4. 이미지 텍스처
• 텍스처는 텍셀(texel) 기반의 배열 구조를 가지는 데, 색상 정보를 저장하고 있는 경우 이미
지 텍스처라 부른다.
• 흔히 모델에 색상을 입히기 위해 텍스처를 이용한다. 이를 텍스처링(texturing)이라 한다.
5. 텍스쳐링
• 이전 발표에서 텍스쳐링은 프래그먼트(3차원 폴리곤 메쉬를 2차원 데이터로 변
형한 형태)에 텍스쳐를 입히는 것이라 설명하였다.
• 그렇다면 어떻게 알맞은 위치에 텍스쳐를 입힐 수 있을까?
• 바로 텍스쳐좌표를 이용하여 텍스쳐를 입힌다.
6. 텍스쳐 좌표
• 2차원 이미지 텍스쳐의 요소 하나를 텍스쳐 엘리먼트(texture element), 줄여서 텍
셀이라고 한다.(픽셀과 구분하기 위해 이름을 텍셀이라 한다.)
• 각각의 텍셀은 2차원 배열 상의 자신의 위치를 나타내는 인덱스(texcel address)를
가지고 있다.
7. 텍스처 어드레싱 모드
• 텍스처 좌표는 기본적으로 [0, 1] 범위 안에 있지만 범위를 벗어나게 사용하는 경우
도 있다.
• 텍스처 어드레싱 모드는 [0, 1] 범위 밖 텍스처 매핑을 어떻게 처리할 지 결정하는
모드이다.
• 텍스처 어드레싱 모드의 기본 설정은 clamp로 되어 있다.
u,v : border u,v : wrap u,v : mirror
u : wrap
v : mirror
8. 텍스처 어드레싱 모드 : CLAMP
• Clamp: 클램프는 텍스처 경계 부분의 색을 그대로 가져와 [0,1] 범위 밖을 칠한다.
9. 텍스처 어드레싱 모드 : WRAP
• Wrap: [0,1] 범위 밖에서도 텍스처가 똑같이 반복되서 매핑된다.
10. 텍스처 어드레싱 모드 : MIRROR
• Mirror: [0,1] 범위 밖에서 텍스처가 반사되어 매핑된다.
11. 텍스처 어드레싱 모드 : BORDER
• Border: [0, 1] 범위 밖은 임의의 색을 설정하여 색을 입힌다.
12. 텍스처 어드레싱 모드
• Direct3DDevice9::SetSamplerState method를 이용해서 텍스처 어드레싱 모드를
설정한다.
HRESULT SetSamplerState(
DWORD Sampler, // texture number
D3DSAMPLERSTATETYPE Type,
DWORD Value );
typedef enum _D3DSAMPLERSTATETYPE {
D3DSAMP_ADDRESSU = 1, // The default is D3DTADDRESS_WRAP
D3DSAMP_ADDRESSV = 2,
D3DSAMP_ADDRESSW = 3, // For 3D texturing
D3DSAMP_BORDERCOLOR = 4,
….
} D3DSAMPLERSTATETYPE;
typedef enum D3DTEXTUREADDRESS {
D3DTADDRESS_WRAP = 1,
D3DTADDRESS_MIRROR = 2,
D3DTADDRESS_CLAMP = 3,
D3DTADDRESS_BORDER = 4,
..
} D3DTEXTUREADDRESS, *LPD3DTEXTUREADDRESS;
13. 텍스처 필터링
• 스크린 공간의 (x,y)에 위치한 게임 속 사각형이 텍스처 좌표(u,v)를 가질 때, 이 텍스
처좌표는 텍셀 주소(𝑡 𝑥 , 𝑡 𝑦)로 매핑된다.
• 그러나 일반적으로 게임 속 사각형과 텍스처는 크기가 다르기 때문에 텍스처를 확
대 또는 축소시킨다.
• 텍스처를 확대 또는 축소시키면서 사각형 속 픽셀의 색을 결정하는 과정을 텍스처
필터링이라고 한다.
14. 텍스처 필터링
• 텍스처 필터링은 확대 필터링, 축소 필터링, 밉맵필터링이 있다.
• 필터링 방식은 근접점 샘플링, 선형 보간, 비등방 필터링 중에 선택한다.
텍스처 확대 필터링
텍스처 축소 필터링
밉맵 필터링
근접점 샘플링
선형 보간
비등방 필터링
15. 텍스처가 확대될 경우
• 스크린 공간의 사각형 크기가 이미지 텍스처보다 클 경우, 텍스처는 사각형 크기에
맞춰서 확대된다.
• 픽셀 > 텍셀(개수)
16. 확대 필터링 : 근접점 샘플링
• 확대 필터링을 근접점 샘플링으로 설정하면 가장 가까운 텍셀의 값을 픽셀에 집어
넣는다.
