빛과 그림자

2012. 3. 24

데브루키

해보리

빛과 그림자

적절한 조명 + 적절한 그림자

= 사실적인 물체

빛(Light)

비교적 파장이 짧은

전자기파

가시광선, 적외선,

자외선, X선 등

빛은 파장에 의해 구별된다

일상 생활의 빛은 여러 빛들 조합된 것

파장은 파동의 두 봉우리(peak) 사이의 거리

색은 가시적 범위의

빛 파장이다

빛은 연못의 물결처럼

공간 사이를 흘러가는

파장(wavelength)이다

빗방울처럼

입자로도

표현 가능

색에 대한 정의

빛의 스펙트럼(분광)의

조성차(組成差)에 의해서

성질의 차가 인정되는

시감각(視感覺)의 특성

색을 파악하는 요소

• 색을 느낄 수 있는 것은 광원, 물체(대

상), 눈, 뇌의 작용 이라는 4가지 요소가 있

기 때문

• 우리의 눈은 색상보다는 명암이나 움직임

에 더 민감하며 색상을 볼 때는 빨간색의 가

시거리가 가장 길다

눈에 보이는 색채의

세가지 경우

광원색

물체색

투과색

광원색

발광체에서 빛을 직접 보는 경우

물체색

어떤 대상이 빛을 흡수하거나 반사하는 경우

투과색

어떤 대상을 빛이 투과하는 경우

빛의 파형

영역

뉴턴의 스펙트럼 실험

• 무지개색으로 알려진 7가지 색 정리

• 1967년 뉴턴의 백색광 분해 실험

인간의 가시 영역

• 일반적인 사람의 경우 400~700nm 감지

• 최대 380~800nm 까지 감지한 사람도 존재

• 빛에 적응된 눈은 녹색 부분(약 555nm)에

서 최대 감도를 나타냄

• 광원에서 나온 빛이 물체에 투과될 때

• 투사된 빛을 산광이라 하고 산광이 완전 반사 될 때 생김

• 일부 흡수되기 때문에 약 20% 회색이 섞임(종이)

흰색(white)

• 일부를 흡수 나머지를 반사

• 반사광이 많을 수록 명도가 높아짐

회색(gray)

• 물체에 100% 빛이 흡수된 경우

• 보통은 소량 반사함(10% 정도)

검은색(black)

• 위에 색을 제외한 나머지

• 약 750만 종

• 식별 가능한 색은 300여 종

• 일상 생활에 필요한 색은 약 50여 종

유채색

원색(primary color)

• 더 이상 분해할 수 없는 색

• 기본색, 기준색, 표준색 등 모든 색을 나타

낼 수 있는 최소한의 색

• 색의 삼원색은 시안, 마젠타, 노랑(CMY)

• 빛의 삼원색은 빨강, 파랑, 초록(RGB)

가색혼합(색광의 혼합)

• 가색혼합, 가산혼합, 색광혼합, 정혼합, 상

가혼합, 플러스혼합 등의 용어로 사용

• 서로 빛을 합하기 때문에 가산혼합이라 함

• 가색 혼합의 2차 색들은 색료혼합의 3원색

이 됨

• 일반적으로 모니터 등에서 사용하는 색

가색혼합

• G + B = C

• R+ B = M

• R + G = Y

• R + G + B = W

감산혼합(색료의 혼합)

• 감색혼합, 감산혼합, 색료혼합, 마이너스혼

합 등의 용어로 사용

• 물감의 혼합은 흡수광을 합쳐 물체색이 되

므로 반사광이 줄어들기 대문에 감색혼합

이라 함

감색혼합

• 자주 + 노랑 = 적

• 노랑 + 청록 = 녹

• 청록 + 자주 = 청

• 자주 + 노랑 + 청록 = 흑

중간혼합

• 병치 혼합

– 서로 다른 두 색을 서로 교차하여 패턴화

• 회전 혼합

– 동일지점에서 40~50회/s 반복 자극

그 외에 색을 표현하는 방법

• RGB (Red-Green-Blue)

• CMY (Cyan-Magenta-Yellow)

• HSB (Hue색상-Saturation채도-Brightness명도), HSL

• HSV (Hue-Saturation-Value)

• …

색과 소리• 색채 심리학 연구소 하인리히 프릴링의 실험(1980)

– 빨강 : 큰, 트럼펫 소리

– 분홍 : 부드러운, 은은한

– 주황 : 큰 장조의

– 갈색 : 어두운, 우울한, 단조의

– 금색 : 화려한 장조의

– 노랑 : 날카로운, 장조의

– 연두색 : 고음의, 단조의

– 녹색 : 잘 들리지 않은(뚜렷하지 않을 때), 날카로운(채도가 높을 때)

– 파랑 : 희미한, 플루트에서 바이올린까지의 소리에 해당

– 군청색 : 어두운, 깊은, 더욱 심한 단조의

– 밝은 자주 : 약한, 차분한

색과 음식

• 식욕을 자극하는 요소 중 시각이 차이하는

부분이 87%

• 미각은 10%에 불과

그러므로

색(Color)

재질

빛

이다.

