최근 하드웨어 및 기술의 빠른 발전덕분에 일반 pc에서도 radiosity가 손쉽게 구현되고 있다. 그리고, 최근 좀 더 사실적인 라이팅을 구현할 수 있는 Sub Surface Scattering기술이 많은 주목을 받고 있다. 이에 관해 알아보자. (by James Song)

Sub Surface Scattering 은 정확하고 사실적인 랜더를 위한 것이다. 이를 이해하기 위해 빛의 성질에 대해 알아보자. 빛은 광선으로 구성되있고, 랜더러는 이를 모방해 특정 조명에서 나오는 색상, 광도, 방향을 계산하는 것이다.

현재 수많은 랜더러들이 radiosity를 지원하고 있다. 이것은 광원에 의한 빛 반사 계산과 이 반사된 빛에 의한 부가적인 라이팅 계산이다.
만약, 탁자 위에 spotlight 하나만 있으면 radiosity 없이 모든 광선은 탁자위와 가장자리 바닥에만 미칠 것이다. 그러나, radiosity를 이용하면 빛은 바닥에서 반사되 다시 탁자 밑을 비출 것이다.

Radiosity 예제 보기

Sub Surface Scattering 은 부가적으로 해당 물체(object)의 물질 (material)을 더 고려한 radiosity의 곁가지이다. 예를 들면, 태양 아래 당신은 나뭇잎을 통해 당신 손의 윤곽을 볼 수 있다. 이것은 나뭇잎이 반투명 (translucency)이기 때문이고, 완전히 통해 볼 수 있는 투명도하고는 다른 개념으로 이러한 성질은 피부(굳은 살을 보면 반투명하다는 것을 알 수 있다), 우유, 나뭇잎, 종이, 얇은 커텐에서 살펴볼 수 있다.

일반 랜더러는 동일한 specularity와 diffuse 수치를 갖고 있다면 어떤 물질이라도 같은 방식으로 계산되므로 3D 피부와 3D 나무가 같은 방식으로 계산된다. 그러나, 서로 다른 물질에선 빛이 각각의 방식으로 작용된다.

Sub Surface Scattering은 물질의 반투명성과 정확한 각도의 빛 반사를 계산한다. 정학히 말하자면, 빛은 물질의 표면에서 이리저리 흐르거나 반사된다. (썬텐을 하는 원리와 같다)

이를 생각하고 다음의 두가지 용어를 알아보자.

• BRDFF : 양방향 반사 분포 함수

일반 랜더러에서 채택하는 계산 방식.

• BSSRDF : 양방향 표면 산발적 분포 함수

표면에 닿는 어떠한 두 광선 사이의 광선 움직임을 계산한다.

BRDF는 빛이 물체 표면 한 점에 도달 한 후 같은 지점에서 반사된다고 계산하는데 반해, BSSRDF는 다른 지점에서 반사하는 것으로 연산한다. 그러므로, BSSRDF로 BRDF보다 훨씬 사실적인 결과를 얻을 수 있다.

예를 들어, BSSRDF씨는 문을 열고 들어가 창문이나 반대쪽 문으로 나온 다면, BRDF씨는 들어간 문으로 반드시 다시 나와야 함을 의미한다.
만약, 우리가 자동차를 랜더한다면 이러한 차이는 적을 수 있지만, 반투명 재질의 물체 (피부, 우유, 나뭇잎, 천) 등의 경우에는 완전히 잘못된 방식이다. radiosity로 근사하게 보일 순 있지만 정확한 방법이 아니다.

BRDF 와 BSSRDF의 차이점 보기

위의 그림과 같이 Sub Surface Scattering에선 광선이 특정 각도로 물체에 도달한 후 다른 위치와 각도로 반사된다. 그러한 복잡한 과정 때문에, 많은 대학에서 아직 정확한 함수를 연구하고 있는 중이다.

Sub Surface Scattering의 장점 보기

Sub Surface Scattering를 굴절과 비슷하다고 생각하는 분들도 있을 것이다. 전자는 입광과 반사를 고려한 반면, 후자는 물질을 통과하는 빛과의 관계이다.

굴절

몇몇 유명한 랜더러들에서 사실적인 조명을 표방하지만 계산 방법에 따라서 각각 차이가 있음을 알 수 있다. Sub Surface Scattering도 좀 더 사실적인 광선에 대한 연구임을 알 수 있다.

Sub Surface Scattering가 미치는 영향에 관한 더 자세한 내용은 다음 링크를 참조하시오.

관련 사이트로 이동

A plethora of technical links about everything from lighting to water simulations.

A Practical Model for Subsurface Light Transport by folks at Stanford University.

Monte Carlo Evaluation of Non-Linear Scattering Equations for Subsurface Reflection by the good folks at Stanford.

FinalRender the first render engine to feature sub surface scattering.