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니시카와젠지의 3 d게임 팬을 위한「gravity daze」그래픽스 강좌
- 1. 이민웅
- 2. 「GRAVITY DAZE」의 특수한 셰이딩 비밀（1）~ 단순 툰 셰이더가 아닌 반데시네 셰이더란 무엇인 가 「GRAVITY DAZE」의 특수한 셰이딩 비밀（2）~ 윤곽선 생성 「GRAVITY DAZE」의 특수한 셰이딩 비밀(3）~ 배경의 톤맵핑 처리와 톤맵핑의 영향을 받지 않는 캐릭터 모델
- 3. bande dessinée (방드 데시네) ◦ 프랑스어로 만화의 한장면 ◦ 대표적 만화 틴틴의 모험, 스머프 ◦ 아래 그림의 느낌의 셰이더를 구현하기 위해 툰세이더를 새로 만듬
- 4. 일반적인 Lambert 기법에 의한 디퓨즈 라이팅을 계산 밝기를 3단계로 분리한 처리방식 각 단계의 밝기 경계는 아티스트가 설정 3단계의 각 경계부분은 매끄러운 그라디에이션이 되도록 블렌딩
- 5. bande dessinée Shader 「GRAVITY DAZE」의 툰 셰이더（반데시네 셰이더 기초부분） // 캐릭터용 플래그먼트 셰이더의 요점부분만을 추출한 의사코드 // 버텍스 셰이더에서 입력버퍼나 유니폼 버퍼등의 선언은 생략 // 라이트의 영향을 계산한다 //디렉셔널 라이트・포인트 라이트・앰비언트 라이트・카메라 라이트(카메라 측에서 비 추는 빛)의 영향을 받는다 float light = CalcDiffuseLight（dirLight, shadowMap, position, normal, ambientLight, pointLights ...etc ）; // 가장 밝은 색의 중간색과의 블렌드율을 계산 // borderDifAmbH/L은 아티스트에 의해 설정된 보더 라인 값 float diffuseAmbientBlend = smoothstep（borderDifAmbL, borderDifAmbH, light）; // 중간색과 그림자색과의 블렌드율을 계산. // borderAmbShaH/L는 아티스트에 의해 설정된 보더 라인 값 float ambientShadowBlend = smoothstep（borderAmbShaL, borderAmbShaH, light）; // 블렌드율을 기초로 블렌딩한다 // diffuseColor, ambientColor, shadowColor는 아티스트가 설정한 고정색 float3 color = albedoTextureColor * lerp（diffuseColor, ambientColor, diffuseAmbientBlend ）; float3 color = lerp（color, shadowColor, ambientShadowBlend ）;
- 6. 최종영상의 모 델을 와이어프 레임으로 표시 한샷 모델의 할당되 어있는 알베도 텍스처를 그대 로 표시한 샷 윤곽선을 제거한 샷 라이팅 영 향만을 가 시화한 샷 노멀맵의 영향만을 제거한 샷 최종샷
- 7. 물리적으로는 올바르지 않을지도 모르지만, 원하 는 그림자색이 나오도록 의도적으로 추가한 광원 을 적당히 위치시키는것
- 8. 툰 셰이더의 3단계 중간단계의 그라이데이션 이 포인트 여배우광원은 카메라(시점) 방향으로 부터 비춰짐 3단계의 가장어두운부분은 아티스티가 설정한 색이 나 옴 광원의 반대편으로 캐릭터 를 볼 경우 음영색만 나오 므로 디테일이 없어짐 ◦ 카메라 방향으로 추가적인 광 원(여배우광원)을 비추도록함 밝을명 그늘음 중간
