오늘은 스파르타 코딩 클럽 unity 게임 개발 과정 53일차(최종프로젝트 4일차 보간에 대하여!)

보간(Interpolation)이란?

보간(Interpolation)은 두 데이터 포인트 사이의 중간값을 추정하는 기술입니다. 프로그래밍, 특히 게임 개발과 컴퓨터 그래픽에서, 보간은 부드러운 움직임과 변화를 만들기 위해 사용됩니다. 예를 들어, 애니메이션에서 객체가 한 위치에서 다른 위치로 이동할 때, 시작점과 끝점 사이의 중간 위치를 계산하는 데 사용됩니다.

보간의 유형과 사용 예시

1.선형 보간(Linear Interpolation): 두 값 사이를 직선으로 연결하는 가장 간단한 형태의 보간입니다. 예를 들어, 두 점 사이의 위치를 계산할 때 사용됩니다.

   float lerp(float a, float b, float t) {
       return a + (b - a) * t;
   }

이 코드에서 a와 b는 시작점과 끝점의 값이며, t는 0과 1 사이의 값으로, a에서 b까지의 중간 지점을 나타냅니다.

2.구면 선형 보간(Spherical Linear Interpolation, Slerp): 회전의 보간에 주로 사용됩니다. 두 회전 간의 가장 짧은 경로를 따라 부드럽게 전환합니다.

   Quaternion Slerp(Quaternion a, Quaternion b, float t) {
       // Slerp 구현 코드
   }

여기서 a와 b는 두 회전(Quaternion)을 나타내며, t는 두 회전 사이의 중간 값을 나타냅니다.

3.곡선 보간(Curve Interpolation): 더 자연스러운 움직임을 위해, 베지어 곡선이나 스플라인 곡선을 사용하여 두 점 사이를 보간합니다. 이는 그래픽 디자인과 애니메이션에서 흔히 사용됩니다.

보간의 중요성

• 부드러운 움직임: 보간은 객체의 움직임을 자연스럽고 부드럽게 만들어, 사용자 경험을 향상시킵니다.
• 효율적인 리소스 사용: 모든 중간 상태를 디테일하게 계산하는 대신, 주요 지점들만 계산하여 성능을 향상시킵니다.
• 유연성: 다양한 유형의 보간을 사용하여 다양한 애니메이션과 효과를 구현할 수 있습니다.

다양한 보간 기법

보간 기법은 다양하며 각각의 특정 상황과 요구 사항에 따라 선택됩니다.

1. 선형 보간 (Linear Interpolation):
   • 장점: 계산이 간단하고 빠릅니다.
   • 단점: 각도나 방향의 변화에서는 비자연스러울 수 있습니다.
   • 사용처: 단순한 위치 이동이나 색상 변화에 적합합니다.
2. 구면 선형 보간 (Spherical Linear Interpolation, Slerp):
   • 장점: 회전과 관련된 보간에 자연스럽습니다.
   • 단점: 선형 보간보다 계산량이 많고 복잡합니다.
   • 사용처: 3D 공간에서의 부드러운 회전에 적합합니다.
3. 베지어 곡선 (Bezier Curves):
   • 장점: 매우 부드러운 곡선을 만들 수 있어 복잡한 경로와 모양에 유용합니다.
   • 단점: 계산이 복잡하며 구현하기 어려울 수 있습니다.
   • 사용처: 복잡한 경로 이동이나 자연스러운 모션 그래픽스에 사용됩니다.

이 중에서는 이번에 프로젝트에서 사용한 선형보간에 관해 설명하겠습니다.

유니티에서 제공하는 선형 보간 함수는 Vector3.Lerp, Mathf.Lerp, Color.Lerp, Quaternion.Lerp 등 다양한 형태로 제공됩니다. 이 함수들은 선형 보간(Linear Interpolation)을 기반으로 하는데, 이는 두 값 사이를 직선으로 연결하여 중간값을 계산하는 가장 기본적인 형태의 보간 방법입니다.

