제9장. 모바일 3D 그래픽스 기술.

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1 제9장. 모바일 3D 그래픽스 기술

2 9.1.1 모바일 3D 그래픽스 환경 9.1.2 모바일 3D 그래픽스 엔진
9.1 모바일 환경에서 3차원 그래픽스 기술 9.1.1 모바일 3D 그래픽스 환경 9.1.2 모바일 3D 그래픽스 엔진

3 9.1.1 모바일 3D 그래픽스 환경 모바일 3D 그래픽스의 활용분야 모바일 콘텐츠의 패러다임 변화 : 2D에서 3D로 변화
활용 분야 : 3D 게임, 유무선 연동 3D 채팅 및 아바타 서비스, 3D 메세징, 3D 맵, 3D 메뉴 및 바탕화면 PC 수준에서 가능했던 3D 콘텐츠의 구현이 가능해 질 전망 가상 박물관, 가상 쇼핑몰 등 가상현실 콘텐츠 서비스 예상 3D 가속 칩을 탑재한 모바일 3D폰의 본격적인 보급 3D 콘텐츠의 일상적인 활용이 가능

4 9.1.1 모바일 3D 그래픽스 환경 모바일 3D 그래픽스의 사용환경 모바일 Handheld 기기의 제약점
low power : 32비트 정수 계산만 허용, 배터리 사용 low memory : 프로그램 메모리 50KB, 데이터는 최소한도 요구 low resolution : 160x120 부터 320x240 (QVGA) rapid evolving platform 데스크 탑과 모바일 환경의 비교 데스크 탑 모바일 CPU 1 GHz ～ 3 GHz 100 MHz ～ 500 MHz FPU 있음 없음 전원 일반전원 배터리 메모리 512 MB 이상 100 KB ～ 128 MB 화면 해상도 640x480 이상 160x120 ～ 320x240

5 9.1.1 모바일 3D 그래픽스 환경 모바일 3D 그래픽의 발전을 위한 조건 모바일 전용 3D 그래픽 처리 엔진이 필요
국내: 리코시스 M3D, 고미드 G3, 와우포엠 NF3D가 있고, 외국: HI Micro3D, Fathammer X-Forge, Superscape Swerve 모바일 3D 그래픽스 표준 API 필요 그래픽스 기능 및 장면 그래프(Scene Graph)를 표현하는 표준 API로는 OpenGL|ES 와 JSR-184가 대표적 고성능, 저전력 특성을 갖는 그래픽 가속칩 필요 ARM, Intel, Micro Electronics, TI, ATI, NVidia 등은 모바일 3D 그래픽 하드웨어 가속장치 개발 중

6 9.1.1 모바일 3D 그래픽스 환경 3D 엔진, 표준 API, 3D 콘텐츠, 하드웨어간의 관계

7 9.1.2 모바일 3D 그래픽스 엔진 모바일 3D 엔진의 특성 모바일 3D 엔진의 구성
꼭지점과 삼각형 면의 집합으로 구성된 데이터가 화면 위에 해당하는 픽셀로 나타나는 과정을 처리해주는 프로그램 PC의 경우 OpenGL 또는 DirectX 가 이 역할을 수행 화면/색상의 수 제한, 저전력 환경, 낮은 주파수의 데이터 버스 모바일 3D 엔진의 구성 전처리, 기하변환, 래스터라이저 세 단계의 처리과정으로 구성 기하변환과 래스터라이저 부분은 PC에서는 전용 하드웨어로 구현

8 9.1.2 모바일 3D 그래픽스 엔진 ① 모델링 및 전처리 과정 ② 기하변환 과정 ③ 래스터라이저 과정
꼭지점들의 화면상 좌표를 계산, 보이지 않는 면 제거(cull face), 광원 효과를 고려하여 각 면의 색상을 계산 각 꼭지점에 대한 연산 수행 모델&뷰잉 변환 -> 조명 -> 투영 -> 클리핑 -> 스크린 매핑 ③ 래스터라이저 과정 주사선변환 과정을 거쳐 실제 그림을 디스플레이하는 과정 즉, 화면 픽셀의 색상을 계산하여 픽셀 버퍼에 저장

