음영
Shading |
음영이란 3D 모델(3D 컴퓨터 그래픽 분야) 또는 그림(3D 아트)에서 어둠의 수준을 [1]변화시켜 깊이 지각의 묘사를 말합니다.쉐이딩은 물체의 표면에서 빛의 국소적인 거동에 근접하려고 하며, 빛의 전역적 거동에 해당하는 그림자 매핑이나 그림자 볼륨과 같은 그림자를 추가하는 기술과 혼동해서는 안 됩니다.
그림에서
음영은 전통적으로 어두운 영역에는 미디어를 더 촘촘하게, 어두운 영역에는 더 어두운 음영을, 밝은 영역에는 덜 조밀하게 또는 더 밝은 음영을 적용하여 어두운 범위를 묘사하는 데 사용됩니다.빛이나 음영 영역이 있는 물체 등 밝은 패턴은 종이에 [2][3]깊이의 착각을 일으킬 때 도움이 됩니다.
다양한 근접도의 수직선을 그리드 패턴으로 그려 영역을 음영화하는 크로스 해칭 등 다양한 음영 기술이 있습니다.선이 가까울수록 영역이 어둡게 표시됩니다.마찬가지로 선이 멀리 떨어져 있을수록 영역이 더 밝아 보입니다.
파우더 쉐이딩은 스케치 쉐이딩 방법입니다.이 스타일에서는 그림을 그리기 위해 가루와 종이 그루터기를 사용한다.(컬러로 할 수 있습니다).이 스탬핑 파우더는 매끄럽고 반짝이는 입자가 없습니다.사용하는 용지는 가루가 종이 위에 남아 있도록 작은 알갱이를 입혀야 합니다.
컴퓨터 그래픽스
컴퓨터 그래픽스에서 쉐이딩은 3D 장면에서 물체/표면/폴리곤의 색상을 변경하는 과정을 말합니다.표면의 빛에 대한 각도, 빛으로부터의 거리, 카메라와의 각도 및 재료 특성(예: 양방향 반사율 분포 기능)을 바탕으로 사실적인 이미지를 만듭니다.fect.
쉐이딩은 렌더링 프로세스 중에 셰이더라고 불리는 프로그램에 의해 수행됩니다.
광원에 대한 표면 각도
쉐이딩은 광원 또는 광원에 대한 표면의 각도에 따라 3D 모델의 얼굴 색상을 변경합니다.
아래 첫 번째 이미지는 렌더링된 상자의 면이지만 모두 같은 색입니다.모서리 선도 여기에 렌더링되어 이미지를 보기 쉬워졌습니다.
두 번째 이미지는 모서리 선 없이 렌더링된 모델과 동일합니다.상자의 한쪽 면이 어디에서 끝나고 다음 면이 어디에서 시작되는지 구별하기는 어렵다.
세 번째 이미지에는 음영이 활성화되어 있어 이미지를 보다 사실적으로 만들고 어떤 얼굴이 어떤 얼굴인지 쉽게 확인할 수 있습니다.
조명의 종류
셰이더는 결과 색상을 계산할 때 조명 모델을 사용하여 표면의 특정 지점에서 반사되는 빛의 양을 결정합니다.다른 조명 모델을 다른 쉐이딩 기술과 조합할 수 있습니다.조명은 빛의 반사량을 나타냅니다만, 쉐이딩은 최종 결과를 계산하기 위해서 이 정보를 사용하는 방법을 결정합니다.예를 들어 특정 지점에서만 조명을 계산하고 보간법을 사용하여 나머지를 채울 수 있습니다.또한 셰이더는 고려해야 할 광원의 수 등을 결정할 수도 있습니다.
주변 조명
주변 광원은 장면의 모든 물체에 균등하게 영향을 미치는 전방향, 고정 강도 및 고정 색상의 광원을 나타냅니다.렌더링하는 동안 씬(scene)의 모든 객체가 지정된 명암과 색상으로 밝아집니다.이러한 유형의 광원은 주로 장면에 다양한 물체의 기본 보기를 제공하는 데 사용됩니다.이것은 구현하기에 가장 간단한 유형의 조명이며, 빛이 여러 번 산란되거나 반사되는 방법을 모델링하여 균일한 효과를 냅니다.
주변 조명은 주변 조명과 결합하여 장면의 각 지점이 얼마나 노출되어 있는지 나타내며, 반사할 수 있는 주변 조명의 양에 영향을 줄 수 있습니다.이로 인해 장면 전체에 걸쳐 확산된 무방향 조명이 생성되어 명확한 그림자가 드리워지지 않고 밀폐된 보호 구역이 어두워집니다.결과는 보통 흐린 날과 시각적으로 비슷합니다.
점등
빛은 한 지점에서 나와 사방으로 퍼져 나간다.