Mathf.Lerp

Mathf.Lerp는 두 개의 float 값 사이를 보간합니다. 기본 형태는 다음과 같습니다:

float Mathf.Lerp(float a, float b, float t)

• a와 b는 보간할 두 개의 float 값입니다.
• t는 0과 1 사이의 값으로, a에서 b까지의 중간 지점을 나타냅니다. t가 0이면 a를, 1이면 b를 반환합니다.
• 예를 들어, Mathf.Lerp(0, 10, 0.5f)는 0과 10 사이의 중간값인 5를 반환합니다.

Vector3.Lerp

Vector3.Lerp는 두 벡터 사이를 보간합니다. 주로 위치나 크기 등의 변화에 사용됩니다:

Vector3 Vector3.Lerp(Vector3 a, Vector3 b, float t)

• a와 b는 보간할 두 개의 Vector3 값입니다.
• t는 이 두 벡터 사이의 보간 지점을 결정합니다.
• 예를 들어, Vector3.Lerp(Vector3.zero, new Vector3(1, 1, 1), 0.5f)는 (0, 0, 0)과 (1, 1, 1) 사이의 중간 위치인 (0.5, 0.5, 0.5)를 반환합니다.

Color.Lerp

Color.Lerp는 두 색상 사이를 보간합니다:

Color Color.Lerp(Color a, Color b, float t)

• a와 b는 보간할 두 개의 Color 값입니다.
• t는 이 두 색상 사이의 보간 지점을 결정합니다.
• 예를 들어, 빨간색에서 파란색으로 변화하는 중간 색상을 계산하는 데 사용됩니다.

Quaternion.Lerp

Quaternion.Lerp는 두 회전(Quaternion) 사이를 보간합니다:

Quaternion Quaternion.Lerp(Quaternion a, Quaternion b, float t)

• a와 b는 보간할 두 개의 Quaternion 값입니다.
• t는 두 회전 사이의 보간 지점을 결정합니다.
• 주로 부드러운 회전 전환에 사용됩니다.

선형 보간은 직관적이고 계산이 간단하기 때문에 많은 상황에서 유용하게 사용됩니다.

유니티에서 구면 선형 보간(Spherical Linear Interpolation, Slerp)은 주로 회전을 부드럽게 전환할 때 사용되는 방법입니다. 이는 Quaternion.Slerp 함수를 통해 제공됩니다. 구면 선형 보간은 두 회전 사이의 가장 짧은 경로를 따라 보간을 수행합니다. 이 방식은 선형 보간(Linear Interpolation)과 달리 구면상의 경로를 따라 움직임을 계산하기 때문에, 회전에 관한 보간에서 더 자연스럽고 현실적인 결과를 제공합니다.

 

구면 선형 보간

구면 선형 보간도 짧게 설명하겠습니다.

Quaternion.Slerp

Quaternion.Slerp 함수는 두 개의 회전 사이의 중간 회전을 계산합니다. 함수의 기본 형태는 다음과 같습니다:

Quaternion Quaternion.Slerp(Quaternion a, Quaternion b, float t)

• a와 b는 보간할 두 개의 회전(Quaternion)을 나타냅니다.
• t는 0과 1 사이의 값으로, a에서 b까지의 보간을 나타냅니다. t가 0이면 a의 회전을, 1이면 b의 회전을 나타냅니다.
• 예를 들어, Quaternion.Slerp(Quaternion.identity, targetRotation, 0.5f)는 초기 회전에서 targetRotation까지의 중간 회전을 반환합니다.

Slerp의 특징

• 자연스러운 회전: Slerp는 3D 공간에서의 회전을 자연스럽고 부드럽게 보간합니다. 이는 특히 3D 게임이나 VR 애플리케이션에서 중요합니다.
• 최단 경로 보간: Slerp는 두 회전 사이의 최단 경로를 계산하여, 가장 효율적인 방향으로 회전합니다.
• 각속도 일관성: Slerp를 사용하면 시작점과 끝점 사이에서 각속도가 일정하게 유지됩니다. 이는 선형 보간에서는 달성하기 어려운 특징입니다.