Unity3D와 LOD, 그리고 Simplygon

이 글에서는 Unity에서 LOD(Level of Detail)을 사용하는 것에 대한 이야기를 해볼까 합니다 Object LOD에 촛점을 맞추고 있으며 Shader LOD와는 별개의 이야기입니다.

LOD란 무엇인가?

여러분이 게임 광고를 기획한다고 가정해보죠. 아리따운 누나가 대규모의 적들과 전투하는 켄셉을 잡고 모델을 섭외합니다. 역시 게임 광고 모델은 뭐니뭐니해도 아이유지요. 하지만 문제는 예산이네요. 예산을 최대한 절약 할 방법이 없을까 고민해봅시다.

이건 어떨까요? 기본적으로 모델을 아이유를 캐스팅하지만 하지만 굳이 클로즈업을 해도 되지 않는 장면이라면요? 아이유와 똑같이 생겼지만 아이유보다는 몸값이 저렴한 신봉선으로 대체해도 되지 않을까요? 클로즈업이 필요한 씬에서는 아이유를, 그렇지 않은 씬에서는 신봉선을 이용한다면 광고료를 아낄 수 있지 않을까요? (물론 실제로는 말도 안되는 소리입니다 ㅋ ) 이러한 전략이 바로 Level of Detail의 컨셉입니다. 

이미지 : TIG, 마영전

게임같은 Real-time Rendering에서는 최대한 렌더링 비용을 절약하는 것이 중요합니다. 화면에 작게 그려지는 모델을 그리는데 비싼 비용을 지불 할 필요가 없는 것이지요. 때문에, 카메라와 가까이 있거나 큰 오브젝트는 높을 퀄리티로 그리고, 멀리 떨어져 있거나 작은 오브젝트는 낮은 퀄리티로 표현하거나 연산처리하여 퍼포먼스를 향상시킬 수 있습니다. 이러한 기법을 Level of Detail(이하 LOD)이라 부릅니다. 말 그대로 디테일의 단계를 두어서 상황에 맞게 표현하는 것이지요.이러한 컨셉은 Material LOD, Terrain LOD, Mesh LOD, Bone LOD 등 여러 방면에서 쓰입니다. 이 중 Mesh 를 LOD 시키는 것에 대한 이야기를 할까 합니다.

https://www.assetstore.unity3d.com/kr/#!/content/8855

Unity에서의 LOD

LOD는 3D 게임 개발에 있어서 꼭 필요한 기능이고 당연히 Unity에서도 제공을 합니다. 다만 Pro Version에서만 제공이 되고 있어서 Free Version에서는 사용이 불가능합니다.(2015년 1월 기준) 사용법도 간단합니다. 오브젝트에 LOD Group 컴포넌트를 추가하고 LOD 0에는 가까이서 보일 오브젝트를 설정해주고, LOD 1에는 멀리서 보일 오브젝트를 설정해주면서 조절해주면 됩니다. 카메라 아이콘을 슬라이드해가면서 바로바로 확인하면서 편집이 가능합니다. 

자세한 설명은 공식 메뉴얼을 참고해주세요. (공식 메뉴얼 :  http://docs.unity3d.com/Manual/LevelOfDetail.html)

LOD 툴

유니티로 게임을 개발 할 때 에셋스토어를 활용하면 게임 모델을 손쉽게 구할 수 있습니다. 판타지, 레이싱, SF등 다양한 장르의 배경 및 케릭터 오브젝트들이 있어서 다운로드만 받으면 즉시 사용이 가능합니다. 유료는 물론 무료 모델들도 많이 있어서 저도 에셋스토어에서 다운로드받아 게임 제작을 하고 있습니다. 하지만 몇 가지 문제점들이 존재합니다.

첫째, 모든 리소스들이 LOD 시스템을 대응하고 있지는 않다는 것입니다. 이러한 경우는 Low quality 모델을 따로 생성해줘야 하지요. 아티스트팀이 따로 존재한다면 아티스트가 직접 Low quality 모델을 제작해줄 수도 있겠지요. 하지만 아티스트가 아예 없거나 일손이 모자란다면 자동으로 모델을 만들어주는 툴이 필요할겁니다. 

