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빛과 그림자
 2012. 3. 24
  데브루키
   해보리
빛과 그림자
적절한 조명 + 적절한 그림자
             = 사실적인 물체
빛(Light)
비교적 파장이 짧은
전자기파

가시광선, 적외선,
자외선, X선 등
빛은 파장에 의해 구별된다
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파장은 파동의 두 봉우리(peak) 사이의 거리
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 빗방울처럼
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         공간 사이를 흘러가는
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색에 대한 정의
빛의 스펙트럼(분광)의
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색을 파악하는 요소
• 색을 느낄 수 있는 것은 광원, 물체(대
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• 우리의 눈은 색상보다는 명암이나 움직임
  에 더 민감하며 색상을 볼 때는 빨간색의 가
  시거리가 가장 길다
눈에 보이는 색채의
  세가지 경우
   광원색
   물체색
   투과색
광원색
   발광체에서 빛을 직접 보는 경우

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어떤 대상이 빛을 흡수하거나 반사하는 경우

         투과색
   어떤 대상을 빛이 투과하는 경우
빛의 파형
영역
뉴턴의 스펙트럼 실험
• 무지개색으로 알려진 7가지 색 정리
• 1967년 뉴턴의 백색광 분해 실험
인간의 가시 영역
• 일반적인 사람의 경우 400~700nm 감지
• 최대 380~800nm 까지 감지한 사람도 존재
• 빛에 적응된 눈은 녹색 부분(약 555nm)에
  서 최대 감도를 나타냄
흰색(white)

• 광원에서 나온 빛이 물체에 투과될 때
• 투사된 빛을 산광이라 하고 산광이 완전 반사 될 때 생김
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검은색(black)

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유채색

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• 약 750만 종
• 식별 가능한 색은 300여 종
• 일상 생활에 필요한 색은 약 50여 종
원색(primary color)
• 더 이상 분해할 수 없는 색
• 기본색, 기준색, 표준색 등 모든 색을 나타
  낼 수 있는 최소한의 색
• 색의 삼원색은 시안, 마젠타, 노랑(CMY)
• 빛의 삼원색은 빨강, 파랑, 초록(RGB)
가색혼합(색광의 혼합)
• 가색혼합, 가산혼합, 색광혼합, 정혼합, 상
  가혼합, 플러스혼합 등의 용어로 사용
• 서로 빛을 합하기 때문에 가산혼합이라 함
• 가색 혼합의 2차 색들은 색료혼합의 3원색
  이됨
• 일반적으로 모니터 등에서 사용하는 색
가색혼합
•   G+B=C
•   R+ B = M
•   R+G=Y
•   R+G+B=W
감산혼합(색료의 혼합)
• 감색혼합, 감산혼합, 색료혼합, 마이너스혼
  합 등의 용어로 사용
• 물감의 혼합은 흡수광을 합쳐 물체색이 되
  므로 반사광이 줄어들기 대문에 감색혼합
  이라 함
감색혼합
•   자주 + 노랑 = 적
•   노랑 + 청록 = 녹
•   청록 + 자주 = 청
•   자주 + 노랑 + 청록 = 흑
중간혼합

• 병치 혼합
 – 서로 다른 두 색을 서로 교차하여 패턴화



• 회전 혼합
 – 동일지점에서 40~50회/s 반복 자극
그 외에 색을 표현하는 방법
• RGB (Red-Green-Blue)
• CMY (Cyan-Magenta-Yellow)
• HSB (Hue색상-Saturation채도-Brightness
  명도), HSL
• HSV (Hue-Saturation-Value)
• …
색과 소리
• 색채 심리학 연구소 하인리히 프릴링의 실험(1980)
  –   빨강 : 큰, 트럼펫 소리
  –   분홍 : 부드러운, 은은한
  –   주황 : 큰 장조의
  –   갈색 : 어두운, 우울한, 단조의
  –   금색 : 화려한 장조의
  –   노랑 : 날카로운, 장조의
  –   연두색 : 고음의, 단조의
  –   녹색 : 잘 들리지 않은(뚜렷하지 않을 때), 날카로운(채도가 높을 때)
  –   파랑 : 희미한, 플루트에서 바이올린까지의 소리에 해당
  –   군청색 : 어두운, 깊은, 더욱 심한 단조의
  –   밝은 자주 : 약한, 차분한
색과 음식
• 식욕을 자극하는 요소 중 시각이 차이하는
  부분이 87%
• 미각은 10%에 불과
그러므로
       빛

