만든 디테일의 음영이 조명 위치에 따라 바뀌는걸 볼수 있지.
기본적인 노멀맵에 대한 설명은 끝났지만 조금 더 이야기해볼께.
여기서부턴 중급편이라고 봐도 좋아.
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위의 도형은 양쪽 모두 같지만 왼쪽 도형의 아랫부분 세 면은 노멀을 하나로 통합시킨거야. 마치 구가 부드럽게 보이는것 처럼.
오른쪽의 각진 도형을 왼쪽 도형과 겹친 다음 두 도형사이의 노멀 차이를 맵으로 역연산시키면 맨 오른쪽의 노멀맵이 만들어져.
이걸 보통 노멀맵을 굽다=베이킹 이라고 불러.
기본 원리는 이렇고, 게임에 쓰일땐 로우폴리곤（왼쪽）위에 하이폴리곤（오른쪽）을 겹쳐 노멀맵을 뽑아.
그런데 그렇게 하이폴리곤 작업을 하지 않아도 노멀맵을 "그려서" 만들 수도 있어. 왜냐하면 노멀맵은 이미지니까.
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위에서 두 로우폴리곤만 가지고 구워낸 노멀맵을 다시 왼쪽 도형에 적용시키면 위 그림처럼 보이지 않던 경계가 다시 보여.
처음 보면 헷갈릴수도 있는데 쉽게 설명하면 이런거야.
위위그림에서 왼쪽A 오른쪽B 노멀맵N 이라고 하자.
A-B=N이야.
그럼 A+N=B가 되겠지? 위의 그림이 이걸 설명하는거야.
이쯤에서
아니 그럼 처음부터 걍 B를 쓰면 되지 뭐하러 A+N으로 B를 만들어?
라고 생각할 수도 있어.
이제 드디어 노멀맵을 "그리는"게 얼마나 멋진 일인지 나와.
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위에서 추출한 노멀맵에서 빨간색 사각형 부분만 블러를 줄거야.
그럼 왼쪽 녹색 사각형부분처럼 모서리가 부드럽게 굴러가는 도형이 나오지.
보통은 위 과정을 위해 하이폴리곤 작업을 하지만 하이폴리곤작업을 깔끔하게 하기란 생각외로 쉽지 않아.
그 말은 한번 만들면 바꾸는것 또한 어렵다는 말이지.
위의 과정과 같이 노멀맵에 대한 이해를 바탕으로 노멀맵을 그릴 수 있게 되면 이런걸 만들 수 있어.
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오래전에 만든 스카이림 갑옷 모드야. 컬러링은 새로 했지만 노멀맵은 초기버전 그대로인데
위 갑옷의 노멀맵이 하이폴리곤 없이 전부 포샵으로 그려서 만든 예야.
말그대로 노멀맵의 힘이지.
잘 보면 튀어나와있는 모서리들이 날카롭지 않게 굴러가면서도 각 면은 살아있고 파츠가 떨어져있는것 처럼 나뉜 부분은 샤프하게 꺾여 별개의 파츠처럼 보이지.
하지만 실제로는 거의 다 하나로 붙어있기 떄문에 폴리곤 수는 얼마 안돼. 적어도 넥서스 기준 하이퀄리티 갑옷들에 비하면 적어도 반, 심하면 1/5수준정도야.
스카이림 바닐라 갑옷들과 비슷한 정도지.
사양이 낮은 유저들도 무리없이 쓸 수 있게 엄청 공들여서 최소한의 폴리곤만 쓰면서 모델링 했거든.
처음 이걸 넥서스에 올렸을때 생각보다 많은 사람이 하이폴리곤 모델링을 보여달라고 요청했었는데
하이폴리곤 없이 그려서 만들었다니까 거기에 뭔가 삘이 꽂힌 양덕들이 꽤 있더라고.
정말 올드한 방법이지만 위 갑옷처럼 일정한 모서리의 부드러움, 칼같이 새겨진 문양, 붙어 있지만 완전히 별개의 메쉬처럼 보이는 디테일등을 작업하기에는 여전히 유효한 방법이야.
자 그럼 모두들 노멀맵을 만든 천재에게 감사하며 오늘도 즐거운 게임라이프를 즐기도록!
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