둘째, PC 및 콘솔 대응 리소스들도 많이 있습니다. 모델 하나가 만 단위가 넘는 폴리곤을 가지고 있는 경우도 허다합니다. 타겟이 PC 및 콘솔이라면 케릭터에 그정도를 투자할 수도 있을 것입니다. 하지만 모바일 타겟이라면 거의 불가능에 가까운 무거운 모델들일 것입니다. 이러한 모델들을 모바일에서 사용 할 수 있을 정도로 폴리곤을 줄여주는 툴이 필요할겁니다.

셋째, 파츠가 많이 나뉘어져 있는 모델도 존재합니다. 건물 하나가 문, 지붕 벽 등 몇 파츠로 나뉘어져 있거나, 애초아 드럼통 벽돌 등 다른 오브젝트등을 조합해서 하나의 배경 프랍으로 사용해야 하는 경우도 존재할 것입니다. 이러한 경우 메시 및 매터리얼의 갯수 등 상황에 따라 드로우콜이 늘어나게 됩니다. 드로우콜이 많아지면 성능이 느려지기 때문에 이 오브젝트들을 하나의 메시와 매터리얼로 만들어줘는 툴이 필요할겁니다. (드로우콜이 성능에 왜 영향을 미치는 지는 나중에 따로 설명하는 시간을 갖도록 하겠습니다.) 

이러한 이유들로 많은 LOD 관련 툴들이 존재합니다. 당연히 에셋스토어에도 LOD 툴들이 많이 있습니다.

Simplygon

그 중 Simplygon(심폴리곤이 아니라 심플리곤입니다 ㅋ)을 소개할까 합니다. Simplygon은 무료입니다. 몇 가지 제약이 있긴 합니다만 기본적으로는 무료입니다. 일단 에셋스토어에서 다운로드후 Import하시면 Unity 메뉴 Window에 Simplygon 항목이 생깁니다.(https://www.assetstore.unity3d.com/kr/#!/content/10144)

이제 실제로 사용하는 예를 보여드릴까 합니다. 우선 에셋스토어에서 모델을 하나 받습니다. 

https://www.assetstore.unity3d.com/kr/#!/content/10739

언니가 무섭고 이쁘긴 한데 폴리곤이 너무 많습니다. 세상에나 2만7천 폴리곤이라니 모바일에서는 전혀 써먹지를 못하겠네요.

이제 이 모델을 Simplygon으로 폴리곤을 반토막 내볼까 합니다. 모델을 선택 후 Simplygon 창을 클릭하면 다음과 같이 네개의 하위 탭이 존재합니다. (가입이 안되어있으시면 계정 등록을 하시면 됩니다. 일단 무료 계정으로 가입하셔도 충분합니다.) 반토막낼거니 Quick Start탭의 Reduction 항목에 50으로 입력사고 아래의 노란색 마크 버튼을 클릭합니다.

그러면 모델 데이터를 Simplygon서버에 보내고 받아오는 과정이 이루어지면서 Manage Jobs 탭의 톱니바퀴 아이콘이 움직입니다. Manage Jobs 탭을 열어 Download Assets Automatically를 체크해줍니다.

 그리고나서 status 상태가 100%이 되면 처리된 에셋을 자동으로 import하고 LODs 폴더에 처리된 모델이 생깁니다. 

확인해볼까요? 일단 육안으로는 큰 차이를 모르겠네요.

하지만 폴리곤 수를 보면 2만7천 폴리곤이였던 모델이 1만3천 폴리곤으로 확 줄었습니다. RPG처럼 케릭터가 많이 나오는 게임에서는 사용이 불가능하겠지만 대전격투게임처럼 케릭터가 적게 나오는 게임에서는 쓸만하겠네요.

