[ 3D 모델링 기초 이론 ] PBR(물리 기반 렌더링)에 대한 정리.

 

 

[ 3D 모델링 기초 이론 ] PBR(물리 기반 렌더링)에 대한 정리.

 

 

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∇ 물리 기반 렌더링에 대한 모든 것

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    3D 아티스트가 객체 표면의 텍스처를 실감나게 표현하기 위해서는 

      빛이 객체의 표면과 상호작용하는 방식을 심도있게 이해해야 합니다.

 

 

    가상 환경 상에서는 텍스처와 재질은 조명(라이팅)에 영향을 받습니다.

     따라서 조명의 원리를 잘 이해할수록 텍스처를 더욱 실감나게 표현 가능합니다.

 

 

 

 

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∇ 물리 기반 렌더링의 이해

     물리 기반 쉐이딩(PBS)이라고도 불리는 물리 기반 렌더링(PBR)은 조명과 재질 속성의 상호 작용 방식을

     정확하게 구현하는 쉐이딩 및 렌더링 기법입니다.

 

     PBS는 쉐이딩에 특화된 것이고,  PBR은 렌더링과 조명을 위한 기법으로

     3D 모델링 워크플로우에 따라 적절히 사용할 수 있습니다.

   

     두 가지 모두 물리적으로 정확한 지점에서 에셋을 구현시키는 것을 목표로 합니다.

 

     컴퓨터 그래픽 또는 3D 영화*영상 제작 시 실시간 렌더링 시스템을 사용하는 경우

      물리 기반 렌더링 방식으로 쉐이딩을 처리하면 워크플로우의 퀄리티가 훨씬 향상됩니다.

 

 

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∇ PBR 사용 시 얻을 수 있는 3가지 이점.

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       * 사실적인 이미지 구현

            : PBR은 물리적으로 정확하게 구성된 공식에 기반을 둔 방법론과 알고리즘을 사용하여

              투명도와 같은 표면의 속성을 실제물질과 가장 흡사한 재질로 정확하게 구현합니다.

 

       * 일관된 환경 구성

            : 사용중인 조명 시스템에 관계없이 일관된 PBR 환경에서 다양한 이미지를 구현 가능합니다.

 

       * 지속 가능한 워크플로우.

            : PBR은 다양한 업계의 아티스트가 일관된 아트웍을 제작하기 위해 사용하는 워크플로입니다.

             

 

 

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∇ PBR과 포토리얼리즘.

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포토리얼리즘이란, 이미지를 사진과 같이 사실적으로 묘사해내는 것을 말합니다.

 

PBR이 빛이 개체와 상호 작용하는 방식을 정확하게 표현해낸다는 점에서

PBR은 포토리얼리즘에 가깝다고 할 수 있습니다.

 

빛에 따라 멋진 이미지가 완성되기도 하고, 오히려 이미지의 질을 해칠 수도 있습니다.'

 

실제와 가장 흡사하게 오브젝트를 만들면서 사용자/시청자에게 더욱 몰입감 있는 경험을 제공할 수 있습니다.

사실감 넘치는 배경은 스토리에 집중하게 만들고, 반대로 사실감이 떨어지게 되면 스토리에 몰입하기가 어렵습니다.

 

 

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∇ PBR의 기본 : 반사도 이해하기.

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    PBR을 진행할 때, 아티스트는 기본 반사도, 즉 반사된 색상과 빛의 최소량을 알아두어야 합니다.

 

    '정반사의 개념'은 표면에서 반사된 빛을 말합니다.

 

     광선은 표면에서 반사되어 다른 방향으로 이동하며,

     완전히 평평한 표면에서 반사각=입사각 이라는 반사의 법칙을 따릅니다.

 

      그러나, 대부분의 표면들은 불규칙한 구조를 가지며, 표면의 거친 정도에 따라서 반사의 방향이 달라지게 됩니다.

      이때 빛의 방향이 바뀌지만 빛의 강도는 일정합니다.

 

                거친 표면상에서는 크고 흐릿한 하이라이트가 표현됩니다.

                매끄러운 표면은 정반사의 초점을 유지하고 적절한 각도에서 볼 때 밝거나 강렬하게 보입니다.

 

 

       [ 확산, 확산광, 서브서피스 스케터링 ]  이라는 용어는 모두 내부에서 흡수되거나  산란된 빛의 효과를 말합니다.

 

        빛이 산란되면 광선의 방향이 임의로 바뀌게 됩니다.

 

         특히 거친 표면은 빛을 산란시키므로 재질 표면의 거친 정도에 따라 빛에 편차가 발생합니다.

 

         산란은 빛의 방향을 임의로 정하지만, 강도는 변경하지 않습니다

            산란된 빛은 때때로 표면에 다시 한번 표현되기도 합니다.

 

 

         높은 산란율과 낮은 흡수율을 가진 재질을 [ 반투과 매체 또는 반투명 재질 ] 이라고 합니다.

               연기, 우유, 피부, 옥, 대리석 등이 여기에 해당하는 예시입니다.

 

       빛은 반투명 재질을 통과할 때 흡수되거나 산란될 수 있습니다.

 

       빛이 흡수되면 열과 같은 에너지 형태로 바뀌면서 빛의 강도는 감소합니다.

       이러한 빛의 변화는 파장값에 따라 다르지만, 광선의 방향은 바뀌지 않습니다.

 

 

        유리와 같이  산란이 없고 흡수율이 낮은 재질의 경우, 광선은 표면을 직접 통과할 수 없습니다.

         수영장의 물이 깨끗한 상태와 탁한 상태에서 시야거리가 다르게 보이는 것으로 예시를 들 수 있습니다.

         이러한 재질은 빛이 멀리 이동할수록 더 많이 흡수되거나 산란됩니다.

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∇ 프레넬 효과.

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   프레넬 효과는 표면에서 반사되는 빛의 양이 

      사람이 감지하는 시야각에 따라서 달라진다는 것을 의미합니다.

 

       수영장 표면에서 바닥을 본다고 가정할 때

 

         수직으로 아래를 내려다보면 바로 바닥을 볼 수 있습니다  ( 0도 입사, 수직 입사 )

 

           한편, 광선이 표면에 스쳐가듯 평행하게 입사하는 '접지 입사'에서

            수영자 아래를 보면 정반사가 심해지면서 표면 아래부분이 전혀 보이지가 않습니다.