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Rain Rendering in City
Environments (2/2)
Rain Rendering 2/2
Rain Rendering 2/2
3.5.1 View-dependent streaky
reflection rendering
3.5.2 Dynamic reflections for a
reflective taxi
3.6 Rendering rain
• Rainfall consists of specially distributed
water drops falling at high velocity.
• As the raindrops fall through the
environment, they create the perception
of motion blur and generate ripples and
splashes in the puddles.
3.6.1 Rendering multiple layers
of rain with a post-processing
composite effect
• Multiple layers of rain
• Rain appearance
• Raindrop transparency
• Compositing rain via blending
3.6.2 Raindrop Particles Rain
3.6.3 Rendering raindrop
splashes(1/2)
3.6.3 Rendering raindrop
splashes (2/2)
3.7 GPU-Based water simulation
for dynamic puddle rendering
Rain Rendering 2/2
Water puddles integration
Puddle Placement and Depth
Creating Swirling Water Puddle
3.8 Raindrop movement and
rendering on glass surfaces in
real time
Droplet movement/
Droplet rendering
3.8.1 Foggy lights in the street
3.8.3 Traffic light illumination
3.8.4 Rendering Misty Rain
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3.8.5 Taxi windshield wipers
effect for wiping off the
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CONCLUSIONS

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Rain Rendering 2/2

Editor's Notes

  1. 비오는 동안 늦은 밤 어떤 도시 거리를 돌아다닐 때, 비의 큰 시작적 단서 중의 하나는 (길거리 조명, 차 조명 그리고 길과 길가의 가게 간판들 같은) 밝은 광원의 뻗은 반사들이다. 이러한 반사들은 어떤 비오는 장면에서 아주 현저하고 그것들은 아주 강하게 늘어져 나타난다. 물웅덩이와 반사들은 관찰자로 부터 거리에서 수직으로 반사가 왜곡된다. 각 반사물의 원래 모양은 블러된 지배적인 색에 의해 단지 구분될 수 있다.  사실적인 줄무늬가 있는 반사는 젖은 길이나 표면에서 비의 느낌을 증가시켜준다. 이러한 객체는 리플렉션 버퍼로 랜더링 하는 것이 낫다. 우리는 프록시 지오메트리를 리플렉션 버퍼에 렌더링하는 것으로 성능을 개선한다. (가게의 깜빡이는 네온사인이나 길가의 깜빡이는 신호등같이) 동적인 라이팅은 반사된 애니메이트된 광원을 표현하도록 한다.
  2. 첫번째 리플렉션 버퍼로 렌더링도니 반사체 객체들입니다. 두번째는 와이어프레임 프록시 반사체 객체의 쿼드이고 마지막그림은 프로세싱후 반사 버퍼를 사용한 장면입니다.
  3. 프록시 오브젝트 사용을 위해 언급할 이슈는 컬링이다. 반사체 객체가 뷰에 있지않다면, 프록시 객체는 오프스크린 리플렉션 버퍼로 렌더링되기 때문에 엔진에서 가시성 컬링 프로세스를 거치지 않는다. 성능의 문제로 백버퍼를 반으로 줄였고 반사때문에 어두운 컬러를 보존할 수 있는 10-10-10-2 HDR포멧을 이용하였다. 파이널 장면을 렌더링하는 동안 우리는 각 반사되는 재질을 위한 입력 버텍스 좌표의 스크린 공간 프로젝션을 사용하여 리플렉션 버퍼를 샘플했다. 반사는 서페이스의 노멀에 기반하여 왜곡된다. 많은 게임에서 많은 드로우를 콜하는 것이 일반적인 보틀넥이다. 그러나 우리는 많은 반사체를 한번에 드로우하는 것을 해냈다. 싱글 본을 사용해서 스키닝 메트릭스의 월트 포지션을 명시해서 그래서 비슷한 재질의 많은 객체가 하나의 객채처럼 렌더링된다.
  4. 택시가 도시의 길을 지나갈 때, 환경은 메탈과 글래스 서피스들을 반사한다. 환경 맵 반사 메소드를 통해 반사를 구현한다. 동적인 반사를 생성하기위해서, 택시를 중심으로 환경을 큐브맵으로 렌더링한다. 동적인 큐브맵은 택시 표면을 위한 리플렉션 컬러 룩업으로 사용되다. 큐브맵을 6번 렌더링하는 것을 개선하기 위해서 낮은 해상도의 환경의 빌보드를 생성한다. 빌보드는 택시의 시점에 따라 생성된다. 빌보드버전을 사용하는 대신에 다른 제안은 로워 레벨 디테일 렌더링을 사용하는 것이다.
  5. 레인폴은 빠른 속도로 떨어지는 물방울들로 구성되어 있다. 환경에서 빗방울이 떨어질때, 모션블러의 인식을 생성하고 물웅덩이에 리플과 스플레쉬를 생성한다.
