[DirectX 12] #5-8. Frustum Culling

들어가며

저번 시간에는 반시계 방향의 면은 그리지 않는 Culling 방법에 대해 알아봤는데, 이번에는 Frustum Culling에 대해 알아볼 것이다.

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Frustum Culling

💡 Frustum(절두체)이란?

• 카메라가 볼 수 있는 시야 범위를 3D 공간에 표현한 것.
• 모양: 피라미드의 위를 잘라낸 형태

 

• Frustum Culling
  • 렌더링 최적회를 위한 기술로, 카메라에 보이지 않는 오브젝트는 GPU에 넘기지 않고 CPU에서 미리 제외한다. (Skybox는 예외)
  • 차이점
    • 일반 렌더링: 모든 오브젝트를 GPU에 넘기고, GPU가 픽셀 단위까지 계산 후 화면 밖이면 그리지 않는다.
    • Frustum Culling: CPU가 먼저 Frustum 범위 바깥인지 판별 후 렌더링하지 않는다.
    • 성능 최적화에 매우 큰 효과가 있다!

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수학 증명

• 평면식과 점의 위치 증명

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게임 응용

• Frustum 판별하기
  1. Frustum 6개 평면의 Normal 벡터를 구한다.
  2. 점이 각 평면의 앞/뒤 중 어디에 위치하는지 계산한다. (ax + by + cz + d에 점을 대입)
  3. 모든 평면에 대해 음수 값이라면, Frustum 안에 있으므로 렌더링한다.

 

• Transform
  • 오브젝트 좌표는 일반적으로 Local → World → View → Projection 이 단계를 거쳐 좌표 변환이 된다.
  • Frustum은 Projection 공간에 존재하기 때문에, World 공간으로 역변환해서 비교해야 한다.

 

• Frustum 면 생성
  • 각 면의 Normal 방향은 Frustum의 바깥쪽을 향해야 한다.
• Sphere Culling
  • 구의 중심과 반지름을 사용한다.
  • 평면과 구의 중심 사이의 거리를 계산한다. 반지름보다 크면 평면 뒤에 있다.
• 라이브러리 활용
  • BoundingFrustum::Intersects(BoundingSphere sphere);
  • DirectX에서 이와 같은 함수를 제공하는데데, 수학 계산 없이 간단하게 컬링할 수 있다.

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Frustum Culling 커밋

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마치며

CPU 단계에서 바로 컷해버리니까 엄청난 성능 연산이 될 수 밖에 없구나. 게임 성능 향상을 위한 방법이 정말 많은 것 같다. 그 중 절두체 컬링이 가장 효과적인 것 같다!

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출처 인프런 Rookiss님 게임 수학과 DirectX12

Frustum Culling