닌텐도 64 데모 개발: 팔레트 기반 라이팅 및 노멀 매핑 심층 분석

핵심 기술: 본 콘텐츠는 닌텐도 64(N64)의 제한된 하드웨어 환경에서 인상적인 비주얼을 구현하기 위해 팔레트 기반 조명 및 노멀 매핑 기술을 적용한 데모 개발 과정을 상세히 분석합니다. 하드웨어의 제약을 창의적으로 극복하는 기법들이 핵심입니다.

기술적 세부사항:

• 팔레트 기반 라이팅:

  • 텍스처에 직접 라이팅을 연산하는 대신, 팔레트만 변경하여 전체 텍스처에 조명 효과를 적용합니다.
  • 디퓨즈/노멀 팔레트 압축 및 오브젝트 공간 노멀 매핑 등 최적화 기법을 활용합니다.
  • 텍스처 공간 쉐이딩 대신, 팔레트 데이터만 업데이트하여 실시간 밝기 변화를 구현합니다.
  • 일반적인 N64에서 팔레트 텍스처 사용이 흔하므로 적용 가능성이 높습니다.
  • 텍셀별로 실제 조명을 적용한 것 같은 효과를 즉시 얻을 수 있습니다.
  • 오브젝트는 디퓨즈 텍스처와 노멀 맵을 가지며, K-means 군집 알고리듬으로 생성된 동일한 팔레트 인덱스를 공유합니다.
  • 예시에서는 RGB 디퓨즈 + 노멀 맵을 16색 팔레트로 압축하여 4bpp 데이터만 기록합니다.
  • 쉐이딩 시, 각 팔레트 색상에 대해 노멀 및 표면 색상 정보를 인덱스로 조회하여 새 RGB 색상을 생성합니다.
  • 구형 개체를 가정하여 p = radius * normal 근사로 스페큘러 반사광 효과를 억지로 구현하기도 합니다.

• 노멀 매핑:

  • 일반적으로 텐전트 공간에서 이루어지지만, N64 데모에서는 오브젝트 공간 노멀 맵을 활용합니다.
  • 오브젝트 공간 노멀 맵은 각 텍셀이 정확한 표면 노멀 정보를 가지므로 계산이 단순하지만, 반복 텍스처 활용이 어렵습니다.
  • 고해상도 노멀 맵을 32색 팔레트로 압축해도 원본과 유사한 특성을 유지할 수 있습니다.
  • 홈브루 개발자들의 실험을 참고하여 N64에서의 노멀 매핑 구현 가능성을 검증했습니다.

• 조명 구성:

  • 건물의 사실적인 라이팅을 위해 버텍스 컬러의 RGB와 알파 채널을 각각 환경광, 태양광에 사용합니다.
  • 환경광은 방향성 강도(그레이스케일 환경맵)와 컬러(RGB, 채도 강화)로 분리합니다.
  • 태양광은 버텍스 알파에 전달합니다.
  • 라이팅 공식: color = diffuse_texture * (ambient + direct)
  • 이러한 결합 방식은 팔레트 기반임에도 높은 품질의 질감을 연출합니다.

• 최적화 및 한계:

  • 대형 메시의 경우 반복 텍스처 사용으로 인해 문제가 발생하며, 이를 해결하기 위해 Blender를 활용하여 메시를 서브메시 단위로 분리하고 표면 방향/재질별로 그룹화했습니다.
  • 컴퓨터는 각 그룹의 폴리곤 노멀을 이용해 world-to-model 행렬을 산출합니다 (근사 텐전트 공간).
  • 각 그룹은 하나의 팔레트를 공유하므로 전체적으로 평균적인 라이팅 품질이 보장됩니다.
  • 텐전트 공간이 런타임에 보간되지 않아 '면이 깎인 듯한(face) 라이팅'이 나타나는 단점이 있습니다.
  • 팔레트 공간 기법은 방향성 디퓨즈 라이팅에 한해 효율적입니다.
  • 주요 한계점으로는 쉐이딩 불연속성, 흑백 텍스처만 지원(일부), 포인트 라이트 미지원 등이 있으며, 이를 숨기기 위한 노력이 필요합니다.
  • 복잡한 사전 처리가 필수적이며, 쉐이딩 불연속성 없이 ambient/direct 조명 모두 지원하는 방법은 여전히 도전 과제입니다.

개발 임팩트:

• 제한된 하드웨어에서 놀라운 수준의 그래픽을 구현할 수 있는 창의적이고 효율적인 기술을 제시합니다.
• 저수준 그래픽스 파이프라인 및 최적화 기법에 대한 깊이 있는 이해를 제공합니다.
• 레트로 게임 개발 및 유사 환경에서의 그래픽스 연구에 귀중한 참고 자료가 됩니다.
• 커뮤니티에서는 이러한 기술이 '미래인가?'라는 질문을 던지며, N64의 독특한 하드웨어 구조와 SGI의 영향력에 대한 논의가 활발했습니다.

커뮤니티 반응:

• N64에서 '리얼리스틱' 그래픽을 보는 것이 인상적이라는 감상이 있으며, PS2의 'ICO'를 떠올리게 한다는 의견도 있습니다.
• N64 하드웨어를 추상화하고 현대적인 도구를 제공하는 SDK 제작 가능성에 대한 궁금증이 제기되었습니다.
• N64 개발의 활황과 소스코드 공개, PC 포팅, 모드 개발 등의 현황이 공유되었으며, Zelda 팬 리메이크, Mario 64 최적화, 독자 엔진 개발 등 다양한 사례가 언급되었습니다.
• 게임 엔지니어들의 창의성과 제한된 하드웨어에서의 해법 도출 능력에 대한 감탄이 표출되었습니다.
• 제약 속에서 창의력이 발휘된다는 원칙과 관련하여 pico8, Animal Well 등 사례가 언급되었고, 자체 개발 아키텍처 개선에 대한 개인적인 계획도 공유되었습니다.
• 90년대 Shareware 게임에서 팔레트 기반 라이팅 기법을 사용했던 경험이 회상되었으며, Atari 800에서의 'racing the beam'과 같은 기술적 일화도 소개되었습니다.
• 데모신과 실제 게임 콘텐츠 개발 사이의 연관성 및 선호도에 대한 논의가 있었습니다.
• PS1/PS2 시절의 최적화 기술과, 최신 기술보다 오히려 과거의 트릭이 더 나을 수 있다는 의견(RTX 프레임 저하 대비)이 제시되었습니다.
• PS2 게임들의 놀라운 성취와 그 개발자들의 실력에 대한 경탄과 존경이 표현되었습니다.
• Halo 3 그래픽이 최신 게임보다 더 좋아 보인다는 소신과 함께, 과도한 효과가 오히려 시각적 경험을 저해할 수 있다는 의견도 있었습니다.