  6. 떨어지는 빗방울의 멀티 레이어를 시뮬레이팅하는 참신한 후처리 비효과를 개발했다. 투영텍스쳐를 읽어 빗방울의 모션 시차를 생성했다. 빗방울 렌더링은 번개로부터 빛과 방향같은 파라미터를 동적으로 받아들인다. (게임에서 처리하지 못한 기능) 레인폴 생성의 어려웠던 점은 하나의 텍스쳐를 모델 다이나믹 텍스쳐드 패턴으로 사용할 때 반복을 줄이는 것이였다. 두번째 고려는 레인 패쓰가 풀스크린 패쓰이므로 모든 픽셀 쉐이더를 통해야 한다. 이 것이 성능에 영향을 미치고 그래서 우리는 컴포지트 레인 렌더링을 디자인했다. 속도 벡터를 사용해 레인폴 텍스쳐를 스크롤 할 수 있지만 랜덤한 다양한 방양으로 몇몇 텍스쳐 패치로 반복된 패턴이 풀스크린 패스보다 낫다.
  7. 멀티 레이어 오브 레인: 아티스트들은 비의 시차 파라메터를 조정해서 빗방울이 다른 속도로 떨어지게 한다. 쉐이더에서 빗방울 표현을 대한 난수 값으로 계산한다. 레인 어피어런스: 떨어지는 빗방울은 카메라에 대해 렌즈처럼 굴절된다. 떨어지는 빗방울은 모션 블러된 인상을 준다. 비의 줄무늬는 빗방울의 밝기와 배경의 빛에 영향을 받는다. 모션블러는 레인 패스가 블렌드된 후에 포스트프로세싱에 블러링을 적용한다. 레인드롭 트랜스페어런시: 흥미로운 관찰은 번개가 칠 때, 빗방울이 더욱 투명해져 보인다. 각 빗방울의 투명도는 라이트닝 브라이트니스의 함수이다. 컴포지팅 레인 비아 블렌딩: 레인 이펙트의 그로우를 위한 블렌딩과 투명도를 조절한 두 블렌딩 파라이터를 사용한다.
  8. 다양한 오브젝트에서 떨어지는 빗방울을 시뮬레이션 하기 위해 스크린 얼라인드 빌보드 파티클 시스템을 사용한다. 물리적인 중력을 사용하는 베이스 템플릿 파티클 시스템을 만들었다. 빗방울 각각을 렌더링하기 위해 파티클 속력에 기반한 파티클 빌보드를 늘였다. 모션블러의 효과를 개선하기 위해 물방웅의 노멀 맵을 미리 블러처리를 하고 늘였다. 빌보드 파티클의 탄젠트 스페이스는 뷰 메트릭스에 의해 정의된다. 빗방울의 투명도를 조절하기 위해, 장면에서 거리에 따라 빗방울의 투명도를 감소시켰다.
  9. 각 파티클이 딱딱한 객체와 충돌할 때 빗방울이 튀는 것을 시뮬레이션 했다. 우리는 특별한 콜리더 프록시 오브젝트를 사용했다.
  10. 물방울이 튀는 것을 쉐이드하기 위해 미리 렌더링된 높은 퀄리티의 우유 방울의 스플레쉬 시퀀스를 사용했다. 인바이런먼트 라이트에 의해 스플레쉬가 올바로 나타나야 된다. 환경에 올바로 반응 하기 위해 스플레쉬에 백라이팅을 추가했다. 성능적 이유때문에 버텍스 쉐이더에서 동적 라이팅이 가능한도록 스펙큘라 라이팅을 계산했다. 스플레쉬 라이트가 실제 광원이 아니기 때문에 특별한 ‘오버헤드’ 라이트맵을 사용했습니다. 오버헤드 라이트맵 값이 계산된 스플레쉬를 조정한다.
  11. 빗방울 파티클이 충돌하면 물웅덩이에 물결을 만든다. 목표는 GPU를 이용해 물 표면에 동적이고 사실적인 물결을 만드는 것이다. 워터 서페이스를 탄력있는 막으로 취급하고 서페이스 텐션에 대한 힘을 계산하고 이웃영역으로부터 압력이 가해진것에 기반하여 워터 섹션을 교체한다.
  12. 확률적인 빗방울렌더링의 효과를 ‘웨이브 시딩’ 텍스쳐로 근사한다. 빗방울 시드는 워터 시뮬레이션 텍스쳐에서 포인트로 렌더된다. 빗방울의 색은 그것의 질량으로 비례된다. 워터 서페이스는 포인트의 격자로 근사된다. 격자의 포인트는 장소에서 워터 서페이스에 관한 정보를 가지고 있다. 높이값의 위치와 이전의 위치를 저장한다. 워터 서페이스를 얇은 탄력성있는 막으로 취급한다. 중력과 다른 힘을 무시하고 서페이스 텐션을 힘으로 취급한다. 모든 타임 스텝동안 워터 세페이스의 영역은 이웃 셀의 그들의 공간을 줄이려는 행위에의한 텐션을 받아 교체된다. 그결과 파동효과가 나타난다.
