서페이싱(텍스쳐링, 쉐이딩), 룩뎁 - #튜토리얼, #레퍼런스

PBR이라는 용어에 대해서 많은 검색을 해보았는데요

 그러면 물리기반렌더링라는게 

 

저희가 기본적으로 작업하는 Diffuse는 제외하고

 

알베도,노말,메탈릭,러프리스,AO,하이트 맵만을 포함한건가요 ㅠㅠ

 

PBR에 정의에 대해서 혹시 정의해주실수 있을까요 ㅠㅠ


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PBR이라는 용어정의 자체는 간단하죠.
PBR (Physically Based Rendering:물리기반렌더링) 또는 PBS (Physically Based Shading:물리기반쉐이딩).
즉, 물리적으로 정확한 렌더링과 쉐이딩을 한다는 의미입니다.

어쩌면 당연한 얘기죠.
이 당연한 얘기를 왜 굳이 새로운 것인것 처럼 하는 걸까요?
기존에 쉐이딩 방식이 물리적으로 정확하지 않았기 때문이겠죠.

기존 쉐이딩 방식에서 우리는
물체의 기본색인 디퓨즈(diffuse)를 지정하고, 하일라이트를 그리기 위해 스페큘러(specular)를 추가하고, 주변 물체가 반사된 것을 표현하기 위해서 리플랙션(reflection)을 더해서 질감을 표현했습니다.

그런데 이런 방식이 물리적으로 말이 안되는 결과물이 나올 때가 많았습니다.

 

대표적으로 ​Energy Conservation (에너지보존) 법칙이 많이 거론됩니다.
에너지 보존의 법칙은 물체가 1이라는 (빛)에너지를 받았을 때 여러가지 반응을 하고 다시 나오는데 그 에너지의 합이 1을 넘을 수 없다는 것입니다.

여러가지 반응 중에서 표면에서 일어나는 반응을 난반사(diffuse)정반사(specular)로 나눌 수 있습니다.

Diffuse_reflection_Lambert2.gif
https://en.wikipedia.org/wiki/Diffuse_reflection

그림처럼 빛이 들어오면 표면에서는 난반사정반사가 동시에 일어납니다.

이때 물체가 1이라는 빛을 받으면 표면의 질감에 따라
diffuse 0.8specular는 0.2가 나올 수 있고,
diffuse 0.1specular는 0.9가 나올 수도 있지만,
diffuse 0.3specular는 0.8이 나올 수는 없습니다.
(그런 물체는 자체발광을 하는 물체겠지요.)
그런데 그런 실수를 많이 하게 되는게 사실입니다.

기존 쉐이딩 방식에서는 빛에 대한 반응의 결과인 diffuse와 specular라는 속성을 직접 조절하다보니 물리적으로 말이 안되는 경우가 만들어 지는 경우가 발생하는 것이죠.

그리고 이 두가지 요소 외 reflection 등 다양한 요소를 한꺼번에 조절 하다보면 물리적인 법칙을 지키기가 쉽지 않아집니다. (그리고 요소별 단순 색지정이 아닌 텍스쳐로 조절할 때는 더욱 그렇습니다.)

 

그럼 물체가 질감에 따라 빛에 반응하는 물리적인 원리로 돌아가봅니다.

어떤 물체는 난반사 반응이 더 많고, 어떤 물체는 정반사 반응이 더 많습니다. 이런 차이는 왜 생기는걸까요? 
당연히 표면이 거칠거칠하면 난반사가 많이 일어나고, 맨질맨질 하면 정반사가 많이 일어납니다.

Specular and Diffuse Reflection 001.gif

이런 거친정도 또는 매끄러운 정도를 표현하는 속성으로 Roughness, Smoothness 또는​ Glossiness라는 용어가 사용됩니다.

Roughness(거침) ↔ Smoothness(평탄한), Glossiness(매끄러움)

렌더러에 따라 다른 용어를 사용하지만 (서로 같은 의미이거나 정반대의미를 가지므로) 사실 같은 특징을 컨트롤 하는 속성입니다.
'엄청 거칠면서 상당히 매끄러운 질감'이라는 말은 '뜨거운 아이스 아메리카노' 같은 말도 안되는 말입니다.

Roughness가 1이면 완벽하게 거친 질감으로 diffuse 반응만 일어납니다.
  그 결과는 diffuse 1.0 , specular 0.0 입니다.
Roughness가 0이면 완벽하게 매끄러운 질감으로 specular 반응만 일어납니다.
  그 결과는 diffuse 0.0 , specular 1.0 입니다.
아마 완벽하게 깨긋하고 반사율 100%의 거울이 존재한다면 Roughness 0가 될것입니다만, 이런 물체는 없다고 봐도 무방하겠죠.

단순히 생각해서
Roughness가 0.5면 diffuse 0.5 , specular 0.5의 반응이 일어날겁니다.

 

PBS는 이렇게 거친정도를 조절하면 정반사와 난반사의 값이 물리적인 원칙에 맞게 따라오게 만들어졌습니다.

다시말해,
PBS는 빛에 대한 반응의 결과속성으로 다루지 않고, 질감 자체를 속성으로 다룸으로써 질감이 빛에 반응한 결과가 물리적인 원리에서 벗어나지 않도록 한 것이라고 생각하시면 쉽게 이해가 될 것 같습니다. (이건 쉽게 설명하기 위한 제 해석일 뿐입니다.) 

 

 

여기 까지 설명으로 기존에 사용하던 디퓨즈(diffuse)라는 용어가 잘못 사용되어오고 있었다는 것도 눈치 채셨나요?

기존에는 diffuse color라는 속성이 '물체의 색상 값'인 것처럼 사용되어 왔습니다. 그렇지만 diffuse는 질감 자체의 속성이라기 보다는 난반사 반응의 결과값이라는 의미에 가깝습니다.  그래서 PBS에서는 BaseColor 또는 Albedo(알비도)라는 용어를 사용합니다.

 

기존 쉐이더와 PBS 쉐이더의 차이는 이것 말고도 다양하지만 대략 핵심은 이해되셨을 듯합니다.

관련해서 영상 강좌 링크를 소개해 드립니다.
https://edu.kocca.kr/edu/onlineEdu/openLecture/view.do?pSeq=580&menuNo=500085
https://edu.kocca.kr/edu/onlineEdu/openLecture/view.do?pSeq=581&menuNo=500085

위 내용 보시면 조금 더 이해가 되실 수 있을겁니다.

 

PS. 그래도 헷갈리거나 실제 작업하면서 의아하게 생각할 수 있는 부분이 있을꺼라 예상되는데 그건 다음 기회에~

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