[📚정보] 유니티 3D 상식 #1

[익명(ppukku999)]

3D 프로젝트를 진행하면서, 알게된 상식들에 대해 적어보려고 해.

누구한테 배워본적도 없고, 프로젝트 진행하면서 자연스레 이것저것 찾아보며 알게된거라 잘못된게 있을수도 있는데, 

내가 잘못 알고 있는게 있으면 알려줘.

1. 유니티 하이어라키상에서의 트랜스폼 계산 및 좌표계 변환

1, 2, 3에는 랜덤으로 넣어둔 포지션/로테이션/스케일 값이 들어있고, 오브젝트는 트랜스폼이 기본값이야.

각 오브젝트의 매트릭스는 이렇게 구하면 돼. 

로컬 스페이스의 한 점에 이 매트릭스를 적용시켜주면, 부모 공간에서의 위치가 나와

오브젝트에 메쉬가 붙어있을 때, 그 메쉬의 정점에 해당 오브젝트의 매트릭스를 곱해주면, 부모 기준의 위치로 변환돼. 부모가 없다면 월드스페이스가 되겠지.

반대로 부모 오브젝트의 트랜스폼에서 자식 오브젝트의 공간으로 좌표를 변환시켜주고 싶으면 결과 매트릭스에 .inverse 붙여주면 돼.

유니티 내부 계산 값과 같은 결과가 나와.

참고로 저 o1Matrix * o2Matrix * o3Matrix가 unity_ObjectToWorld 매트릭스와 같아.

매트릭스 안쓰고 직접 계산해보고 싶으면 Scale -> Rotation -> Translate 순서로 계산하면 돼.

저기서 localRotation은 쿼터니온 계산인데, 이걸 eular로 바꿔주면 Z, X, Y 순서로 회전시킨 결과와 같아.

이것 역시 계산해보면 전부 유니티 트랜스폼 값과 같은 결과가 나와.

자식에서 부모 방향으로, Scale -> Rotate Z -> Rotate X -> Rotate Y -> Translate를 반복해주는거야.

이렇게 계산 안하고 매트릭스를 만들어서 쓰는 이유는, 

메쉬의 모든 버텍스에 미리 계산된 object -> world 변환 매트릭스를 한번만 곱해주는게 매번 새로 계산하는것보다 훨씬 효율적이기 때문이라고 생각해.

2. 월드 스페이스, 뷰 스페이스, 클립 스페이스, 뎁스

월드 스페이스는 우리가 아는 유니티에서의 좌표계야.

뷰 스페이스는 쉽게 말하자면 카메라 기준의 공간이고, 

클립 스페이스는 카메라의 시야각, perspective, 클리핑, 거리에 따른 좌표조정 등이 적용되어서 스크린에 그릴 위치를 특정할 수 있게된 공간이야.

뷰 스페이스는 뷰 매트릭스를 월드 포지션에 곱해주면 구할 수 있고, 클립 스페이스는 프로젝션 매트릭스를 뷰 포지션에 곱해주면 구할 수 있어.

뷰 매트릭스는 크게 특별할건 없어. 위에서 오브젝트의 매트릭스를 적용시켜서 좌표계를 바꿔주는거랑 유사해. 

스케일이 1로 고정되고, z에 -1이 곱해진다는것 빼곤.

근데 프로젝션 매트릭스는 OpenGL이냐, Direct냐, Reversed Z를 이용하냐 안하냐에 따라 4가지로 나뉘는것 같아. 확실하진 않아.

유니티에서 구하는 Camera.projectionMatrix는 OpenGL 형식의 Reversed Z가 적용 안된 매트릭스를 반환해.

이 매트릭스를 실제로 이용할때는 유니티의 프로젝션 매트릭스를 GL.GetGpuProjectionMatrix()함수를 통해 실제 이용되는 프로젝션 매트릭스로 변환시켜줘야 해.

이 매트릭스를 뷰 포지션에 곱해주고 결과 값의 w로 xyz를 나누어주면 클립스페이스 포지션이 나와.

clip.xyz / clip.w

클립 스페이스에서 중요한건, 프로젝션 매트릭스가 적용되서 나온 float4에서 w값으로 xyz를 나누어줘야 우리가 실제로 생각하는 클립스페이스 상의 좌표가 나온다는거야. 

이 좌표가 스크린 상의 위치, 그리고 뎁스 값이야.

x랑 y는 -1에서 1 사이, z는 -1~1 또는 0~1 사이의 값

여기서 x의 -1은 화면의 왼쪽끝, 1은 화면의 오른쪽 끝이야.

z는 Reversed Z가 아닌경우, 0에서(또는 -1)에서 near plane, 1에서 far plane

ClipPosition.w에는 -ViewPosition.z가 들어가고, 뷰 포지션은 -1이 정면이기 때문에, 

-ViewPosition.z는 우리가 생각하는 카메라 스페이스 상의 z값을 의미해. 그러니깐, 카메라로부터 얼마나 멀리 떨어져있는지로 나누는거야.

