복셀

Voxel
단일 복셀이 음영 처리된 스택의 일련의 복셀
색상 값이 포함된 복셀 그리드 그림

3D 컴퓨터 그래픽스에서 복셀3차원 공간에서 일반 그리드 상의 값을 나타냅니다.2D 비트맵의 픽셀과 마찬가지로 복셀 자체에는 일반적으로 값으로 명시적으로 인코딩된 위치(, 좌표)가 없습니다.대신 렌더링 시스템은 다른 복셀에 대한 위치(즉, 단일 볼륨 이미지를 구성하는 데이터 구조에서의 위치)에 기초하여 복셀의 위치를 추론합니다.

픽셀 및 복셀과 달리 폴리곤종종 정점의 좌표(점)로 명시적으로 표시됩니다.이러한 차이의 직접적인 결과는 폴리곤이 공간이 많이 비어 있거나 균일하게 채워진 단순한 3D 구조를 효율적으로 표현할 수 있는 반면 복셀은 균일하게 채워지지 않은 정기적으로 샘플링된 공간을 표현하는데 탁월하다는 것입니다.

복셀은 의료 및 과학 데이터(예: 지리 정보 시스템)[1]시각화 및 분석에 자주 사용됩니다.일부 볼륨 감지 디스플레이는 복셀을 사용하여 분해능을 설명합니다.예를 들어, 입방체 체적 디스플레이는 512×512×512(또는 약 1억3400만) 복셀을 표시할 수 있습니다.

정의 중 하나는 다음과 같습니다.

복셀은 주어진 크기에 의해 제한되는 3차원 공간 영역의 이미지이며, 수용된 좌표계의 자체 노드점 좌표, 자체 형태, 모델링된 물체에 속해 있음을 나타내는 자체 상태 매개변수를 가지고 있으며 모델링된 영역의 속성을 가지고 있습니다.

이 정의에는 다음과 같은 이점이 있습니다.전체 모델 내에서 고정 복셀 형식을 사용하는 경우 복셀 노드 점(즉, 이 점의 3개 좌표)으로 훨씬 쉽게 조작할 수 있습니다.단, 단순한 형태의 레코드가 있습니다.모델 세트에 포함된 요소의 색인(정수 좌표)입니다.이 경우 모델 세트 요소는 상태 매개변수로,[2] 모델링된 객체 또는 표면을 포함한 개별 부품에 속하는 복셀을 나타냅니다.

어원학

복셀이라는 단어는 "픽셀"이라는 단어와 유사하게 유래되었으며, vo는 "볼륨"을 나타내며, [3]el은 "요소"를 나타냅니다. "element"를 나타내는 el과 유사한 형태는 "texel"[3]입니다.

렌더링

복셀로 기술된 볼륨은 직접 볼륨 렌더링 또는 지정된 임계값의 윤곽선을 따르는 폴리곤 아이소 서페이스 추출을 통해 시각화할 수 있습니다.행군 큐브 알고리즘은 등각면 추출에 자주 사용되지만 다른 방법도 있습니다.

복셀 데이터에 레이트레이싱과 레이캐스팅모두 적용하여 모니터에 묘사할 2D 래스터 그래픽을 얻을 수 있습니다.

증분 오류 래스터라이제이션

복셀의 또 다른 기술은 래스터 그래픽스를 사용하여 디스플레이의 모든 픽셀을 장면으로 레이트레이스하여 오류항을 추적하여 스텝할 시기를 결정합니다.통상적인 실장에서는, 화면의 하단에서 Y버퍼라고 불리는 것을 사용해 디스플레이의 각 픽셀을 레이트레이스 합니다.디스플레이에서 더 높은 y 값을 갖는 복셀에 도달하면 이 복셀은 이전 값을 무시하고 y 버퍼에 추가되고 색상 값을 보간하는 화면의 이전 y 값으로 연결됩니다.변환이 적용되면 복셀 래스터라이제이션에 큰 단점이 있어 에일리어스가 심해집니다.장점은 하드웨어 [4]액셀러레이션 없이 CPU에서 저렴한 정수 계산을 사용하여 래스터라이징할 수 있다는 것입니다.

