모델링: 폴리곤 모델링 — 점·선·면으로 형태 만들기

찰흙으로 강아지를 만든다고 해 볼까요? 손으로 조물조물 눌러서 둥글게 만들죠. 그런데 컴퓨터 안에는 찰흙이 없어요. 그럼 컴퓨터 속 3D 강아지는 어떻게 만들까요?

답은 점, 선, 면이에요. 딱 이 세 가지로 모든 걸 만들어요. 자동차도, 공룡도, 성도 전부요.

점 하나에서 시작해요

컴퓨터 화면 안 빈 공간에 점을 하나 콕 찍어요. 이 점을 버텍스(vertex)라고 불러요. 우리말로는 그냥 '점'이에요.

점 하나는 아무것도 아니에요. 그냥 점이니까요. 그런데 점을 하나 더 찍으면? 두 점을 이을 수 있어요. 그러면 선이 생겨요. 이 선은 엣지(edge)라고 해요. 우리말로 '모서리'예요.

이제 점을 세 개 찍고 서로 이어 볼까요? 삼각형이 됐어요. 그런데 삼각형 안이 텅 비어 있으면 뒤가 훤히 보이겠죠. 그래서 그 안을 색종이처럼 꽉 채워요. 이렇게 채워진 부분이 면이에요. 페이스(face)라고 부르죠.

면을 잔뜩 붙이면 물건이 돼요

면 하나로는 종이 한 장밖에 안 돼요. 그런데 면을 여섯 장 붙이면? 주사위가 돼요. 위, 아래, 앞, 뒤, 좌, 우. 딱 여섯 면이죠.

이렇게 면들을 이어 붙여 만든 껍데기를 폴리곤 메시라고 해요. '폴리곤'은 다각형, '메시'는 그물이라는 뜻이에요. 그물처럼 촘촘히 엮인 다각형 덩어리라는 말이죠.

여기서 중요한 게 하나 있어요. 메시는 속이 텅 비어 있어요. 초콜릿 달걀처럼요. 겉은 단단해 보이는데 반으로 쪼개면 안이 비어 있죠. 3D 모델도 똑같아요. 우리는 겉껍질만 만드는 거예요.

둥근 건 어떻게 만들어요?

이상하지 않나요? 면은 다 평평한데, 어떻게 동그란 공을 만들죠?

축구공을 떠올려 보세요. 축구공은 사실 완전히 둥글지 않아요. 오각형과 육각형 조각을 여러 개 이어 붙인 거죠. 그런데 멀리서 보면 그냥 동그란 공처럼 보여요.

3D도 똑같아요. 평평한 면을 잔뜩, 아주 잔뜩 붙이면 둥글어 보여요. 진짜 둥근 건 아니고, 둥근 척하는 거예요. 면이 많아질수록 더 매끈해 보이죠.

삼각형이 진짜 주인공이에요

모델을 만들 때는 보통 사각형 면을 써요. 네모반듯해서 다루기 편하거든요.

그런데 컴퓨터가 화면에 그림을 그릴 때는 이 사각형을 몰래 반으로 잘라요. 삼각형 두 개로요. 왜냐고요?

종이를 한 장 꺼내서 세 군데를 손가락으로 잡아 보세요. 아무리 이리저리 움직여도 그 세 점은 항상 평평한 한 판 위에 있어요. 그런데 네 군데를 잡으면? 한 귀퉁이가 삐뚤어져서 종이가 휘어질 수 있어요.

삼각형은 절대 휘지 않아요. 그래서 컴퓨터가 계산하기 훨씬 쉬워요. 게임 속 캐릭터가 아무리 복잡해 보여도, 속을 들여다보면 전부 삼각형이에요.

알면 좋아지는 점

모델이 왜 각져 보이는지 바로 알아요. 캐릭터 어깨가 울퉁불퉁하면 "면이 부족하구나" 하고 바로 짐작할 수 있어요. 이유를 모르면 이것저것 눌러 보다 시간만 날려요.

게임이 왜 느려지는지 이해해요. 컴퓨터는 삼각형을 하나하나 세어 가며 그림을 그려요. 삼각형이 많으면 그만큼 일이 늘어나죠. 그래서 게임에서는 면 개수를 아껴 써요. 이걸 모르면 "예쁘게 만들었는데 왜 렉이 걸리지?" 하고 답답해져요.

선이 지나가는 길이 눈에 들어와요. 사람 얼굴 모델을 보면 눈과 입 주변에 동그랗게 선이 둘러져 있어요. 우연이 아니에요. 표정을 지을 때 그 방향으로 접혀야 자연스럽거든요. 이걸 알면 남이 만든 모델을 보고 배울 게 생겨요.

모르면 겪는 문제

점·선·면을 모르고 3D 프로그램을 켜면, 화면에 뜬 버튼들이 전부 외계어처럼 보여요. '버텍스 병합', '엣지 루프', '페이스 분할'... 뜻을 모르니 무작정 눌러 보게 되죠.

그러다 모델이 이상하게 찌그러져도 어디를 고쳐야 하는지 모르는 상태가 돼요. 점이 문제인지, 선이 꼬인 건지, 면이 뒤집힌 건지 구분이 안 되니까요. 결국 처음부터 다시 만드는 일이 반복돼요.

다른 방법도 있어요

3D 물체를 표현하는 방법이 폴리곤만 있는 건 아니에요. 곡선을 수학 식으로 표현하는 넙스(NURBS)라는 방식도 있고, 거친 모양을 자동으로 매끈하게 다듬어 주는 서브디비전 서피스도 있어요.

그런데도 폴리곤이 가장 널리 쓰여요. 이유는 빠르기 때문이에요. 게임처럼 화면을 1초에 60번씩 새로 그려야 하는 곳에서는, 계산이 간단한 삼각형이 최고예요. 그래서 여러분이 하는 게임 속 물체는 거의 다 폴리곤이에요.

정리하면

점을 찍어요. 점을 이어 선을 만들어요. 선으로 둘러싸인 곳을 채워 면을 만들어요. 면을 잔뜩 붙여 껍데기를 만들어요.

이게 전부예요. 영화 속 거대한 로봇도, 게임 속 작은 동전도 똑같은 방법으로 만들어졌어요. 재료는 언제나 점, 선, 면 세 가지뿐이에요.

다음에 게임을 할 때 캐릭터를 한번 자세히 봐 보세요. 어깨나 팔꿈치가 살짝 각져 있는 게 보일 거예요. 그게 바로 면이 만나는 자리랍니다.