셰이더) 조명셰이더 난반사광

기초 조명셰이더 난반사광

(게임속에서 직접광은 계산하지만 간접광은 수없이 

반사의 반사를 거치므로 표현하기 어렵다고 한다.)

간접광 : 반사되는 빛

직접광 : 광원으로 직접 받는 빛

난 반사광(Diffuse Light)

우리가 물체를 볼 수 있는 이유는 다른 물체가 비추는 빛이 이 물체를 표면에 반사되기 때문에 볼 수 있는 것이다. 이 것이 난 반사광이라고 한다.

물체를 어느 방향에서 보든 명암이나 색조가 크게 변해 보이지 않는 이유가 여러 방향으로 고르게 퍼지는 난 반사광 덕분이다.

(그림 : https://kblog.popekim.com/2011/12/04-part-1.html)

수학적으로 난 반사광을 어떻게 계산하려면?

lambert모델(게임에서 주로 사용됨)을 살펴보면 

입사광이 이루는 각의 코사인 값을 구하면 난 반사광의 양을 구 할 수 있다.

입사광과 법선의 두개의 각도에 따라 코사인 값은 아래와 같다.

0도 => 1

90도 => 0

90도를 넘는 순가 음수 값을 갖다가

180도에서 -1

음수 값은 아예 깜깜해지기 때문에 값 변경이 필요하다.

 

코사인값을 구하는 수학 공식을 보면

cosθ = (A ∙ B) ÷ (| A |ⅹ| B |);

두 개의 내적을 구한 뒤 두 벡터의 길이를 곱한 결과를 나눈 것과 같다. 

여기서 두 벡터를 1로 정규화한다. (두 벡터가 이루는 각이 중요할뿐 길이는 중요하지 않기 때문에) 

cosθ = (A' ∙ B')

두 벡터가 이루는 각의 코사인 값은 두 벡터의 내적과 같다는 의미이다.

셰이더에서 난 반사광을 계산하려면?

물체 표면 벡터는 정점에 저장되어 있기 때문에 그대로 가져오면 되고 입사광의 벡터는 광원의 위치에서

현재 픽셀 위치까지 긋고 그 그것의 벡터를 가져와야한다.

선을 긋는 것을 벡터의 뺄셈이라고 하는데, 모든 변수의 공간을 일치 시킨 뒤 현재 위치에서 광원의 위치를 빼면 입사광의 벡터를 구할 수 있다. (표면의 법선도 같은 공간에 있어야 함)

난 반사광 범위는 0~1이니까 위에서 코사인값을 0이하의 값은 0으로 1이상의 값을 1로 맞춰 줘야한다.

학습참고 출처 https://kblog.popekim.com/2011/12/04-part-1.html