           재질



       색(Color)
                  이다.
광원(light)
• 실세계의 빛(자연광)은 사물을 만나 반사된
  다
• 실제로 모든 빛은 모든 것에 반사되고 반사
  될 때 어떤 빛은 표면에 흡수되며 어떤 빛은
  임의의 방향으로 빛을 흩어트린다
• 하지만 현실같은 빛의 계산은 비용이 크다
일반적인
                 주변광
조명 모델          (ambient)


         반사광           분산광
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Ambient Light
• 환경광, 주변광
• 다른 일반 표면에서 반사되어 나오는 빛
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Diffuse Light
• 난반사광
• 특정 방향으로 진행 하다가 표면에 닿으면
  모든 방향으로 동일하게 반사됨
• 관찰자의 위치와 무관
• 가장 일반적인 형태
Specular Light
• 정반사광
• 특정 방향으로 진행하다가 표면에 닿으면
  한 방향으로 강하게 반사
• 반짝이는 표면을 모델링 할 때 이용
Direct3D 9.0c
• 설마 아직도 XP를?
• XP라고 해도 SP3까지는 다들? (벌써 8년)
 http://www.microsoft.com/download/en/det
 ails.aspx?id=21416
Direct3D의 Graphics Pipeline
Direct3D10의 Lights 예제
• 이펙트 연동 변수 하나 만들어서 전달
Direct3D11의 Lights 예제
• 상수 버퍼 하나 만들어서 다 때려 넣으면…
Direct3D11의 Lights 예제
• 나머지는 셰이더 처리
하지만 여기서 할 껀 D3D9
• 왜? 이론적인 설명이 잘 나와 있으니까
• 어디에? 매뉴얼에…
라이팅의 수학

•   Ambient Lighting
•   Diffuse Lighting
•   Specular Lighting
•   Emissive Lighting   http://msdn.microsoft.com/en-
                        us/library/windows/desktop/bb147178(v=vs
                        .85).aspx
Ambient Lighting
Ambient Lighting
Diffuse Lighting
Diffuse Lighting
Specular Lighting
Specular Lighting
Emissive Lighting
현실은?
• 하드웨어의 성능도 좋아졌지만 요구사항도
  그만큼 많아졌다
• 아직도 Ray Tracing을 실시간으로 구현하
  는 건 비용이 크다
• 어떻게 하는 게 좋을까?
다양한 기법 등장
• 좀 더 빠른 조명 공식
• 전처리 기법
 – 텍스쳐의 활용
• 후처리 기법
 – SSGI 기법들
환경맵핑
• 큐브, 스피어 환경맵
라이트 프로브
  • 미리 조명값을 계산한 지역별 객체를 심어
    두고 해당 객체의 조명 정보를 이용
http://blogs.unity3d.com/2011/03/09/light-
probes/

    11호님의 ‘GI 프로브 라이트’
    http://cafe.naver.com/devrookie/5686
Lightmap
• Irradiance Map
• 라이트 정보를 담고 있는 이미지
  https://developer.valvesoftware.com/wiki/Li
  ghtmap
Lightmap 공정
알고리즘 종류
•   ISO-charts
•   LSCM
•   ABF++
•   D-charts
•   MCGIM
•   …
Shadow Map
•   PSM(Perspective Shadow Map)
•   LiSPSM(Light Space Perspective Shadow Map)
•   TSM(Trapezoidal Shadow Maps)
•   CSM(Cascade Shadow Mapping)
•   PSSM(Parallel-Split Shadow Maps)
•   LOGSM(Logarithmic Shadow Map)
•   …
LiSPSM
(Light Space Perspective
Shadow Map)
    http://x66vx.egloos.com/3808794

http://starlike.cafe24.com/moniwiki/wiki.php
/LightSpacePerspectiveShadowMaps
PSSM(Parallel-Split Shadow Map)




     http://http.developer.nvidia.com/GPUGems
     3/gpugems3_ch10.html
Deferred Shading




