지난 몇년간 전세계의 무수한 회사에서 실사적인 씬을 위한 새로운 라이팅 테크닉을 개발했습니다. 앰비언트 어클루전(Ambient Occlusion)이라는 테크닉인데 지금부터 간단히 설명하겠습니다. 사용자는 모든 오브젝트에 패스나 텍스처 맵을 렌더링하여 얼마나 많은 양의 앰비언트 라이트가 서페이스(Surface)의 주어진 지점에 닿을지 정의할 수 있습니다. 예를 들어 라이트가 겨드랑이보다 정수리에 더 많이 비추도록 만들 수 있습니다. 이러한 정도의 앰비언트 라이트는 씬을 비추는 실제 광원과는 별개입니다. 오브젝트들을 통합할 씬의 Environment 맵을 적용하여 앰비언트 라이트를 계산합니다. 이 앰비언트 라이트는 예전에 렌더링한 앰비언트 어클루전 패스로 인해 흐려집니다.

이 테크닉에 대해 보다 깊이 파고들려면 "라이트 평균 방향 벡터"(보통 "구부러진 노말 벡터(Bent Normal Vector)"라 함)를 이해해야 합니다. 이 패스에서 이미지의 RGB 값은 물리적인 색상을 표현하지 않고 벡터를 표현합니다. 이 벡터는 현재 쉐이드 포인트의 노말을 구부려서 앰비언트 어클루전 패스를 렌더링할 때 주요 광원이 되는 위치를 Environment 맵에서 참조하도록 만듭니다.

여기에 소개한 테크닉은 위 두 테크닉을 모두 이용했습니다. 일반적인 테크닉과의 주된 차이점이라면 레이트레이싱이 필요하지 않다는 점을 들 수 있습니다. 이러한 접근 방식을 선택한 이유는 간단합니다. 바로 속도죠. 레이트레이싱을 적용한 앰비언트 어클루전 패스를 렌더링하는 것은 끔찍히 오래 걸립니다. 아니 어쩌면 무한히 계속될 수도 있습니다. 뎁스 맵(Depth Map)에 기반 하는 접근 방식을 사용하여 렌더링 시간을 8배에서 20배 줄였습니다(제가 했던 테스트에서). 각 프레임마다 모든 뎁스 맵을 다시 렌더링하는 것을 전제로 합니다(예를 들어 오브젝트가 변형될 경우). 오브젝트는 고정되어 있고 카메라만이 이동할 경우 한 번만 뎁스 맵을 계산하면 되므로 속도의 차이는 더욱 크게 벌어집니다.

이 테크닉의 일부 기능이 PRMan 전용이라는 점을 밝혀야 할 때인 것 같습니다. 여러 가지 것을 다른 렌더러에 적용해 볼 수 있지만 이 쉐이더에는 PRMan에서만 작동하는 특수한 기능들이 있습니다. 또한 작년 시그래프에서 Papers 섹션에 ILM의 환상적인 레이트레이싱 방법을 소개해준 ILM의 Hayden Landis에게도 감사드립니다. 그의 아이디어를 이 테크닉에 많이 사용했습니다. 그리고 PRMan에서 뎁스 맵을 사용하여 비슷한 이펙트를 내는 방법을 친절하게 설명해준 Weta의 Ken McGaugh에게도 고맙다는 말을 잊지 말아야 겠군요. 제가 한 일이라곤 기껏해야 두 테크닉을 한데 뭉쳐서 쉐이더를 작성하고 데모용 이미지를 몇개 만든 것 뿐입니다. 정작 머리 쓰는 일은 위 두 사람이 했죠. 모두 고마워요!

테크닉을 활용하려면 Zip 파일을 다운로드하여 압축을 풀어야 합니다. 다음과 같은 파일이 담겨 있습니다.

