[논문]Comparative Analysis of Three-Dimensional Real-Time Rendering Methods

Kim, Gum-Young; Lee, Byong-Kwon

doi:10.9708/jksci.2022.27.01.023

Comparative Analysis of Three-Dimensional Real-Time Rendering Methods 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.27 no.1, 2022년, pp.23 - 32

Kim, Gum-Young (Dept. of Multimedia, Seowon University) , Lee, Byong-Kwon (Dept. of Multimedia, Seowon University)

초록
AI-Helper

3D 프로그램을 활용한 방식의 영상 제작과정은 3D 데이터를 시각화하는 렌더링이라는 과정을 거친다. 이 과정은 제작 시간과 작업비용의 부담이 커서 제작자로서는 렌더 비용을 줄이는 것이 중요한 이슈로 대두되고 있다. 본 연구는 실시간렌더엔진인 게임엔진의 렌더링을 영상 제작에 접목해 렌더 시간을 줄여 기존의 제작 시간을 단축하는 방법을 제시하고자 한다. 본 연구의 렌더링 실험을 위해 로봇과 실내 모델링을 3D 제작 프로그램인 마야(Maya)와 게임엔진인 유니티(Unity)로 렌더링을 비교 분석했다. 분석 결과, 유니티는 실시간으로 렌더 되어 렌더 비용을 줄일 수 있고, 렌더된 이미지의 퀄러티 또한 마야에서 렌더된 이미지와 유사한 결과를 나타냈다. 이번 실험을 통해 유니티의 렌더링을 마야와 비교해 분석해 봄으로써 기존의 제작 시간을 단축하는 방법을 제시하고 사용자가 실시간렌더엔진에 접근할 수 있는 가이드를 제공한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Image production using three-dimensional (3D) programs undergoes a process called rendering to visualize 3D data. Because this process is time-consuming and costly, the reduction of rendering cost has emerged as an important problem that requires resolution. This work aims to overcome the limitations of the current 3D image production pipeline and propose a method for reducing the production time by adopting a game engine for real-time rendering. In the experiment conducted in this study, rendering using Maya (a 3D production program) and Unity were compared and analyzed. The analysis results indicate that Unity enables rendering in real time; consequently, the rendering cost is reduced. Moreover, the quality of the rendered image is similar to that produced by Maya. The proposed technique involves reducing the render time and providing guidance through access to a real-time rendering engine.

주제어

표/그림 (20)

표 Table 1. Graphic Development in Game
표 Table 2. Movies Made using Maya
그림 Fig. 1. 3D Animation Production Pipeline
그림 Fig. 2. Artist Workflows with Maya(left) and Unity(right)
표 Table 3. Unity and Unreal Comparison
표 Table 4. Light Types in Maya and Unity
그림 Fig. 3. Global Illumination Across Industries Course SIGGRAPH 2010 Jaroslav
그림 Fig. 4. Unity Global Illumination
표 Table 5. Production Process in Maya
그림 Fig. 5. Comparison of Working Time in Maya and Unity (units: min)
표 Table 6. Production Process in Unity
표 Table 7. Comparison of Production Process in Maya and Unity
그림 Fig. 6. Surface shader applied in Unity
그림 Fig. 7. Only Key light Applied in Unity
표 Table 8. Workspace of Maya and Unity
그림 Fig. 8. Additional Lights in Unity Wire Frame Mode
그림 Fig. 9. Reflection Probe Area in Unity
그림 Fig. 10. Animated Ball
표 Table 9. Final Render Image Comparison
표 Table 10. Comparison of Lighting and Rendering Results

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 실시간 게임엔진을 이용하여 3D영상을 제작해 봄으로써 3D영상 제작 파이프라인이 가지고 있는 한계점을 개선하고 실시간 렌더엔진인 게임엔진의 라이팅·렌더링을 영상 제작에 접목해 렌더 시간을 줄여 기존의 제작 시간을 단축하는 방법을 제시한다.
본 연구는 현재 3D 영상 제작 파이프라인에 게임엔 진의 라이팅·렌더링을 접목해 렌더 시간을 줄여 기존의 제작 시간을 단축할 방법을 제시하고자 했다