스포트라이트
스포트라이트 모델링: 빛은 단일 지점에서 시작하여 원뿔 모양으로 바깥쪽으로 퍼집니다.
영역 조명
빛은 단일 평면상의 작은 영역에서 발생한다.(점광원보다 더 사실적인 모델)
지향성 조명
지향성 광원은 주어진 방향에서 모든 물체를 동등하게 조명합니다. 예를 들어, 무한 크기 및 씬으로부터의 거리가 무한인 영역광과 같습니다. 음영이 있지만 거리 하락은 있을 수 없습니다.이것은 태양과 같다.
거리 낙하
이론적으로 평행한 두 표면은 태양과 같은 먼 비차단 광원에서 거의 같은 양으로 조명된다.거리 낙하 효과는 음영이 더 많은 영상을 생성하므로 근위부 광원에 대해 사실적일 수 있습니다.
왼쪽 이미지는 거리 하락을 사용하지 않습니다.두 상자 전면의 색상이 완전히 같다는 점에 유의하십시오.두 면이 직접적으로 겹치는 부분에는 약간의 차이가 있는 것처럼 보일 수 있지만, 이는 두 면이 만나는 아래쪽의 수직 모서리에 의해 생기는 착시 현상이다.
오른쪽 이미지는 거리 하락을 사용합니다.클로저 박스의 전면은, 후면 박스의 전면보다 밝습니다.또한 바닥은 멀어질수록 밝은 것에서 어두운 것으로 변한다.
계산
거리 하락은 여러 가지 방법으로 계산할 수 있습니다.
- 거리의 힘 – 일정한 거리에 있는 특정 지점에 대해x광원으로부터 수신되는 광강도는 1/xn에 비례합니다.
- 다른 수학 함수도 얼마든지 사용할 수 있다.
음영 기술
음영 처리 중에는 조명 계산에 종종 표면 법선이 필요합니다.정규값은 모델의 각 정점에 대해 미리 계산하고 저장할 수 있습니다.
플랫 쉐이딩
여기서 조명은 폴리곤의 표면 법선 및 모든 폴리곤이 평탄하다고 가정하여 각 폴리곤에 대해 한 번만 평가됩니다(일반적으로 폴리곤의 첫 번째 정점에 대해, 때로는 삼각망 중심).계산된 색상이 전체 폴리곤에 사용되므로 모서리가 선명해 보입니다.일반적으로 고급 음영 기법의 계산 비용이 너무 많이 드는 경우에 사용됩니다.경사진 하이라이트는 평평한 음영으로 잘 표현되지 않습니다.대표적인 정점에 큰 경사진 컴포넌트가 있는 경우 해당 밝기는 면 전체에 걸쳐 균일하게 그려집니다.특정 하이라이트가 대표점에 포함되지 않으면 완전히 빗나갑니다.이것에 의해, 통상, 경반사 성분은 플랫 쉐이딩 계산에 포함되지 않는다.
부드러운 음영 처리
폴리곤 경계에서 색상이 중단 없이 변화하는 플랫 쉐이딩과 대조적으로 부드러운 쉐이딩은 픽셀 간에 색상이 변경되므로 인접한 두 폴리곤 간에 부드러운 색 전환이 발생합니다.일반적으로 값은 정점에서 먼저 계산되며 이중 선형 보간은 폴리곤의 정점 사이의 픽셀 값을 계산하는 데 사용됩니다.부드러운 음영에는 구라우 음영과[4] 퐁 [5]음영 등이 있습니다.
구라우 셰이딩
문제:
- 조명이 정점에서만 계산되기 때문에 부정확한 부분(특히 큰 삼각형의 경우)이 너무 뚜렷해질 수 있습니다.
- 인접한 폴리곤과의 T 접합으로 인해 시각적인 이상이 발생할 수 있습니다.일반적으로 T-junction은 피해야 합니다.
퐁 쉐이딩
퐁 쉐이딩은 Goraud 쉐이딩과 유사하지만, 빛의 강도를 보간하는 대신 정점 사이에 노멀을 보간하고 조도를 픽셀 단위로 평가한다는 점이 다릅니다.따라서, Guraud 음영 모델에서보다 훨씬 더 정확하게 스펙트럼 하이라이트가 계산됩니다.
- 폴리곤의 각 정점에 대해 정규 N을 계산합니다.
- 쌍선형 보간법을 사용하여 각 픽셀에 대해 N개의i 법선을 계산합니다.(Normal은 매번 다시 정규화해야 합니다.)
- 각 픽셀에 조명 모델을 적용하여 N에서i 광도를 계산합니다.
지연 음영
지연 쉐이딩은 쉐이딩 연산을 2패스로 렌더링함으로써 나중에 연기하는 쉐이딩 기법입니다.비용이 많이 드는 쉐이딩 픽셀을 폐기하지 않고 성능을 향상시킬 수 있습니다.첫 번째 패스는 표면 파라미터(깊이, 노멀, 재료 파라미터 등)만 캡처하고 두 번째 패스는 실제 음영을 수행하고 최종 [6][7][8]: 884 색상을 계산합니다.
