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야매정리 PBR

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by

Turtle Terrior

on 16 April 2014

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Transcript of 야매정리 PBR

감마 (Gamma)
감마란?

값을 거듭제곱하여 변환하는 방식.

부호화 감마 (Encoding Gamma)
디스플레이 감마 (Display Gamma)
PBR (Phisically Based Render)
Why?
베버의 법칙
자극을 받고있는 감각기에서 자극의 변화를 느끼려면,

약한 자극 -> 약한 변화는 쉽게 감지.
강한자극 -> 약한 변화는 느낄수 없음. 더 큰 자극에서만 변화를 느낄 수 있음.
조용한 곳에서 이야기할때보다 시끄러운 지하철 안에서는 더 큰소리로 이야기해야 알아들을 수 있음


환한 낮에는 네온사인이 밝게 느껴지지 않지만 밤에는 휘황찬란하게 느껴지는 것 등

예시
인간의 눈은 어두운 빛의 차이를 더 잘 구분함.
Why?
따라서 빛의 밝기를 그대로의 비율로 디지털화해 저장하는것 보다는
(선형적 그래프)
인간이 지각하는 방식으로
어두운 부분에 더 많은 공간을 할애
하면 같은 공간내에서 더 효율적으로 저장할 수 있다.
(감마 2.2)
원래의 밝기를 디지털화 하여 저장할 때 쓰이는 감마값.
보통은 원래의 밝기 그대로를 저장 하지만...
때문에
sRGB 공간
(감마값 0.45 = 1/2.2)

을 사용.
저장된 픽셀 값을 출력하기 위해 픽셀 값을 출력 밝기로 변환할 때 쓰이는 값.
CRT의 특성 때문에 우연하게 자동적으로 감마 복호화(Gamma Decoding) 가 이루어 졌었음.
CRT는 밝기를 거듭제곱해 조절하는 특성을 갖고 있어서...
지금은? (LCD등)
호환성을 위해 이를 별도 내장.
1.출력장치의 절대적인 밝기가 원본 이미지 밝기와 다름.
2.이미지를 얻었을 때와 이미지를 출력할 때의 환경차이.
그래서 디스플레이 감마를 이용해 감마값을 보정해 출력.
광학현상 (Visual Pheomena)
빛이 물질을 만나면 산란과 흡수 라는 두가지 반응을 일으킨다.
산란 (Scattering)
공기를 투과하던 빛이
광학적 단절이 이루어질때
(어떤 물질을 만났을 때)
빛의 방향만을 바꾼다.
산란은 -
반사(Reflection)
굴절(Refraction)
투과(Transmission)
로 이루어진다.
-반사는 원래 있던 물질로 되돌아가는 것.
-굴절은 새로운 물질로 진행하는 것.
-투과는 물체를 통과.
흡수 (Absorption)
흡수는 빛의 방향에는 관여하지 않고 총 에너지량을 변화시키는 과정.
프레넬 효과 (Fresnel Effect)
빛이 표면에 닿을 때 입사각이 수직에서 평행으로 갈수록 더 반사가 많이 일어나는 현상.
http://gamedevforever.com/35
스넬의 법칙 (Snell`s Law)
즉, 같은 광원이라 할지라도, Glancing Angle(아주 얕은 각도)에서 스펙큘러가 훨씬 밝게 보이는 현상.
입사각 > 임계각 = 반사Reflection
입사각 < 임계각 = 굴절Transmission
프레넬 반사 (Fresnel Reflection)
스넬의 법칙(Snell’s Law)과 프레넬 반사(Fresnel Reflection)의 예
재질 별 프레넬 반사율 그래프 (선형공간 기준)
렌더링을 위해서는 이미지나 모델링 데이터들을 어떤 체계로 화면에 출력할 지 결정해야함.
이미지를 그대로 출력한다?
빛이 물질에 어떤 식으로 반응할지 ( 실사? 카툰?)
혹은 예술적으로 의도된 체계를 만들지? ( 새로운 아트 스타일)

좋은 출발점은 자연 현상을 모사하는것. (PR: Photo Realistic)
장점: 기준이 명확하고, 연구된 자료도 많다.
(예술적인 접근은 기준이 모호하고 정답이란 것이 매우 주관적이기에 일면에서는 더 어렵다)
음영계산식 항목 (Shading Equation Term)