- 10. 반데시네의 느낌을 지향하는 매우 커다란 특징은 윤곽선 캐릭터나 배경에 대해서 마치 펜으로 그린것 같은 선 리얼타임으로 생성 캐릭터와 배경은 윤곽선 생성방식이 틀림 ◦ 캐릭터는 2패스 랜더링 ◦ 배경은 Sobel(소벨) Filter를 사용
- 11. 버텍스 셰이더에서 버텍스를 해당 노멀방향으로 확대 카메라(시선)방향을 향하지 않는 폴리곤(뒷면)만을 검게 렌더링 ◦ 확대시킨 캐릭터는, 카메라(시선)방향으로 향하고 있는 것(앞면)을 그리지 않는 것 캐릭터에 덧그리지않기 위해서 스케일시킨 부분이 삐져나와 어두운형태로 남아 그것이 윤곽선
- 12. 윤곽선 렌더링을 할때에 캐릭터에 부여하는 확대 값을 고정치로 해버리면 시점에서 멀거나 가깝게 생성되는 윤곽선의 두께가 변해버리므로, 그 캐릭 터의 시점으로부터 깊이 위치와 시야 화각의 값을 바탕으로 스케일값을 조정 캐릭터가 가깝던 멀던 윤곽선에 두께가 변하지 않 는 것은 이러한 조정값의 덕분
- 13. 왼쪽부터 캐릭터 모델, 노멀방향으로 확대시킨 캐릭터 모델, 최종 렌더링 상태
- 14. 최종영상의 모델을 와이어 프레임으로 표시한 샷 라이팅의 영향만을 가시화한 샷 알베도 텍스처를 그대로 표시한 샷 노멀맵의 영향만을 제거한 샷 윤곽선을 제거한 샷 최종 샷
- 15. 폴리곤 수가 방대한 배경 오브젝트를 윤곽선 렌더 링을 위해 2번 렌더링하는것은 높은 부하와 연결 ◦ 득이 없다 포스트이펙트 처리 시선 벡터와 렌더링 대상 픽셀의 법선 벡터 ◦ 렌더타겟의 α채널에 대해서 영상처리 ◦ 엣지 강조 필터중 한개인「Sobel 필터」를 적용해 주는 것 ◦ 2개의 벡터가 이루는 각도가 작을수록 2개의 벡터의 내 적값은 커지며, 이루는 각도가 클 수록 내적값은 작아짐 ◦ 인접하는 내적값끼리의 차가 큰 부분이 윤곽선이라고 간 주하기 대문에 이것을 Sobel 필터로 하여 강조화하고 표 면화 시키는 것
- 16. 내적대 내적소 그림에서 빨간색 화살표가 시선 벡터, 검은색 화살표가 법선벡터 2개의 벡터가 이루는 각도가 작을수록 2개의 벡터의 내적값은 커지고 이루는 각도가 클수록 내적값은 작아짐 인접한 내적값끼리의 차가 큰 곳이 윤곽선이 되며, Sobel 필터는 이 내적값차를 강조화하는 역할
- 17. 법선과 시선의 내적값을 저장한 α채널의 내용을 가시화한 샷
- 18. 윤곽 : 영상 안에서의 영역의 경계를 나타내는 특징으로 픽셀의 밝기의 불연속 점을 나타낸다 - 스텝 불연속 점 : 영상의 밝기가 갑자기 변하는 곳(스텝 에지) - 라인 불연속 점 : 영상의 밝기가 갑자기 변화하나 조금 지나면 다시 돌아오는 곳(라인 에지) 잡음 제거 필터 수행 후 윤곽선 검출 스텝에지 램프에지, 라인에지 루프에지 (밝기변화에 의한 윤곽선의 기울기 변화 차이 쉽게 느낄 수 있음) 윤곽의 성질 농담 변화를 수반하므로, 윤곽 추출에서는 우선 농도에 주목 오브젝트와 배경의 경계에서 계단형 농도 변화가 생김 깨끗하게 윤곽을 추출하는게 의외로 어려워 여러가지 알고리즘이 고안되어 있음
- 19. 2차 미분 연산자이며 X축, Y축으로 각각 한번씩 미분 기울기의 크기 : "G Gx2 Gy 2 "
- 20. 윤곽선 Off 윤곽선 On