아웃캐스트 및 기타 1990년대 비디오 게임은 반사 및 범프 맵핑과 같은 효과와 지형 렌더링에 이 그래픽 기술을 사용했습니다.아웃캐스트의 그래픽 엔진은 주로 가로 렌더링에 사용되는 레이 캐스팅(높이 맵) 엔진과 객체 렌더링에 사용되는 텍스처 매핑 폴리곤 엔진을 조합한 입니다.매뉴얼에 있는 게임 크레딧의 "엔진 프로그래밍" 섹션에는 그래픽과 관련된 몇 가지 하위 섹션이 있습니다: "랜드스케이프 엔진", "폴리곤 엔진", "워터 & 섀도우 엔진" 및 "스페셜 이펙트 엔진".[5]아웃캐스트는 복셀 [6]기술의 선구자로 자주 언급되지만, 이는 다소 오해의 소지가 있다.이 게임은 실제로 복셀의 3차원 볼륨을 모델링하지 않습니다.대신 복셀로 이루어진 것처럼 보일 수 있는 지표면으로 지면을 모델링합니다.지면은 텍스처 매핑된 폴리곤을 사용하여 모델링된 객체로 장식됩니다.아웃캐스트가 개발되었을 컴퓨터 게임에 적용되는 용어 "복셀 엔진"은 일반적으로 레이 캐스팅 엔진(예: 복셀 스페이스 엔진)을 지칭합니다.게임 웹사이트의 엔진 기술 페이지에서는 가로 엔진이 "폭셀 엔진"[7]이라고도 합니다.엔진은 순전히 소프트웨어 기반이며, 3D 그래픽 [8]카드를 통한 하드웨어 가속에 의존하지 않습니다.

존 카맥은 또한 Quake III 엔진을 [9]위한 복셀을 실험했다.Carmack이 지적한 문제 중 하나는 이러한 렌더링용으로 특별히 설계된 그래픽 카드가 부족하다는 것입니다.

코만치는 복셀 기술을 기반으로 한 최초의 상용 비행 시뮬레이션이기도 했다.NovaLogic은 Kyle[10] Freeman이 개발한 독점적인 Voxel Space 엔진(전체 어셈블리 언어로 작성)을 사용하여 열린 [11]풍경을 만들었습니다.이 렌더링 기술을 통해 [8]당시 벡터 그래픽을 기반으로 한 시뮬레이션에 비해 훨씬 더 세밀하고 사실적인 지형을 구현할 수 있었습니다.

갤러리

데이터.

복셀은 정기적으로 간격을 둔 3차원 그리드에서 단일 샘플 또는 데이터 점을 나타냅니다.이 데이터 포인트는 불투명도와 같은 단일 데이터 조각이나 불투명도와 더불어 색상과 같은 여러 데이터 조각으로 구성될 수 있습니다.복셀은 볼륨이 아닌 이 그리드의 단일 지점만을 나타냅니다. 각 복셀 사이의 공간은 복셀 기반 데이터 세트에 표시되지 않습니다.데이터 유형 및 데이터셋의 의도된 용도에 따라 이 누락 정보는 예를 들어 보간 등을 통해 재구성 및/또는 근사될 수 있다.

컴퓨터 단층 촬영(복부 CT 사진)에서 복셀은 시야(FOV)에 스캔 범위를 곱하여 생성됩니다.

복셀 값은 다양한 속성을 나타낼 수 있습니다.CT 스캔에서 값은 Hounsfield 단위이며 X선에 [12]: 29 물질의 불투명도를 제공합니다.MRI나 초음파통해 다양한 유형의 값을 얻을 수 있습니다.

복셀은 복수의 스칼라 값, 기본적으로 벡터(텐서) 데이터를 포함할 수 있습니다.B 모드와 도플러 데이터를 사용한 초음파 스캔의 경우 밀도체적 유량이 동일한 복셀 위치에 관련된 데이터의 개별 채널로 캡처됩니다.

