2nd/10_Wiki/Topics/AI_and_ML/InstancedMesh2 library.md

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InstancedMesh2 library

매 한 줄

"매 instancing 의 진짜 한계는 frustum culling 과 per-instance state 다". InstancedMesh2 는 Three.js 의 표준 InstancedMesh 위에 BVH-driven frustum/occlusion culling, per-instance LOD, dynamic capacity, color/uniform 관리를 얹은 라이브러리로, 100k+ 오브젝트 씬에서 표준 InstancedMesh 대비 2-10x FPS 를 끌어낸다.

매 핵심

매 표준 InstancedMesh 의 한계

• frustum culling 부재 — 모든 인스턴스를 매 프레임 GPU 로 보냄.
• 정적 capacity — count 변경은 가능하지만 capacity 확장은 재생성 필요.
• per-instance visibility/LOD 가 없음 — 수동 matrix 0 으로 숨겨야 함.
• 정렬 (transparency) 지원 없음.

매 InstancedMesh2 의 추가 기능

• BVH culling: bvhParams 로 dynamic BVH 구축, frustum + occlusion culling.
• per-instance LOD: addLOD(geometry, material, distance) 로 거리 기반 자동 swap.
• dynamic capacity: addInstances(n, callback) 로 동적 추가.
• per-instance color/uniform: setColorAt, setUniformAt.
• sorting: alpha blending 을 위한 distance sort.

매 응용

1. 대규모 식생/도시/별 시스템 (100k-1M 인스턴스).
2. RTS / 시뮬레이션 게임의 유닛 렌더링.
3. 파티클을 mesh 로 대체 (mesh particles).
4. WebXR 환경의 dense scene rendering.

💻 패턴

1. 기본 설치 및 생성

// npm install @three.ez/instanced-mesh
import { InstancedMesh2 } from '@three.ez/instanced-mesh';
import * as THREE from 'three';

const geometry = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);
const material = new THREE.MeshStandardMaterial({ color: 0x44aa88 });

const mesh = new InstancedMesh2(geometry, material, {
  capacity: 100_000,
  createEntities: true, // per-instance proxy objects
});
scene.add(mesh);

2. 동적 인스턴스 추가

mesh.addInstances(50_000, (obj, idx) => {
  obj.position.set(
    (Math.random() - 0.5) * 1000,
    (Math.random() - 0.5) * 1000,
    (Math.random() - 0.5) * 1000,
  );
  obj.scale.setScalar(0.5 + Math.random());
  obj.color.setHSL(Math.random(), 0.7, 0.5);
});

3. BVH frustum culling 활성화

mesh.computeBVH({ margin: 0 });
// renderer 가 매 프레임 BVH 로 visible 인스턴스만 GPU 에 업로드.
// margin: BVH 노드 padding (모션이 큰 경우 늘림).

4. per-instance LOD

const lodGeoMid = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1, 2, 2, 2);
const lodGeoLow = new THREE.BoxGeometry(1, 1, 1);

mesh.addLOD(lodGeoMid, material, 50);   // 50m 부터 mid
mesh.addLOD(lodGeoLow, material, 200);  // 200m 부터 low
// 200m 이후 자동 cull (default)

5. per-instance update (애니메이션)

function animate(t: number) {
  mesh.updateInstances((obj, idx) => {
    obj.position.y = Math.sin(t * 0.001 + idx * 0.01) * 5;
    // obj.updateMatrix() 자동 호출됨
  });
  renderer.render(scene, camera);
}

6. 인스턴스 hide / show

mesh.instances[42].visible = false; // 단일
// bulk
for (const inst of mesh.instances) {
  if (inst.position.distanceTo(camera.position) > 500) inst.visible = false;
}

7. raycasting (BVH 가속)

const raycaster = new THREE.Raycaster();
raycaster.setFromCamera(mouse, camera);
const hits = raycaster.intersectObject(mesh);
// hits[0].instanceId 로 인스턴스 식별

8. transparent sorting

const mat = new THREE.MeshStandardMaterial({
  transparent: true, opacity: 0.5,
});
const mesh = new InstancedMesh2(geom, mat, {
  capacity: 10_000,
  allowsEuler: false,
});
mesh.sortObjects = true; // distance sort each frame

9. GPU instancing + custom shader uniform

mesh.initUniformsPerInstance({ vertex: { uOffset: 'vec3' } });
mesh.setUniformAt(idx, 'uOffset', new THREE.Vector3(0, 5, 0));

10. Forest 예제 (실전)

const trunk = new InstancedMesh2(trunkGeo, trunkMat, { capacity: 50_000 });
const leaves = new InstancedMesh2(leavesGeo, leavesMat, { capacity: 50_000 });

for (let i = 0; i < 50_000; i++) {
  const x = (Math.random() - 0.5) * 2000;
  const z = (Math.random() - 0.5) * 2000;
  trunk.addInstances(1, (o) => o.position.set(x, 0, z));
  leaves.addInstances(1, (o) => o.position.set(x, 5, z));
}
trunk.computeBVH();
leaves.computeBVH();

매 결정 기준

상황	Approach
< 1k 동일 mesh	일반 Mesh + Group 도 OK
1k-100k 동일 mesh, 정적	THREE.InstancedMesh
100k+ 또는 동적 cull/LOD 필요	InstancedMesh2
1M+ + GPU compute	WebGPU + indirect draw + InstancedMesh2
transparent + 다수	InstancedMesh2 sorting

기본값: 인스턴스 수가 1만 이상이거나 frustum 외부가 많은 씬은 InstancedMesh2 사용.

🔗 Graph

• 부모: Three.js · WebGL Instancing
• 변형: BatchedMesh · GPU-Instancing
• 응용: Particle-System · WebXR-Dense-Scene
• Adjacent: BVH · Frustum-Culling · LOD-System

🤖 LLM 활용

언제: Three.js 씬 인스턴스 수가 폭증할 때 코드 마이그레이션 가이드, BVH 파라미터 튜닝, LOD 거리 결정에 활용. 언제 X: Babylon.js / Unity / WebGPU-only 환경에는 직접 적용 불가 (개념만 차용).

❌ 안티패턴

• 무조건 capacity 1M: 빈 슬롯도 BVH 비용 발생 — 실제 수요의 1.2-1.5x 정도.
• 매 프레임 computeBVH(): 정적 인스턴스는 1회만, 동적은 incremental update 사용.
• per-instance Material: instancing 의 의미가 없어짐 — uniform-per-instance 로 대체.
• mesh.instances[i].position.x = v 후 update 누락: updateInstances 또는 updateMatrix() 필수.

🧪 검증 / 중복

• Verified (@three.ez/instanced-mesh GitHub README, 2026 docs).
• 신뢰도 A.

🕓 Changelog

날짜	변경
2026-05-08	Phase 1
2026-05-10	Manual cleanup — InstancedMesh2 API + BVH/LOD 패턴 정리