라이팅 이론

https://m.blog.naver.com/allthatseoul/221185319925

3D 세계에서 조명(라이팅)은 매우 큰 영향을 끼치는 요소 중 하나이다.

그만큼 현실에서도 같은 공간, 같은 물건이라도 조명에 따라 전혀 달라보일 수 가 있다.

 

게임 세계는 현실 세계를 따라하는 것으로 조명효과도 비슷하게 구현이 된다.

그래서 게임 세계에서 빛이 어떻게 처리되는지, 쉐이더를 통해 이 빛을 어떻게 받을 것인지를 조작하여

전혀 다른 효과를 나타낼 수 있다.

 

 

똑같은 오브젝트지만 분명하게 차이가 나는 두개의 사진이 있다.

차이점을 간단하게 말하자면 현실세계의 라이팅 효과들이 게임에 적용이 됬냐 안됬냐의 차이다.

 

 

http://www.huevaluechroma.com/022.php

위 사진은 현실 세계에 일어나는 조명 관련 현상을 구분 지은 자료이다.

 

위 예시와 같이 한 화면을 표현하기 위해서 여러가지 조명효과, 이론들이 존재한다.

이번 포스팅에서는 라이팅의 이론부터 시작한다.

 

 

디지털 라이트

 

게임 속 라이트는 크게 3가지로 추상화 할 수 있다.

1. Diffuse Light - 직접 광에 의한 난반사

2. Ambient Light - 간접 광에 의한 난반사

3. Specular Light - 정반사

 

위 외의 물리기반렌더링(Physicalphysical based rendering) 적용으로 거칠기(Roughness), 메탈(Metalic) 등 추가적인

요소들이 존재하여 더 현실적인 재질 표현이 가능하다.

 

현실을 흉내내는 3가지 라이트

https://loadofprogrammer.tistory.com/tag/Directional%20Light

1. Point Light(Omni Light)

- 사방으로 뻗어나가는 특성이 있고 감쇠 효과가 적용된다.

 

2. Spot Light

- 원뿔 형태로 빛을 뿜는 특성이 있고 역시 감쇠 효과가 적용된다.

 

3. Directional Light

- 가장 성능이 가벼운 라이트이며 빛의 시작점도 끝점도 없는 오직 방향(Vector) 개념밖에 존재하지 않는다.

 

http://hradec.com/ebooks/CGI/RMS_1.0/rfm/Features_and_Effects/Shadows.html

실제 오브젝트에 3가지 라이트를 적용한 예시

 

물리 기반 렌더링(Physical Based Rendering)

현실 속 물리 현상을 기반을 구현한 렌더링(쉐이딩)기법이며 물리기반쉐이딩(PBS)라고도 불린다.

최소한의 텍스처와 리소스로 거의 모든 재질을 표현할 수 있다.

대표적인 적용 사례로 2006년 기어스 오브 워에서 사용 되었고 이후 여러 게임들에 거처 사용되 었으며 

게임엔진에서도 Unity와 Unreal에 사용되고 있다.

 

PBR을 구성하는 특징

 

1. Fresnel 

https://finebug.tistory.com/14

좌측 사진이 프레넬효과가 적용된 모델이고 우측이 적용안된 모델이다.

Fresnel(프레넬)효과는 간단하게 빛이 물체에 도달했을때 같은 양의 빛이라고 해도 시야각에 따라 일정량은 반사하고 일정량은 굴절하는것을 과학가가 발견했는데 이걸 Fresnel법칙이라고 한다. 

 

 

2. IBL(Image Base Light)

https://dirkiek.wordpress.com/2015/05/31/physically-based-rendering-and-image-based-lighting/

IBL은 이미지를 광원 취급하여 간접광을 받는 것이다. 

 

 

3. 에너지 보존 법칙(Energy Conservation)

 

https://sammillendotcom.wordpress.com/2014/04/21/physically-based-rendering/

빛이 난반사되기 위해서는 반드시 물체면을 투과 해야한다. 따라서 물체면에서 나온 빛은 물체에 반사되는 빛보다 밝을 수 없다. 이런 현상을 쉽게 설명하면 난반사와 정반사가 반비례한다는 뜻이다.

 

4. BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)

https://artisaverb.info/PBR.html

한국말로 양방향 반사율 분포 함수라고 하며 크게 Diffuse BRDF, Specular BRDF로 나눠진다.

재질의 표면은 빛을 빛을 반사하는 정도가 다르며 각 면에서도 반사되어 눈으로 들어오는 반사량도 다르게 된다.

그래서 같은 물체라고 하더라도 거칠기, 성분에 따라 더 반사량이 다르다.

 

5. SSS(Sub Surface Scattering)

빛이 피부내로 침투하여 반사, 산란되는 현상이다.

 

6. Metallic Specular Color

https://forums.ogre3d.org/viewtopic.php?t=82936

일반적인 정반사(Specular) 빛의 색은 흰색이지만 금속(Metallic) 재질은 고유의 Specular 색상을 가진다.