복셀은 정밀도와 현실의 깊이의 이점을 제공하지만 일반적으로 큰 데이터 세트이며 일반적인 컴퓨터의 대역폭을 고려할 때 관리하기 어렵습니다.그러나 대용량 데이터 파일의 효율적인 압축 및 조작을 통해 소비자 시장 컴퓨터에서 대화형 시각화가 가능합니다.

표면 법선 벡터 색상과 같은 다른 값은 즉시 3D 렌더링에 유용할 수 있습니다.

복셀을 4차원 및 5차원의 데이터로 확장하는 기술이 [13]검토되고 있습니다.

사용하다

복셀의 일반적인 용도에는 의료에서의 체적 이미징과 게임 및 시뮬레이션에서의 지형 표현 등이 있습니다.돌출부, 동굴, 아치 및 기타 3D 지형 특징을 나타내는 기능 때문에 높이 지도 대신 복셀 지형이 사용됩니다.이러한 오목한 특징은 데이터의 맨 위 '층'만 표시되며, 그 아래의 모든 것이 채워져 있기 때문에 높이 지도에 표시할 수 없다(그렇지 않으면 동굴 내부나 아치 또는 돌출부의 밑부분이 될 수 있다).

3D 컴퓨터 그래픽스 소프트웨어

  • 3D-Coat는 복셀 조각 [14]모드를 제공합니다.
  • 블렌더(2.81+)는 Quad Remesh(Quadriflow 알고리즘) 또는 Voxel Remesh(OpenVDB [15][16]사용)로 복셀과 같은 효과를 낼 수 있습니다.
  • 시네마 4D(R20+)사용하면 복셀과 같은 효과를 낼 수 있습니다(Open VDB [17]사용).
  • ZBrush는 DynaMesh 및 기타 [18]도구에 복셀과 같은 Unified Skin 기술을 사용합니다.그것은 "픽솔"[19]이라고 불리는 스마트 픽셀을 만듭니다.