• 아래 그림은 텍셀 근처 픽셀들이 해당 텍셀의 색을 가져옴을 의미한다.
17. 확대 필터링 : 겹선형 보간
• 겹선형 보간( bilinear interpolation)으로 선택하면 근처 텍셀들의 색을 선형 보간하
여 픽셀의 색을 구한다.
18. 텍스처가 축소될 경우
• 스크린 공간의 사각형 크기가 이미지 텍스처보다 작을 경우, 텍스처는 사각형 크기
에 맞춰서 축소된다.
• 픽셀 < 텍셀
19. 텍스트 축소 시 문제점
• 텍스처 축소 필터링도 마찬가지로 근접점 샘플링 혹은 겹선형 보간 중에 사용한다.
• 그러나 어떠한 필터링을 사용해도 텍스처 축소 시 한 가지 문제가 발생한다.
• 체크 무늬 모양의 텍스처를 사용한다고 가정하자.
• 텍스처를 축소할 경우 픽셀이 듬성듬성 텍셀들 사이에 듬성듬성 존재 한다.
20. 텍스트 축소 시 문제점
• 그림 (a)는 픽셀들이 검은색 텍셀사이에 존재하므로 어떤 필터링을 사용해도 검은
색으로 보인다. 즉, 회색을 인색하지 못하므로 체크 무늬를 표현하지 못한다.
• 그림 (b)는 반대로 회색 텍셀사이에 존재하므로 회색으로만 보인다.
• 이것도 에일리어싱(Aliasing) 문제 중 하나이다(우리가 흔히 알고 있는 에일리어싱
문제는 게임 속 계단현상을 말하는 것으로 이것과는 다르다).
(a) (b)
21. 밉맵 필터링의 모티브
• 텍스처 축소 시 텍스처가 스크린 공간 프리미티브에 비해 크기 때문에 에일리어싱 문
제가 발생하였다.
• 그렇다면 어떻게 해결해야 할까?
• 텍스처를 작게 만들어서 그 크기가 프리미티브와 비슷해지도록 하면 해결되지 않을까?
• 즉, 픽셀과 텍셀 간에 일대일 대응이 성립하도록 텍스처를 작게 만들면 된다.
• 이 아이디어로 착안된 게 바로 밉맵 필터링이다.
22. 밉맵이란?
• 시시각각 크기가 변하는 게임 속 사각형과 크기가 맞는 텍스처를 대응시키기 위해
선 다수의 텍스처를 필요로 한다.
• 따라서 원본 텍스처를 기반으로 다운샘플링(DOWN SAMPLING)하여 다수의 텍스처
를 생성하고 이것들을 피라미드처럼 크기 별로 묶은 것을 밉맵이라 한다.
23. 기본 배경 지식
• 텍스처 해상도는 기본적으로 2𝑙
× 2𝑙
크기의 정사각형으로 만든다.
• 이러한 텍스처는 다음과 같은 이점이 있다.
비균일 밉맵보다 메모리를 절약하고 캐시 효율이 좋다.
비트 연산에서 2^n의 숫자라면 연산량을 줄일 수 있기 때문에 텍스처 매핑이 작업이 최
적화 된다.
• 따라서 원본 텍스처의 해상도가 2𝑙
× 2𝑙
일 경우 밉맵의 레벨은 0부터 𝑙까지 존재한다.
24. 밉맵 필터링 : 레벨의 선택
• 먼저 알맞은 크기의 텍스처를 정하기 위해
선 밉맵 레벨을 계산해야 한다.
• 픽셀이 텍스처에서 m(가로) x m(세로) 크기
의 텍셀 블록을 차지하는 경우 밉맵 레벨은
𝑙𝑜𝑔2 𝑚이다.
• 왼쪽 그림에선 픽셀의 2 x 2 크기의 텍셀 블
록을 차지하여 레벨 1이 선택되었다.
25. 밉맵 필터링
• 그러나 만일 m이 제곱이 아니라면 레벨은
실수가 아닌 정수가 된다.
• 왼쪽 그림은 3x3 크기의 사각형의 레벨을 계
산하면 𝑙𝑜𝑔23 = 1.585이다.
• 필터링 방식은 가장 가까운 레벨을 선택하는
근접점 샘플링과 두 레벨 사이에서 선형보간
하는 방법 중 선택할 수 있다.
26. 밉맵 필터링
• 텍스처 확대와 축소에는 겹선형 보간을 사용하였지만 밉맵 필터링의 선형 보간은 삼
선형 보간(trilinear interpolation)을 사용한다.
• 먼저 레벨 1과 레벨 2에 대해 각각 겹선형 보간이 진행되고 그 결과를 가지고 소수점
이하의 값(여기서는 0.585)을 이용해 다시 한번 선형 보간한다.
27. 시선과 수직일 때
• 시선과 수직을 이루는 직사각형에 텍스처를 매핑할 때 밉맵 필터링의 결과는 아래
와 같이 아무 문제 없이 필터링된다.
