[Unity][Shader] 유니티쉐이더 스타트업 : ch10.디지털라이트 이론

 

 

 

 

오늘은 [유니티 쉐이더 스타트업]을 읽고 공부한 내용을 정리해보려고 합니다.

혹시 몰라 참고 교재 아래에 첨부해 두도록 함 👇

[유니티 쉐이더 스타트업]

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🍪 목차

 

• 디지털 라이트의 분류와 원리
• 벡터의 개념과 특성
• 노멀벡터
• 벡터의 연산
• 벡터 연산을 이용한 디지털 조명연산

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디지털 라이트의 분류와 원리

 

먼저 엔진에서 기본적으로 제공하는 3가지의 라이트를 알아보겠습니다.

좌측부터 :  스팟 라이트 / 디렉셔널 라이트 / 포인트 라이트

1. 스팟 라이트

: 특정 부분을 강조할 때 사용하는 조명

2. 포인트 라이트

: 둥근모양의 조명 디렉셔널 라이트보다 무겁다.

3. 디렉셔널 라이트

: 직진성을 가진 조명 range가 없고 '방향'만이 존재, 가장 가벼운 라이트, 태양대신 사용

 

 

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좌 : 조명과 면이 마주볼 때, 조명과 면이 90도가 될 때

라이트가 있는 뷰포트에 Plane을 하나 추가해 줍니다.

우리는 Directional Light를 회전해보며 위와 같은 상황을 발견할 수 있습니다.

 

우리는 이를 통해 "면과 빛의 방향이 마주볼때 가장 밝고, 명과 빛의 방향이 90도에 가까워질 수록 점점 어두워진다"는 사실을 도출할 수 있습니다.

 

 

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벡터의 개념과 특성

 

앞서 말한 방향을 우리는 앞으로 벡터라는 개념으로 말하게 될 것 입니다.

 

( 벡터 ) = ( 방향 ) + ( 크기 )

* 단위 벡터 = 크기가 1인 벡터

 

앞서 라이트 파트에서 했던 말을 우리는 동일한 의미로 다르게 말할 수 있습니다.

"표면벡터와 조명벡터가 서로 마주볼때 가장 밝고, 두 벡터의 각도가 벌어질 수록 점점 어두워진다"

 

 

벡터는 방향과 크기가 같으면 동일 벡터로 볼 수 있습니다. 이는 위치값이 의미가 없다는 말입니다.

그렇다면 벡터는 어떻게 표시할 수 있을까?

위에서 설명했듯, 벡터는 위치값이 달라도 동일 벡터로 보기 때문에 영점으로 평행이동 시킨 뒤 방향과 크기를 확인한다.

우리는 좌측의 벡터를 평행이동시켜 우측의 벡터와 같이 만들어 준 뒤 벡터값이 float2( 0.5, 0.5 ) 라는 것을 확인할 수 있다.

 

물론 이는 2차원 벡터값이고 3차원이나 음수값은 아래와 같이 표시할 수 있다.

좌(3차원) : float3 ( x, y, z)  / 우(음수) : float2 ( -0.5, -0.5 )

 

 

 

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노말 벡터

 

앞서 이야기 한 내용 중 [조명벡터]와 [표면벡터]에 대한 이야기가 나왔는데 표면벡터는 면의 방향을 표현하는 노말벡터로도 부를 수 있다.

요즘의 노멀벡터는 면이 아니라  버텍스가 갖고있어 한 버텍스는 각진 면들을 표현하기 위해 다수의 벡터값을 가진다.

3면으로 둘러싸인 버텍스가 갖는 3개의 벡터값

 

 

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벡터의 연산

 

(작성중)

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벡터 연산을 이용한 디지털 조명 연산

 

앞서 배운 내용에 따라 우리는 노말 벡터와 조명벡터가 마주보는 상황, 즉 빛이 가장 밝을 경우를 계산해보려고 합니다.

두 벡터는 180도로 만나는 관계이므로 -1의 값을 갖습니다.

 가장 밝은 상황의 값이 -1이라니 어색합니다.

그래서 연산하기 전 조명벡터의 값을 반대로 해줍니다.

이제 조명의 젝터가 같아졌고 두 벡터를 내적하면 1이 나오게 됩니다.

아래 이미지는 이를 3D 오브젝트 중 Sphere에 적용해 본 경우를 그린 것입니다.

 

각 버텍스는 내적값에 따라 다른 값을 갖게됩니다.

 

 

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쉐이더 실습을 앞서 해본 뒤 이론 공부를 하게 됐는데

조명/노멀 벡터에 대해 명확히 알고 나니 파이프 라인을 연결하며 가졌던 궁금증이 풀리는 것 같다.

 

확실히 실습을 병행하며 이론의 목적성을 알아야 호기심을 갖고 깊게 공부하게 되는 듯 하다.