DirectX - Vertex

Vertex란?

Vertex는 그래픽스 렌더링 파이프라인의 기본 단위로, 3D 모델링 및 렌더링의 근간을 이루는 가장 작은 단위입니다. Vertex는 3D 공간에서의 한 점을 나타내며, 다음과 같은 속성을 포함할 수 있습니다:

• 위치(Position): 3D 공간에서의 좌표 (x, y, z)
• 색상(Color): 각 Vertex에 지정된 색상 정보
• 텍스처 좌표(Texture Coordinates): 3D 모델과 텍스처 맵핑을 연결하기 위한 좌표
• 노멀 벡터(Normal Vector): 조명 계산과 표면 방향 결정에 사용

Vertex는 선(Line), 삼각형(Triangle) 등 다양한 도형을 구성하는데 사용됩니다. 예를 들어:

• 점(Point): 1개의 Vertex
• 선(Line): 2개의 Vertex
• 삼각형(Triangle): 3개의 Vertex

아래의 이미지는 Vertex가 그래픽스 파이프라인에서 어떻게 활용되는지를 보여줍니다.

Vertex는 Input Assembler 단계에서 사용되며, 그래픽스 파이프라인의 최종 출력물인 픽셀 데이터를 생성하는데 중요한 역할을 합니다. Vertex의 수와 배치는 그래픽스 파이프라인의 렌더링 결과를 크게 좌우합니다.

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D3D::GetDC()->IASetPrimitiveTopology()

DirectX의 IASetPrimitiveTopology 함수는 그래픽스 파이프라인의 Input Assembler 단계에서 Primitive Topology를 설정하는 데 사용됩니다. Primitive Topology는 Vertex를 기반으로 도형을 구성하는 방식을 정의합니다.

Primitive Topology의 종류:

1. Point List:
   • 각 Vertex가 독립된 점으로 렌더링됩니다.
   • 응용 분야: 파티클 시스템, 별자리 시뮬레이션
2. Line List:
   • 두 개의 Vertex가 하나의 선을 구성하며, 각 선은 독립적으로 렌더링됩니다.
   • 정점 수는 짝수여야 합니다.
   • 응용 분야: 그래프, 네트워크 시각화
3. Line Strip:
   • 첫 번째 Vertex와 그 이후의 모든 Vertex가 연결되어 하나의 연속적인 선이 생성됩니다.
   • 응용 분야: 궤적, 경로 시각화
4. Triangle List:
   • 각 삼각형은 세 개의 독립된 Vertex로 구성됩니다.
   • 응용 분야: 대부분의 3D 모델링 및 렌더링
5. Triangle Strip:
   • Vertex들이 공유되어 하나의 연속적인 삼각형 스트립을 형성합니다. 메모리 효율적.
   • 응용 분야: 테라포밍, 복잡한 표면

D3D::GetDC()->IASetPrimitiveTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_LINELIST);
D3D::GetDC()->IASetPrimitiveTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_LINESTRIP);  
D3D::GetDC()->IASetPrimitiveTopology(D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST);  

이 함수는 Vertex 데이터를 최적의 방식으로 결합하여 GPU가 효율적으로 처리할 수 있도록 돕습니다. 특히 Triangle Strip은 메모리 사용을 줄이는 동시에 성능을 극대화합니다.

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NDC (Normalized Device Coordinate)

NDC는 화면의 해상도와 무관하게 모든 그래픽 데이터를 정규화된 좌표계(-1에서 +1)로 변환하여 렌더링하는 방식입니다. 이 좌표계는 GPU가 Vertex 데이터를 화면에 정확히 매핑하는 데 필수적인 역할을 합니다.

NDC의 주요 특징:

1. 좌표 범위:
   • X축: -1 (왼쪽) ~ +1 (오른쪽)
   • Y축: -1 (아래) ~ +1 (위)
   • Z축: -1 (가까운 평면) ~ +1 (먼 평면)
2. 클리핑(Clipping):
   • 화면 밖에 있는 데이터를 제외하여 성능을 최적화합니다.
3. 뷰포트 변환:
   • NDC 좌표를 화면 픽셀 단위로 변환하여 정확한 화면 출력이 이루어집니다.

NDC를 사용하는 이유:

1. 해상도 독립성:
   • 다양한 출력 장치에서 동일한 비율과 품질로 렌더링 가능.
   • 예: 모바일과 데스크탑에서 동일한 장면 렌더링.
2. 투영 변환(Projection):
   • 3D 데이터를 2D 화면에 정확히 매핑하여 현실적인 렌더링 구현.

렌더링 파이프라인에서 NDC의 역할:

1. 모델 공간 → 월드 공간:
   • 모델의 로컬 좌표를 전역 좌표로 변환.
2. 월드 공간 → 뷰 공간:
   • 카메라의 위치와 방향에 따라 좌표를 변환.
3. 뷰 공간 → 클립 공간:
   • 투영 행렬을 통해 클리핑 영역으로 변환.
4. 클립 공간 → NDC:
   • 정규화된 좌표(-1~+1)로 변환.
5. NDC → 뷰포트 공간:
   • 실제 화면 픽셀 좌표로 매핑.

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요약

Vertex는 그래픽 데이터의 기본 구성 요소이며, Primitive Topology와 NDC 좌표계를 통해 효율적으로 처리됩니다. 이러한 개념은 DirectX의 그래픽스 파이프라인을 이해하고 활용하는 데 핵심적인 요소입니다.