28. 시선과 수직이 아닐 때
• 그러나 만약 사각형이 기울어져 있다면 어떻게 될까?
• 스크린 공간의 사각형의 각 픽셀에서 이 텍스처가 확대 인지 축소인지 결정한다.
• 텍스처가 확대되는 부분에선 레벨 0인 텍스처를 사용하고, 축소되는 부분에서는 여
러가지 밉맵 레벨이 사용한다(뒤로 갈수록 레벨이 올라간다).
29. 필터링 설정 방법
• 위에서 설명한 텍스처 필터링은 하드웨어가 구현해주지만 그래픽스 API는 프로그래머가 제어
할 수 있게 해준다.
• 텍스처 축소(magnifiaction) 및 확대(minification), 밉맵 필터링에 대해 근접점 샘플링과 선형
보간을 각각 선택하여 결과를 확인해 보자.
MAGFILTER : 텍스처 확대 필터링
NEAREST : Nearest point sampling(근접점 샘플링)
BILINEAR : Bilinear interpolation(겹선형 보간)
MINFILTER : 텍스처 축소 필터링
NEAREST : Nearest point sampling(근접점 샘플링)
BILINEAR : Bilinear interpolation(겹선형 보간)
LEVEL : 밉맵 필터링
NEAREST : Nearest point sampling(근접점 샘플링)
LINEAR : Two levels to be linearly interpolated (삼선형 보간)
30. 필터링 결과 : 적용 전 참고사항
• 이제 실제 필터링을 적용한 결과를 보도록 하자.
• 텍스처 확대 및 축소를 구분하기 위해 레벨 0 텍스처를 빨간색이라 가정한다.
31. 필터링 결과 : 적용 전 참고사항
• 프로그래머의 설정에 따라 근접점 샘플링 혹은 선형 보간 필터링이 된다.
• MAGFILTER(확대필터), MINFILTER(축소필터), LEVEL(밉맵필터) 등을 바꿔가며 결과
를 확인한다.
magnification minification
area:2
level 0 level 0 level 0 level 1
a b c d e
e
c
d
b
a
33. 비등방 필터링의 모티브
• 지금까지 픽셀을 텍스처 공간으로 이동시켰을 때 등방형(isotropic, 정사각형) 영역
을 차지한다고 가정하고 필터링을 적용했다. 과연 그럴까?
• 아래 그림의 사각형 영역을 픽셀이라 가정하고 텍스처 공간으로 이동시켜 보자(실
제로는 훨씬 작다).
34. 비등방 필터링의 모티브
• 사각형에 입혀진 텍스처는 원근감이 적용되어 사각형 아랫면에서 윗면으로 갈수록
텍스처가 더욱 밀집된 형태로 매핑된다.
• 따라서 텍스처 공간으로 변환하면 정사각형이 아니게 된다!!
텍스처 공간
공간 변환
스크린 공간
확대
35. 비등방 필터링의 모티브
• 아래 그림의 텍스처 공간으로 이동한 픽셀은 실제 하얀색 영역만 차지하고 있다.
• 그러나 등방형 필터링은 정사각형으로 맞추다 보니 본래 영역보다 넓은 범위를 선형
보간하여 픽셀에 하얀색뿐만 아니라 파란색까지 섞이게 된다.
• 이 때문에 텍스처가 축소 될수록 색이 섞여 화면이 번지는 느낌을 준다.
36. 비등방 필터링
• 이 색상번짐을 해결하기 위해 비등방 필터링(anisotropic filtering)이 고안되었다.
• 비등방 필터링도 확대, 축소, 밉맵 필터링에 모두 적용 가능하다.
• 여기서는 밉맵 필터링에 비등방 필터링이 어떻게 적용되는 지 간단히 설명한다.
37. 비등방 필터링
• 비등방 필터링은 스크린 공간에서 텍스트 공간으로 이동했을 때, 정사각형 대신 실
제 변환된 사각형 크기와 유사한 직사각형을 이용한다.
• 이 직사각형을 정사각형으로 쪼개 각 사각형에 대해 선형 보간하여 색을 구한 후,
이 색들을 평균하여 픽셀의 최종 색을 계산한다.
38. 비등방 필터링
• 아래 그림은 가로 세로 비율이 1: 3인 직사각형을 정사각형 𝑝1, 𝑝2, 𝑝3가 나눈다.
• 𝑝2는 밉맵 레벨 1, 2를 가지고 삼선형 보간법을 이용하여 색을 구한다. 𝑝1, 𝑝3에서도
똑같은 과정이 진행하여 최종색을 구한다.
39. 비등방 필터링
• 비등방 필터링을 적용한 결과 텍스처 축소 영역에서 이미지가 비교적 선명하게 보
존되는 것을 볼 수 있다.