한번 더 줄여볼까요? 이번엔 원본에서 3%로 설정해서 돌려본 결과입니다. 원본과 비교해보면 얼굴이 많이 못생겨지긴 했지만 전체적인 실루엣은 어느정도 유지해주고 있습니다.

하지만 폴리곤은 540여개로 대폭 줄었습니다.

멀리 두고 비교해보면 두 모델 간의 차이는 눈에 띄지 않을 정도입니다.

이번엔 다른 모델도 한번 살펴볼까요? 이 두 골렘은 작게 해서 보면 차이는 없어보입니다.

https://www.assetstore.unity3d.com/kr/#!/content/13631

하지만 폴리곤은 3배 이상 차이가 납니다.

이런 식으로 SImplygon같은 툴을 이용하면 LOD에 필요한 데이터를 쉽게 생성 할 수 있습니다. 더 나아가서는 PC 및 콘솔을 타겟으로 만들어진 데이터를 모바일에서 사용 할 수 있도록 폴리곤을 줄이는 용도로도 사용이 가능합니다. 물론 툴로 줄이는 것 보다는 아티스트가 이태리 장인정신으로 한땀 한땀 줄여주는 것이 가장 퀄리티는 좋습니다. 하지만 그렇지 못하는 상황이라면 툴의 도움이 정말 요긴하게 쓰일 것입니다. 

SImplygon의 추가적인 사용법은 공식 튜토리얼을 참고해주세요. (https://www.youtube.com/watch?v=qEyPVNGxGb8)

케릭터 LOD

이제 메시는 생성했으니 실제 LOD가 작동하는 케릭터를 만들어보도록 하죠. non-skinned mesh를 이용하는 오브젝트(예를 들면 건물이나 배경 프랍들)의 LOD 처리는 어려울게 없습니다. 하지만, 에니메이션 처리 되는 skinned mesh 케릭터에게 LOD 처리하는 것은 조금 귀챦습니다. 일단 Simplygon으로 생성하기 이전의 원본 mesh와 Simplygon 처리 후의 LOD 메시간의 본 에니메이션 정보는 공유되지 않습니다.

우선, Simplygon으로 생성 한 케릭터 중 Level 0 즉 가까이 있을 때 그릴 용도로 사용 할 케릭터를 씬에 올려놓습니다. 그러면 케릭터 오브젝트 바로 하위에는 본 계층구조 오브젝트와 skinned mesh 오브젝트가 있습니다. 이 메시 오브젝트를 Duplicate하여 사본을 만듭니다. 다른 오브젝트나 prefab에 있는 메시를 가져오면 안됩니다.

 그 후, 새로 만들어진 사본의 Skinned Mesh Renderer의 Mesh를 Level 1 즉 멀리 있을 때 그릴 용도로 사용 할 메시로 바꿔치기해줍니다.

이제 케릭터 오브젝트에 LOD Group 컴포넌트를 추가해주고 LOD 0, LOD 1 각각 메시를 설정해줍니다.

이제 케릭터가 하나의 에니메이터로 에니메이션하면서 거리에 따라 LOD 메시가 바뀌는 것을 확인 가능합니다.

마치며

게임 개발 시 얼마나 최적화를 시키느냐가 중요한 과제중 하나입니다. LOD 처리를 하는 것은 쉬우면서도 효과적인 최적화 방법중 하나입니다. 유니티는 이 기능을 쉽게 사용 가능하도록 제공해주고 있고 에셋스토어에는 보조장치들이 많이 존재합니다.SImplygon은 그 중 하나일 뿐이지 반드시 이것을 사용해야한다는 것은 아닙니다. 다만 LOD를 처리하는 예를 보여주기 위한 수단으로 소개해드린 것일 뿐입니다. 물론, 카메라가 고정되어있는 탑뷰(및 쿼터뷰)에서는 LOD 처리가 필요 없을 수도 있습니다. 하지만 요즘은 모바일 게임들도 탑뷰에서 탈피하는 게임도 많이 있어서 LOD의 필요성이 많아지게 될 것입니다. 

감사합니다.