9 9.1.2 모바일 3D 그래픽스 엔진 모바일 3D 엔진의 핵심 기술
휴대단말기 환경에 최적화된 작은 크기의 소프트웨어 엔진 필요 3D 게임, 아바타, GUI 등 각종 3D 콘텐츠에 애니메이션이 적용 가능한 정도의 빠른 렌더링 기술 모바일 환경에 최적화된 3D 그래픽 파이프라인 구현 기술 필요 엔진의 크기를 얼마나 작게 하는가 (약 40K～300K바이트) 얼마나 빠르게 하느냐 (500 폴리곤 기준 초당 3～30프레임 정도) 사용하기 쉬운 API를 제공 일반 CP(Content Provider)들이 손쉽게 콘텐츠 개발을 할 수 있는 저작도구를 제공하여 개발 기간을 단축하도록 여러가지 모바일 OS 및 플랫폼 지원

10 9.2.1 OpenGL ES의 소개 9.2.2 JSR-184(M3G)의 소개 9.2.3 모바일 그래픽스 관련 표준화 현황
9.2 모바일 3D 그래픽스 API 표준 9.2.1 OpenGL ES의 소개 9.2.2 JSR-184(M3G)의 소개 9.2.3 모바일 그래픽스 관련 표준화 현황

11 9.2.1 OpenGL ES의 소개 크로노스 그룹(Khronos Group)
모바일용 오디오, 비디오, 2D, 3D 그래픽 API의 표준화 추진 컨소시엄 형태의 표준화 그룹으로 전 세계 200여 업체 참여 OpenGL ES (OpenGL for Embedded System) 특징 휴대용 단말기나 임베디드 기기에서 보다 향상된 2D/3D 그래픽 성능을 위해 제안된 Low-Level 단의 경량 API S/W 애플리케이션과 H/W 혹은 그래픽 엔진 간의 API를 제공 OpenGL을 기반으로 하여 사용빈도가 낮거나 불필요한 부분을 제거한 OpenGL 1.3의 Subset

12 9.2.1 OpenGL ES의 소개 OpenGL ES 버전
2005 버전 2.0 : 쉐이딩과 프로그램 가능 하드웨어 지원

13 9.2.1 OpenGL ES의 소개 OpenGL|ES 의 장점 산업계 표준, 로열티 필요 없다
적은 메모리를 요구, 전력 소모 최소화 S/W 렌더링에서 H/W 렌더링으로의 전환이 용이 확장 및 진화 발전이 가능 : 업데이트 가능한 extension 제공 사용이 용이 : 직관적 디자인과 논리적 명령 체계로 구조화 풍부한 관련 자료 : OpenGL에 기반, 방대한 자료와 샘플 코드

14 9.2.2 JSR-184(M3G)의 소개 JSR-184 필요성 JSR-184의 특징
OpenGL을 이용할 경우, MIDlet이 커지므로 속도가 느려진다. Java3D API는 사양이 방대하여 MIDP에 적합하지 않다. J2ME 환경에서 실행되는 상위 레벨의 그래픽 라이브러리 필요  JSR-184의 특징 JCP(Java Community Process)의 JSR(Java Specification Request)-184 : 자바 환경의 Mobile 3D Graphics (M3G) API 자바의 특성을 이어받아 Object의 재사용과 공유를 원칙 장면 그래프로 표현하는 모드와 기존 OpenGL과 호환되는 모드

15 9.2.2 JSR-184(M3G)의 소개 OpenGL ES 와 JSR-184 의 차이점
그래픽 개념이나 단계적 절차는 동일하나 표현방식에서 차이 JSR-184에서는 OpenGL ES에 정의된 모든 기능을 구현 가능 절차적인 방식의 OpenGL ES에 비해 구조적/기능적 개선 모바일 환경에서 OpenGL ES와 JSR-184의 역할

