밉맵
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1. 개요
밉맵은 3D 그래픽에서 텍스처의 품질을 향상시키고 렌더링 속도를 높이기 위해 사용되는 기술이다. 기본 텍스처를 여러 단계로 축소한 이미지 집합을 미리 생성하여, 텍스처가 작게 보이거나 멀리 떨어져 있을 경우 축소된 텍스처를 사용하여 렌더링한다. 밉맵은 앤티에일리어싱 효과를 제공하고, 렌더링 시 텍셀 수를 줄여 성능을 향상시킨다. 밉맵은 1983년 랜스 윌리엄스에 의해 발명되었으며, "multum in parvo"와 비트맵의 "map"을 결합하여 "mipmap"이라는 용어가 만들어졌다. 밉맵의 변형 기술로는 비등방성 필터링, 비균일 밉맵 등이 있으며, GIS 소프트웨어에서도 렌더링 시간 단축을 위해 활용된다.
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- 텍스처 필터링 - 비등방성 필터링
비등방성 필터링은 3D 그래픽에서 텍스처 선명도를 유지하여 이미지 품질을 향상시키는 기술로, 텍스처의 주파수가 다른 축에서 다를 때 유용하며 앨리어싱을 줄이지만 하드웨어 복잡성과 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. - 컴퓨터 그래픽스 자료 구조 - 래스터 그래픽스
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| 밉맵 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 렌더링 기술 |
| 목적 | 메모리 절약 및 렌더링 속도 향상 |
| 설명 | 멀리 있는 이미지의 해상도를 낮추어 메모리 사용량을 줄이는 렌더링 기술 |
| 상세 내용 | |
| 원리 | 텍스처를 미리 필터링하여 다양한 크기의 이미지 세트로 구성 |
| 장점 | 앨리어싱 감소 렌더링 성능 향상 메모리 사용량 감소 |
| 단점 | 약간의 흐릿함 발생 가능 |
| 활용 분야 | 3D 게임 가상 현실 시뮬레이션 |
| 다른 이름 | 피라미드 파라메트릭 프리필터링 (Pyramidal parametrics prefiltering) 무티룸 인 파르보 (Multum in parvo, 라틴어: 작은 것에 많은 것을 담음) |
2. 동작 원리
밉맵(mipmap)은 기본 텍스처를 일정한 수준만큼 미리 축소한 비트맵 이미지들의 집합이다. 텍스처가 원래 크기 이상으로 보일 경우 기본 텍스처를 사용하지만, 원래보다 멀거나 작게 보일 경우 축소된 텍스처를 대신 사용한다. (실제로는 보간 과정을 거친다.) 이렇게 하면 렌더링에 사용되는 텍스처 픽셀(텍셀)의 수가 줄어들어 렌더링 속도가 빨라진다. 밉맵 이미지들은 이미 앤티에일리어싱 처리가 되어 있어 렌더링 과정에서 일어날 수 있는 손실이 줄고, 실시간 렌더링 부하도 줄일 수 있다. 확대 및 축소도 효율적으로 수행할 수 있다.[6][7]
텍스처 크기가 256×256 픽셀일 때 (텍스처는 보통 정사각형이므로 한 변의 길이는 2의 거듭제곱이다), 밉맵 집합은 이전 이미지의 1/4 크기인 128×128, 64×64, 32×32, 16×16, 8×8, 4×4, 2×2, 1×1 크기의 이미지 여덟 개로 구성된다. 예를 들어 텍스처를 40×40 크기로 렌더링할 경우, 64×64 크기와 32×32 크기 밉맵 이미지를 보간해서 최종 이미지를 얻는다. 가장 간단한 방법은 최종 이미지의 각 픽셀과 가장 가까운 밉맵 이미지 픽셀들의 평균을 구하는 것이고, 신호 처리나 푸리에 변환 등을 사용하는 복잡한 방법도 있다.
밉맵 집합을 저장하는 데 필요한 용량은 원래 텍스처 용량의 1/3이다. (1/4 + 1/16 + 1/64 + 1/256 + … = 1/3) 큰 용량을 필요로 하지 않는다는 것이 장점이다.
밉맵은 다음 용도로 사용된다.
