3D 모델링의 폴리곤이란?

3D 그래픽에서 입체 도형을 구성하는 최소 단위의 다각형을 말하는 폴리곤은 3개 이상의 모서리와 꼭짓점이 서로 연결되어 닫힌 도형으로 이루어집니다. 3개의 꼭짓점이 연결되면 삼각형을, 4개의 꼭짓점이 연결되면 사각형이 형성됩니다. 메쉬에서는 일반적으로 삼각형과 사각형을 사용합니다. 사각형보다 모서리가 많은 폴리곤을 'N-Gons'라고 하는데, 텍스처와 재질에 결함이 생길 가능성이 높기 때문에 피하는 것이 좋습니다.

폴리곤을 구성하는 요소를 이해하면 모델링을 할 때 폴리곤을 정확하게 조정하고 편집할 수 있습니다. 폴리곤의 구성 요소, 3D 모델의 메쉬에서 폴리곤이 들어가야 하는 위치를 자세히 살펴봅니다.

꼭짓점은 2개의 모서리가 만나 연결되는 지점입니다. 꼭짓점의 위치를 이동하면 모서리의 위치도 바뀝니다.

모서리는 모델링 프로그램에서 선으로 나타납니다. 모서리의 양쪽 끝에는 각각 하나의 꼭짓점이 있습니다. 3개 이상의 모서리가 꼭짓점으로 연결되면 폴리곤이 형성됩니다.

면은 폴리곤이 형성될 때 생성되는 평면 2D 모양입니다. 폴리곤 모델링 소프트웨어에서 특정 면을 선택하고 위치를 변경하면 메쉬를 편집할 수 있습니다. 면을 이동하면 해당 면을 형성하는 모서리와 꼭짓점도 함께 이동합니다.

폴리곤과 3D 모델을 쉽게 이해하기 위해 먼저, 기본 정육면체의 구조를 떠올려보세요. 정육면체는 6개의 면, 12개의 모서리, 8개의 꼭짓점이 서로 연결되어 하나의 개체를 형성합니다. CG 아티스트는 이러한 기본 원칙에 따라 폴리곤을 사용해 원하는 모양을 만들 수 있습니다.

3D 개체의 메쉬 즉, 와이어프레임을 보면 수많은 폴리곤을 엮어 해당 모양을 만들었음을 알 수 있습니다.

폴리곤 모델링에서는 다음 용어가 자주 언급됩니다. 각각의 특징을 명확히 이해하는 것이 좋습니다.

하이 폴리곤 모델은 최종 폴리곤의 수에 상관없이 매우 디테일하게 생성된 메쉬를 말합니다. 하이 폴리곤 모델은 폴리곤으로 설계되지 않는 경우가 많습니다. 일반적으로 복셀 기반의 3D 방식으로 스컬프팅됩니다.

복셀은 2D 아트의 픽셀과 같은 개념입니다. 2D 아트에서 각 픽셀이 색상 정보를 저장하듯, 복셀은 3D 정보를 저장하는 하나의 점입니다. 그리고 각 점은 3차원 격자에 있습니다.

이를 사용해 3D 개체를 실시간으로 스컬프팅할 수 있습니다. 스컬프팅을 마치면 3D 모델을 메쉬로 내보낼 수 있으며, 이때 컴퓨터 알고리즘이 폴리곤 모델링을 처리합니다. 이 방법을 통해 섬세하고 디테일이 살아있는 좋은 결과물을 얻을 수 있지만 그만큼 폴리곤이 많이 사용됩니다. 하이 폴리곤이라고 부르는 이유입니다.

대부분의 업계는 폴리곤의 수가 적은 3D 모델을 선호합니다. 로우 폴리곤 모델은 폴리곤의 수가 적은 모델을 말합니다. 또한 폴리곤의 수를 줄이기 위해 메쉬가 다시 생성되거나 최적화된 모델을 일컫기도 합니다.

리토폴로지는 하이 폴리곤 모델을 로우 폴리곤 모델로 변환하는 과정을 말합니다. 변환 방식은 다양하며, 이 프로세스를 지원하는 툴이 포함된 소프트웨어도 있습니다. 리토폴로지는 작업 시 거쳐야 하는 필수 단계입니다.

대부분의 아티스트는 토폴로지를 간소화하고, 개체 표면 텍스처에 복잡한 하이 폴리 버전을 베이크합니다. 이렇게 하면 모델을 최적화하면서도 디테일이 거의 손실되지 않습니다.

3D 모델링을 위한 폴리곤을 만들 때 사용할 수 있는 기본 기법은 다음과 같습니다.

돌출은 면, 모서리와 같은 메쉬의 구성 요소를 선택하고 안팎으로 돌출시키는 기본 모델링 툴입니다. 원래 모양을 확장하거나 모양 안으로 터널을 만들 때 사용합니다.

세분화는 부드러운 3D 모델을 만드는 데 유용한 툴이자 기법입니다. 면이 6개인 간단한 정육면체를 예로 들면, 정육면체의 각 면을 작은 사분면으로 나눠 세분화할 수 있습니다. 정육면체를 세로로 한 번, 가로로 한 번 세분하여 각 면을 4개의 작은 면으로 나눌 수 있습니다.

세분화는 기본 모양을 모델링의 시작점으로 삼아 폴리곤의 수를 늘리는 좋은 방법입니다. 일반적으로 세분화는 2가지 유형이 있습니다.

• 균일한 세분화. 개체 전체를 균일하게 세분화합니다. 이는 메쉬 전체에 영향을 미칩니다.

• 선택적 세분화. 하나의 사분면, 즉 한 면만 선택하고 원하는 만큼 세분화합니다. 메쉬의 나머지 부분은 영향을 받지 않습니다.

모델의 모서리는 날카롭습니다. 두 면이 모서리로 연결된 정육면체를 다시 예로 들어보겠습니다. 두 면 사이의 각도를 조정하여 정사각형, 둔각, 예각으로 만들 수 있지만, 모서리 자체는 여전히 날카롭습니다.

이때 경사 툴을 사용하면 모서리를 부드럽게 만들 수 있습니다. 모서리를 선택한 다음, 원하는 만큼 경사를 추가하면 됩니다. 매우 유용한 툴이지만, 하나의 경사에 디테일이 너무 많으면 불필요한 폴리곤이 추가되거나 토폴로지와 충돌할 수 있으므로 신중하게 사용해야 합니다.