1. light_sphere.mb - MTORSpotlight 쉐이더가 부착된 스포트라이트를 받는 스피어(Sphere)가 담긴 Maya 4.0 파일


2. occlusion_dmap.sl - 앰비언트 어클루전 패스를 위해 모든 오브젝트에 부착해야 하는 PRMan 쉐이더(컴파일됨)


3. occlusion_constant.sl - 앰비언트 어클루전 패스를 위해 백플레인에 부착해야 하는 PRMan 쉐이더


4. dmap_amb_occ.slim - slim.ini 파일을 수정하여 설치해야 하는 Slim 템플릿. 이 쉐이딩 모델을 오브젝트에 부착하여 Environment 라이트 패스에 앰비언트 어클루전 데이터를 적용할 수 있습니다.

자 이제 간단한 예제를 통해 사용 방법을 알아보기로 하죠.

위는 light_sphere.mb 파일을 로드했을 때 Maya의 스크린샷을 캡처한 이미지입니다. 이 라이트 스피어의 크기를 조절하여 라이트를 비출 오브젝트보다 충분히 크게 만드십시오. 라이트 콘의 앵글을 가능한 타이트하게, 그러면서도 씬을 덮도록 만드십시오. 그래야 쉐도우 맵의 모든 픽셀을 사용할 수 있습니다.

occlusion_dmap.slo 쉐이더를 씬의 모든 지오메트리에 부착하십시오. 이 쉐이더는 각각의 라이트가 쉐도우 안에 있는지 확인한 다음 그 결과에 기반 하여 어클루전 값을 만듭니다. 이 때 "__inShadow"라는 RAT에서 MTOR 라이트의 함수를 이용합니다. 이 함수는 PRMAN의 표준 라이트 함수가 아니므로 사용하는 모든 라이트 쉐이더가 이 출력 변수를 지원하는지 확인하십시오. MTOR 스포트라이트는 이를 지원하므로 사용하셔도 좋습니다.

또한 occlusion_constant.slo 쉐이더를 임포트하여 백플레인에 부착해야 합니다. 이 쉐이더는 앰비언트 어클루전 패스의 배경을 검정색으로 만들고 구부러진 노말 패스를 흰색으로 만듭니다. 이는 이 이미지가 최종 Environment 라이트를 렌더링하기 위해 값을 분석하는 방식에 영향을 미치므로 중요합니다.

마침내 PRMan 렌더링에 출력 변수를 전역적으로 추가할 때입니다. "outOcc" 유형을 추가하십시오. 이는 앰비언트 어클루전 패스입니다. 메인 이미지 패스는 구부러진 노말 데이터를 만듭니다. 이 추가 출력 이미지를 사용하여 하나의 렌더링 이미지로부터 두 패스를 모두 가져와서 시간과 노력을 절감할 수 있습니다.

이제 렌더링하세요!

De Espona에서 가져온 흔한 아테네 병사 모델을 사용한 위 이미지를 메인 렌더링 이미지로 삼았습니다.

위 이미지는 outOcc 변수에서 만든 추가 출력 이미지입니다.

이제부터 자신이 설정한 임의의 라이팅에 이 패스를 사용할 수 있습니다.

다음으로 라이트 반구(Dome)을 설치하고 지오메트리에서 occlusion_dmap.slo 쉐이더를 떼어내겠습니다. 자신이 갖고 있는 갖가지 유형의 서페이스(예: Matte, Shiny 등)에 대하여 amb_occ_dmap 쉐이딩 모델을 Slim 템플릿 안에 만드십시오. 쉐이더의 변수를 수정하여 이를 한번에 해결할 수 있습니다. 이 템플릿을 위한 실제 쉐이딩 모델은 간단한 플라스틱 쉐이더(Plastic Shader)이지만 대부분의 프로그램의 경우 서페이스 쉐이더(Surface Shader)입니다.

앰비언트 라이트에 사용할 Environment 맵을 지정할 수도 있습니다. 또한 방금 렌더링한 앰비언트 어클루전과 구부러진 노말 패스로 지정할 수도 있습니다.