- 상세 수준(LOD)
- 이미지 품질 향상
- 렌더링 시간 단축
- GPU 또는 CPU 부하 감소
- 물 표면 반사
하지만 텍스처 필터링은 모든 방향에서 균일하지 않고(즉, 등방적이지 않고 이방적이다), 한 방향이 다른 방향보다 더 많이 확대 및 축소되는 경우가 많다. 이 경우 적절한 해상도의 이미지를 사용하는데, 해상도가 높으면 캐시 일관성이 떨어지고 한 방향으로 앨리어싱이 증가하지만 최종 이미지 품질은 높아진다. 반면 해상도가 낮으면 캐시 일관성은 좋아지지만 이미지가 흐릿해져 식별하기 어려워진다.
2. 1. 변형 밉맵
비등방성 필터링은 밉맵의 단점을 어느 정도 해결한 방법이다. 높은 해상도의 이미지를 사용하지만, 여러 텍셀이 한 방향으로 평균되어 그 방향으로 더 많은 필터링 과정을 거치게 된다. 이 방법은 캐시 효율을 다소 떨어뜨리지만 이미지의 품질을 상당히 향상시킨다.[10]밉맵의 문제를 해결하기 위해 비균일 밉맵, 또는 립 맵(rip-maps영어)이 사용되기도 한다. 예를 들어 16×16 텍스처의 립 맵 집합은 16×8, 16×4, 16×2, 16×1, 8×16, 8×8, 8×4, 8×2, 8×1, 4×16, 4×8, 4×4, 4×2, 4×1, 2×16, 2×8, 2×4, 2×2, 2×1, 1×16, 1×8, 1×4, 1×2, 1×1 크기의 이미지로 구성된다. 하지만 이 경우 필요한 용량이 원래 텍스처 용량의 네 배가 되기 때문에 잘 사용되지 않는다.
영역 합산 테이블은 필요한 용량을 줄이면서 비균일한 축소 및 확대를 지원하기 위해 사용되기도 한다. 그러나 이 방법은 캐시 효율이 떨어지는 경향이 있으며, 테이블의 원소를 저장하는 데 필요한 자료형이 텍셀을 저장하는 데 필요한 자료형보다 더 커야 한다. 이러한 이유로 오늘날 이 방법을 구현한 하드웨어는 거의 없다.
3. 기원
밉매핑은 1983년 랜스 윌리엄스가 그의 논문 ''피라미드 파라메트릭스''에서 처음 소개했다.[4] 논문 초록에는 "앨리어싱 효과를 최소화하고 대상 이미지 내 및 이미지 간의 연속성을 보장하는 '피라미드 파라메트릭' 사전 필터링 및 샘플링 기하학을 제시한다"라고 언급되어 있다. 여기서 언급된 피라미드는 서로 앞에 쌓여있는 밉맵 집합으로 상상할 수 있다.
"밉맵(mipmap)"이라는 용어는 라틴어 구절 "multum in parvo"("작은 것에 많은 것")와 "map"의 합성어이다.[4]
4. 활용
참조
[1]
웹사이트
Texture Filtering with Mipmaps (Direct3D 9)
https://docs.microso[...]
Microsoft
[2]
웹사이트
Texture Filtering with Mipmaps
https://docs.microso[...]
Microsoft
2010-04-08
[3]
웹사이트
Mipmap Texturing
https://cgl.ethz.ch/[...]
2019-12-10
[4]
웹사이트
Pyramidal Parametrics
http://staff.cs.psu.[...]
2012-09-25
[5]
웹사이트
Anti-Aliasing Problem and Mipmapping
https://textureingra[...]
2019-02-21
[6]
웹사이트
Multiple levels of Detail
http://people.cs.cle[...]
[7]
웹사이트
D3D11_SAMPLER_DESC structure
http://msdn.microsof[...]
Microsoft
[8]
웹사이트
Deconstructing the water effect in Super Mario Sunshine
https://blog.mecheye[...]
2023-02-25
[9]
웹사이트
Texture Generation
https://patentimages[...]
[10]
웹사이트
Vertex-based Anisotropic Texturing
https://www.csee.umb[...]
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