valient killzone ps4 lighting
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Lighting Shader Study
이민웅
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물리 기반 라이팅을 채용 • 퀄리티가 높은 사실적인 랜더링 • HDR 라이팅 환경에서도 외형 일관성이 있다 • 실제 재질관련의 변수들을 사용하기 쉽다
– 아티스트가 사용하는 머트리얼 매개 변수를 단순화하기 쉽다.
• 현실 세계에서의 물리 법칙이라는 분명한 척도가 있기 때문에 문제 해결이 쉽거나 확장도 쉽다.
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게임 물체의 표면에 빛이 닿으면 반사행동을 균일하게 반사함 디퓨즈 반사는 지향성있고 스펙큘라는 외형에 의존해 근사
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비금속의 경우 아래 그림과 같이 확산 디퓨즈(파란 선)와 스펙큘라 반사 (노란선) 모두가 일어남
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금속의 경우는 아래와 같이 거의 스펙큘라 반사 (노란선)이 지배적입
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마이크로 패싯 : 물리학 기반의 스펙큘라 조명
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F (l, h) : 프레넬에 의해 빛 벡터와 하프 벡터가 이루는 각도에 따라 스펙큘라의 반사율이 달라짐
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D (h) : Roughness(거칠기)는 마이크로 패싯이 반사하는 스펙큘라의 확산 정도 (노말상태)을 변경
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기하 감쇠율 G (l, v, h) : 마이크로 패싯 자신에 의해 차폐되는 조명의 양을 구함
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적은 재료에서 사실적으로 표현
• 세 가지 매개 변수를 사용 – Albedo (RGB8) – Roughness (R8) – Specular Reflectance
(RGB8)
• 디퓨즈 라이팅과 스펙큘라 라이팅(반사율)을 따로 계산
• 스펙큘라 라이팅에서는 Roughness , Specular Reflectance 이것만을 가지고 계산
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Roughness(거칠기) 를 변화 시켰을 때의 스펙큘라라이팅의 외형 변화에서 거칠기가 거친(0.0)때 노말 반사되고 거칠기가 매끄럽게 (1.0)의 경우 선명한 반사
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비금속 재질의 Specular Reflectance 과 roughness 을 변화 시켰을 때의 외형의 변화
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roughness 을 변화 시켰을 때의 각 금속 재료의 외형 변화에서 값이 낮으면 굵고 까칠 까칠한 외형되고 값이 높으면 매끄러운 외형
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재질의 물리학적 값 사용
• 재질중에는 실제 측정 된 데이터 값을 사용함
– EX) Diffuse, Specular Reflectance 실제 값 이용
• 디자이너는 실제 값(물리학적으로 계산된 값)을 이용하여 텍스쳐를 만듬
– Diffuse같은 경우는 사진촬영으로 수정할수 있음
– Specular Reflectance는 BRDF값을 참조
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비금속 (물이나 플라스틱 등)의 Specular Reflectance 측정 결과
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금속의 Specular Reflectance장의 측정 결과
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마이크로 패싯의 에너지 보존
• Roughness의 값을 변경하였을때 스펙큘라라라이팅의 하이라이트 영역의 크기가 바뀌였을때 밝기도 같이 바뀌도록 설정함
• 마이크로 패싯의 에너지 보존(저장)하는 방법
– 계산시에 값을 정규화하기 때문
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Energy Conservative
Non - Energy Conservative
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스페큐라라이팅의 계산 방법
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Cook Torrance BRDF
• 디퓨즈 라이팅 계산은 k_d * R_d되고 있고, 매우 간단
• 스펙큘라라이팅은 Roughness에 값에 따라 변화하는 마이크로 패싯과 프레넬과 연동
• 마이크로 패싯 기하 감쇠 – Smith Schlick Visiblity Function 를 사용
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• Shadow Fall BRDF
• Based on Cook-Torrance
– Fresnel
– Smith Schlick Visiblity Function
– Normalization based on Specular Reflectance
– Roughness as Specular Importance Cone Angle
• Approximate translucency
– Density maps
– Translucency diffusion maps
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Based on Cook-Torrance • Fresnel – Schlick Approximation
– inSpecularReflectance + (1.0 - inSpecularReflectance) * pow(1.0 - inX,5.0)
• Geometric Attenuation Factor – Smith Schlick Visiblity Function – (inNdotL * inNdotE) / ( (inNdotL * (1.0 - a) + a) *
(inNdotE * (1.0 - a) + a) )
• Normalization based on Specular Reflectance – ( 1.0 - inSpecularReflectance ) * saturate(inNdotL)
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IBL을 사용한 라이팅 방법
• IBL을 계산시 Roughness 값을 가지고만 원하는 결과를 뽑을 수 없어서 Ambient BRDF 사용를 사용한거
• Ambient BRDF 사용 – 시점과 법선의 각도, Roughness , Specular
Reflectance 3 개의 값을 BRDF의 평균치를 계산(라이트를 계산 무시) 반구 적분하여 사전에 Mathematica로 계산하고 3D 텍스쳐로 저장
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IBL Point Based BRDF – factor visualization
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IBL Point Based BRDF
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IBL Point Based BRDF – factor visualization
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IBL Ambient BRDF – factor visualization
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IBL Ambient BRDF
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IBL Point Based BRDF