[CG] UV Mapping (유브이 매핑)

UV mapping은 3D 오브젝트에 2D texture를 적용하는 컴퓨터 그래픽 기법이다. "U"와 "V"는 2D 공간의 축으로, 3D 공간의 "X"와 "Y"와 유사하다. 3D 기하학 구조의 각 vertex는 2D texture의 해당 지점에 mapping 되며, 일반적으로 (u, v) 좌표로 지정한다.

 UV mapping 과정은 재단사가 천을 자르고 펴는 것처럼 3D 오브젝트의 표면을 잘라내 2D 평면에 배치할 수 있도록 평평하게 만드는 작업으로 비유할 수 있다. 그런 다음 이러한 mapping을 사용해 2D texture를 3D 오브젝트에 다시 "재봉"하여 렌더링할 때 texture가 오브젝트의 윤곽을 따라갈 수 있도록 한다.

 

 UV mapping의 핵심 포인트:

• UV Coordinates (UV 좌표)
  : 3D 오브젝트의 각 vertex는 2D texture 맵의 점 (u, v)와 연결된다.
• Texture Space (texture 공간)
  : texture가 있는 2D 평면에는 일반적으로 0에서 1사이의 u 및 v 좌표가 있지만, 이는 엄격한 규칙은 아니다.
• Seams and Islands (이음새 및 섬)
  : 복잡한 3D 오브젝트는 과도한 왜곡 없이 평평하게 배치할 수 있는 2D "islands"를 만들기 위해 mesh (그물망) 에서 "cuts (절단)" 를 해야 하는 경우가 많다. 이러한 islands의 가장자리를 seams (이음새) 라고 한다.
• Texture Stretching and Compression (texture 스트레칭 및 압축)
  : 적절한 UV mapping은 texture의 원래 비율을 최대한 유지하기 위해 Stretching (texture가 넓은 영역에 얇게 퍼지는 경우)과 Compression (texture가 작은 영역에 압축되는 경우) 를 최소화하는 것을 목표라 한다.
• Multiple UV Maps (다중 UV 맵)
  : 일부 고급 애플리케이션은 light mapping, normal mapping, 또는 특수 효과와 같은 다양한 용도로 두 개 이상의 UV 좌표 세트를 사용

적용

• 게임 개발
  : 게임 개발에서 3D 모델의 texturing을 위해 매우 중요
• 영화 및 애니메이션
  : CGI에서 사실적인 texture와 materials를 구현하려면 고품질 UV mapping이 필수
• 가상 현실
  : 3D 환경에서 사실감과 디테일을 더해 몰입감 있는 경험을 제공
• 과학적 시각화
  : 3D 재구성 또는 시뮬레이션에서 실제 데이터를 3D 모양에 mapping해 분석하는 데 사용

 예시를 통해 살며보자. 3D 큐브와 큐브의 각 면에 하나씩 6개의 서로 다른 색상의 사각형이 포함된 2D texture 이미지가 있다고 가정해보자.

1. 큐브의 각 면의 정점에 UV 좌표를 할당
2. 이 UV 좌표를 2D texture의 해당 색상 사각형에 mapping
3. 렌더링되면 큐브의 각 면이 texture에서 해당 사각형의 색상을 표시해 큐브의 각 면을 효과적으로 "painting"

복잡한 3D 모델의 경우 UV mapping이 매우 복잡해질 수 있으며, 이 프로세를 지원하기 위해 Autodesk Maya, Blender 등 다양한 소프트웨어 툴이 있다. 이러한 툴은 UV map을 자동으로 생성하는 "unwrap" 기능과 미세 조정을 위한 수동 편집 기능과 같은 기능을 제공한다.