mipmap

1. Mipmap의 정의

Mipmap(Multum In Parvo Map)은 텍스처 매핑에서 성능과 품질을 향상시키기 위해 사용되는 기술로, 텍스처의 여러 해상도 버전을 계층적으로 저장한 데이터 구조입니다. 일반적으로 가장 높은 해상도의 원본 텍스처와 함께, 점점 낮은 해상도로 축소된 텍스처들이 포함됩니다. 이러한 텍스처들은 보통 12n\frac{1}{2^n}2n1​ 크기로 다운스케일됩니다.

2. Mipmap의 특징

• 각 단계의 텍스처는 이전 단계의 텍스처 크기의 절반(가로와 세로)입니다.
• 마지막 단계의 텍스처는 최소 1x1 크기를 가집니다.
• 각 단계는 하나의 텍셀이 원래 텍스처의 점점 더 큰 영역을 대표합니다.

3. Mipmap의 작동 방식

텍스처 매핑 시, 렌더링에서 픽셀 크기에 따라 적절한 해상도의 텍스처를 선택하여 샘플링합니다. 이 과정을 Minification 또는 Magnification이라 하며, Mipmap은 주로 Minification 문제를 해결하기 위해 사용됩니다.

예: 화면에 작은 오브젝트를 렌더링할 때, 고해상도 텍스처를 그대로 사용하면 텍셀을 과도하게 샘플링하여 **앨리어싱(Aliasing)**이 발생할 수 있습니다. Mipmap을 사용하면 텍셀 샘플링을 줄이고 성능을 최적화할 수 있습니다.

4. Mipmap의 장점

1. 성능 향상: 렌더링 시 낮은 해상도의 텍스처를 사용할 수 있어 텍스처 캐싱과 샘플링 효율이 증가합니다.
2. 앨리어싱 감소: 저해상도 텍스처를 적절히 사용하면 픽셀 간격에서 발생하는 왜곡 현상을 줄일 수 있습니다.
3. 시각적 품질 향상: Mipmap은 블러링을 최소화하면서 텍스처 샘플링을 부드럽게 만듭니다.

5. Mipmap 생성 방법

1. Linear Filtering: 상위 해상도의 텍스처를 평균화하여 낮은 해상도를 생성.
2. Box Filtering: 특정 영역의 평균 값을 계산해 축소.
3. Hardware Generation: GPU를 활용하여 런타임에 Mipmap 생성.

6. Mipmap의 메모리 사용량

Mipmap은 추가적인 메모리를 소비합니다.

• 메모리 사용량은 대략 43\frac{4}{3}34​배 증가합니다.
• 예: 원본 텍스처가 1024x1024라면, Mipmap은 1024x1024, 512x512, 256x256, ..., 1x1 크기의 텍스처를 포함하므로 추가 공간이 필요합니다.

7. Mipmap과 샘플링 기술

Mipmap을 사용할 때 다양한 필터링 기법이 적용됩니다:

• Nearest Neighbor: 가장 가까운 Mipmap 레벨 선택.
• Linear Filtering: 두 인접한 Mipmap 레벨에서 선형 보간.
• Trilinear Filtering: 텍셀 샘플링 시 두 Mipmap 레벨에서 bilinear 보간 후 다시 선형 보간.
• Anisotropic Filtering: 텍스처가 특정 각도로 왜곡되었을 때 샘플링 품질 향상.

8. 활용 사례

• 게임 그래픽: 먼 거리 오브젝트의 텍스처를 효율적으로 처리.
• VR/AR: 렌더링 품질과 성능의 균형 유지.
• 3D 시뮬레이션: 지형 텍스처와 같은 큰 텍스처를 효율적으로 처리.

9. Mipmap의 단점

1. 추가 메모리 소모: 모든 해상도의 텍스처를 저장해야 하므로 메모리 사용량 증가.
2. 생성 비용: Mipmap 생성 과정에서 연산 비용이 발생.
3. 품질 손실 가능성: 낮은 해상도 텍스처에서 디테일 손실.

Mipmap은 그래픽 프로그래밍에서 필수적인 텍스처 관리 기술로, 성능 최적화와 시각적 품질 사이에서 중요한 역할을 합니다.

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Q1. Mipmap 사용 시 성능 최적화를 위한 추가적인 기술은 어떤 것들이 있을까?

Q2. Mipmap이 적용되지 않는 상황에서 발생할 수 있는 문제점들을 실제 사례를 통해 설명해 줄 수 있나요?

Q3. Anisotropic Filtering과 Mipmap의 조합이 어떻게 렌더링 품질을 향상시키는지 더 구체적으로 알아볼 수 있을까요?

앞으로 할 것 : brdf,pbr,ibl,ray tracing,clipmapping,shadow mapping,uv,clamping,illuminance,luminance,Backface Culling Occlusion Culling