19. 테셀레이션 단계 ( Tessellation Stage )

Table of Contents

1.　테셀레이션 단계


2.　덮개 셰이더(Hull shader)

　　2.1 상수 덮개 세이더(Constant Hull shader)

　　2.2 제어점 덮개 세이더(Control Point Hull shader)


3.　테셀레이터(Tessellator)


4.　영역 셰이더(Domain shader)

 

1. 테셀레이션 단계

• 렌더링 파이프라인에서 테셀레이션에 관련된 세 개의 단계를 테셀레이션 단계(Tessellation Stage)라고 한다.
• 테셀레이션은 앞 서 배웠듯이 주어진 기하구조(삼각형)을 더 작은 삼각형들로 분할하고, 분할한 삼각형의 좌표를 조정해서 새로운 기하모델을 만드는 과정이다.
• 처음부터 고차원의 세밀한 메시를 사용하는 것보다 테셀레이션 단계에서 고차원 모델을 만드는 것에서 얻는 이점은 다음과 같다.
  1. GPU상의 동적 LOD : 카메라와 물체간의 거리에 따라 동적으로 GPU에서 물체의 메시 수준(세밀도)를 조절할 수 있다. 상대적으로 먼 곳에 있는 물체는 세밀도가 덜 해도 사용자 입장에서 알아채기 쉽지 않기 때문이다. 따라서 먼 곳의 물체를 저수준의 메쉬로 처리하여 연산량을 낮출 수 있다.
  2. 효율적인 물리 및 애니메이션 계산 : 물리와 애니메이션을 저수준의 메쉬로 처리하고, 테셀레이션 단계에서 고수준의 메쉬로 업그레이드 시키면 물리와 애니메이션 계산에서 계산량을 많이 줄일 수 있다.
  3. 메모리 절약: 메모리(디스크 or RAM or VRAM)에 저수준의 메쉬를 담아두고, GPU 테셀레이션에서 즉석으로 고수준 메쉬를 만들어 생성함으로써 메모리를 절약할 수 있다.
• 테셀레이션이 렌더링 파이프라인에서 사용되면, 입력 조립기 단계에서 정점 셰이더에 삼각형들이 제출되지 않고, 대신에 제어점(Control point)로 이루어진 패치(patch)들이 제출된다.
• 정점 셰이더에서는 제어점을 통해 애니메이션이나 물리 계산을 수행 한 후 테셀레이션 단계로 넘겨준다.
  
  
  
  
  
  
  

2. 덮개 셰이더(Hull shader)

2.1. 상수 덮개 세이더(Constant Hull shader)

• 상수 덮개 셰이더는 패치마다 실행되는 셰이더 함수로, 제어점들을 받고 메쉬의 테셀레이션 계수(Tesselaation factor)를 출력한다.
• 테셀레이션 계수는 다음 테셀레이션 단계가 패치를 얼마나 세분할 것인지를 결정한다. 즉 삼각형 몇 개로 자를 것인지 세밀도를 나타낸다.
• 상수 덮개 셰이더의 입력(제어점 뭉탱이)은 정점 셰이더의 출력형식 VertexOut에 의해 결정된다.
• 모든 테셀레이션 계수가 0이면 그 패치는 처리되지 않고 폐기된다. 이를 활용해서 패치 별로 빠른 컬링을 구현할 수 있다.
• 테셀레이션 펙터를 결정하는 주요 요인들은 다음과 같다
  1. 카메라와의 거리 : 거리가 가까울 수록 펙터를 높이면 된다.
  2. 화면 영역의 포괄도 : 화면의 픽셀 몇개까지 덮는 지에 따라 저수준~고수준으로 바꿀 수 있다.
  3. 방향 : 물체의 윤곽선을 이루는 삼각형들을 조금 더 세분하면 시점에 따라서도 그럴 듯 한 물체가 된다.
  4. 표면 거칠기 : 거친 표면은 조금 더 세분하면 좋다.
• 테셀레이션 계수를 결정하는 몇가지 조언
  1. 테셀레이션 계수가 1이면 그 메쉬는 테셀레이션 단계 없이 렌더링 하는 것이 낫다. 테셀레이션 단계 거치는 것이 GPU낭비다
  2. 포괄도가 픽셀 여덟 개 미만으로 작은 삼각형은 테셀레이션 안 하는 것이 낫다.
  3. 테셀레이션을 사용하는 메쉬들을 묶어서 처리하는 것이 좋다.(테셀레이션 껐다 켰다하면 부담이 크다)
     
     
     
     

2.2. 제어점 덮개 세이더(Control Point Hull shader)

• 제어점 덮개 셰이더(Control point hull shader)는 제어점을 받아서 제어점을 출력한다.
• 표면의 표현을 변경할 때 사용한다.
• 제어점 세개인 보통 삼각형을 제어점이 10개인 패치(3차 베이제 삼각형)으로 변환해서 출력, 혹은 제어점을 더 추가해서 원하는 만큼 테셀레이션 할 수 있다.
• 기존 삼각형 메시를 그대로 테셀레이션에 사용할 수 있다는 장점이 있다.

 

 

3. 테셀레이터(Tessellator)

• 이 단계는 프로그래머블한 단계가 아니다.
• Constant Hull shader가 출력한 테셀레이션 계수들에 기초해서 패치들을 본격적으로 테셀레이션 하는 단계이다.
• 구체적인 작업은 전적으로 하드웨어가 제어한다.

 

 

4. 영역 셰이더(Domain shader)

• 영역 셰이더는 테셀레이터가 출력한 정점마다 한 번씩 호출된다.
• 테셀레이션된 패치들의 정점을 동차 절단 공간으로(VDC)로 변환하는 장소이다.(원래 정점셰이더에서 했던 역할)
• 영역 셰이더는 테셀레이션된 패치들의 정점들(Control point)들을 해당 패치공간에 비례하는 uv좌표로 받고, 이를 3차원 공간에 어떤 지점에 위치 시킬 것인가에 대한 제어를 수행하게 된다.
• 삼각형 패치는 uv 값 대신 삼각형의 무게중심좌표 uvw가 입력된다.