16 9.2.3 모바일 그래픽스 관련 표준화 현황 (1) 크로노스 그룹(Khronos Group)의 표준화 현황
크로노스 그룹( Embedded 및 이동형 단말기의 오디오, 비디오, 2D, 3D 그래픽 API 표준화를 추진하는 컨소시엄 형태의 표준화 그룹 DLabs, Discreet, Evans & Sutherland, Intel, Nvidia, SGI, ATI 등 그래픽 및 미디어 관련 회사 중심으로 설립 현재 200여 업체 참여 크로노스 그룹의 미디어 API의 역할

17 9.2.3 모바일 그래픽스 관련 표준화 현황 Khronos Group의 미디어 API
OpenGL|ES(OpenGL for Embedded Systems) 2D/3D 그래픽을 위한 저 수준의 그래픽스 라이브러리 제공 OpenVG(Open Vector Graphics) 모바일 기기에서의 벡터 그래픽 기능을 목표로 하는 저 수준의 API OpenMAX(Open Media Acceleration Primitives) 기본적인 미디어 처리기능을 표준화한 API OpenSL ES(Open Sound API for Embedded System) 임베디드 시스템에서 하드웨어 가속을 지원하는 오디오 API

18 9.2.3 모바일 그래픽스 관련 표준화 현황 (2) Java API JCP(Java Community Process)
1998 Sun Microsystems 설립, 자바 플랫폼 표준화 활동 지원 JSR(Java Specification Requests) JCP 회원사가 제안한 자바 플랫폼에 대한 구체적인 기술 사양 모바일 3D 표준과 관련된 항목 JSR-184 : Mobile 3D Graphics API for J2ME JSR-226 : Scalable 2D Vector Graphics API for J2ME JSR-287 : Scalable 2D Vector Graphics API 2.0 for J2ME JSR-239 : JAVA Bindings for OpenGL ES OpenGL ES 3D 그래픽 라이브러리에 대한 자바 바인딩 기본 내용은 OpenGL ES와 동일하며, 자바에서 동작하는 환경 제공

19 9.2.3 모바일 그래픽스 관련 표준화 현황 (3) 국내 표준화 현황 국내 업체 현황 모바일 3D 표준화 포럼
Khronos 그룹에 참여 또는 OpenGL ES를 표준 API로 채택 모바일 3D 표준화 포럼 국내에서도 표준화 필요성이 부각되어 2004년 4월 포럼 설립 국내 모바일 3D 산업의 활성화와 해외경쟁력 확보가 목표 총 47개사의 기관회원이 참여 산·학·연 연계 협력 체제를 구성 이동통신사, 단말기 제조사, 플랫폼 제작사, H/W 솔루션 제작사, S/W 솔루션 제작사, 콘텐츠 제작사, 학교, 연구소 5개 분과 : 3D 엔진, 사운드, 응용 레이어, 모바일 콘텐츠, 기획

20 9.3.1 OpenGL ES 프로그램의 구성 9.3.2 OpenGL ES 프로그램의 예

21 9.3.1 OpenGL ES 프로그램의 구성 EGL(Embedded Graphics Library)
고유의 플랫폼 인터페이스(Native Platform Interface) 공통적인 플랫폼 인터페이스 레이어, 플랫폼 결합 함수들을 정의 플랫폼이나 운영체제와 상관없이 OpenGL ES의 그래픽스 작업을 사용할 수 있게 도와주는 라이브러리 모바일 3D 어플리케이션 프로그램의 구성 3D 그래픽스를 처리하는 OpenGL ES 함수들과 시스템에 종속적인 부분을 처리하는 EGL 및 시스템 함수들로 구성

