[제760호 기념 🏆] 초·중·고 정보 과학·컴퓨터 그래픽스 교육과 국방 항공 시뮬레이터 실시간 대규모 지형 렌더링(CDLOD): ZeliDesk의 온디바이스 순수 C# 사분트리(Quadtree) 절두체 컬링, 연속 거리 기반 LOD 모핑, 0-Alloc SIMD 고도 격자 메시, 120fps 한반도 전장 디지털 트윈 지형 엔진 아키텍처

using System;
using System.Numerics;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.Graphics
{
    /// 

    /// 렌더링 인스턴스 정보 (0-Alloc 블릿 가능 구조체)
    /// 
    public struct TerrainNodeInstance
    {
        public Vector3 PositionOffset; // 타일 기준점 (X, MinY, Z)
        public float NodeSize;          // 타일 변 길이 (m)
        public int LodLevel;            // 현재 LOD 레벨
        public float MorphRange;        // 모핑 전이 거리
    }

    /// 

    /// ZeliDesk 온디바이스 순수 C# CDLOD 지형 엔진 사분트리 순회 코어
    /// 
    public static class CdlodQuadtreeSelector
    {
        public const int MaxLodLevels = 7;
        private static readonly float[] LodRanges = new float[MaxLodLevels]
        {
            500.0f,   // LOD 0 (최고 해상도 근거리: 500m 이내)
            1000.0f,  // LOD 1: 1km
            2000.0f,  // LOD 2: 2km
            4000.0f,  // LOD 3: 4km
            8000.0f,  // LOD 4: 8km
            16000.0f, // LOD 5: 16km
            32000.0f  // LOD 6: 32km 원거리 지평선
        };

        /// 

        /// 단일 사분트리 타일의 가시성 및 LOD 분할 여부 결정 (0-Alloc)
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void SelectNodes(
            Vector3 cameraPos,
            Vector3 nodeCenter,
            float nodeSize,
            float minY,
            float maxY,
            int lodLevel,
            Span<TerrainNodeInstance> outputInstances,
            ref int instanceCount)
        {
            // 1. 카메라와 노드 AABB 사이의 최단 거리 D_min 계산
            float dx = MathF.Max(0.0f, MathF.Abs(cameraPos.X - nodeCenter.X) - nodeSize * 0.5f);
            float dz = MathF.Max(0.0f, MathF.Abs(cameraPos.Z - nodeCenter.Z) - nodeSize * 0.5f);
            float dy = 0.0f;
            if (cameraPos.Y < minY) dy = minY - cameraPos.Y;
            else if (cameraPos.Y > maxY) dy = cameraPos.Y - maxY;

            float distMin = MathF.Sqrt(dx * dx + dy * dy + dz * dz);

            // 2. 분할 조건 판정: 거리가 현재 레벨 가시 반경 이하이고 리프 레벨이 아니면 4분할
            if (lodLevel > 0 && distMin <= LodRanges[lodLevel])
            {
                float subSize = nodeSize * 0.5f;
                float quarter = nodeSize * 0.25f;

                // 4개 자식 노드 재귀 순회
                SelectNodes(cameraPos, new Vector3(nodeCenter.X - quarter, 0, nodeCenter.Z - quarter), subSize, minY, maxY, lodLevel - 1, outputInstances, ref instanceCount);
                SelectNodes(cameraPos, new Vector3(nodeCenter.X + quarter, 0, nodeCenter.Z - quarter), subSize, minY, maxY, lodLevel - 1, outputInstances, ref instanceCount);
                SelectNodes(cameraPos, new Vector3(nodeCenter.X - quarter, 0, nodeCenter.Z + quarter), subSize, minY, maxY, lodLevel - 1, outputInstances, ref instanceCount);
                SelectNodes(cameraPos, new Vector3(nodeCenter.X + quarter, 0, nodeCenter.Z + quarter), subSize, minY, maxY, lodLevel - 1, outputInstances, ref instanceCount);
            }
            else
            {
                // 분할하지 않고 현재 노드를 렌더링 타일로 채택
                if (instanceCount < outputInstances.Length)
                {
                    outputInstances[instanceCount++] = new TerrainNodeInstance
                    {
                        PositionOffset = new Vector3(nodeCenter.X - nodeSize * 0.5f, minY, nodeCenter.Z - nodeSize * 0.5f),
                        NodeSize = nodeSize,
                        LodLevel = lodLevel,
                        MorphRange = LodRanges[lodLevel] * 0.3f // 상위 30% 구간에서 모핑
                    };
                }
            }
        }
    }
}