컴퓨터 게임

  • 3D 도트 게임 히어로즈는 복셀을 사용하여 복고풍 그래픽을 제공합니다.
  • 7 Days to Die는 The Fun Pimps Entertainment가 개발한 복셀 기반의 오픈 월드 서바이벌 호러 게임이다.
  • Ace of Spades는 맞춤형 OpenGL 엔진으로 고쳐 쓰기 전에 Ken Silverman의 Voxlap 엔진을 사용했습니다.
  • 아목은 환경에 [20]복셀을 사용한다.
  • Armered Fist 3는 복셀 기반 렌더링 기술을 사용한 노발로직의 컴퓨터 게임이다.
  • Blade Runner는 복셀을 사용하여 캐릭터와 아티팩트를 렌더링한 비디오 게임이다.
  • 개발 중인 캐슬빌딩 실시간 전략 게임인 캐슬스토리는 부드러운 복셀로 구성된 지형을 가지고 있다.
  • 사이버펑크 어드벤처 게임인 Cloudpunk는 거의 전적으로 복셀 기반이다.
  • Comanche 시리즈는 지형 [21]렌더링을 위해 Voxel Space 복셀 래스터라이제이션을 사용한 NovaLogic의 컴퓨터 게임 시리즈입니다.
  • 명령 및 정복: Tiberian Sun, Command & Concer: 적색 경보 2 및 Command & Concer: 유리의 리벤지는 대부분의 차량을 렌더링하기 위해 복셀을 사용한 웨스트우드 스튜디오에서 만든 컴퓨터 게임이다.
  • CrysisCryengine 2 및 Cryengine 3과 함께 지형 시스템에 높이 맵과 복셀의 조합을 사용합니다.
  • 액션 롤플레잉 게임인 큐브 월드는 절차적으로 생성된 복셀 풍경을 특징으로 합니다.
  • 델타 포스는 사내 복셀 스페이스 렌더링 엔진을 사용한 노발로직의 컴퓨터 게임이다.
  • Dual Universe는 복셀을 사용하여 우주선, 문명, 우주 정거장을 만드는 단일 샤드 유니버스 MMORPG 게임이다.
  • Sony Online EntertainmentMMORPG를 취소한 EverQuest Next 및 EverQuest Next: Landmark는 플레이어 생성 콘텐츠뿐만 아니라 월드 크리에이션을 위해 복셀을 광범위하게 사용합니다.
  • 멀티플레이어 롤플레잉 게임인 헥스플로어는 복셀 엔진을 사용하여 등각 렌더링된 플레이필드를 플레이어가 회전할 수 있습니다.
  • 하이테일하이픽셀 스튜디오가 개발하고 라이엇 게임즈가 자금을 지원하는 RPG 샌드박스 복셀 기반 게임으로 출시 시기는 이르면 2023년으로 정해졌다.
  • 마스터 오브 오리온 III는 복셀 그래픽을 사용하여 우주 전투와 태양계를 표현합니다.한 번에 1000척의 배를 표시하는 전투는 하드웨어 그래픽 가속 없이 컴퓨터에서 느리게 렌더링되었습니다.
  • 중세 엔지니어는 중세 기술에서 영감을 얻은 Keen Software House의 두 번째 복셀 기반 엔지니어링 게임이다.
  • 마인크래프트는 복셀을 이용해 지형 [22]데이터를 저장하지만 복셀 렌더링 기술은 사용하지 않는 샌드박스 게임이다.대신 폴리곤 렌더링을 사용하여 각 복셀을 큐빅 "블록"으로 표시합니다.
  • 마이너워즈 2081킨소프트웨어하우스가 자체 개발한 VRage 복셀 렌더링 엔진을 사용해 소행성 지형을 변형시켜 터널을 만드는 6DOF 오픈월드 게임이다.
  • 노맨스카이는 복셀로 구성된 탐사 가능한 행성, 달, 소행성을 포함하는 절차적으로 생성된 항성계로 구성된 우주 탐험 게임이다.복셀 엔진은 지형 파괴와 생성 모두를 허용합니다.
  • 아웃캐스트는 전 벨기에 비디오 게임 개발자인 [23]어필이 만든 3인칭 액션 컴퓨터 게임으로, 복셀 엔진에 의해 렌더링된 풍경입니다.
  • 페이즈 제로(Phase Zero)는 아타리 재규어를 위한 2002년 미공개 액션 슈터 비디오 게임으로, 엔진 복셀 스페이스에 의해 배경화 되었다.
  • Planet Coaster는 복셀 기반 지형 [24]편집기를 사용하여 Frontier Developments에서 개발하고 발행한 2016년 건설 및 관리 시뮬레이션입니다.
  • Resogun은 핀란드 개발사 Housemarque가 개발한 2013년 복셀 기반의 사이드 스크롤형 슈팅 비디오 게임이다.
  • Roblox는 지형에 복셀을 사용합니다.
  • 복셀로 전투기를 만들고 부품을 미리 제작하는 차량용 전투 게임 로보크래프트
  • 스크럼블개발 중인 블록 구축 MMO 우주 시뮬레이터 게임인 Ship은 게임 내 각 구성요소와 이러한 구성요소의 손상을 수십에서 수천 개의 복셀을 사용하여 렌더링합니다.
  • Shadow Warrior와 Blood는 스프라이트가 아닌 1인칭 슈팅 게임 복셀 렌더링을 위해 빌드 엔진을 많은 아이템 픽업 및 장면의 옵션으로 사용합니다.Duke Nukem 3D는 비슷한 스타일의 팬이 만든 팩을 가지고 있습니다.
  • Sharted Steel은 복셀 기술을 사용하여 변형된 풍경을 특징으로 합니다.
  • 시드 마이어의 알파 센타우리는 복셀 모형을 사용하여 단위를 렌더링합니다.
  • Sky Saga: 인피니트 아일랜드는 복셀 기반의 샌드박스 MMORPG로, Radiant Worlds가 개발하고 Smilegate가 발행합니다.
  • Space Engineers는 Keen Software House에서 개발 및 퍼블리싱한 복셀 기반의 샌드박스 게임이다.
  • 우주를 배경으로 한 복셀 기반의 샌드박스 게임 스타메이드(StarMade)는 로빈 프로메스버거가 개발하고 퍼블리싱했다.
  • Unknown Worlds Entertainment가 개발하고 퍼블리싱한 행성 4546B를 배경으로 한 복셀 기반의 서바이벌 게임 Subnautica.
  • Teardown은 완전히 파괴 가능한 환경을 특징으로 하는 복셀 기반의 게임으로 스튜디오 Tuxedo Labs에서 개발 및 퍼블리싱되었습니다.
  • 샌드박스
  • TroveTrion [25]Worlds에서 개발 및 퍼블리싱한 빌딩 요소를 갖춘 복셀 기반의 MMORPG입니다.
  • Vangers는 복셀을 2단 지형 시스템에 [26]사용하는 컴퓨터 게임이다.
  • 2012년에 출시된 복스는 플레이어 생성 콘텐츠에 초점을 맞춘 복셀 기반 탐사/RPG 게임입니다.
  • 렉살로플이 제작한 컴퓨터 게임인 복사트론[27][28]복셀을 사용하여 완전히 구성되고 생성된다.
  • 복셀스타인 3D는 복셀만으로 적(완전 파괴 가능)과 함께 완전 파괴 가능한 레벨을 렌더링하는 FPS입니다.
  • 늑대인간은 복셀 기반 렌더링 기술을 활용한 노발로그의 컴퓨터 게임이다.원래는 Comanche 2 게임과 함께 번들되어 출하되었지만, 두 게임은 별개였습니다.
  • Worms 4: Mayhem은 복셀 기반의 엔진을 사용하여 이전 2D Worms 게임과 유사한 랜드 변형을 시뮬레이션합니다.
  • Minetest에서 노드 렌더링에 사용