제안 방법

마야의 프로덕션 작업과정은 표 5과 같이 레이아웃, 모델링, 쉐이딩‧텍스춰링, 애니메이션, 라이팅, 렌더링, 합성으로 총 7단계로 구성된다. 본 연구에서는 로봇 모델링을 활용하여 레이아웃부터 합성까지의 과정을 마야에서 아래와 같은 세팅으로 진행했다.
각 라이트는 씬의 크기와 위치, 종류, 그리고 시간대와 분위기에 따라 다르게 세팅이 되는데, 라이트의 종류와 특성을 파악하고 프로젝트의 목적에 맞게 선택하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 마야와 유니티에 공통으로 있는 디렉셔널 라이트, 스팟 라이트, 포인트 라이트, 에어리어 라이트, 메쉬라이트, 5가지 라이팅을 유니티와 마야에서 비교했다.
본 연구의 구성은 2절에서는 실시간렌더엔진인 유니티의 라이팅과 렌더링, 3D프로그램 마야(Maya)의 라이팅과렌더링, 그리고 라이팅의 종류와 글로벌일루미네이션 (Global Illumination, 이하 GI) 등의 라이팅 기법 관련 연구를 진행하고, 3절에서는 로봇 모델링을 마야와 유니 티로 렌더링을 비교 분석했다. 4절에서는 3절에서 분석된 방법으로 유니티를 이용해 실내 모델링으로 렌더링을 테스트해 작업시간과 렌더 시간을 마야에 비해 얼마나 줄일 수 있는지, 결과물의 노이즈 정도, 마야와 유사한 렌더링 퀄러티를 도출할 수 있는지를 확인하고, 5절에서는 연구의결론 및 향후 계획을 제시한다.
본 연구는 현재 3D 영상 제작 파이프라인에 게임엔 진의 라이팅·렌더링을 접목해 렌더 시간을 줄여 기존의 제작 시간을 단축할 방법을 제시하고자 했다. 이를 위해 실내 배경 모델링으로 3D 마야 프로그램과 유니티를 활용하여 렌더링을 비교 분석했다. 실험 결과 마야에서 제작한 에셋을 손쉽게 유니티로 불러올 수 있고, 라이팅 세팅 또한 마야와 비슷한 속성을 가지고 있어 기존 3D 파이프라인에 익숙한 사용자도 큰 부담 없이 접근할 수 있었다.

대상 데이터

4개의 mesh light는 천장의 전구로 세팅했다. 총 18개의 라이트가 사용되었다. 쉐이더는 행렬연산이 자동으로 되는 Surface Shader를 적용하여 노말맵(normal map)과 metalness를 적용해 질감을 살렸다.

데이터처리

3D 애니메이션, 영화의 특수효과 등에 널리 쓰이고 있는 프로그램 마야의 렌더링을 유니티와 비교 분석했다. 마야의 프로덕션 작업과정은 표 5과 같이 레이아웃, 모델링, 쉐이딩‧텍스춰링, 애니메이션, 라이팅, 렌더링, 합성으로 총 7단계로 구성된다.
본 연구에서는 라이팅 기법을 마야와 유니티에서 비교분석했다. 마야의 라이트 종류는 디렉셔널(Directional) 라이트, 스팟(Spot) 라이트, 포인트(Point) 라이트, 에어리어(Area) 라이트, 메쉬(Mesh) 라이트로 각기 다른 속성을 가지고 있다[표 4 참조].