음영 모델 (Shading Model)
렌더링을 위해 이미지,모델링 데이터들을 어떤 체계로 화면에 출력할지 결정.
이미지를 그대로 출력?
예술적으로 의도된 체계를 만들어 출력?
PBR은 PR ( Photo Realistic) 을 추구.
알베도(albedo)
입사되는 빛의 양 대비 반사되는 빛의 양의 비율, 즉
반사율
이중 확산의 반사율을
라 부른다.
Albedo? Diffuse?
Diffuse :
분산된
,
분산시키다
;
분산되다
Albedo :
빛을 반사하는 정도를 수치로 나타낸 것
널리퍼진,
반사율이라고도 한다.
??????
결국 , 게임에서의 Diffuse , Albedo
는 같은말, 다만
의미의 혼동을 막기 위해 공학적인 용어를 가져 온 것.
Diffuse
맵의 경우 게임, 엔진마다 사용 방법,
들어가는 정보가 다르므로,
빛이 새로운 물질을 만났을 때,
표면에서 일정량의 빛을 반사시키는 현상을
표면반사(Specular)
바라보는 방향 의존도가 매우 높다.
프레넬 반사율을 이용해 세기를 지정.
재질의 매끄러운정도(Glossiness or Rouhness)에 따라 표면 상태를 지정.
프레넬 반사율는 재질마다 고유하지만, 매끄러운 정도는 같은 재질이라도 다를 수 있음.
표면반사(Specular)
금속등의 전도체는
확산은 일어나지 않고, 표면 반사
만 일어난다.
확산 (Diffuse)
물질의 표면을 투과하여 여러 산란관 흡수를 반복하다가 다시 표면으로 빠져나가는 현상.
전방위적으로 비슷한 정도로 빛이 나와 바라보는 방향 의존도가 매우 낮고,
재질마다 일정 범위 안에서 고유한 반사율을 갖는다.
개념 정리
에너지 보존 (Energy Conservation)
에너지 보존 법칙에 의해 표면반사와 확산으로 다시 표면으로 나오는 빛의 양은 결국 입사한 빛의 양을 넘지 못한다.
표면반사가 먼저 일어나고 나머지 빛은 산란되어 확산을 일으킴.
거울처럼 대부분의 빛이 표면 반사가 된다면 확산 자체가 일어나지 않게 된다.
금속과 같은 전도체의 경우는 조금 다른 경우로 종류에 따라서는 표면반사 후에도 확산될 수 있는 투과되는 빛의 양이 있지만 대부분 흡수되어 다시 나오지 않는다.
표면반사시 표면이 거칠다면 빛이 더 넓게 반사되게 되는데 반사되는 전체양은 입사한 빛의 양을 넘을 수 없기 때문에 더 넓게 반사될수록 반사되는 빛의 세기가 줄어들게 됨에 유의.
HDR (High Dynamic Range) 렌더링
최소 밝기와 최대 밝기의 범위를 Dynamic Range 라 함
일반적으로 24 bit color를 쓰는 환경에서
이는 사람의 눈이나 카메라보다 훨씬 낮은 Dynamic Range를 지니며 이를
LDR(Low Dynamic Range)
이라고 부른다.
위의 환경에서 최대 밝기는 255로 모니터로 표현 시 그 밝기가 매우 제한적이며 현실에서의 빛은 훨씬 밝은 경우가 일반적이다.
광학현상을 비슷한 방식으로 구현하고 계산하기 위해서는 빛을 이런 고휘도 상태로 다룰 필요가 있는데
이를 위해 0~255 범위를 벗어나는 값도 표현이 가능하게 HDR(High Dynamic Range) 환경을 만들어 렌더링 하는 것을 HDR 렌더링 이라고 함.
R
G
B
각 color channel당 8 bit를 사용하여 최대 256단계를 표현
잘못된 속설이라함.
라고 알았지만..
감마 보정의 이유
주어진 대역폭 내에서
최대한의 화질을 보여주기 위해서

Gamma And Linear-Color-Space - 이민웅
감마 보정 단계
Gamma(감마) - 임정환
refrences
Gamma - 임정환
Gamma and Linear Color Space - 이민웅
Feeding a physically based shading model - Sebastien Lagarde

http://seblagarde.wordpress.com/2011/08/17/feeding-a-physical-based-lighting-mode/
DONTNOD specular and glossiness chart
http://seblagarde.wordpress.com/2012/04/30/dontnod-specular-and-glossiness-chart/
Game environments – Part A: rendering Remember Me
http://www.fxguide.com/featured/game-environments-parta-remember-me-rendering/
그밖에 많이.... 잃어버린 출처가 많습니다... ;;
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