「스퀘어 에닉스 오픈 컨퍼런스 2012」「Agni's Philosophy」비하인드 스토리Hair Rendering, Eye Shader, AO, AA, SSS

1. 「스퀘어 에닉스 오픈 컨퍼런스 2012」
「Agni's Philosophy」비하인드 스토리
Hair Rendering, Eye Shader, AO, AA, SSS
이민웅
Shader Study

2. 풍부하고 다양한 표현을 현명하게
적용시킨 스킨 셰이딩
• 인물피부표현의 기초가 되
는 것이 표면하산란 (SSS)
– 반투명 층이 겹쳐진 구조로
되어있는것에 착안해서 만
들어진 기법
• 빛을 받는 가운데 6%가 스
펙큘러
• 나머지 94%는 피부안에서
확산하여 각질층의 색을 기
반으로하여 컬러 시프트를
일으킨 후 외부로 확산

3. 인간의 몸이 가지는 투명감의 표현에 도전

4. SSS

5. Poisson disk sampling
• 피하확산 시뮬레이션에
사용하는 텍셀의 샘플링을
포아송 분포의 특수 테이
블을 참조
• 무거운 피하확산 시뮬레이
션에 대한 계산량의 부족
함을 보충

6. 구현된 SSS의 파이프라인 개념도

7. 스크린 스페이스에서 처리하기 때문에
거리에 따라 부하가 크게 변화

8. SSS없음과 있음의 차이。SSS가 적용되게 되면 일부가 붉은빛이 발생하여 표면이 매끄럽게 된다
SSS없음。SSS가 적용되게 되면 일부가 붉은빛이 발생하여 표면이 매끄럽게 된다

9. SSS있음。SSS가 적용되게 되면 일부가 붉은빛이 발생하여 표면이 매끄럽게 된다

10. 스펙큘러의 표현
• 인물용 스펙큘러에는 단순한 Phong 스펙
큘러가지고는 부족함
• Kelemen SzirmayｰKalos구현을 기반으로
한 스펙큘러(BRDF、쌍방향반사율분포함
수）의 기법을 사용
• 반사지점 마다 반사방향・강도가 다른 스
펙큘러 처리로 피부의 세밀한 요철에 의해
생기는 영향을 가미한 스펙큘러 효과를 얻
을수 있음

12. 스펙큘러의 표현
• SH Irradiance Volume（GI 환경광）으로
부터의 영향을 메인으로 하고 큐브맵의 영
향을 약하게 블렌딩한 스펙큘러
– 건조한 피부질감을 얻을 수 있다。
• 큐브맵을 기반으로 한 강한 스펙큘러로 이
것은 지성에 가까운 피부질감을 얻을 수 있
음
– 적절히 조합함으로써, 건성,지성 피부, 흐른 땀
등의 다채로운 피부질감을 표현할수 있음

14. 일반적인 Phong 스펙큘러

15. 「Agni's」에서의 스펙큘러

16. 젖어있는 스펙큘러를 마스킹해서 일부만을 적용함으로써 땀이나 눈물등의 표현을 낼 수 있다

17. 젖어있는 스펙큘러를 마스킹해서 일부만을 적용함으로써 땀이나 눈물등의 표현을 낼 수 있다

18. 확산반사(Diffuse)

19. 확산반사에(Diffuse) 화면좌표계
(Screen Space Coordinate) 블러
를 적용하여 의사표면하 산란을 적
용한 결과

20. 스펙큘러

21. SSS Off。
(확산반사(Diffuse)+스펙큘러)

22. SSS On。
(확산반사(Diffuse) X SSS + 스펙큘러)。
최종영상

23. AO
• 인물용의 AO도 따로 준비
• 미리 구워놓은 Baked-AO와 리얼타임에 추가
하는 SSAO 양쪽을 적절히 필요에 따라 나누
어 쓰고 있음
• 일반적인 AO와 다른것은 AO의 레벨에 따라
컬러 시프트를 발생시켜 어두운 부분에 약간
붉은빛을 띄게하는 것
• 어두운 부분에서 피하확산의 효과가 강조되어
붉은빛을 띄게된다 라는 자연스러운 표현을
줄 수 있는것

25. AO 컬러 계산시 약간에 변화를 주는것으로 인해 어두운 부분에 붉은 빛을 약간 띄게 하고 있다

26. AO 없음 요철부분의 강도가 훨씬 더 눈에 띄게 나타나고 있다

27. AO의 있음 요철부분의 강도가 훨씬 더 눈에 띄게 나타나고 있다

28. Back Scattering
• 피부의 투명감을 표현하기 위해, 백 스캐터
링(배경확산)[Back Scattering의 효과가 구
현
• 손가락이나 귀 등의 얇은 부분에서 배경 빛
이 투과되어, 두꺼운 부분보다 붉은빛을 띄
고 있는 것처럼 보이는 것
• 해당 오브젝트의 두께정보를 추가하여 광
원색을 반영시키는 것으로 구현

29. 백 스캐터링 없음。자연스러운 투명감이 연출되고 있다

30. 백 스캐터링 있음。자연스러운 투명감이 연출되고 있다

31. Eye
• 눈은 단순한 구체가 아님
– 두께를 가진 렌즈가 있고, 그 안에 홍채가 있음
• 눈을 대각선에서 보면, 렌즈에 의한 일그러
짐으로 인해 홍채의 깊이가 다르게 보이는
것
– 범프 맵핑에서 홍채의 패임을 표현하고, 패럴
렉스 맵핑으로 굴절을 표현