에디터

과학적 볼륨 시각화에서는 실제 복셀 데이터를 수정할 필요가 없지만 복셀 편집기를 사용하여 아트(특히 3D 픽셀 아트) 및 복셀 기반 게임용 모델을 만들 수 있습니다.일부 편집자는 복셀 편집에 대한 단일 접근법에 초점을 맞추는 반면 다른 편집자는 다양한 접근 방식을 혼합합니다.일반적인 접근방식은 다음과 같습니다.

  • 슬라이스 베이스:볼륨이 하나 이상의 축으로 슬라이스되고 사용자는 2D 래스터 편집기 도구를 사용하여 각 영상을 개별적으로 편집할 수 있습니다.이들은 일반적으로 복셀에 색상 정보를 저장합니다.
  • 조각:벡터 부분과 비슷하지만 토폴로지 제약은 없습니다.일반적으로 밀도 정보를 복셀에 저장하고 색상 정보가 부족합니다.
  • 구성 요소:사용자는 시공 세트 장난감처럼 블록을 추가하거나 제거할 수 있습니다.

특정 게임이나 엔진에 얽매이지 않는 몇 가지 복셀 에디터가 있습니다.기존 3D 벡터 모델링의 대안 또는 보완으로 사용할 수 있습니다.

내선번호

복셀의 일반화는 톡셀 또는 시간 복셀입니다.[29]예를 들어 3D 공간을 시간과 같은 다른 차원과 함께 나타내는 영상 시퀀스와 같은 4D 데이터 세트의 경우에 사용됩니다.이와 같이 이미지에는 100×100×100×100×100 토셀이 포함될 수 있으며, 이는 100×100×100 볼륨 이미지의 100프레임 시리즈로 볼 수 있습니다(3D 이미지에 해당하는 것은 각 프레임에서 이미지의 2D 단면을 보여 줍니다).이러한 데이터의 저장 및 조작에는 대량의 메모리가 필요하지만 시공간 시스템의 표현과 분석이 가능합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크