※ 본내용은 해외 테크니컬디렉터인 Zhang Jian씨와 3D아티스트인 Julian Johnson-Mortimer씨의 컴퓨터그래픽 커뮤니티사이트인 imagine Cube(http://www.imaginecube.com)에서 다루어진 'Normal Mapping:Theory and Practice'의 번역내용임을 밝힙니다.

이 튜토리얼은 노말맵의 기본적인 아이디어를 이용하여 Maya에서 응용하는 방법을 알려드리기 위해 제작되었습니다.

노말맵핑은 모델의 현존하는 노말들을 대체하는 기술입니다. 이기술을 응용하여 폴리곤수를 적게하면서도 휠씬 개선된 하이퀄리티의 그래픽을 연출할 수 있습니다.

그림 1. 노말(그림에서 녹색부분)은 표면에서 수직으로 세워진 벡터이고 그것을 통해서 표면의 기본위치를 나타냅니다. 각각의 vertex의 facet노말을 잇는 평균점을 기준으로 vertex노말을 계산합니다.

그림 2. 2,807개의 로우폴리곤 모델입니다. Maya에서 모델링되고 UV맵처리가 되어있습니다. 직선의 틀안에 각각의 vertex노말이 triangle들을 부드럽게 보이게 합니다.

그림 3. 더많은 디테일을 위하여 더많은 폴리곤을 필요로하게 됩니다.

그림 4. 723,584개의 triangle들로 이루어진 하이폴리곤 모델입니다. ZBrush를 통하여 디테일을 만들어 expert한 것입니다.

그림 5. 로우폴리곤 모델에서 노말디렉션을 따라 빛이 캐스팅됩니다. 노말은 하이폴리곤에서 보여진 빛의 처리를 그대로 가져올 수 있습니다. 하이폴리곤 모델의 트라이앵글들의 Octree데이타구조를 불러들여 레이캐스팅의 프로세스과정을 빠르게 처리합니다.

그림6. 로우폴리곤으로 환원된 노말들의 빛의 기준점들을 하이폴리곤의 노말들로 대체해줍니다. 로우와 하이폴리곤사이의 디스플레이스먼트는 무시될 수 있습니다.

그림 7. 레이캐스팅 계산은 각각의 폴리곤을 triangle들의 세트로 분리되어질 필요가 있습니다. 두 번째의 Facet같은 것들은 피해져야합니다.

그림 8. 로우폴리곤 모델의 UV코디네이트입니다. 겹쳐진 UV이나 제로사이즈의 triangle들은 로우폴리곤의 UV코디네이트 시스템애서 rastering(주사)할 때 문제가 발생함으로 없게해야합니다.

그림 9.  RGB채널이미지의 노말vector를 노말맴핑소스로써 저장을 합니다.

그림 10. 노말vector는 일반적으로 아웃풋이 되기전에 빛의 원점에서 탄젠트로 전환됩니다.

그림 11. 탄젠트 스페이스는 빛의 원점에서 탄젠트와 노말 그리고 바이노말(T와N으로 크로스생성)등에 의해 만들어진 로테이션 매트릭스입니다.

그림 12. 노말맵퍼는 작은 스탠드얼론 어플리케이션으로 노말맵텍스쳐를 16비트 TIFF이미지로 생성합니다. 그것은 Wavefront의 .obj포맷의 로우와 하이폴리곤에서 읽어지며 모델의 3D와 UV코디네이트에서 openGL프리뷰를 제공합니다.

그림 13. 탄젠트와 노말들은 스킨된 모델에서 바뀌어집니다. Maya플러그인인 tangentMapper는 계산되고 vertex당 노말과 탄젠트로 러닝타임에 저장됩니다.

그림 14. NormalMapBump는 노말텍스쳐를 읽어주는 플러그인입니다. 노말텍스쳐를 먹여 normalMapBump노드에서 matrix를 뒤집어서 카메라에 보여집니다. 이것은 보통 bump2D가 적용되는 것처럼 카메라스페이스에서 노말vector를 생성하여 일정한 material shader의 normalCamera  채널을 먹게합니다.

그림 15. Maya 소프트웨어렌더러에서의 테스트 렌더링입니다. 노말맵핑은 왼쪽다리가 오른쪽다리와 같은 폴리곤수에 적용이 됩니다.

그림 16. 같지만 스킨된 모델에서 탄젠트 노말의 테스트렌더링입니다.

그러므로, 노말맵핑의 순서를 정리하면 :

1. 로우폴리곤과 UV를 Maya에서 제작합니다.
2. 로우폴리곤모델은 .obj포맷,vertex그리고 UV만으로 Export시킵니다. 노말을 expert할필요는 없습니다.
3. Zbrush에서 하이폴리곤의 디테일을 만듭니다.
4. 하이폴리곤의 .obj로 export시킵니다.
5. 로우와 하이폴리곤 모델을 노말맵퍼 프로그램으로 로드하여 노말텍스쳐를 계산하게 합니다.
6. "mtorMapPolyTangent polyShapeName" 명령어를 Maya에서 입력하여 vertex당 탄젠트와 노말을 다양하게 생성해냅니다.
7. shading Network를 만들어 노말텍스쳐를 로드합니다.
8. 완성입니다. 라이트를 추가하고 테스트렌더를 통해 결과를 봅니다.

예제를 제작해주신 Julian씨에게 감사드립니다.

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