- 21. 720×408 16비트 ARGB 부동소수점(FP16의 HDR （HIGH DYNAMIC RANGE）렌더링 파이프라인을 채택 ◦ 단 HDR 렌더링이 적용되고 있는것은 배경 오브젝트 배경과 캐릭터 모두 한 개의 렌더 타겟에 랜더링 PS Vita도 TV와 PC처럼 RGB 8비트 디스플레이 HDR 렌더링된 렌더타겟의 평균휘도를 얻어서, 그 평균 휘도를 기준으로 하여 어두운 곳과 밝은 곳을 LDR로 압 축하는 비선형 감색(減色)을 적용하는 쪽이 외관이 리얼 하게 됨 카메라의 자동노출 보정 효과나 혹은 눈동자의 조리개에 의한 암순응효과(밝은곳-> 어두운곳 순서)나 명순응 효 과( 어두운 곳 -> 밝은 곳에 순서)를 재현하는 효과
- 22. • 「Photographic Tone Reproduction for Digital Images」 ◦ 주어진 HDR 프레임의 평균휘도를 대수차원에서 구해, 대 수평균 휘도를 기준으로 어두운 값에 대해서는 선형에 가 까운 값을 주는 반면에 밝은쪽으로 갈수록 값의 변화가 더디는 특성 ◦ 물리적인 정확성은 제쳐두고 상당히 인간이 일반적으로 보는 느낌과 비슷하기에 산술적인 처리의 톤맵핑 기법
- 23. 32 X 16 대수평균휘도의 계산을 부하절감을 위해 32 X 16 텍셀까지 축소한 최종영상 프레임에 대해서 수행 빨간색 원으로 대수 평균 휘도를 구하기 위한 축소판의 최종영상 프레임
- 24. 캐릭터를 렌더링할때 메인 렌더타겟과 같은 해상도의 스텐실 버퍼에도 동시 출력 비 HDR 렌더링의 캐릭터들에게 톤맵핑을 적용하지 않기 위한 스텐실 마스크
- 25. 톤맵핑 없음 톤맵핑 있음
- 27. 하늘 ◦ 녹색에서 노란색의 그라디에이션이거나, 노란색에서 핑 크, 보라색에서 빨강색으로의 그라디에이션형태 안개 ◦ 보라색, 녹색, 노란색등 매우 유니크 특수한 리얼리티를 느낄수 있으며, 하늘과 포그에 묘한 일체감 느낄 수 있음
- 28. 안개의 색과 하늘 텍스처는 씬의 깊이 값을 매개로하여 결 정 가까이 있는 배경일 수록 안개의 색이 강하게 나타나며, 멀 리 있는 배경일 수록 하늘 텍스처의 색이 지배적으로 나타 나도록 설정 씬의 렌더링 결과로 합성하면 시점으로부터 본 공기층의 두 깨가 무시되므로, 합성시에는 깊이 값을 보고 공기층이 두 꺼울 수록 안개의 색이 강하게 나타나도록 합성 먼 거리에 배경 오브젝트에 관해서는 라이팅 및 셰이딩을 생략하여, 배경 오브젝트를 폴리곤으로만 렌더링 폴리곤으로 렌더링된 영역에도 시선 벡터와 배경 오브젝트 상의 각 픽셀의 노멀벡터와의 내적값은 α채널에 집어넣기 에, 배경에 대한 윤곽선 렌더링은 구별없이 수행
- 29. 근거리 포그색 프레임버퍼 하늘 텍스처 포그 색 깊이 버퍼 농도
- 30. 텍스처는 카메라 방향을 기 준으로 별도의 버퍼에 매 프레임 렌더링 깊이 버퍼 절차적인 기법에 의해 생성된 안개・하늘 텍스처
- 31. • PS3 이건 Xbox 360이건, 일반적인 GPU에서는 렌더 타겟 의 내용을 읽어낼수 없음 일반적인 GPU에서는 한번 렌더링을 완료 시키고, 그것을 텍 스처로하여 다음 패스에서 참조 2패스 방법 • PowerVR SGX543MP4+ 렌더타겟의 내용을 해당 패스에서 읽어 내고 다시 그릴수 있 음 셰이더에서 렌더타겟의 내용을 읽어 다시 그릴수 있다는 것은 실질적으로 프로그래머블한 블렌딩을 구현할수 있다는 것 하늘과 안개 씬에서 합성처리 배경 오브젝트 윤곽선의 합성 결과를 그려 넣을때에 이 기능 이 효과적으로 활용
- 32. 안개, 하늘 off 가장 멀리 있는 배경 이 폴리곤으로만 렌 더링되고있는 것을 알수 있다 안개, 하늘 on 폴리곤의 렌더링은 보여지지 않는다 오 히려 멀리있는 배경 은 윤곽선만이 남아, 비쥬얼의 깊은 맛을 살리고 있다