버텍스 트랜스폼 (Vertex Transform)
버텍스 데이터들은 GPU 메모리에 저장되어 있습니다.렌더링을 수행해야하는 시점이 되면 GPU는 메모리로부터 버텍스 정보들을 가져옵니다. 그리고 적절한 위치에 그려주기 위해서 위치 변환 즉 트랜스폼(transform)을 수행해주게 됩니다. (명사형으로 트랜스포메이션(Transformation)이라고 표현하기도 합니다.)
저장되어 있는 버텍스 데이터는 특정 위치가 반영된 데이터가 아닌 메시 형태만 반영되있는 데이터입니다. 하나의 메시가 여러 오브젝트 즉 인스턴스에서 사용되고 인스턴스마다 위치가 다릅니다. 또한 매번 위치가 바뀌기 때문에 원본 메시 데이터에 3D 공간상의 위치를 반영해놓을 수는 없고, 3D 공간의 특정 위치가 반영되지 않는 원점 기준의 메시 모델에 대한 위치 데이터만 가지고 있는 것입니다. 이러한 데이터를 로컬 스페이스(local space)에 존재한다고 표현합니다.
이를 3D 공간상의 특정 위치에 위치시켜줘야 합니다. 만일 오브젝트의 인스펙터에서 트랜스폼 컴포넌트의 position이 -4.5,0.7,3 으로 설정되어 있고 rotation y가 55으로 되어있다면 메시 데이터를 -4.5,0.7,3으로 위치시켜주고 y축으로 55도 회전시켜줘야합니다.
이러한 식으로 월드 스페이스(world space) 혹은 월드 좌표계(world coordinates)로 변환시켜주는 것을 월드 트랜스폼(world transform)이라고 표현합니다.
이 월드 트랜스폼 시에는 메시의 모든 버텍스의 위치와 노멀(Normal)(경우에 따라서 탄젠트(Tangent) 및 바이노멀(Binormal) 데이터 포함)을 월드 트랜스폼 시켜줍니다. 즉, 모든 버텍스의 위치와 노멀 정보가 로컬 스페이스에서 월드 스페이스로 변환되는 과정이 월드 트랜스폼인 것입니다.
월드 스페이스로 변환을 해준 뒤에는 카메라 스페이스(Camera Space)로 또 변환을 해줘야 합니다. 월드 트랜스폼을 거쳐서 모든 오브젝트의 버텍스들이 원래 있어야 할 위치로 위치하게 되었지만 , 이 오브젝트들은 카메라를 통해서 디스플레이가 됩니다. 카메라는 원점(x:0,y:0,z:0)에만 있는 것이 아니고 카메라 역시 고유의 위치와 방향을 가지고 있습니다. 그렇기 때문에 오브젝트의 버텍스들을 카메라에 상대적인 위치로 변환을 해줘야 합니다. 이러한 공간을 카메라 스페이스(Camera Space) 또는 뷰 스페이스(view space)라고 부르고, 뷰 스페이스로 변환하는 과정을 뷰 트랜스폼(view transform)이라고 합니다.
오브젝트들은 3차원 공간에 있지만 최종적으로 오브젝트가 렌더링되어 디스플레이 되는 공간은 2차원입니다. 3D 공간을 2D상의 위치로 매칭시켜주는 과정을 프로젝션(투영,projection)이라고 합니다. (빔프로젝터에서 빛을 쏘아서 스크린에 투영시키는 모습을 연상하면 됩니다.)
이러한 프로젝션 트랜스폼 과정에서는 원근법도 적용이 됩니다. 사람이 세상을 볼 때 멀리 있는 것은 작게 보이고 가까이 있는 것은 크게 보입니다. 또한 거리가 멀어질 수록 많은 사물들이 시야에 들어오게 됩니다. 카메라를 통해서 볼때도 이 역시 마찬가지며 유니티 카메라에서는 뷰 영역을 나타내는 프라미드 볼륨을 확인할 수 있습니다. 이를 뷰 프러스텀(view frustum)이라고 합니다.
이러한 투영을 퍼스펙티브 프로젝션(원근 투영, perspective projection)이라고 부릅니다.
또한, 원근법이 적용 된 퍼스펙티브 프로젝션 외에도 원근법이 제거 된 오쏘그래픽 프로젝션(orthographic projection, 직교 투영)도 존재합니다. 카메라와의 거리와는 무관하게 시각적으로 크기의 변화가 없이 보여집니다.
카메라 투영에 관한 설정은 다음 비디오에서 자세하게 확인할 수 있습니다 : https://youtu.be/52g_3CX7avo?t=4m2s
유니티의 쉐이더를 작성할 시 UNITY_MATRIX_MVP 변수는 이러한 변환을 의미합니다. UnityShaderVariables.cginc 파일에 기술되어 있습니다.
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