1. 그림자
빛이 지나가는 경로에 불투명한 물체가 존재하여 빛이 통과하지 못해 생기는 어두운 부분이다. 게임에서 그림자는 모든 물체를 입체감을 더해주는 요소이다. 그림자가 있으면 사물의 공간산 위치를 인지하기 쉽게 만들어주기 때문이다. 유니티는 그림자 또한 쉽게 표현하도록 기능이 구현되어있다.
2. 그림자의 원리
유니티는 쉐도우맵기법을 사용하고 있다. 쉐도우 맵은 깊이 텍스처 값을 이용한 기법이다. 이 기법은 모든 굴곡에서 대응하고 셀프-쉐도우가 처리되는 등 높은 퀄리티를 보여준다.
쉐도우 맵의 원리? (포워드 렌더링)
먼저 뎁스 텍스처를 생성한다. 카메라를 통해서 현재의 씬이 렌더링 되는 정보를 렌더링 하는 과정이다. 렌더링 될 픽셀의 컬러 대신 카메라로부터 픽셀의 위치까지의 거리를 렌더링 한다. 카메라의 가까이 있는 픽셀일 수로 록 검은색, 멀 수록 흰색이다(그림자에 영향을 받는 모든 오브젝트들을 렌더링). 그 후 그림자 처리를 위한 별도의 버퍼가 필요하다. 이 버퍼에는 광원에서 바라보는 오브젝트의 픽셀의 깊이를 저장한다. 이 버퍼가 그림자를 위한 정보를 담아서 쉐도우 맵이다.
그림자의 깊이를 저장하는 버퍼를 만든 후 픽셀 쉐이더에서 깊이를 비교하는 과정을 진행한다. 또한 넓은 영역을 커버하기 위해 여러 구역으로 나누기도 하고 계단 현상을 없애기 위해 여러 번 샘플링하여 필터링 처리를 하는 부가 기능들을 추가한다. 그러다 보니 그림자가 렌더링 비용 중 많은 부분을 차지하게 된다.
뎁스 텍스처와 쉐도우 맵이 완성되면 뎁스 텍스처에 있는 정보와 쉐도우 맵에 있는 정보를 비교하여 그림자 영역을 계산한다. 뎁스 텍처에 있는 픽셀들을 순회하면서 해당 픽셀을 광원으로부터의 거리로 변환하여 비교한다.
2. 어떤 그림자를 이용해야 할까
물론 실시간으로 그림자를 활성화시키고 유니티의 그림자 구현능력을 믿어보면 간단하고 편하다. 하지만 그림자를 렌더링 하는 것은 높은 성능을 요구하기 때문에 이렇게 그냥 맡기는 것은 무책임하다. 그렇기에 만들려는 게임이 무엇인지, 어떤 디바이스를 타깃으로 만들 건지 생각하고 그에 맞는 세팅이 필요하다.
아래는 유니티가 제공하는 컴포넌트에서 쉽게 설정할 수 있는 셋팅방법이다.
Mesh Renderer는 메쉬 필터의 지오메트리를 사용하여 오브젝트의 Transform컴포넌트에서 정의된 위치에서 렌더링 한다. 프로퍼티를 간단하게 살펴보면
Cast Shadows : 그림자 라이트가 비춰질 때 메쉬가 그림자를 만든다.
Receive Shadows : 오브젝트에 다른 오브젝트의 그림자를 받는 설정이다. 실시간으로 그림자가 적용된다.
1. 그림자를 필요로 하지 않는 오브젝트인 경우는 CastShadow를 꺼놓아야 드로우콜을 절약할 수 있다.
2. ShadowsOnly로 선택하면 최종 화면에는 렌더링 되지 않지만 쉐도우 맵에는 반영되어 그림자를 만드는 오브젝트가 된다. 즉 화면에는 보이지 않는 특성이 있어 그림자 처리만을 위한 3D 모델에 활용할 수 있다.
씬뷰에는 메시만 보이고 게임 뷰에서는 그림자만 보인다.
3. Light -> Shadow Type
Soft Shadows 가 좋은 만큼 성능도 많이 차지한다. 픽셀 쉐이더의 부담이 된다. 모바일이라면 되도록 HardShadows를 사용한다.
4. Light -> Ressolution
쉐도우맵의 해상도를 나타낸다.
5. Shadow Distance
Edit -> Project Setting -> Quality -> Shadow Distance
Shadow Distance는 카메라로부터 그림자가 그려지는 거리를 의미한다.
이 값이 낮을수록 멀리 있는 그림자는 그리지 않는다. 그러는 대신에 쉐도우 맵에서 오브젝트의 픽셀이 차지하는 비중이 커져 시각적으로 해상도가 올라가는 효과를 낸다.
멀리 있는 슬라임은 그림자를 그리지 않는다.
멀리있는 슬라임의 그림자가까지 그리지만 비교적으로 낮은 품질의 그림자로 보인다.
7. Shadow Cascades
케스트 케이드 쉐도우 맵은 쉐도우 맵을 범위별로 여러 개를 만들어서 사용하는 기법이다. 원근법이 적용된 뷰 프러스텀 공간에 오브젝트를 렌더링하는 유니티에서는 가까운 오브젝트일수록 차지하는 픽셀의 수가 적다.
이러한 한계를 해결하기 위해 프러스텀 영역을 몇 단계로 나누어서 서로 다른 쉐도우 맵을 사용 한다.
Two Cascades는 2등분, Four Cascades는 4등분
많이 쪼갤수록 그만큼 드로우 콜 수도 늘어난다.
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