Greedy Meshing(그리디 메싱) 이론, 처리 구조, 활용 이유 및 Voxel Chunk(복셀 청크)

2001년 쯤인가.. 삼성종합기술원에서 연구원으로 있을 때 복셀렌더링용 플러그인 개발에 참여 해 보고는 너무나 오랫만이라 트렌드 따라가기 위해 메모 해 놓는 중이다.

– Unity Engine 6 기반 최신 Voxel 게임 사례 중심

서론

Voxel(복셀) 기반 게임과 에디터는 Minecraft(마인크래프트) 이후로도 대규모 월드, 실시간 편집, 파괴 및 생성 등에서 높은 퍼포먼스와 효율적인 메모리 관리가 필수적인 분야로 자리잡았습니다. 특히 최근 상용화된 Voxel 게임들은 Unity Engine 6의 최신 기능과 다양한 최적화 기법을 결합하여 고품질의 실시간 렌더링과 대규모 월드 구현을 실현하고 있습니다. 본 리포트에서는 Greedy Meshing(그리디 메싱) 기법의 이론과 처리 구조, 사용 이유와 실제 활용 방안, 그리고 Voxel Chunk(복셀 청크) 시스템과의 연관성을 상세히 분석하고, 해외 상용 게임의 성공 사례를 통해 각 기술의 인과관계와 상호보완적 관계를 설명합니다.

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1. Greedy Meshing(그리디 메싱) 이론 및 처리 구조

1.1 이론적 배경

Greedy Meshing(그리디 메싱)은 Voxel(복셀) 데이터를 3D Mesh(메시)로 변환할 때, 인접한 동일 평면상의 Voxel을 하나의 큰 Polygon(폴리곤, 다각형)으로 합쳐, 렌더링 시 필요한 삼각형(Triangle, 트라이앵글) 수를 획기적으로 줄이는 알고리즘입니다.

기본적으로 각 Voxel의 각 면(Face, 페이스)을 개별적으로 메싱하면, 예를 들어 1x4x4 크기의 복셀 블록은 96개의 삼각형이 필요하지만, Greedy Meshing을 적용하면 12개(6개의 쿼드)로 줄일 수 있습니다.

이 알고리즘의 핵심은 "한 축을 따라 가능한 한 넓게, 그리고 다른 축을 따라 가능한 한 길게" 면을 확장하여, 동일한 속성을 가진 면을 하나의 쿼드(Quad, 쿼드)로 합치는 것입니다[1][2][3].

1.2 처리 구조

1. 시작점 탐색(Start Point Search):
2. 3차원 배열 내에서 아직 병합되지 않은, 비어있지 않은 Voxel 면을 찾습니다.
3. 축별 확장(Axis-wise Expansion):
4. 각 축(X, Y, Z)에 대해, 인접한 동일 속성의 면이 있는지 확인하며 가능한 한 넓게 확장합니다.
5. 스위핑(Sweeping):
6. 예를 들어 "앞(FRONT)" 면을 처리할 때, X축을 따라 가능한 만큼 넓히고, 그 다음 Y축을 따라 전체 폭이 동일한지 확인하며 아래로 확장합니다. 이 과정을 반복하여 최대 크기의 쿼드를 생성합니다.
7. 메시 생성(Mesh Generation):
8. 병합된 면을 하나의 쿼드로 변환하여 메시 데이터에 추가하고, 이미 처리된 영역은 마킹하여 중복 처리를 방지합니다.
9. 전체 반복(Loop):
10. 모든 Voxel 면에 대해 위 과정을 반복하여, 전체 Voxel 데이터에 대한 메시 생성을 완료합니다.

이 과정은 2D/3D 모두 유사하게 적용되며, 실제 구현 예제와 애니메이션은 fluff.blog의 비주얼 튜토리얼이나 0fps.net의 고전적 설명에서 확인할 수 있습니다.

