빛은 반투명 물체를 통과할 수 있다. 하지만 반투명 물체를 통과하고 난 결과 이미지는 약간 흐릿하게 비춰지면서 투명한 그림자들이 그 물체를 통하여 보여지게 된다. 이 이펙트는 애니메이션 영화 '벅스 라이프(A Bug's Life)' 중 한 장면을 통해서 확인할 수 있다. 영화에서 한 그룹의 개미들이 나뭇잎위를 걸어가는 장면이 있는데 이 장면에서 몇몇 개미몸의 반이 나뭇잎에 가려져 보이지 않고 있다. 그러나 실루엣은 나뭇잎을 통해 매우 선명하게 보여지고 있다. 이 영화 전까지 다수의 CG 프로그램들은 이 이펙트 작업을 어떻게 해야 하는지 알지 못했었다. 단지 이 이펙트 작업을 위해서 프로그램 하기 위해 플러그 인을 한다던가 한가지 작업을 결정하기 위해서는 프로그래머들을 기다려야만 했었다. 하지만 지금부터 이 이펙트를 쉽게 작업 할 수 있는 RenderMan 프로그램의 뛰어난 기능에 대해 소개 하고자 한다.

1998년 Pixar가 저작한 영화 '벅스 라이프' 중 한 장면

 

◆ 반투명 물체에 그림자 표현하기

가장 간단한 반투명 모델로 나뭇잎이나 종이 처럼 얇은 벽을 예로 들기로 하겠다. 보통 그늘이 져 보이는 모델들은 물체 표면의 앞부분에서 비춰주는 빛만을 고려한다. 하지만 반투명 물체는 자신도 어떤 실루엣을 통과하는 모습을 보여 줘야 하므로 하나의 빛만을 생각해서는 안된다.

그래서 여기에서는 L1과 L2 두 곳에서 빛이 온다고 가정하도록 하겠다. L1은 물체와 마주보고 있는 쪽에서 그리고 L2는 물체의 뒤에서 물체에 빛을 비춰주고 있다. 우리는 여기에서 빛의 광선인 vetor L과 점 P에서의 수직선 vector N의 각도를 계산해서 빛의 위치를 예측할 수 있다. 단, 이때 각도가 90도 보다 크면 빛은 물체의 뒤에 있는 것이고 이것은 아무런 영향을 미치지 않는다.

그림 1. 그림자에 영향을 미치지 않는 뒤쪽의 빛

일단 얇은 벽에 물체의 실루엣이 보여지지 않고 벽이 물체에 그림자를 만드는 것부터 생각을 해 보자.

그래서 다음의 그림자는 L1만을 고려해서 계산한 것이다.

surface

singleSide(float Ka = 1;

                float Kd = 1;)

{

   normal Nf = faceforward(normalize(N), I);

 

   Oi = Os;

   Ci = Os * Cs * (Ka * ambient() + Kd * diffuse(Nf));

}

RenderMan에서 사용하는 함수 diffuse()는 Pixar에서 정의한 함수로 다음과 같이 사용된다.

color

diffuse(normal N)

{

 color C=0;

 illuminance(P,N, PI/2)

   C += Cl * normalize(L).N;

   return C;

}

위에서 소개된 illuminance 루프는 표면 점 P에 수직인 선 N과 PI/2 레디안(= 90°) 값을 가진 vector에 의해 만들어진 삼각뿔 내부에 비춰지는 모든 빛의 양을 계산한다. 만약에 PI/2 레디안 각도가 PI 레디안(= 180°)에 가까워질수록 화면상의 가능한 빛들을 모두 포함 시켜야 한다.

그림 2. illuminance함수의 부피에 영향을 받는 diffuse 함수

diffuse() 함수는 단지 표면의 수직선 N만을 필요로 한다. 그래서 이 부분에서는 표면의 방위가 중요한 사항이 되는 것이다. 얇은 벽의 경우 물체의 실루엣까지도 벽에 비춰지기 때문에 L2 방향의 빛까지도 고려 해야만 한다. 이러한 이유로 L1만 고려했을 때 와는 달리 L2까지도 고려했을 경우 diffuse(-Nf) * Kd2의 값이 첨가 되는 것이다. L2는 L1의 반대 방향에 있는 빛이므로 diffuse(-Nf)으로 표현된 것이다.

surface

doubleSide(float Ka = 1;

                 float Kd = 1;

                 float Kd2 = 1)

{

   normal Nf = faceforward(normalize(N), I);

 

   Oi = Os;

   Ci = Os * Cs * (Ka * ambient() + Kd * diffuse(Nf) + diffuse(-Nf) * Kd2);

}

그림 3. 반투명 이펙트 완성 초기 작업

 

만약 Kd2를 변경한다면 워터마크 이펙트나 나뭇잎의 줄기도 표현할 수 있다.

그림 4. 최고의 결과물을 얻기 위한 이펙트 조정 작업

surface

doubleSide(float Ka = 0;

                   float Kd = 1;

                   float Kd2 = 1;

                   string texturename = "cater.tif";)

{

 normal Nf = faceforward (normalize(N), I);

 float Ct = comp(color texture(texturename), 1);

 Kd2 *= Ct;

 

 Oi = Os;

 Ci = Os * Cs * (ambient() * Ka + diffuse(Nf) * Kd + diffuse(-Nf) * Kd2);

}

 

마지막 그림은 사진을 통하여 그림자 테스트의 모든 것을 보여 주고 있다.

사진을 통해 본 그림자들

 

이 튜토리얼의 다음 Part들을 놓치지 마시기 바랍니다. 다음 부분들은 더 유익한 정보들로 가득할 것입니다.

Part 2 : 부피를 가지고 있는 반투명 물체들

Part 3 : 물체 표면 내부의 스케터링

유용한 책들

책 제목	저자	출판사
Advanced RenderMan	Apodaca, Anthony A. & Gritz, Larry. (1999)	Morgan Kaufmann
The RenderMan Companion	Upstill, Steve	Addison Wesley

만약 설명이나 작업에 관한 질문이 있으면 저에게 연락해 주시기 바랍니다. 여러분이 아시는 것처럼 저의 모국어는 영어가 아닙니다. 만약 이 튜토리얼에서 틀린 것이 있으면 저에게 알려 주시기 바랍니다.