기타 접근법
Guraud 쉐이딩과 Phong 쉐이딩은 쌍선형 보간법을 사용하여 구현할 수 있습니다.Bishop과 Weimer는 노멀의 조명 모델과 쌍선형 보간법을 적용하여 생성된 표현의 테일러 급수 확장을 사용할 것을 제안했다.따라서 2차 다항식 보간이 사용되었습니다.이러한 유형의 2차 보간은 Barrera 등에 의해 더욱 상세하게 설명되었으며, 한 2차 다항식은 Phong 반사 모델의 확산 빛을 보간하기 위해 사용되었고, 또 다른 2차 다항식은 스펙트럼 빛에 사용되었다.[10]
Kuij와 Blake는[11] 광원 방향의 벡터뿐만 아니라 폴리곤 위의 법선을 계산하기 위해 구면 선형 보간(Slerp)을 사용했다.유사한 [12]접근방식이 Hast에 의해 제안되었다. Hast는 노멀의 4분의 1 보간법을 사용하여 노멀은 항상 단위 길이를 가지며 계산상 무거운 정규화를 피한다.
플랫 쉐이딩과 스무스 쉐이딩
| 평평한 | 매끄러운 |
|---|---|
| 면의 모든 픽셀에 동일한 색상을 사용합니다.일반적으로 첫 번째 정점의 색입니다. | 부드러운 음영 처리에서는 정점 사이의 색 또는 규범 중 하나의 선형 보간을 사용합니다. |
| 실제로는 거의 모든 가장자리가 어느 정도 둥글기 때문에 실제 물체에 비해 가장자리가 더 뚜렷하게 나타납니다. | 이 기술을 사용하면 가장자리가 사라집니다. |
| 얼굴의 어느 지점에나 같은 색 | 얼굴의 각 부분마다 색깔이 있다. |
| 개별 얼굴이 시각화됨 | 기본 지표면 시각화 |
| 매끄러운 물체에 적합하지 않음 | 모든 물체에 적합 |
| 컴퓨팅 비용 절감 | 높은 계산 비용 |
컴퓨터 비전
컴퓨터 비전에서는 3D 재구성을 위한 일부 방법이 음영 또는 쉐이딩에서 쉐이딩을 기반으로 합니다.화상의 음영에 근거해, 1장의 [13]사진으로부터 3차원 모델을 재구성할 수 있다.
「 」를 참조해 주세요.
- 컴퓨터 그래픽스 조명
- 램버트 반사율
- 미술 기법 목록
- 일반적인 음영 알고리즘 목록
- 셰이더
- 곡면 시각화를 위한 얼룩말 스트라이핑
레퍼런스
- ^ "Graphics: Shading". hexianghu.com. Retrieved 2019-09-10.
- ^ "Drawing Techniques". Drawing With Confidence. Archived from the original on November 24, 2012. Retrieved 19 September 2012.
- ^ "Shading Tutorial, How to Shade in Drawing". Dueysdrawings.com. 2007-06-21. Retrieved 2012-02-11.
- ^ Gouraud, Henri (1971). "Continuous shading of curved surfaces". IEEE Transactions on Computers. C-20 (6): 623–629. doi:10.1109/T-C.1971.223313.
- ^ B. T. Phong, 컴퓨터 생성 사진용 조명, ACM 18 (1975), No. 6, 311–317. (PDF)
- ^ "Forward Rendering vs. Deferred Rendering".
- ^ "LearnOpenGL - Deferred Shading".
- ^ Akenine-Möller, Tomas; Haines, Eric; Hoffman, Naty (2018). Real-Time Rendering (Fourth ed.). ISBN 978-1-1386-2700-0.
- ^ 게리 비숍과 데이비드 M.Weimer, 1986년빠른 퐁 쉐이딩.SIGGRAPH 계산 그래프. 20, 4(1986년 8월), 103~106.
- ^ T. Barrera, A.서둘러, E. 벵트슨Phong-Quality에 가까운 고속 소프트웨어 쉐이딩.WSCG'06, 페이지 109–116. 2006
- ^ Kuijk, A. A. M., E. H. Blake, 각도 보간을 통한 빠른 퐁 음영 처리.컴퓨터 그래픽스 포럼 8 (4) : 1989년 315 ~324 (PDF)
- ^ A. HAS.사분위 보간법에 의한 음영 처리.WSCG'05. 페이지 53-56. 2005.
- ^ Horn, Berthold K.P. "음영에 의한 형상: 하나의 뷰에서 매끄러운 불투명 물체의 형상을 얻는 방법."(1970년) (PDF)