성능/효과

폴리건의 수가 많은 모델링 데이터나 합성이 필요한 하이 퀄러티의 프로젝트는 마야나 기존 3D 프로그램으로 시퀀스(sequence)로 렌더하여 합성하는 것이 퀄러티 측면에서 유리할 것으로 파악된다. 그러나 TV시리즈 같이 복잡한 합성이 필요 없는 프로젝트의 경우는 유니티도 비슷한 퀄러티의 결과물을 만들어내는 것을 확인했다.
분석 결과, 유니티와 같은 실시간렌더엔진은 기존 방식과 비교하여 렌더링 비용과 시간 절감이 가능하며 렌더팜과 같은 대규모 렌더링을 할 필요가 없어 제작 비용이 절감되는 효과를 볼 수 있다는 것이 큰 장점으로 부각되었다. 기존 파이프라인과의 대치, 새로운 작업환경에 적응, 게임엔진을 다루는 비게임분야 전문가 부재 등 여러 가지 어려움이 있음에도 불구하고 가까운 미래에 비-게임엔진 분야의 주요 렌더러로 도입될 것을 예상하는 이유가 바로 이러한 장점 때문이다.
이를 위해 실내 배경 모델링으로 3D 마야 프로그램과 유니티를 활용하여 렌더링을 비교 분석했다. 실험 결과 마야에서 제작한 에셋을 손쉽게 유니티로 불러올 수 있고, 라이팅 세팅 또한 마야와 비슷한 속성을 가지고 있어 기존 3D 파이프라인에 익숙한 사용자도 큰 부담 없이 접근할 수 있었다.
쉐이딩, 렌더링, 합성에서 마야의 작업 시간이 더 많고, 베이킹 시간은 유니티가 5분 더 소요되었다. 이번 실험으로 룩 개발(Look Development)과 직접 관련이 있는 작업 프로세스들, 쉐이딩, 라이팅, 렌더링, 합성에서 유니티가 더 유리한 것으로 확인되었다.
이번 실험을 통해 유니티의 라이팅 세팅을 어떤 식으로 할 것인지, 마야의 라이팅·렌더링과 비교해렌더 타임, 노이즈 퀄러티, 베이크, 렌더 방식 등을 분석해봄으로써, 기존 3D 애니메이션 파이프라인에 익숙한 아티스트들에게 실시간렌더엔진에 접근할 수 있는 가이드를 제공했다는 데에 의의가 있다
폴리건의 수가 많은 모델링 데이터나 합성이 필요한 하이 퀄러티의 프로젝트는 마야나 기존 3D 프로그램으로 시퀀스(sequence)로 렌더하여 합성하는 것이 퀄러티 측면에서 유리할 것으로 파악된다. 그러나 TV시리즈 같이 복잡한 합성이 필요 없는 프로젝트의 경우는 유니티도 비슷한 퀄러티의 결과물을 만들어내는 것을 확인했다.

후속연구

분석 결과, 유니티와 같은 실시간렌더엔진은 기존 방식과 비교하여 렌더링 비용과 시간 절감이 가능하며 렌더팜과 같은 대규모 렌더링을 할 필요가 없어 제작 비용이 절감되는 효과를 볼 수 있다는 것이 큰 장점으로 부각되었다. 기존 파이프라인과의 대치, 새로운 작업환경에 적응, 게임엔진을 다루는 비게임분야 전문가 부재 등 여러 가지 어려움이 있음에도 불구하고 가까운 미래에 비-게임엔진 분야의 주요 렌더러로 도입될 것을 예상하는 이유가 바로 이러한 장점 때문이다. 이번 실험을 통해 유니티의 라이팅 세팅을 어떤 식으로 할 것인지, 마야의 라이팅·렌더링과 비교해렌더 타임, 노이즈 퀄러티, 베이크, 렌더 방식 등을 분석해봄으로써, 기존 3D 애니메이션 파이프라인에 익숙한 아티스트들에게 실시간렌더엔진에 접근할 수 있는 가이드를 제공했다는 데에 의의가 있다.
이번 실험을 통해 유니티의 라이팅 세팅을 어떤 식으로 할 것인지, 마야의 라이팅·렌더링과 비교해렌더 타임, 노이즈 퀄러티, 베이크, 렌더 방식 등을 분석해봄으로써, 기존 3D 애니메이션 파이프라인에 익숙한 아티스트들에게 실시간렌더엔진에 접근할 수 있는 가이드를 제공했다는 데에 의의가 있다. 기존 파이프라인에 익숙하고, 프로덕션의 R&D가 부족한 상황에서 선뜻 실시간렌더엔진의 도입을 망설이고 있는 상황에서 이번 연구가 도움이 되기를 바란다. 향후 연구 계획은 유니티와 더불어 게임엔진 분야에서 양대 산맥을 이루고 있는 언리얼엔진의 렌더링을 측정해 비교 분석할 필요가 있을 것으로 판단된다.
기존 파이프라인에 익숙하고, 프로덕션의 R&D가 부족한 상황에서 선뜻 실시간렌더엔진의 도입을 망설이고 있는 상황에서 이번 연구가 도움이 되기를 바란다. 향후 연구 계획은 유니티와 더불어 게임엔진 분야에서 양대 산맥을 이루고 있는 언리얼엔진의 렌더링을 측정해 비교 분석할 필요가 있을 것으로 판단된다.

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상세보기
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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