  13. 우리는 전체 환경에 하나의 256*256 워터 시뮬레이션을 렌더링한다. 그러므로 우리는 시뮬레이션 텍스쳐로부터 샘플링할 때 클레버니스 비트를 사용한다. 같은 시간에 많은 다른 객체에 같은 물결 시뮬레이션을 사용하기 때문이다. 룩업 텍스쳐 좌표로써 xz 좌표를 웨이브 노말 맵으로 명시한다. 웅동이의 반복을 줄이기 위해, 객체마다 정의된 각도로 워터 노말의 룩업 좌표를 회전시킨다.
  14. 깊은 웅덩이를 렌더링하기위해 객체의 색과 반사율에따른 물 웅덩이 노말을 사용한다. 리플 스케일 파라메터와 리플 노멀 맵을 정의 한다. 물웅덩이 뎁스 맵을 샘플한다. 물웅덩이 깊이 값과 아티스트가 정의한 물웅덩이 영향력 파라메터에 기반하한 객체 노말 맵과 워터 리플 서페이스 노말 사이를 보간한다.
  15. 소용돌이 모션을 생성하기 위해 몇몇 웨이크 노말 맵을 사용했다. 첫번째 노말맵은 드레인 주위에 빠르게 소용돌이치는 물에 사용되었다. 이 것과 결합해서 드레인을 향한 동심원을 만들기 위해 두번째 웨이크 노말 맵을 사용했다.
  16. 우리는 유리표면에 흘러내리는 빗방울을 렌더하는 오프라인 빗방울 시스템을 적용했다. 퀘자이-랜덤 빗방울의 구불한 길을 시물레이션한다. 유리 표면은 셀의 격자로 나타난다. 각 셀에 그 위치의 물의 질량을 저장한다.
  17. 빗방울의 질량에 의존하는 중력은 빗방을을 아래쪽으로 이동하도록 계산한다. 정적 마찰력과 동적 마찰력이 윗방향으로 계산된다. 주어진 시간에 빗방울은 현재 셀 아래 세 셀로 흘러내릴 수 있다. 새로운 셀은 램덤하게 선택되어 지고, 빗방울의 속도에 의해 기울어진다. 빗방울 렌더링. 먼저 배경 장면을 렌더링하고 창의 빗방울 시뮬레이션을 렌더링한다. 그래서 빗방울을 통한 장면에 대한 반사와 굴절을 만든다. 그러기 위해서 주어진 렌더된 픽셀에서 워터 덴시티를 사용한다. 물이 없다면 장면을 그대로 렌더링하고 물이 존재한다면 빗방울을 통한 굴절의 오프셋으로써 물의 질량을 사용할 수 있다. 질량에 기반해서 빗방울의 동적으로 노말맵을 이끌어낼 수 있다. 노말은 유리 표면의 빗방울을 통한 반사와 굴절을 렌더링하는데 사용된다.
  18. 첫번째 장면에 많은 포기 라이트가 있다. 볼륨메트릭 테크닉대신 각 쉐이더를 사용했다. 우리는 이러한 라이트를 슈도 불륨머트릭 라이트 콘으로 시뮬레이션했다. 이러한 접근은 탄젠트 스페이스 테크닉을 사용하였다.
  19. 신호등은 동적으로 신호를 비춘다. 첫번째 그림: 신호등을 위한 글로벌 일루미네이션 라이트맵을 미리 계산하고, 신호등 신호를 애니메이션한다. 내부 반사를 신호등의 색깔이 있는 반사되는 유리를 통해 시뮬레이션한다.
  20. 강한 비에 빗방울이 딱딱한 물체에 떨어지면 물튀김뿐만 아니라 물체 외곽에 미스티 할로를 만든다. 핀즈와 쉘즈 테크닉을 사용해 비슷한 효과를 만들었다. 이효과는 추가적인 핀 지오메트리가 필요하다. 쉘을 사용하여, 동심원의 모양에서 객체의 표면에 비가 튀기는 것을 렌더했다.
  21. 택시의 와이퍼는 앞 유리창의 비를 쓸어버린다. 우리는 와이퍼에 의해 청소될 영역을 결정하기 위해 두 개의 와이퍼 맵을 사용했다. 실제 와이프처럼 와이프된 영역이 겹칠수있는 두개의 분리된 맵을 사용했다.
  22. 비는 매우 복잡한 현상이고 이런 많은 효과들은 생성하기에는 비싸고, 자세한 비오는 환경을 생성하는 것을 발표했다. 풍부하고 복잡한 환경은 사실적인 자세함을 요구한다. 우리는 인터렉티브환경에서 새로운 기술에 개발되어서 다음 세대 게임과 리얼타임 렌더링에 성공적으로 사용되길 희망한다.