2008.12.14 23:49

조명과 음영


And God said, "Let there be light", and there was light, God saw that the light was good, and he separated the light from the darkness. God called the light "day", and the darkness he called "night", And there was evening, and there was morning - the first day.

- Genesis 1:3-1:5, New International Version


하나님이 가라사대 빛이 있으라 하시매 빛이 있었고 그 빛이 하나님이 보시기에 좋았더라. 하나님이 빛과 어두움을 나누사 빛을 낮이라 칭하시고 어두움을 밤이라 칭하시니라 저녁이 되며 아침이 되니 이는 첫째 날이니라.

- 창세기 1:3-1:5


랜더링 (Rendering)
조명(Lighting, Illumination) : 물체 정점의 색상을 부여, 물체공간(Object Space)
음영(Shading, Surface Rendering): 조명 결과를 이용하여 물체 면의 색상을 부여 : 영상공간(Image Space)

빛의 진행
광원에서 출발
물체 표면에서
흡수(Absorption)
반사(Reflection)
투과(Transmission) 또는 굴절(Refraction)
물체를 본다는 것은 우리 눈으로 입사하는 빛에 의함
물체색 : 광원, 물체, 관찰자위치, 광원과 물체의 특성에 의해 결정

전역 조명 모델(Global Illumination Model) : 다른 물체면에서 반사되어 입사되는 빛까지 고려한 조명모델
지역 조명 모델(Local Illumination Model) : 광원으로부터 직접 물체면으로 입사되는 빛만을 고려한 모델

현실 세계의 면적광원을 그래픽으로 표현하기 어려움 그래서 면적광원을 분산 점광원으로 근사화

위치성 광원
옴니 라이트(Omni Light)
빛이 모든(Omni) 방향으로 방사형으로 진행
광원의 위치가 중시됨, 근거리 광원

방향성 광원
빛이 물체면을 향하여 일정한 방향으로 진행
빛의 방향이 중심됨. 원거리 광원

스포트라이트(Spot Light)
위치성 광원과 유사성
-빛이 방사형으로 진행
-광원이 유한거리에 존재
방향성 광원과 유사성
-하나의 방향을 향해서만 진행
차이점
-일정한 각 범위 내로만 진행. 포로수용소의 탐조등

주변반사
광원에 직접 노출되지 않는 면에 밝기를 부여
모든 빛의 경로를 추적하기 어려움
그래서 면마다 상수 크기의 밝기를 추가
전역 조명모델 효과를 근사적으로 부여

확산반사
물체면과 광원과의 공간적인 관계에 따라 명암을 부여하기 위한 것
난반사에 해당
완벽 확산체와 방향성 확산체
방향성확산체 - 확산 방향에 시점이 있다면 물체가 더욱 밝게 보여야 함.
완벽확산체 - 지역조명모델의 그래픽 처리를 단순화하기 위해서 완벽 확산체를 가정

물체면이 서 있는 방향에 따라 다름
람베르트 법칙
입사각 : 광원벡터, 법선벡터 사이각
면의 밝기는 입사각의 코사인에 정비례.

확산광 계수

경면계수
반질반질한 표면에서 반사되는 빛
정반사에 의함
물체의 색이 아니라 광원의 색

퐁 반사모델
광택 계수

음영(Shading)

플랫 셰이딩 (Flat Shading)
주어진 하나의 다각형 전체를 동일한 색으로 칠함. 빠르고 간단
상수 셰이딩(Constant Shading), 깎은 면 셰이딩 (Facet Shading)
다각형을 구성하는 다각형 정점의 위치를 평균하여 중심점을 구함. 중심점에서의 법선벡터, 광원벡터, 시점벡터를 기준으로 조명모델이 가해지며 그 결과 색이 면 내부를 모두 채움.

플랫 셰이딩의 문제점
다각형 사이의 경계선이 필요 이상으로 뚜렷하게 보임

마하밴드 효과 - 두 개의 면이 만나는 경계선 부근에서 어두운 면은 더욱 어두어지고 밝은 면은 더욱 밝게 보이는 일종의 착시 현상


구로 셰이딩(Gouraud Shading)
다각형 내부를 서로 다른 색으로 채우는 방법
정점의 색을 보간
정점의 법선벡터를 요함. 인접면의 법선벡터를 평균하여 구함
정점의 색으로부터 내부면의 색을 선형보간
경면광을 감안하지 않음 : 실제적인 정점의 법선벡터와 근사적으로 계산된 법선벡터가 완전히 일치하지 않기 때문
플랫 셰이딩보다는 부드러움
마하밴드효과는 그대로 남아있음


퐁 셰이딩(Phong Shading)
정점의 색 대신 정점의 법선벡터를 보간
곡면의 기울기가 복원됨 : 경면광을 부여할 수 있음.


미세면 모델(Microfaset Model)
표면의 거칠기(Roughness)를 모델링
평균면의 방향을 기준으로
표면의 거칠기라는 매개변수를 사용해서 미세면의 굴곡이나 모양을 조절

블린 셰이딩(Blinn Shading)
퐁 셰이딩과 유사. 경면광 성분이 더욱 부드럽게 퍼져나감. 광원이 거의 물체면과 나란히 예간으로 입사한 것과 유사

쿡/토렌스 셰이딩(메탈 셰이딩) (Cook/Torrence Shading, Metal Shading)
금속표면의 은은한 경면광 처리에 유리
cf. 퐁 모델 : 플라스틱 재질 처리에 유리











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