[기술면접]렌더링 파이프라인

Rendering Pipeline

3차원의 가상 세계를 2차원의 이미지로 생성하는데 필요한 일련의 단계들을 렌더링 파이프라인(Rendering Pipeline)이라고 부른다.

그래픽스 파이프라인 과정

1. 입력 조립기
2. 버텍스 셰이더
3. 테셀레이션
4. 지오메트리 셰이더
5. 레스터라이저
6. 픽셀 셰이더
7. 출력 병합기

입력 조립기(Input Assembler)

메모리에서 기하 자료(정점, 인덱스)를 읽어서 기본 도형을 조립한다.

Primitive topology

정점들을 어떻게 엮어서 구조를 형성할 것인지 알려주는 수단이 Primitive topology이다. 정점을 두개 씩 엮어서 선분을 형성할 수도 있고, 세 개씩 엮어서 삼각형을 형성할 수도 있다. 거의 대부분 Trianglelist을 Primitive topology로 사용한다.

버텍스 셰이더(Vertex Shader)

로컬 스페이스

원점을 기준으로 얼마나 떨어진 위치에 Vertex가 있는지 나타낸 좌표 시스템

월드 스페이스

로컬 스페이스 좌표를 가진 하나의 도형을 월드 좌표에 배치

이때 물체의 TRS(이동, 회전, 변경)의 연산을 적용한 것이 월드 좌표가 된다

뷰 스페이스

카메라를 원점기준으로 맞춰주면서 월드 좌펴에 있는 사물을 그에 맞게 이동하는 작업 world space에서 view space로의 좌표 변환을 view transfrom이라 부르고, 해당 변환을 수행하는 행렬을 view matrix라고 한다.

투영

카메라를 기준으로 최종 렌더링에 출력될 물체들이 있는 공간, 즉 카메라에 보이는 공간을 절두체(frustum)이라고 한다. 3차원 기하구조를 2차원으로 투영함으로 3차원 장면을 2차원 이미지로 표현할 수 있게 된다.

투영은 물체의 3차원 깊이가 증가함에 따라 투영의 크기가 감소하는 방식으로 수행해야 한다. 이것을 원근 투영이라고 한다.

클리핑

뷰 스페이스 안으로 들어오지 않는 오브젝트를 컬링하는 것

테셀레이션(Tessellation)

주어진 메시의 삼각형들을 더 잘게 쪼개서 새로운 삼각형을 만들어 내는 과정. 새 삼각형들은 원래 메시에 없는 세부적인 특징을 만들어 낼 수 있다.

테셀레이선의 장점

1. 카메라에 가까운 삼각형은 테셀레이션을 적용해 세부도를 높이고, 먼 삼각형들은 적용하지 않는 방식의 LOD를 구현할 수 있다
2. 적은 수의 삼각형으로 이루어진 메시를 메모리에 담아두고 즉성으로 삼각형을 추가하여 메모리를 절약할 수 있다.
3. 애니메이션시 계산량을 줄일 수 있다.

지오메트리 셰이더(Geometry Shader)

하나의 기본 도형을 입력받아 그것을 임의로 변형하는 셰이더이다. 버텍스 셰이더에서 처리한 기하구조를 GPU에서 추가적으로 생성하거나 파괴할 수 있다. 주로 점이나 선분을 사각형으로 확장하는 일에 사용된다.

레스터라이저(Rasterizer)

화면을 출력할 때 필요한 픽셀의 색상을 계산하는 과정. 버텍스 셰이더로부터 전달 받은 정점들의 색을 보간하여 픽셀을 채워준다.(이미지 참고, 삼각형 각 정점들의 색이 보관되어 픽셀에 표현됨)

뷰포트 변환

원근 투영변환을 마치고 나면 하드웨어에서 원근 나누기를 수행해 정규화된 좌표공간으로 변환한다. 이 공간은 2차원의 x,y 좌표 성분들의 직사각형 영역 안으로 변환되는데 그 직사각형이 바로 뷰포트이다. 뷰포트 변환을 마치고 난 x,y 성분이 픽셀 단위의 값이 된다.

백페이스 컬링

카메라에 보이지 않는 '면'을 제거하는 것

CCW를 이용하여 반시계 방향 순서로 이루어진 도형을 컬링

픽셀 셰이더(Pixel shader)

각 픽셀에 대해 수행되는 셰이더로 조명, 반사, 그림자 효과 등 더 복잡한 작업을 수행한다. 픽셀 셰이더의 연산 수는 버텍스 셰이더보다 어마어마하게 많기 때문에 비슷한 결과물을 출력한다면 버텍스 셰이더에서 처리하는 것이 유리하다.

출력 병합기(output merger)

픽셀 셰이더가 생성한 데이터가 입력되며, 이 단계에서 일부 픽셀 단편들이 폐기될 수 있다. (깊이 혹은 스텐실 판정에 의해) 폐기 되지 않은 픽셀 단편들은 백버퍼에 기록되며 blending도 이 단계에서 일어난다.

 

Reference

늑대발바닥/렌더링파이프라인

입코딩/렌더링파이프라인

개인 경험 및 지식

 

 

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