3D 렌더링에서 텍스처 최적화, 텍스처 아틀라스

빠르게 변화하는 3D 그래픽과 실시간 렌더링의 세계에서 성능과 효율성은 단순히 바람직한 것이 아니라 필수적인 요소입니다. 게임 개발자와 3D 아티스트 모두 이러한 목표를 달성하기 위해 사용하는 강력한 기술 중 하나가 텍스처 아틀라스(texture atlas)입니다. Blender, 유니티, 언리얼 엔진 또는 전용 게임 엔진에서 작업하든 텍스처 아틀라스를 마스터하면 렌더링 시간과 메모리 사용량을 크게 개선할 수 있습니다.

텍스처 아틀라스란 무엇이며 왜 사용됩니까?

텍스처 아틀라스는 여러 개의 작은 텍스처를 하나로 묶은 하나의 큰 이미지입니다. 수십, 수백 개의 개별 텍스처 파일 대신 필요한 모든 이미지가  하나로 결합되어 있습니다. 여기서 핵심은 효율적인 텍스처 관리이며, 특히 모바일 기기나 VR과 같이 성능이 중요한 플랫폼에 렌더링하거나 최적화할 때 유용합니다. 2D 게임 개발의 스프라이트 시트와 비슷하지만 3D 모델의 경우라고 생각하면 됩니다. 각 메쉬 또는 오브젝트는 UV 좌표를 통해 정확하게 매핑된 아틀라스의 일부에만 액세스합니다.

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텍스처 아틀라스를 사용하는 이유는 무엇입니까?

• 드로 콜(draw calls) 감소: 실시간 그래픽에서 가장 큰 성능 저하 요인 중 하나는 드로우 호출 횟수입니다. 여러 텍스처를 단일 이미지로 아틀라싱하면 한 번의 패스로 많은 오브젝트를 렌더링할 수 있습니다.  
• 셰이더 샘플링 간소화: 단일 텍스처 샘플러가 오브젝트 전체에 사용되므로 셰이더를 간소화할 수 있습니다.    
• 메모리 사용량 개선: 텍스처 파일 수가 적어 메모리 오버헤드와 로딩 시간이 줄어듭니다.

이 접근 방식은 3D 게임 개발, AR/VR 콘텐츠, 모바일 어플리케이션은 물론 텍스처 관리가 중요한 정적 렌더링에서도 매우 유용합니다.

텍스처 아틀라스가 3D 엔진의 성능을 개선하는 방법

유니티, 언리얼 엔진, Blender의 실시간 렌더러 등 모든 3D 엔진에서 시스템은 렌더링 중에 각 오브젝트에 대한 텍스처를 바인딩하고 전환해야 합니다. 이러한 전환으로 인해 성능 오버헤드가 발생합니다. 텍스처 아틀라스를 사용하고 텍스처 바인딩을 줄이면 프레임 속도를 더 높고 안정적으로 유지할 수 있습니다. 또한 텍스처 아틀라스는 오브젝트가 카메라에서 멀리 떨어져 있을 때 표시되도록 텍스처의 작은 버전을 생성하는 기술인 밉매핑에 적합합니다.

여러 어셋에 대한 텍스처 아틀라스 생성 및 관리

아틀라스를 만드는 것은 단순히 이미지를 큰 파일에 밀어 넣는 것만이 아닙니다. 효율적인 텍스처 아틀라스 구현을 위해 따라야 할 전체 워크플로우가 있습니다:

아틀라스 레이아웃 계획

결합할 텍스처를 결정한 후 다음과 그룹화합니다:

• 재질 유형    
• 텍스처 해상도    
• 오브젝트 사용(예: 정적 환경 대 동적 소품)

균일한 텍셀 밀도

메쉬 전체에 일관된 텍셀 밀도를 사용합니다. 이렇게 하면 씬 전체에서 텍스처가 일관성 있고 선명하게 보입니다. Blender의 텍셀 밀도 검사기 같은 툴을 사용하면 이 작업을 자동화할 수 있습니다:

• 레퍼런스 오브젝트에서 텍셀 밀도 계산    
• UV 셸을 일치하도록 스케일 조정    
• 모든 아틀라스된 오브젝트에 이 밀도 재사용

UV 패킹하기

모델을 언랩하고 UV 셸을 공유 UV 공간에 패킹합니다.

