[DirectX 12] #5-1. Camera

들어가며

이번 시간에는 게임 수학 포스트에서 살펴봤던 개념을 실제 코드로 구현해본다. Transform 클래스와 좌표계 변환, 그리고 행렬 연산 등을 구현할 것이다.

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SIMD

DirectX12의 수학 연산에서 XMMATRIX는 SIMD(Single Instruction, Multiple Data)를 기반으로 작동하는데, 일반적인 float 연산보다 벡터와 행렬 연산에 최적화된 특수 레지스터를 활용한다. 그래서 직접 float 연산을 구현하기보다 전용 라이브러리를 사용하는 것이 좋다.

 

• 설치 및 적용
  1. Google에 DirectXTK12 검색 후 다운로드
  2. 3개의 파일을 Engine 프로젝트에 추가 Inc/SimpleMath.h, Inc/SimpleMath.inl, Src/SimpleMath.cpp
  3. Utils 필터에 3개 파일을 드래그하여 포함시키기
  4. EnginePch.h에 헤더 추가 및 typedef 정의

      #include "SimpleMath.h"
     
      using Vec2 = DirectX::SimpleMath::Vector2;
      using Vec3 = DirectX::SimpleMath::Vector3;
      using Vec4 = DirectX::SimpleMath::Vector4;
      using Matrix = DirectX::SimpleMath::Matrix;
     

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흐름

• Local → World 좌표 변환에서의 계층 구조
  • 게임 오브젝트는 계층 구조(부모-자식)를 가질 수 있는데, 자식 객체는 부모의 Local을 원점으로 좌표를 갖게 된다.
  • 자식 객체는 Local → Local → World로 좌표계 변환을 한 단계 더 수행해야 한다.
  • 각 Transform이 자신의 Local 변환을 계산한 뒤, 부모의 World 변환 행렬을 곱하여 자신의 World 행렬을 구한다.

 

• FinalUpdate()
  • Component, GameObject, Scene, SceneManager 클래스에 FinalUpdate()를 추가한다.
  • Object 별로 최종 위치, 회전, 스케일 변환을 수행하는 단계로, Engine 루프의 마지막에 호출된다.
  • 예. Transform::FinalUpdate()에서 SRT 순서로 변환 행렬을 계산하고, 계층 구조를 반영하여 _matWorld를 계산한다.

 

• PushData()
  • 최종 World * View * Projection 행렬을 계산헤 Shader에 전달한다.
  • TransformParams 구조체에 matWVP를 저장 후 Constant Buffer로 GPU에 넘긴다.
  • Shader에서는 이 행렬을 이용해 정점의 위치를 화면 좌표로 변환한다.

 

• Camera
  • 카메라는 View, Projection 행렬을 계산한다.
    • View: 카메라 Transform의 역행렬
    • Projection: 원근 or 직교 투영 설정에 따라 계산
  • 계산된 행렬은 전역 정적 변수(S_MatView, S_MatProjection)로 저장되어 다른 객체에서도 접근 가능하다.

 

• 렌더링 흐름 재정비
  • MeshRenderer::Render()에서는 Transform, Material, Mesh 각각의 데이터를 GPU에 전달한 뒤 실제로 Mesh를 그린다.
  • Camera::Render()에서는 Scene에 있는 GameObject를 순회하면서 MeshRenderer가 붙은 오브젝트만 렌더링한다.

 

• TestScene
  • TestObject 생성: Transform, MeshRenderer, Material 등 연결
  • Camera 오브젝트 생성: Transform, Camera, TestCameraScript 연결
  • TestCameraScript에서는 키보드 입력을 받아 카메라를 이동, 회전하도록 함.

 

• 결과
  • 키보드의 입력에 따라 카메라가 잘 움직인다.

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Camera 커밋

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마치며

다렉은 나무보다는 숲을 봐야하는데, 블로그에 정리하면서 너무 시간도 오래걸리고 이해도 잘 안 되는 것 같아 과감하게 코드를 제외하고 흐름만 정리하는 방식으로 바꿨다. 코드는 깃허브에 올리니까 흐름만 잘 정리하자!

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출처 인프런 Rookiss님 게임 수학과 DirectX12