텍스처와 맵

서브스턴스 페인터를 통해 3D 맵핑 작업을 하고 유니티를 통해 컨버팅과 업로드 작업 과정을 거치다 보니 기본적인 내용에 대한 개념 정리가 필요한 것 같아서 정리해본다.

Texture

3D 모델의 표면에 적용되는 2D 이미지이다. 일반적으로 오브젝트의 지오메트리는 대략적인 형태만을 표현하며 세부 디테일은 텍스처가 제공한다. 마치 고무 시트에 인쇄된 이미지와 같은 것으로, 늘려서 메시의 적절한 포지션에 고정시킬 수 있는 것이다. 텍스처는 UV 맵핑이라는 과정을 통해 3D 모델의 표면에 올바르게 배치된다. 텍스처의 종류로는 알베도, 노멀 맵, 러프니스 맵, 메탈릭 맵, 오클루전 맵, 트랜스루언시 맵 등이 있다.

위 그림은 멀티 텍스처링의 예시이다. 1: 텍스처가 적용되지 않은 구 / 2: 텍스처와 범프 맵 / 3: 텍스처 맵 / 4: 불투명도 및 텍스처 맵

Shader

게임을 하며 접한 개념으로는 셰이더가 일종의 필터인가 생각했었다. 정확한 개념은 그래픽 파이프라인의 일부로서 화면의 픽셀 컬러를 결정하는 계산을 수행한다. 단순한 광원 모델을 떠나, 더 복잡한 이용에는 영상의 색조, 채도, 밝기, 대비를 변경하는 일과 블러, 라이트 블룸, 입체 광원, 심도 효과를 위한 노멀 매핑, 보케, 셀 셰이딩, 포스터리제이션, 범프 매핑, 왜곡, 크로마 키 (이른바 블루스크린/그린스크린 효과), 테두리 검출, 모션 감지, 사이키델리아 효과 제작 등을 포함한다.

Normal Map

강의를 들으며 제일 궁금했던 부분이다. 도대체 저 퍼런 이미지란 무엇인가? 울퉁불퉁함이 표현된 것 같은데..

 

범프 매핑의 구현체이다. 범프 매핑이란 실제 지오메트리를 변경하지 않고, 빛의 반사 효과를 조작하여 울퉁불퉁한 질감을 표현하는 방법이다.

 

예를 들어 비행기를 표현한다고 해보자. 그 큰 기체의 나사, 홈 등을 모두 지오메트리로 모델링 할 수 있지만, 이는 매우 많은 수의 폴리곤이 필요하기 때문에 일반적으로 좋지 않다. 이런 것을 텍스처를 이용해 표현하면 성능에 훨씬 좋다.

 

Surface Normals란?

표면 각도는 표면에서 직각 방향으로 돌출되는 선으로 나타낼 수 있으며, 표면에 대한 이 상대적인 방향(벡터)을 “Surface Normal” 또는 간단히 Normal이라고 한다. 각 값은 표면에서 광원이 반사되는 방법을 계산하는데 사용된다.

메시	셰이딩이 적용된 모습		2D 다이어그램으로 표시한 표면 노멀
	플랫 셰이딩		노멀이 동일한 방향을 가리키기 때문에 각 폴리곤의 전장에 걸쳐 광원이 동일하게 반응한다.
	부드러운 셰이딩		노멀 방향은 평평한 폴리곤 표면 전체에 걸쳐 점진적으로 변하므로 표면 전체에 걸친 셰이딩이 (녹색 선으로 표시된 것처럼) 부드러운 곡선 같다는 인상을 준다. 메시의 실제 폴리곤 성질에는 영향이 없고, 평평한 표면에서 조명이 계산되는 방법에만 영향이 있다.

 

부드러운 셰이딩의 2D 다이어그램을 조금 더 자세히 보면, 노멀 방향을 결정하는 데이터는 실제로 버텍스별로만 저장되므로 전체 표면에 걸쳐 변하는 값은 버텍스 간에 보간된다. 위 다이어그램에서 빨간색 화살표는 각 버텍스에 저장된 노멀 방향을 나타내고, 주황색 화살표는 전체 폴리곤 영역에 걸쳐 보간된 노멀 방향의 예를 나타낸다.

 

노멀 맵이란?

노멀 맵은 일반 컬러 텍스처처럼 모델의 표면에 매핑되는 이미지 텍스처이지만, 노멀 맵 텍스처의 각 픽셀(texel이라고 함)은 평평한 폴리곤의 “실제” 표면 노멀과 표면 노멀 방향 간의 편차를 나타낸다.

3개의 폴리곤에 걸친 노멀 매핑(2D 다이어그램으로 표시)

 

위 예시는 노멀 맵을 통해 12면 실린더 표면에 두 개의 불퉁한 부분을 표현하는 방법이다. 각 텍셀의 RGB 값이 방향 벡터의 X, Y, Z 값을 나타내고 폴리곤 표면의 기본 보간된 부드러운 노멀에 대한 수정으로 적용된다.

 

노멀 맵이 푸른 보라빛 컬러를 띄는 이유는  RGB 값이 (0.5, 0.5, 1)이거나 십육진수로 #8080FF면 벡터로 변환한 결과는 (0, 0, 1)이며, 이 벡터는 노멀 매핑에서 “위쪽” 에 해당되고 모델 표면에 변화가 없음을 나타내기 때문이다.

 

Occlusion Map

모델의 어느 영역에 간접 조명을 어떻게 비춰야하는지에 대한 정보를 제공하는데 사용된다. 여기서 간접 조명은 주변광과 반사에서 비롯되므로 모델에서 균열이나 접힌 부분처럼 가파른 오목한 부분에는 간접광이 많이 비추지 않는다.

 

오클루전 맵은 흰색이 최대 간접 조명을 비춰야 하는 영역을 나타내고 검정색은 간접 조명이 없음을 나타내는 그레이스케일 이미지이다.

오클루전 맵 적용 전과 후. 왼쪽 이미지에서는 부분적으로 가려진 영역, 특히 목 주위의 옷감이 접히는 부분의 조명이 너무 밝다. 앰비언트 오클루전 맵 할당 후에 이 영역에는 더 이상 주변 숲 환경의 녹색 주변광이 비춰지지 않는다.

 

 

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내가 서브스턴스 페인터를 통해 만든 반팔 티셔츠의 맵, 제페토 아이템 제작 시 필요한 맵 세 가지만 추출하였다.

알베도	노멀 맵	오클루전 맵	렌더링 결과물

 

 

 

 

 

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출처: 위키 백과, 유니티 공식 문서