22 9.3.1 OpenGL ES 프로그램의 구성 OpenGL ES 기능 개요 (참고) 구분
기하처리 (Geometry Processing) 꼭지점 배열, 점/선/삼각형 그리기, 행렬 스택, 뷰포트, 깊이범위, 꼭지점 광원처리, 쉐이딩 모델 래스터화 (Rasterization) 멀티 샘플링(optional), 점/선 및 앤티 앨리어싱, 다각형 그리기, 다각형 은면제거, 다각형 채우기 모드 텍스쳐 매핑 (Texture Mapping) 2D 텍스쳐, Wrap repeat, edge_clamp, 압축 텍스쳐, 멀티 텍스쳐, TexSubImage, CopyTexImage, 픽셀 포맷, 필터 단편화 처리 (Fragment Processing) 안개효과, 시저 및 알파 테스트, 스텐실 테스트(optional), 깊이 테스트 (optional), 블렌딩, 비트논리연산, 디더링 Framebuffer Operations / Miscellaneous 화면 초기화, 픽셀읽기, 알파테스트, 플러쉬, 종료, 힌트, 정적 상태 얻기

23 9.3.2 OpenGL ES 프로그램의 예 설치 환경 삼각형 예제 프로그램
Windows CE 플랫폼의 PocketPC2003을 위한 OpenGL|ES Embedded Visual C++ 4.0, Embedded Visual C Service Pack 4, Pocket PC 2003 SDK을 설치 Vincent Mobile 3D Rendering Library를 다운로드 삼각형 예제 프로그램 삼각형의 각 꼭지점에 다른 색상 삼각형 내부는 블렌딩 ‘q’키는 프로그램 종료

24 9.3.2 OpenGL ES 프로그램의 예 #pragma comment(lib, "libGLES_CM.lib")   // OpenGL ES 메인 라이브러리에 링크 #pragma comment(lib, "ug.lib")           // Vincent 라이브러리에 링크 #include "ug.h"             // GLES/gl.h와 GLES/egl.h 헤더파일 GLfloat triangle[] = {            // 삼각형 꼭지점의 좌표 정의         0.25f, 0.25f, 0.0f,         0.75f, 0.25f, 0.0f,         0.5f, 0.75f, 0.0f }; GLfloat colors[] = {           // 삼각형 꼭지점의 색상 정의         1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,         0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f,         0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f void init()                    // 초기화에 필요한 과정 {         glClearColor (0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f);         glMatrixMode(GL_PROJECTION);         glLoadIdentity();         glOrthof(0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f);         glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, triangle);         glColorPointer(4, GL_FLOAT, 0, colors);         glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);         glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);         glShadeModel(GL_SMOOTH); }

25 9.3.2 OpenGL ES 프로그램의 예 { glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT); // 화면을 지우고
 void display(UGWindow uwin)                    // 디스플레이 함수를 정의 {         glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);      // 화면을 지우고         glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);     // 삼각형을 버퍼에 그린 후         glFlush ();                              // 화면에 출력한다.         ugSwapBuffers(uwin);                    // 그리고 버퍼를 교체한다. } void keyboard(UGWindow uwin, int key, int x, int y)      // 키보드 처리 함수를 정의         switch(key) {             case 'q' : exit(0); break;                  // ‘q'가 입력되면 전체 프로그램 종료         } int main()         UGCtx ug = ugInit();         UGWindow uwin = ugCreateWindow(ug, "", "Triangle", 250, 250, 100, 100);  // 생성         init();                                       // 초기화 수행         ugDisplayFunc(uwin, display);               // 디스플레이 함수를 지정         ugKeyboardFunc(uwin, keyboard);        // 키보드처리 함수를 지정         ugMainLoop(ug);                            // 메인루프 함수를 실행         return 0;

26 9.4 모바일 3D 게임의 구현

27 9.4 모바일 3D 게임의 구현 게임엔진의 개념 “게임 소프트웨어들이 공유하는 모듈로 구성된 라이브러리” 또는 “게임 구현을 지원하는 툴의 집합” 서브엔진으로는 렌더링 및 애니메이션 엔진, 사운드 엔진, 물리엔진, 인공지능 엔진 게임 개발 도구로는 지도/지형, 캐릭터, 애니메이션 편집기 등 Scene Graph API 로는 JSR-184 이용 low-level API 는 OpenGL ES 이용 [참고] 데스크 탑용 게임 엔진 : Quake, Unreal