프로젝션에서 가장 중요한건 거리z로 xy값을 나누어주는 계산인데,

(카메라의 정면이 z니깐, x,y방향은 곧 화면의 가로 세로 방향을 의미, 멀리 있을수록 화면 중앙으로 모이도록), 

프로젝션 매트릭스에는 해당 정보가 들어갈 수 없어.

같은 매트릭스를 수많은 정점에 적용시켜줘야 하는데 거기에 거리 정보가 들어가면 다른 정점에서 이용할 수 없거든.

(적어도 난 그렇게 이해했어)

그래서 그 계산은 버텍스 함수에서 프로젝션 매트릭스를 적용해서 값을 내보내면, 자동으로 w로 나뉘어서 프래그먼트 함수에 도달해.

전에 i.vertex에 클립스페이스 float4를 보냈는데 프래그먼트 함수에서 왜 다른값이 오는지 몰랐었는데, clip.w로 나뉘어서 도달하더라.

뎁스

여기서 clip.z/clip.w 값이 뎁스 값이고, 보통 이미지 이펙트 쉐이더 쓸 때 _CameraDepthTexure에 들어있는 그 값이야.

만약 0~1이 아니라 -1~1이 나오는 OpenGl을 이용중이면 아마 변환되서 0~1값으로 버퍼에 들어갈거야.

https://forum.unity.com/threads/reading-_cameradepthtexture-and-reconstructing-world-space-position.535729/

ReversedZ를 이용하냐 안하냐는 프로젝션 매트릭스쪽에 적용이 되어있고, 해당 여부에 따라 clip.z/clip.w가 반환하는 값이 0~1인지, 1~0인지가 결정돼.

여기서 구해진 뎁스값은 선형이 아니야.

clip.z는 프로젝션 매트릭스를 따라가보면 a * view.z + b이고, clip.w 는 -view.z야. 참고로 a는 프로젝션 매트릭스 P[2,2], b는 P[2,3].

그러니깐, 뎁스값은 -a - b/view.z니깐, 대충 1/x 그래프가 나오겠네.

이걸 선형으로 만들어주면서 동시에 ReversedZ도 해결해주는 함수가 Linear01Depth인데, 여기부턴 다음에 내키면 글 또 쓸게.

원래 더 쓰려 했는데 지친다.

뷰 매트릭스와 프로젝션 매트릭스도 유니티에서 만들어봤어.

뷰 매트릭스

뷰 매트릭스에 대해서는 정보가 거의 없어서 이것저것 해보면서 알아낸건데, 

우선 스케일은 1로 고정돼. 카메라 스케일을 조정한다고 해서 화면상 비율이 조정되지 않잖아.

다만 위에서 말했듯이 z가 -1 방향이 앞이기 때문에, z 스케일은 -1이 되어야 해.

그래서 스케일은 (1,1,-1)

위치값은 위에서 했던대로 부모 오브젝트의 매트릭스를 곱해나가면 돼. transform.localToWorldMatrix가 해당 매트릭스를 반환해줘. 

로테이션값도 역시 부모 오브젝트의 로테이션값을 곱해나가면 돼. Quaternion끼리 곱해줘.

이제 이 3개로 매트릭스를 생성하면, 카메라 스페이스에서 월드 스페이스로 보내는 매트릭스가 완성돼.

여기에 inverse를 적용시키면, worldToCamera 매트릭스가 나와.

프로젝션 매트릭스

유니티 내부에서 계산할땐, OpenGL의 형식을 이용하고 gpu로 보내기 전에 GL.GetGpuProjectionMatrix()를 적용시켜줘야 돼.

halfWidthNear는 Near Plane에서의 Width/2 값이야.

Tan(시야각 / 2.0f)하면 카메라로부터 거리가 1인 상태에서의 화면의 가로 절반 크기가 나와. 거기에 near plane 거리를 곱해주면 NearPlane에서의 Width/2가 나오고.

aspect는 가로세로 비율이야.

프로젝션 매트릭스 자체에 들어가는 값은 솔직히 어떻게 유도된건지 알아본적이 없는데, 어떤 값이 들어가는지는 정해져 있어서 그대로 넣어줬어.

아마도 Reversed Z가 적용된 프로젝션 매트릭스. 잘 모르겠어.

그래서 이런게 개발에 필요한가?

에셋 쉐이더들 수정하고 프로젝트에 맞추려면 필요하더라.

2편은 있을수도 있고 없을수도 있어

[익명(49.164)]

[국전딸배(eui6yd7wx6q3)]

이런거 할시간에 좆소취업포폴용 개미핥기키우기나 만들어라

[익명(223.62)]

슈뢰딩거 에디션 머누

[익명(119.194)]

[익명(119.194)]

순순히 2편을 내놓으면 유혈사태는 일어나지 않을 것입니다.