씬을 다시 한번 렌더링하십시오. 이미지 맵의 일부를 참조하여 라이팅을 추가로 계산하지 않고 렌더링해야 합니다.

오브젝트에 텍스처가 있는 경우 강도(Intensity)가 1인 단일 앰비언트 라이트로 텍스처 지오메트리의 추가 패스를 렌더링하십시오. 이 패스는 오브젝트의 색상(Coloration)을 보여주는 평평한 이미지를 만듭니다. 또는 그림자를 만드는 직접 라이트(Direct Light)을 원할 경우 씬에 다른 라이트를 추가하지 말고 이 패스를 별도로 렌더링하십시오. 완료하면 이 세 레이어(앰비언트 어클루전 Environment 라이트 패스, 평평한 텍스처 패스 그리고 직접 일루미네이션(Direct Illumination) 패스)를 한 프로그램에서 비교해보십시오. 값을 더해야 합니다. 절대로 곱하지 마십시오. 물론 이를 별도로 렌더링했기 때문에 최종 이미지 자체와 배경으로 통합되는 방식을 훨씬 수월하게 제어할 수 있을 것입니다.

위 이미지는 위와 같은 렌더링 방식과 Paul Debevec의 St Peter's Basilica(성 베드로 교회당) 라이트 이론을 사용하여 간접 일루미네이션(Indirect Illumination)을 적용해본 결과입니다. 여기서 직접 라이트 패스(Direct Light Pass)는 병사가 입고 있는 가운과 그가 밟고 있는 대리석에 그림자를 드리운 스포트라이트 하나로 구성됩니다. 이미지에 모델링 라이트도 약간 추가했습니다. 동일한 Environment 맵에서 만든 배경에서 대충 비교하여 간단히 색보정을 하여 위와 같은 결과를 만들었습니다.

앰비언트 어클루전과 구부러진 노말 패스를 재사용하여 임의의 라이팅을 설정할 수 있다는 사실을 설명하기 위해 Environment 맵을 Paul Debevec의 Rendering With Natural Light 이론을 참조한 amb_occ_dmap 쉐이딩 모델로 바꾸었습니다. 또한 다른 스포트라이트가 포함된 직접 라이트 패스를 다시 렌더링하여 실제 주 광원을 흉내냈습니다.

위 이미지는 다른 Environment 맵을 사용하여 하나의 스포트라이트를 적용해 렌더링한 것으로 완전히 다른 라이팅을 빠르게 만들 수 있다는 것을 보여줍니다. 아래는 통합한 최종 결과입니다.

여기에서 카메라 앵글을 조정하거나 지오메트리를 배경에 인위적으로 맞추지 않았다는 점에 유의하십시오. 다만 최소한의 노력으로도 위와 같은 라이팅 결과를 얻을 수 있다는 것을 보여주고 싶었을 뿐입니다. 이 테크닉을 완전히 이해하려면 관련 개념을 올바르게 이해하고 얼마간 연습을 해야 합니다. 필 라이트(Fill Light)를 트윅(Tweak)하느라 쓸데 없이 시간을 보내는 대신, 최소한의 시간과 노력으로 빠르게 실사적인 이미지를 만들 수 있으리라 봅니다. 또한 레이트레이싱을 적용한 앰비언트 어클루전이나 글로벌 일루미네이션(Global Illumination)에 비교할 수 없을 만큼 빠릅니다. 툴을 갖고 즐겨보십시오. 그런데 이 강좌는 초심자를 위한 것이 아닙니다. RenderMan, RAT 그리고 Maya를 충분히 다뤄본 사람이라면 좋겠습니다. 상업용 플러그앤 플레이 제품이 아님을 이해해주시기 바랍니다. 사각형 이미지를 렌더링할 때 NDC 스크린에서 쉐이더가 이상하게 작동하는 버그가 있습니다. 이 강좌가 새로운 테크닉을 즐기는데 도움이 되길 바랍니다!