광원(light)

• 실세계의 빛(자연광)은 사물을 만나 반사된

다

• 실제로 모든 빛은 모든 것에 반사되고 반사

될 때 어떤 빛은 표면에 흡수되며 어떤 빛은

임의의 방향으로 빛을 흩어트린다

• 하지만 현실같은 빛의 계산은 비용이 크다

일반적인

조명 모델주변광

(ambient)

분산광

(diffuse)

반사광

(specular)

Ambient Light

• 환경광, 주변광

• 다른 일반 표면에서 반사되어 나오는 빛

• Scene을 전반적으로 밝게 함

Diffuse Light

• 난반사광

• 특정 방향으로 진행 하다가 표면에 닿으면

모든 방향으로 동일하게 반사됨

• 관찰자의 위치와 무관

• 가장 일반적인 형태

Specular Light

• 정반사광

• 특정 방향으로 진행하다가 표면에 닿으면

한 방향으로 강하게 반사

• 반짝이는 표면을 모델링 할 때 이용

Direct3D 9.0c

• 설마 아직도 XP를?

• XP라고 해도 SP3까지는 다들? (벌써 8년)http://www.microsoft.com/download/en/det

ails.aspx?id=21416

Direct3D의 Graphics Pipeline

Direct3D10의 Lights 예제

• 이펙트 연동 변수 하나 만들어서 전달

Direct3D11의 Lights 예제

• 상수 버퍼 하나 만들어서 다 때려 넣으면…

Direct3D11의 Lights 예제

• 나머지는 셰이더 처리

하지만 여기서 할 껀 D3D9

• 왜? 이론적인 설명이 잘 나와 있으니까

• 어디에? 매뉴얼에…

라이팅의 수학

• Ambient Lighting

• Diffuse Lighting

• Specular Lighting

• Emissive Lighting http://msdn.microsoft.com/en-

us/library/windows/desktop/bb147178(v=vs

.85).aspx

Ambient Lighting

Ambient Lighting

Diffuse Lighting

Diffuse Lighting

Specular Lighting

Specular Lighting

Emissive Lighting

현실은?

• 하드웨어의 성능도 좋아졌지만 요구사항도

그만큼 많아졌다

• 아직도 Ray Tracing을 실시간으로 구현하

는 건 비용이 크다

• 어떻게 하는 게 좋을까?

다양한 기법 등장

• 좀 더 빠른 조명 공식

• 전처리 기법

– 텍스쳐의 활용

• 후처리 기법

– SSGI 기법들

환경맵핑

• 큐브, 스피어 환경맵

라이트 프로브

• 미리 조명값을 계산한 지역별 객체를 심어

두고 해당 객체의 조명 정보를 이용

http://blogs.unity3d.com/2011/03/09/light-

probes/

11호님의 ‘GI 프로브 라이트’

http://cafe.naver.com/devrookie/5686

Lightmap

• Irradiance Map

• 라이트 정보를 담고 있는 이미지https://developer.valvesoftware.com/wiki/Li

ghtmap

Lightmap 공정

알고리즘 종류

• ISO-charts

• LSCM

• ABF++

• D-charts

• MCGIM

• …

Shadow Map

• PSM(Perspective Shadow Map)

• LiSPSM(Light Space Perspective Shadow Map)

• TSM(Trapezoidal Shadow Maps)

• CSM(Cascade Shadow Mapping)

• PSSM(Parallel-Split Shadow Maps)

• LOGSM(Logarithmic Shadow Map)

• …

LiSPSM

(Light Space Perspective

Shadow Map)http://x66vx.egloos.com/3808794

http://starlike.cafe24.com/moniwiki/wiki.php

/LightSpacePerspectiveShadowMaps

PSSM(Parallel-Split Shadow Map)

http://http.developer.nvidia.com/GPUGems

3/gpugems3_ch10.html

Deferred Shading

알콜코더님의 ‘Deferred Shading’

http://cafe.naver.com/devrookie/5072

Deferred Shading

http://ozlael.egloos.com/2423070

결론