[PBR][UE4][UE5] PBR, 물리기반 렌더링이란 무엇인가?

 
 

PBR렌더링이란 무엇인가?

 

출처 [unreal engine 공식문서]

 
PBR( Physically Based Rendering ), 즉 물리 기반 렌더링이란 "표면이 현실의 라이트 작용방식을 모방한다"는 뜻으로, PBS( Physically Based Shading )이라고도 불린다.

PBR에 부합하는 머터리얼은 아티스트의 직관에 의존해 파라미터를 세팅하는 셰이딩 어크플로우보다 더욱 정확하고 자연스럽다는 특징이 있다. 모든 라이팅 환경에서 동일하게 일관된 결과물을 만들 수 있고 머터리얼의 상호 의존도가 줄어들어 제작 워크플로우가 사용자 친화적이라는 것이 장점이다.
 
추가적으로 PBR은 에너지 보존법칙에 의해 보다 사실적인 포토리얼리즘을 나타내기에 적합한 렌더링 기법이라고 소개하고있으나, 픽사/디즈니 영화와 같이 포토리얼하지 않은 렌더링에도 적용되고있다.
 
 

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덧붙여 설명하자면 나무위키에서는 정반사와 난반사를 어떻게 계산하느냐에 따라 표면의 특성이 정해지는 것을 이용한 렌더방식이라 정의하고있다.
 
PBR이전의 레거시 렌더링도 정반사와 난반사에 관한 것들이 표현되어있을 수 있기는 하나, 레거시 렌더링에서 표면의 재질감을 손으로 음영을 텍스처에 직접 그려 양감을 표시했던 손맵 방식을 알고리즘 방식으로 대체한 것이 물리기반 렌더링이라고 이해하면 될것같다.
 
 
 

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PBR의 어트리뷰트

그럼 언리얼 엔진을 통해 PBR 머터리얼의 어트리뷰트를 살펴보도록 하자
머터리얼의 물리기반에 직접적으로 관련된 어트리뷰트는 총 네가지가 있다.
 

 
1. 베이스 컬러( BaseColor : Albedo )
: 머터리얼의 전반적인 색을 정의하며 V ector3(RGB) 값을 받아 채널 값이 0과 1 사이로 자동 범위제한된다.
 
 

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2. 러프니스( Roughness )
: 머터리얼 표면의 거칠기를 제어하며 반사도를 결정한다. 0에 가까울 수록 거울같이, 1에 가까울 수록 무광이 된다.
- 러프니스 수치에 따라 정반사와 난반사의 비율이 바뀐다.
 

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3. 메탈릭( Metallic )
: 0과 1 사이의 값을 받으며, 머티리얼이 금속인지, 비금속인지를 정의한다.
 
 

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4. 스페큘러( Specular )
:  0과 1 사이의 값을 받으며, 표면에 스페큘러 라이트가 반사되는 정도를 제어한다.
- 스페큘러 값이 커질수록 정반사의 비율이 커진다.
 

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PBR을 대하는 아티스트의 자세

위에서 설명한 PBR내의 각 텍스쳐는 하는 역할이 분명하게 있다.
따라서 아티스트는 PBR을 잘 활용하기 위해서는 PBR의 포인트를 알고 잘 활용해야한다.
아티스트는 알베도 맵에 그림자와 하이라이트를 넣지 않아야 한다는 것이다.
이게 무슨 말인가? 살펴보자면

PBR은 에너지 보존 법칙에 의거해 구현되는데
에너지 보존법칙에 대해 쉽게 이야기 하자면 리플랙션(reflection)을 들어 설명할 수 있다.
쉽게말해 ”물체가 받는 빛보다 더 많은 빛을 반사할 수 없다는 것“이다.

그리고 이러한 에너지 보존 법칙은 PBR렌더링에 사실적인 그래픽을 구현하게 한다.
이것으로 PBR의 핵심 개념을 알 수 있다. PBR렌더링은 사실적인 그래픽을 위한 렌더링이다.

따라서 PBR을 대하는 아티스트의 올바른 관점은 아래와 같다.

나는 사실적인 것을 만드는 것이지, 과장되는 것을 만드는 것이아니다.

예쁜것과 사실적인 것은 다른 것이다.

 아티스트는 심미성을 위해 게임 내 그래픽을 과장되게 만들고는 하는데 이는 객관적으로도 더 예뻐보일 수 있다. 하지만 이것이 PBR렌더링을 대하는 올바른 자세는 아니라는 것이다.

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이것으로 오늘은 PBR렌더링 방식에 대해 알아보았다.
최근 리얼한 게임이 많이나오고 게임회사들도 언리얼 프로젝트로 갈아타고있는 만큼
언리얼 엔진의 PBR렌더링에 대해 알아볼 필요가 있다는 생각에서시작된 티스토리인데 자료를 찾아볼 수록 배울게 정말 많다는 생각이 든다….
프레넬은 뭐고 감마보정은 또 뭔지 하나씩 공부하다보면 의식적이고 의도가 담긴 아트작업을 할 수 있게 될 것이라 생각하며 오늘 공부를 마친다.

더 많은 내용이 궁금할 사람을 위해 아래 언리얼엔진의 공식 문서를 달아놓겠다. 

 
👇더 많은 내용이 궁금하다면 아래 링크를 참고해보자

물리 기반 머티리얼