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2. Greedy Meshing(그리디 메싱)을 사용하는 이유와 활용 방안

2.1 사용 이유

• Polygon(폴리곤) 수 대폭 감소:
• Greedy Meshing은 같은 월드 크기에서 기존 Face-by-Face 방식 대비 최대 80~95%의 폴리곤 수를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 32x32x32 복셀 청크에서 단순 Face 방식은 수만 개의 삼각형을 생성하지만, Greedy Meshing은 수천 개 이하로 줄일 수 있습니다[4][2][5].
• 렌더링 성능 향상:
• 폴리곤 수 감소는 GPU의 드로우콜, 래스터화, 버텍스 처리 등 전체 렌더링 파이프라인의 부하를 줄여, 실시간 편집/파괴/생성 환경에서 프레임레이트와 반응성이 크게 향상됩니다.
• 메모리 및 네트워크 대역폭 절감:
• 메시 데이터의 크기가 줄어들어, 메모리 사용량과 서버-클라이언트 간 데이터 동기화 비용도 감소합니다.

2.2 활용 방안

• Chunk(청크) 단위 메시 생성:
• 대규모 월드를 여러 Chunk로 분할하고, 각 Chunk별로 Greedy Meshing을 적용해 메시를 생성/갱신합니다. Chunk에 변화가 생긴 경우에만 해당 Chunk의 메시를 재생성함으로써, 실시간 편집에서도 성능 저하를 최소화합니다[4][6].
• Unity Engine 6과의 결합:
• Unity의 Compute Shader(컴퓨트 셰이더), GPU Instancing(인스턴싱)과 결합해, 메시 생성 및 컬링, LOD를 GPU에서 병렬 처리하여 대규모 Voxel 월드도 실시간으로 관리할 수 있습니다[4].
• 실시간 스트리밍/동적 LOD:
• 플레이어 위치에 따라 Chunk를 동적으로 로딩/언로딩하고, 거리에 따라 LOD를 조정함으로써, 월드 전체가 아닌 필요한 영역만 고품질로 렌더링할 수 있습니다.

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3. Voxel Chunk(복셀 청크) 시스템과 Greedy Meshing(그리디 메싱)의 연관성

3.1 Chunk 시스템의 필요성

Voxel 기반 월드는 데이터 규모가 방대하기 때문에, 전체 월드를 일정 크기의 Chunk(예: 16x16x16, 32x32x32)로 분할하여 관리합니다. 각 Chunk는 독립적으로 로딩/언로딩, 메시 생성, LOD, 컬링 등이 가능합니다. 이 구조는 메모리 관리와 실시간 퍼포먼스 양쪽에서 필수적입니다[7][6].

3.2 Greedy Meshing과의 시너지

• Chunk별 독립적 메시 생성:
• 각 Chunk 내에서만 Greedy Meshing을 적용하면, Chunk가 변경될 때마다 해당 부분만 빠르게 메시를 재생성할 수 있습니다. 이는 실시간 편집, 파괴, 생성 등 동적 월드에서 성능 저하를 방지합니다.
• 메모리 최적화 및 캐싱:
• Chunk 단위로 메시 데이터를 관리하면, 필요할 때만 메모리에 로딩하거나 캐싱할 수 있어 전체 메모리 footprint를 줄일 수 있습니다. Greedy Meshing으로 메시 크기가 줄어들면, Chunk 캐싱의 효율도 극대화됩니다[7][4].
• Unity의 Job System 및 Pooling과의 결합:
• Unity Engine 6에서는 Job System(잡 시스템) 및 Chunk Pooling(청크 풀링) 기법과 결합하여, 메시 생성/파괴/로딩을 비동기적으로 처리하고, 오브젝트 재사용을 통해 GC(가비지 컬렉션) 비용도 낮출 수 있습니다.

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4. 해외 상용 게임의 성공 사례

4.1 Voxel Tycoon(복셀 타이쿤, 2025)

• Chunk 기반 월드 관리, Greedy Meshing 적용: Voxel Tycoon은 무한 복셀 월드에서 Chunk 단위로 월드를 관리하며, Greedy Meshing을 통해 렌더링 부하를 최소화합니다. 동적 LOD, 비동기 데이터 로딩, 멀티스레딩 등 다양한 최적화와 결합되어, 대규모 시뮬레이션 환경에서도 높은 프레임레이트와 빠른 반응성을 제공합니다[4].