• 의도하는경우를 제외하고 오버래핑하지 않기    
• 밉맵을 위한 패딩을 남겨두기    
• 편집 가능성을 높이기 위해 셸을 깔끔하게 정렬하기

아틀라스 텍스처 만들기

이 작업에는 다음 두 가지 방법이 있습니다:

• 수동 방법: Adobe Photoshop 또는 GIMP와 같은 2D 에디터에서 각 텍스처를 할당된 UV 영역에 배치합니다.    
• 자동 방법: TexturePacker, Blender 애드온 또는 Unity의 스프라이트 아틀라스 같은 툴을 사용하면 이 작업을 자동화할 수 있습니다.

UV 좌표 할당 및 조정

각 메쉬가 아틀라스의 새 섹션을 가리키도록 업데이트합니다. 이 단계가 중요한 이유는 적절한 UV 편집이 없으면 모델이 아틀라스의 잘못된 부분을 샘플링하기 때문입니다.

익스포트와 사용

• 업데이트된 UV로 메쉬 익스포트    
• 아틀라스 익스포트(일반적으로 PNG와 JPEG가 사용됨)    
• 게임 엔진 또는 렌더 파이프라인으로 둘 다 임포트하기

일반적인 사용 사례: 게임, UV 매핑 및 모바일 최적화

텍스처 아틀라스는 다양한 맥락에서 사용됩니다. 가장 일반적인 사용 사례를 살펴보겠습니다:

게임 개발

텍스처 아틀라스 최적화의 발상지라고 할 수 있는 게임은 텍스처 전환을 최소화하는 데 크게 의존합니다. 모바일 게임에서는 모든 프레임이 중요하므로 텍스처를 일괄 처리하고 메모리 사용량을 줄이는 것이 중요합니다.

UV 매핑 워크플로우

텍스처 아틀라스를 사용하면 작은 소품이 많은 씬에서 재질 관리를 크게 간소화할 수 있습니다. 예를 들어 중세 게임에서 상자, 통, 널빤지는 모두 하나의 아틀라스를 공유할 수 있습니다.

모바일 최적화

모바일 GPU는 대역폭과 메모리가 제한되어 있습니다. 텍스처를 아틀라싱 함으로써 다음과 같은 이점이 있습니다:

• 파일 크기 감소    
• 런타임 텍스처 스위치 최소화    
• 로딩 및 런타임 성능 개선

효율적인 텍스처 패킹 및 UV 조정을 위한 팁

텍스처 아틀라스를 최대한 활용할 수 있는 다음 몇 가지 고급 팁을 소개합니다:

2차원의 거듭제곱 크기 사용

텍스처는 2차원의 거듭제곱(예: 2048x2048, 4096x4096)이어야 합니다. 이는 밉매핑 및 대부분의 엔진에서 가장 잘 작동합니다.

텍스처 채널을 현명하게 활성화하기

사용하지 않는  채널을 저장하는 데 공간을 낭비하지 마십시오. 오브젝트에 러프니스나 알파를 사용하지 않는 경우 해당 채널을 삭제하여 공간을 절약하십시오.

과도한 패딩 방지하기

패딩이 너무 많으면 텍스처 공간이 낭비됩니다. 너무 적으면 밉맵 블리딩이 발생합니다. 렌더러에서 다양한 밉 레벨을 사용하여 균형을 맞추고 테스트하십시오.

타일을 전략적으로 재사용하기

나뭇결이나 콘크리트처럼 여러 어셋에 동일한 디테일을 사용하는 경우 동일한 UV 좌표를 할당하고 타일을 재사용할 수 있습니다. 이렇게 하면 공간이  절약되고 일관성이 향상됩니다.

결론

텍스처 아틀라스가 항상 이상적인 선택은 아니지만, 반복되는 요소, 소품 또는 모바일 최적화가 필요한 대부분의 씬에 매우 효율적인 솔루션입니다. 일관된 텍셀 밀도 및 깔끔한 UV 레이아웃과 함께 사용하면 아틀라싱을 통해 드로 콜을 대폭 줄이고 메모리 사용량을 줄이며 텍스처링 프로세스를 간소화할 수 있습니다. 이 워크플로를 마스터하면 리얼타임 엔진과 기존 렌더 파이프라인 모두에서 작업하는 아티스트에게 획기적인 전환점이 될 수 있습니다. 계속 탐색하고, 계속 최적화하고, 기억하십시오: 텍스처 관리가 복잡하게 느껴진다면 잘 구축된 아틀라스가 해답이 될  수 있습니다.

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