3차원 그래픽 렌더링 장치 및 방법 document_id A220623055836

일반적으로 화상을 그리기 위한 색상은 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 3 가지로 구성될 수 있는데, 이러한 3 가지 색상에 '알파(Alpha)'라는 값을 추가적으로 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 알파 값(Alpha channel)(이하, 알파 채널이라고 한다)은 화상을 표현하는 각 픽셀에 대한 투명도를 나타내며 8 비트(Bit)로 0에서 255까지의 값으로 표현된다. 이때, 0은 완전히 투명한 상태이고, 255는 불투명한 상태를 의미한다. 알파 채널은 주로 유리 창이나 유리 컵과 같은 화상을 혼합할 때 투명한 효과를 표현하기 위해 사용되며, 이처럼 투명한 화상을 혼합하는 방법을 알파 블렌딩(Alpha blending)이라 한다. 알파 블렌딩은 최근 임베디드 시스템(Embeded System)에서 한 좌표축에 대해 깊이가 얕고 서로 근접해있는 반투명한 3차원 오브젝트들을 메뉴 등과 같은 그래픽 유저 인터페이스(Graphic User Interface)(이하, GUI라고 한다)로 표현하는데 사용되고 있다. 즉, 알파 블렌딩은 시점에서 서로 겹쳐 보이는 반투명 오브젝트들의 색상을 혼합하여 렌더링(Rendering)하는 기법이다. 반투명한 하나의 오브젝트가 시점에서 보이는 색상은 자신의 색상과 자신의 투명도에 해당하는 비율로 뒤에 투과되어 보이는 오브젝트의 색상을 합성하여 계산할 수 있다. 알파 블렌딩은 오브젝트들이 그려지는 순서에 따라 그 결과가 달라지기 때문에 반투명한 3차원 오브젝트들은 반드시 시점의 위치를 기준으로 멀리 존재하는 오브젝트부터 순차적으로 렌더링을 해야 정상적인 결과를 얻을 수 있다. 즉, 색상을 합성하는 순서가 바뀌게 되면 전혀 다른 결과가 나오기 때문에, 정확한 알파 블렌딩을 위해서는 오브젝트를 그리는 순서가 매우 중요하다 할 수 있다. 이를 위해 오브젝트를 순차적으로 정렬하는 다양한 정렬 기법들이 개발되어 왔다. 예를 들면, 페인터 알고리즘(Painter's algorithm)은 시점에서 겹쳐 보이는 오브젝트들 중 어떤 것을 앞에 그릴 것인가를 판별하기 위한 알고리즘으로서, 수학적으로 정확한 결과를 만들 수 있지만, 평면으로 이루어진 폴리곤 단위의 정렬을 수행하기 때문에 사용된 폴리곤 수에 그 성능이 매우 크게 좌우된다. 또한, 입체적인 3차원 오브젝트의 경우, 전후 판별을 위한 계산이 매우 복잡하기 때문에 실시간 렌더링에 적용하기 어려운 단점이 있다. 또 다른 예로, BSP tree, K-D tree 등의 공간 분할 자료 구조를 이용한 기법들이 있다. 이러한 기법들은 전경에 배치된 오브젝트들을 3차원 평면을 통해 전후로 나누고, 이러한 관계를 트리로 구성한 자료 구조이다. 이러한 자료 구조를 이용한 기법은 전처리 과정에서 트리가 구성되면 런타임(Run-Time)에 시점의 변화에 따라 매우 빠른 속도로 오브젝트들을 정렬해낼 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 오브젝트들의 위치가 바뀌게 되면 매번 트리를 재구성해야 하기 때문에 3차원 GUI와 같이 오브젝트들의 애니메이션을 수반하는 어플리케이션에는 적용하기 어려운 기법이라 할 수 있다. 따라서, 오브젝트를 정렬하는 데 있어서 그 계산량을 대폭 감소시켜 실시간에 정확한 알파 블렌딩을 구현하여 제한적인 성능을 가지는 임베디드 시스템에 적용할 수 있는 렌더링 장치가 필요하다.