32. Diffuse에는 범프맵핑으로 움푹 들어간곳 환경맵 반사에는 역 범프맵을 사용하여 고
을 표현
조감을 가지게한다
스펙큘러에는 두개의 범프맵을 둘다 적용
합성된 최종 출력은 이렇게 된다
패럴렉스 맵핑에 의한 굴절표현
어느쪽이 자연스럽게 보이는가

33. Hair
• 같은 폴리곤 베이스의 머리카락 표현、또 하나는 Nurbs 곡선
으로 주어진 제어라인으로 머리카락 다발을 시뮬레이션하여
테셀레이션으로 증가시키는 기법
– NURBS : 주어진 복수의 제어점으로부터 산술적인 곡선(곡면)을
생성하는 기법
• 2개의 버텍스로부터 이루어지는 선분을 각 버텍스로부터 만들
어지는 NURBS곡선으로 변환하는데 테셀레이션 스테이지를
사용
• 테셀레이션 스테이지의 헐 셰이더로 주어진 NURBS용 제어점
을 기반으로 표현하고 싶은 곡선 정밀도를 구해, 테셀레이터에
서 실제로 그정밀도에 따라 선분을 분할
• 분할 정밀도는 시점과의 거리에 따라 값이 결정
• 도메인 셰이더에서 곡선으로써의 의미를 부여하는 작업을 수
행

34. Hair
• 찰랑찰랑한 머리카락에서 서두에 등장하는
남성의 곱슬곱슬한 수염, 하이에나풍 몬스
터의 뻣뻣한 털까지 자연스럽고 다양한 털
의 표현을 할수 있다라는 것

35. B-Hair
• B-Hair는 Maya상에서 일반 메쉬로써 만들
며, T-Hair는 Nurbs(Non-uniform rational Bspline)곡선의 제어점 집합을 가지고 만들
고 있음
• 제어점은 용수철같은 역학오브젝트로써 시
뮬레이션을 수행
• 중력이나 기타 오브젝트, 혹은 바람등 벡터
필드의 영향을 받아 동작

36. T-Hair（Tariq-Hair）
• T-Hair의 제어점은 DirectX 11의 Compute
Shader로 스무딩 된 상태에서 테셀레이터
로 증가 시킴
• 지오메트리가 증가할때는 테셀레이터에 주
는 파라미터로 곱슬정도, 왜곡정도, 회전등
을 더할수 있어서, 직선이 아닌 빌보드 텍스
처를 입히는 것으로 머리카락의 품질 표현
을 가능하게 함

40. T-Hair는 소환사등 남성 캐릭터의 수염, 혹은 동물의 털에도 사용되고 있다

41. Maya에서의 데이터는 이와 같이 구성

42. Nurbs의 제어점은 물리제어된 후 스무딩, 테셀레이션으로
지오메트리 증가, 빌보드 텍스처를 만든다라는 흐름으로 최종 이미지가 된다

43. 테셀레이터에서의 지오메트리 증가시 변형 파라미터를 주어 다른 털의 품질을 유연하게 표현할수 있다

44. 테셀레이터에서의 지오메트리 증가시 변형 파라미터를 주어 다른 털의 품질을 유연하게 표현할수 있다

48. Hair Lighting
• 머리카락의 셰이딩에 대해서는 위의 B-Hair
와 T-Hair 양쪽이 알맞게 스며들어 보여야
할 필요가 있어, 난이도가 높은 문제에 해당
• 「Agni's」에서는 머리카락의 색을 정하는
하이라이트, 2차원 하이트같은 복잡한 요소
를 근사화 하는 Steve Marschner씨에 의한
기법을 적용하여 구현
– Light Scattering from Human Hair Fibers

49. Hair Lighting
• 빛이 머리카락에 닿으면 상당한 비율이 그 표
면에서 정반사하여 표면에 하이라이트를 만듬
– 1.이 하이라이트는 주로 광원색으로 강하게 나오
는것
– 2. 머리카락에 투과한 빛은 감쇠하면서도 모발 자
체의 색을 흡수하고 방출
– 방출하는 빛중에서 입사하는 쪽으로 돌아온 2차적
인 하이라이트를 형성하는것
– 3. 머리카락을 투과하여 방출된 투과광
– 머리카락의 색으로부터 방출하는 빛의 색은 광원
색보다도 머리카락의 색이 좀더 지배적

51. 스펙큘러 없음

52. 1차 하이라이트 추가

53. 2차하이라이트를 추가하고 페이즈 시프트를 더한다

54. 큐브맵에 의한 환경반사등의 라이트를 추가

55. Hair Shadow
• Hair Shadow
– PCF(Percentage Closer Filtering、근접 비율 필터링) 변형
형태를 사용
• PostEffect
– 언샵마스크를 사용
• 영상을 선명하게 만드는 기술중 하나
– 음영의 엣지(외곽선)을 두드러지게 하여 머리카락이나 체모
(몸의 털)의 깊이 있는 인상표현을 구현
• AA
– 엣지부분에 Jaggy가 생기게 되버리는 문제에 대해서는 멀
티샘플링에 의한 안티앨리어싱（MSAA）、포스트 프로세
싱적으로 AA를 수행하는 FXAA、그리고 피사계심도（DoF）
에 의한 보케를 조합함으로써 자연스러운 엣지감을 연출

57. 섀도우가 없는 이미지

58. 섀도우 맵용 지오메트리

59. 섀도우를 약간 적용

60. 섀도우를 좀 더 적용한 모습

61. 포스트 프로세싱 없음

62. 언샵 마스크로 좀 더 진하게

67. 이방성 스펙큘러의 이미지

72. Q&A
참고자료: 퐁퐁퐁 님 블로그
http://blog.naver.com/sorkelf/40186066235
http://blog.naver.com/sorkelf/40175739262