28 9.4 모바일 3D 게임의 구현 모바일 3D 게임 엔진 및 솔루션 국외 동향
일본 HI Corporation 사의 Mascot Capsule 게임엔진 핀란드 Fathammer 사의 X—Forge 엔진 영국 Superscape 사의 Swerve 3D 게임 엔진

29 9.4 모바일 3D 게임의 구현 국내 기술 동향 고미드 G3 SDK 리코시스 M3D 엔진 와우포엠 NF3D 엔진

30 9.4 모바일 3D 게임의 구현 모바일 3D 게임의 핵심 성공 요소 Higher Quality Contents
신규 시장의 창출 기존 2D 게임에서 지원하지 못했던 게임 장르의 개척 예, First Person Shooting, 레이싱 게임 등 신규 마켓 창출 매니아 위주의 사용자 층에서 일반 대중 계층으로 확대 일관성 있는 3D 솔루션 정책 및 3D 컨텐츠 제작 환경 지원 2D 게임에 비해 많은 제작 기간과 인력이 필요하므로 이동통신사의 일관성 있는 정책 지원과 의지 표명 필요 게임 개발자를 위한 3D 기술 및 마케팅 지원 확대가 필요

31 9.5.1 모바일 3D 가속 하드웨어 9.5.2 모바일 3D 기술의 발전 방향

32 9.5.1 모바일 3D 가속 하드웨어 모바일 3D 가속 하드웨어의 필요성
높은 그래픽 품질이나 빠른 속도감 구현은 곤란 3D 가속 하드웨어 칩셋, 초당 20~100만 폴리곤 정도 성능 예상 용도 다양한 멀티미디어 기능을 위해서는 범용 프로세서로 개발 3D 게임만을 위해서는 3D 전용 칩의 개발 생산 단가를 고려하면 DSP 칩의 사용을 선호 사례 SK “기가폰”: 나조미 사의 자바 가속 칩 사용, 향후 DSP칩 예정 PDA 분야에서는 미국 MeidaQ사의 3D 전용 칩이 많이 사용 휴대폰 분야에서는 일본 산신전자의 GSHARK, 미쯔비시의 Z3D, 핀란드 bitboys 사의 Acceleon 칩이 많이 사용

33 9.5.1 모바일 3D 가속 하드웨어 업체 동향 Qualcomm Q3D / Q3Dimension ATI Imageon 2300
MSM 6100 : Q3D 하드웨어 엔진, OpenGL ES, 초당 10만 다각형 MSM 7000 : ATI 사의 Imageon 코어 채택, 향후 ATI와 기술 협력 ATI Imageon 2300 2004년 OpenGL ES 를 충족하는 휴대전화용 멀티미디어 칩 발표 CPU가 없는 순수 가속칩의 형태 Nvidia GoForce 3D OpenGL ES 및 Direct 3D API를 충족 휴대전화용 3D 그래픽스 칩 코어, 저전력 기술이 특징 산신전자 Gshark plus 일본 산신전자 독자규격, CPU가 없는 순수 3D 가속 칩

34 9.5.2 모바일 3D 기술의 발전 방향 모바일 3D 가속 하드웨어 장치의 개발 및 일반화
H/W 장치의 과열 방지 기술과 저전력 H/W 설계 기술이 중요 고성능 PC, PS2, X-Box 등에서 구현이 가능했던 고품질 3D 콘텐츠의 모바일 기기 상에서의 구현이 가능해질 것 모바일 기기 전용의 다양한 사용자 인터페이스 기기 현재 간단한 버튼 조작과 방향키로 게임 조작이 매우 단순 아날로그 방식의 입력버튼, 360도 조이스틱 장치 등 예상 최근 입체 디스플레이 패널을 장착한 모바일 기기가 등장 3D 기술의 표준화 현재는 Khronos 그룹과 JSR-184 그룹이 업계 표준을 제정 많은 업체들이 이들의 표준 3D API를 채택하여 상품을 개발 국내의 경우 국제 표준화 활동을 하기에 좋은 조건을 보유