4.2 Trove(트로브, 2020s~)

• Chunk 스트리밍, Greedy Meshing 및 컬링: Trove는 대규모 MMO 환경에서 수많은 동시 사용자와 거대한 Voxel 월드를 지원합니다. Chunk 단위 월드 스트리밍, 동적 LOD, GPU Instancing, Mesh Batching 등과 함께 Greedy Meshing을 통해 서버-클라이언트 구조에서도 데이터 동기화 및 캐싱 효율을 극대화하였습니다[4].

4.3 Avoyd(어보이드, 2024)

• GPU 기반 Path Tracing, SVO 및 Greedy Meshing 결합: Avoyd는 고해상도 Voxel 월드 편집과 실시간 렌더링에서 Sparse Voxel Octree(SVO), Greedy Meshing, GPU Path Tracing 등 최신 기술을 적극 활용하여, CPU 대비 10배 이상 빠른 렌더링과 실시간 편집을 실현하였습니다[4].

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5. 아티스트 관점에서의 인과관계 및 상호보완성

• 디테일 유지 vs. 퍼포먼스:
• Greedy Meshing은 폴리곤 수를 줄이면서도 시각적으로 동일한 디테일을 유지합니다. 디자이너/아티스트 입장에서도, 복잡한 월드의 시각적 퀄리티를 해치지 않고 퍼포먼스를 확보할 수 있다는 점에서 매우 설득력 있는 최적화 기법입니다.
• Chunk 시스템과의 상호보완:
• Chunk 시스템은 월드의 공간적 분할과 메모리/성능 관리의 근간이 되며, Greedy Meshing은 그 위에서 실질적인 메시 최적화를 담당합니다. 두 기술은 서로 보완적으로 작동하여, 대규모 월드에서도 실시간 편집/파괴/생성/렌더링이 가능한 환경을 제공합니다.
• Unity 엔진 최신 기능과의 결합:
• Compute Shader, GPU Instancing, Job System 등과 결합할 때, Greedy Meshing 및 Chunk 시스템은 그 효율이 극대화되며, 아티스트가 원하는 고품질, 대규모 월드의 구현이 실질적으로 가능해집니다.

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결론

Greedy Meshing(그리디 메싱)은 Voxel(복셀) 기반 게임에서 렌더링 성능과 메모리 효율을 획기적으로 개선하는 핵심 기술입니다. Chunk(청크) 시스템과 결합하여, 대규모 월드의 실시간 편집, 파괴, 생성, 스트리밍 환경에서도 퍼포먼스 저하 없이 고품질의 비주얼을 유지할 수 있습니다. Trove, Voxel Tycoon, Avoyd 등 대표적인 상용 게임들이 이 기술을 적극 활용하고 있으며, Unity Engine 6의 최신 기능과 결합할 때 그 시너지는 더욱 극대화됩니다.

아티스트와 개발자 모두에게, Greedy Meshing과 Chunk 시스템의 이해와 활용은 현대 Voxel 게임 개발의 필수적 요소임을 강조합니다.

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참고 링크 및 레퍼런스

• Voxel GPU Rendering in Avoyd 0.21
• Voxel Tycoon 공식 홈페이지
• Trove Wiki: Performance
• Voxel Rendering in Unity Part 3
• GigaVoxels: Ray-Guided Streaming for Efficient and Detailed Voxel Rendering
• A Survey on Voxel-Based Graphics Systems
• Advanced Occlusion Culling Techniques
• Greedy meshing, visually
• Meshing in a Voxel Engine (Greedy Meshing) - 0fps.net
• Building a High-Performance Voxel Engine in Unity: A Step-by-Step Guide Part 2: Mesh Generation
• Building a High-Performance Voxel Engine in Unity: A Step-by-Step Guide Part 5: Advanced Chunk Management and Performance Optimization
• Ultimate Guide to Voxels in Unity with C# - Sparker.gg