알콜코더님의 ‘Deferred Shading’
http://cafe.naver.com/devrookie/5072
Deferred Shading




          http://ozlael.egloos.com/2423070
결론

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[12 0324] 빛과 그림자

  • 1. 빛과 그림자 2012. 3. 24 데브루키 해보리
  • 2. 빛과 그림자 적절한 조명 + 적절한 그림자 = 사실적인 물체
  • 4. 빛은 파장에 의해 구별된다 일상 생활의 빛은 여러 빛들 조합된 것 파장은 파동의 두 봉우리(peak) 사이의 거리
  • 5. 색은 가시적 범위의 빛 파장이다 빗방울처럼 입자로도 빛은 연못의 물결처럼 표현 가능 공간 사이를 흘러가는 파장(wavelength)이다
  • 6. 색에 대한 정의 빛의 스펙트럼(분광)의 조성차(組成差)에 의해서 성질의 차가 인정되는 시감각(視感覺)의 특성
  • 7. 색을 파악하는 요소 • 색을 느낄 수 있는 것은 광원, 물체(대 상), 눈, 뇌의 작용 이라는 4가지 요소가 있 기 때문 • 우리의 눈은 색상보다는 명암이나 움직임 에 더 민감하며 색상을 볼 때는 빨간색의 가 시거리가 가장 길다
  • 8. 눈에 보이는 색채의 세가지 경우 광원색 물체색 투과색
  • 9. 광원색 발광체에서 빛을 직접 보는 경우 물체색 어떤 대상이 빛을 흡수하거나 반사하는 경우 투과색 어떤 대상을 빛이 투과하는 경우
  • 11. 뉴턴의 스펙트럼 실험 • 무지개색으로 알려진 7가지 색 정리 • 1967년 뉴턴의 백색광 분해 실험
  • 12. 인간의 가시 영역 • 일반적인 사람의 경우 400~700nm 감지 • 최대 380~800nm 까지 감지한 사람도 존재 • 빛에 적응된 눈은 녹색 부분(약 555nm)에 서 최대 감도를 나타냄
  • 13. 흰색(white) • 광원에서 나온 빛이 물체에 투과될 때 • 투사된 빛을 산광이라 하고 산광이 완전 반사 될 때 생김 • 일부 흡수되기 때문에 약 20% 회색이 섞임(종이) 회색(gray) • 일부를 흡수 나머지를 반사 • 반사광이 많을 수록 명도가 높아짐 검은색(black) • 물체에 100% 빛이 흡수된 경우 • 보통은 소량 반사함(10% 정도) 유채색 • 위에 색을 제외한 나머지 • 약 750만 종 • 식별 가능한 색은 300여 종 • 일상 생활에 필요한 색은 약 50여 종
  • 14. 원색(primary color) • 더 이상 분해할 수 없는 색 • 기본색, 기준색, 표준색 등 모든 색을 나타 낼 수 있는 최소한의 색 • 색의 삼원색은 시안, 마젠타, 노랑(CMY) • 빛의 삼원색은 빨강, 파랑, 초록(RGB)
  • 15. 가색혼합(색광의 혼합) • 가색혼합, 가산혼합, 색광혼합, 정혼합, 상 가혼합, 플러스혼합 등의 용어로 사용 • 서로 빛을 합하기 때문에 가산혼합이라 함 • 가색 혼합의 2차 색들은 색료혼합의 3원색 이됨 • 일반적으로 모니터 등에서 사용하는 색
  • 16. 가색혼합 • G+B=C • R+ B = M • R+G=Y • R+G+B=W
  • 17. 감산혼합(색료의 혼합) • 감색혼합, 감산혼합, 색료혼합, 마이너스혼 합 등의 용어로 사용 • 물감의 혼합은 흡수광을 합쳐 물체색이 되 므로 반사광이 줄어들기 대문에 감색혼합 이라 함
  • 18. 감색혼합 • 자주 + 노랑 = 적 • 노랑 + 청록 = 녹 • 청록 + 자주 = 청 • 자주 + 노랑 + 청록 = 흑
  • 19. 중간혼합 • 병치 혼합 – 서로 다른 두 색을 서로 교차하여 패턴화 • 회전 혼합 – 동일지점에서 40~50회/s 반복 자극
  • 20. 그 외에 색을 표현하는 방법 • RGB (Red-Green-Blue) • CMY (Cyan-Magenta-Yellow) • HSB (Hue색상-Saturation채도-Brightness 명도), HSL • HSV (Hue-Saturation-Value) • …
  • 21. 색과 소리 • 색채 심리학 연구소 하인리히 프릴링의 실험(1980) – 빨강 : 큰, 트럼펫 소리 – 분홍 : 부드러운, 은은한 – 주황 : 큰 장조의 – 갈색 : 어두운, 우울한, 단조의 – 금색 : 화려한 장조의 – 노랑 : 날카로운, 장조의 – 연두색 : 고음의, 단조의 – 녹색 : 잘 들리지 않은(뚜렷하지 않을 때), 날카로운(채도가 높을 때) – 파랑 : 희미한, 플루트에서 바이올린까지의 소리에 해당 – 군청색 : 어두운, 깊은, 더욱 심한 단조의 – 밝은 자주 : 약한, 차분한
