40년 전, Z80 어셈블리로 구현한 3D 그래픽의 부활!

저자는 C 컴파일러의 한계를 극복하기 위해 Z80 어셈블리어를 직접 사용하여 성능 최적화(Performance Optimization)를 시도했다. 특히, 나눗셈 연산을 Lookup Table을 활용한 곱셈으로 대체하여 속도를 향상시켰다. 또한, 페이지 기반 Lookup을 적용하여 속도를 더욱 개선했다. 이러한 과정을 통해 C 버전 대비 2배 이상의 프레임 속도(Frame Rate) 향상을 달성했다.

저자는 3D 투영을 위한 수학적 원리를 상세히 설명하며, 실제 구현에 사용된 공식을 제시했다. 특히, 카메라 궤도(Camera Orbit)를 위한 사인/코사인 값을 사전 계산하고, 이를 활용하여 런타임 시 연산량을 최소화했다. 또한, 3D 모델의 좌표 변환, 스케일링, 화면 좌표 계산 등 파이프라인(Pipeline) 전반에 걸친 과정을 설명하여, 독자들이 3D 그래픽 구현의 핵심 원리를 이해하도록 돕는다.

저자는 사전 계산(Pre-calculation) 기법을 활용하여 3D 그래픽의 성능을 극대화했다. 구체적으로, 3D 모델의 좌표 변환, 화면 좌표 계산, 픽셀 위치 계산 등을 미리 수행하여 런타임 시 연산량을 최소화했다. 이로 인해, C 버전 대비 6배 이상, 어셈블리 최적화 버전 대비 3배 이상의 프레임 속도(Frame Rate) 향상을 달성했다. 하지만, 사전 계산에는 상당한 시간이 소요된다는 단점이 있다.

저자는 ZX Spectrum의 제한된 하드웨어 환경에서 3D 그래픽을 구현하기 위한 다양한 노력을 기울였다. 특히, Z80 CPU의 성능 제약으로 인해, 곱셈과 나눗셈 연산을 최소화하고, 고정 소수점(Fixed-point) 연산을 사용했다. 또한, 메모리 접근을 최적화하기 위해 Lookup Table을 활용했다. 이러한 노력들을 통해, 제한된 환경에서도 3D 그래픽을 구현할 수 있음을 보여주었다.