1. Game Engine Gems 1
chap 3.
Volumetric Representation
of Virtual Environments
ohyecloudy http://ohyecloudy.com
shader studyhttp://cafe.naver.com/shader.cafe
2011.10.31

2. height map이 아니라
실제 volume으로 환경을 표현하는
기법을 살펴본다.
간단한 개념 정리 수준

3. height map
• 등고선을 생각하면 쉽게 이해
• 간단한 표현법
• 시각화 쉽다
• 생성 쉽다
http://www.alvaromartin.net/images/surfaceclipmaps
/heightmap.jpg

4. height map 표현 한계
• 좌표마다 높이 값이 하나만 존재
• 동굴, 돌출부 등을 표현 못함

5. volumetric environments
• 실제 3D 데이터
• height map이 가지는 제한 X

6. 실제로 쓰이고 있다!
• Worms 3D
• Crysis sandbox
• MinerWars
• Thermite3D game engine

7. Overview
Data Structures
Surface Extraction
Rendering
Physics
The Future
Conclusion

8. Voxel
• volumetric pixel
• 코어 데이터 구조로 사용
������ × ������ × ������ voxels

9. Cell
• 2 × 2 × 2 voxels
• surface를 만드는 최소 단위

10. Surface extraction
• 표현을 하려면 변환해야 함
• triangle mesh로 변환하는 작업

11. Marching Cubes algorithm

12. Overview
Data Structures
Surface Extraction
Rendering
Physics
The Future
Conclusion

13. Material ID
• 8-bit
• 0 : empty space
• rock, soil, ….

14. Density field
• 단순한 volume 안/밖 결정 문제점
• 뾰족한 겉면
• 부드러운 메시 겉면을 표현하려고
• Marching Cubes Algorithm에서
– linear interpolation을 할 때 사용

15. Voxel이 가지는 데이터
• material ID (1byte)
• density (1byte)

16. Block
• volume을 구성하는 단위
• voxel 여러 개로 이루어진다

17. Volume은 block 리스트로 표현

18. Voxel 데이터 변경 시나리오 1
• Voxel 변경
• 해당하는 block을 찾음
• shared 상태면 block을 복사해서
변경
• reference count 업데이트

19. Voxel 데이터 변경 시나리오 2
• 변경해서 다른 block과 같은 모양
• 모든 voxel을 비교해 공유 block을
식별하고 처리하는 작업은 비쌈
• potentially homogeneous 마크
• garbage collection 시간에 처리

20. 적절한 block size는?
• 실험 결과 32 × 32 × 32
• smaller block : 공유 가능성 높음
• larger block : block 개수가 줄어
들어 관리 비용이 감소

21. Overview
Data Structures
Surface Extraction
Rendering
Physics
The Future
Conclusion

22. 요구 사항
• real-time으로 volume 변경 가능
• 변경된 부분만 surface 재생성
• 결과는 GPU rendering에 적합한
포멧

23. Region
• volume을 겹치는 부분 없이 나눔
• 업데이트가 수행되는 단위
• mesh data를 가진다
• vertex buffer, index buffer
• dirty flag : mesh data를 재생성?

24. 적절한 region size는?
• 실험 결과 8 × 8 × 8
• smaller regions
– finer-grained occlusion culling
– 효율적인 mesh data 생성
– batch count 증가

25. Output of Algorithm
struct Vertex
{
float position[3];
float normal[3];
float materialId;
float alpha;
}

26. Level of Detail
• volume에서 바로 LOD를 구현
• 생성된 triangle surface는 상관 X
• mip level에 맞는
surface extraction 실행

27. Threading the Algorithm

28. Overview
Data Structures
Surface Extraction
Rendering
Physics
The Future
Conclusion

29. visibility culling
• intersecting 검사
– view frustum
– bounding volume hierarchy
• 간단하게 구현 가능

30. The Material System
• geometry는 미리 만들어지지 X
• volume 정보로부터 생성
• texture coord 자동 생성 필요
• Triplanar texturing 사용

31. Triplanar texturing
• pixel shader
• surface normal을
blend weights로 사용
• x,y,z 축으로 프로젝트된 텍스쳐를
blend weights를 사용해 섞는다

32. // Interpolation means normals may not be unit length.
normal = normalize(normal);
// Squaring a unit vector makes the components add to one.
float3 blendWeights = abs(normal * normal);
// For each axis, sample the texture and multiply by the
blend weights.
float4 colorMapValueYZ =
tex2D(colorMapX, worldPos.yz) * blendWeights.x;
float4 colorMapValueXZ =
tex2D(colorMapY, worldPos.xz) * blendWeights.y;
float4 colorMapValueXY =
tex2D(colorMapZ, worldPos.xy) * blendWeights.z;
// Combine the results
float4 colorMapValue =
colorMapValueXY + colorMapValueYZ + colorMapValueXZ;

33. Triplanar texturing
• 자연물 잘 표현
– rock, grass, …
• 인공물 잘 표현 못함
– 날카로운 모서리
– 높은 디테일

34. Using Multiple Materials

35. Using Multiple Materials
• non-uniform 영역 초기화
– black으로 setting
• uniform triangles 렌더링
– blending mode : set
• non-uniform 영역
– blending mode : additively
– material 간 부드러운 전환

36. Overview
Data Structures
Surface Extraction
Rendering
Physics
The Future
Conclusion

37. collision mesh
• region에 있는 mesh data로 생성
• dynamically updating
– collision mesh를 재생성
– 기존 mesh와 교체

38. Overview
Data Structures
Surface Extraction
Rendering
Physics
The Future
Conclusion

39. 해야 할 일들
• volume 사이즈를 더 크게
• data streaming
• content creation
– height map  volumes (현재)
– triangle mesh -> volumes (이후)

40. 게임 플레이에 어떻게 활용?
• 지형 파괴
• 파괴된 지형을 복구
• …

41. Overview
Data Structures
Surface Extraction
Rendering
Physics
The Future
Conclusion

42. • height map이 아닌 volume으로 표현
– 표현할 수 있는 영역을 넓힌다.
• voxel, cell, volume, block, region 설명
• LOD, material 여러 개 사용 등을 살펴 봄