  • 22. 색과 음식 • 식욕을 자극하는 요소 중 시각이 차이하는 부분이 87% • 미각은 10%에 불과
  • 23. 그러므로 빛 재질 색(Color) 이다.
  • 24. 광원(light) • 실세계의 빛(자연광)은 사물을 만나 반사된 다 • 실제로 모든 빛은 모든 것에 반사되고 반사 될 때 어떤 빛은 표면에 흡수되며 어떤 빛은 임의의 방향으로 빛을 흩어트린다 • 하지만 현실같은 빛의 계산은 비용이 크다
  • 25. 일반적인 주변광 조명 모델 (ambient) 반사광 분산광 (specular) (diffuse)
  • 26. Ambient Light • 환경광, 주변광 • 다른 일반 표면에서 반사되어 나오는 빛 • Scene을 전반적으로 밝게 함
  • 27. Diffuse Light • 난반사광 • 특정 방향으로 진행 하다가 표면에 닿으면 모든 방향으로 동일하게 반사됨 • 관찰자의 위치와 무관 • 가장 일반적인 형태
  • 28. Specular Light • 정반사광 • 특정 방향으로 진행하다가 표면에 닿으면 한 방향으로 강하게 반사 • 반짝이는 표면을 모델링 할 때 이용
  • 29. Direct3D 9.0c • 설마 아직도 XP를? • XP라고 해도 SP3까지는 다들? (벌써 8년) http://www.microsoft.com/download/en/det ails.aspx?id=21416
  • 31. Direct3D10의 Lights 예제 • 이펙트 연동 변수 하나 만들어서 전달
  • 32. Direct3D11의 Lights 예제 • 상수 버퍼 하나 만들어서 다 때려 넣으면…
  • 33. Direct3D11의 Lights 예제 • 나머지는 셰이더 처리
  • 34. 하지만 여기서 할 껀 D3D9 • 왜? 이론적인 설명이 잘 나와 있으니까 • 어디에? 매뉴얼에…
  • 35. 라이팅의 수학 • Ambient Lighting • Diffuse Lighting • Specular Lighting • Emissive Lighting http://msdn.microsoft.com/en- us/library/windows/desktop/bb147178(v=vs .85).aspx
  • 43. 현실은? • 하드웨어의 성능도 좋아졌지만 요구사항도 그만큼 많아졌다 • 아직도 Ray Tracing을 실시간으로 구현하 는 건 비용이 크다 • 어떻게 하는 게 좋을까?
  • 44. 다양한 기법 등장 • 좀 더 빠른 조명 공식 • 전처리 기법 – 텍스쳐의 활용 • 후처리 기법 – SSGI 기법들
  • 46. 라이트 프로브 • 미리 조명값을 계산한 지역별 객체를 심어 두고 해당 객체의 조명 정보를 이용 http://blogs.unity3d.com/2011/03/09/light- probes/ 11호님의 ‘GI 프로브 라이트’ http://cafe.naver.com/devrookie/5686
  • 47. Lightmap • Irradiance Map • 라이트 정보를 담고 있는 이미지 https://developer.valvesoftware.com/wiki/Li ghtmap
  • 49. 알고리즘 종류 • ISO-charts • LSCM • ABF++ • D-charts • MCGIM • …
  • 50. Shadow Map • PSM(Perspective Shadow Map) • LiSPSM(Light Space Perspective Shadow Map) • TSM(Trapezoidal Shadow Maps) • CSM(Cascade Shadow Mapping) • PSSM(Parallel-Split Shadow Maps) • LOGSM(Logarithmic Shadow Map) • …
  • 51. LiSPSM (Light Space Perspective Shadow Map) http://x66vx.egloos.com/3808794 http://starlike.cafe24.com/moniwiki/wiki.php /LightSpacePerspectiveShadowMaps
  • 52. PSSM(Parallel-Split Shadow Map) http://http.developer.nvidia.com/GPUGems 3/gpugems3_ch10.html
  • 53. Deferred Shading 알콜코더님의 ‘Deferred Shading’ http://cafe.naver.com/devrookie/5072
  • 54. Deferred Shading http://ozlael.egloos.com/2423070