Vertex Normal Trick#1 : 셰이더와 텍스쳐 없이 Anisotropy재질 만들기

 

**이사 중인 글입니다:)

 

최근, 어떠한 제작 튜토리얼을 남겨볼까 좀 고민을 하다가

좀 흔한 튜토리얼 보다는 묘하게 잡스러운 구석이 있으면서도 의외로 어라?싶은

튜토리얼을 만들어보는 건 어떨까? 라는 생각으로 작성해보기로 했다

 

해서, 1번째 튜토리얼은 바로

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이런 재질. 통칭, Anisotropy(비등방성)이라 불리는 녀석을 만드는 방법이다

Anisotropy셰이더와 그 어떤 텍스쳐도 사용하지 않고 말이다

제목에 써놓았듯이 버텍스 노멀을 이용한 트릭 모델링을 할 것이다

 

사실, 세상의 대부분의 재질은 그냥 면이 바라보는 방향과 빛의 입사각으로

보여지며 흔한 말로 NdotL이라 표현한다

 

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흰색 선은 표면이고 노랑색은 빛의 입사각(L)

파랑선은 물체 표면의 수직인 방향(N)

빨강선은 두 벡터로 부터 얻어진 크기(Dot Product)이며

이걸 흔히 NdotL이라 부른다

저런 독특한 원형 파문 형태의 반사나 음영도 결국 마이크로 레벨로 확대하면

 

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이런 레코드판 홈과 같이 생겼으며, 요철형태의 면이 빼곡히 들어차 있는 구조이다. 저 요철들도 결국 NdotL의 지배에서 벗어나는 것은 아니다보니 마이크로 레벨로 보면 그냥 정직하게 빛의 입사각과 면 방향의 사이각으로 되돌려 보낼 뿐이다.

다만 이걸 매크로, 즉 우리가 보는 거시적 시점에서 보게될 때에 꽤 특이한 모양새로 반사되는 것이 관찰되는 것 뿐이다.

바깥쪽 홈은 안쪽 홈보다 넓으므로 넓찍하게 빛을 반사하고

안쪽 홈은 바깥쪽 홈 보다 좁다보니 작게 빛을 반사하다보니

마치 고깔과 같은 오묘한 느낌으로 주변상 반사 및 입사광을 반사하고 있는 것이다

 

이런 마이크로 레벨의 요철을 일일히 모델링하거나 텍스쳐로 매핑해도 분명 저런 재질 표현이 불가능 하지는 않으나 말도안되는 자원이 소모되는 것이 자명하다. NdotL로 정직하게 표면이 바라보는 방향과 빛의 입사각에 따른 빛의 반사각을 고스란히 재현하기보다는

"그럼 면이 바라보는 방향 말고 면의 결의 방향으로 바꿔치기 하면 되는거 아냐?"

라는 발상에서 튀어나온 녀석이 그 유명한 Anisotropy셰이더가 아닌가 싶다

 

대체적으로 Anisotropy셰이더는 TdotH의 구성으로 되어있는데

H는 하프벡터로, 스페큘러와 관련된 부분이다.

저런 결 재질에서 보이는 "반사(리플렉션)"에 해당하는 녀석들은 결국 스페큘러

성분이니 관찰자 시점과 빛의 입사각을 더한 값인 하프벡터를 이용하는 것이고

뭐 심미적 성향에 따라 그냥 빛 입사각에 정직하게 따라붙을 느낌으로 할거면 H가 아니고 L이어도 딱히 문제는 없으리라 생각된다.

해서, 저 TdotH에서 제일 중요한 녀석은 결국 T라는 것인데

요녀석이 위에 언급한 "결"에 해당하는, 면과 맞닿는 방향 또는 면의 수평방향에

해당하는 탄젠트이다

위 그림 중, NdotL설명 부분에서 중요한 것은 면이 바라보는 방향과 빛의 입사각이 같으면 같을수록 값이 커진다는 것인데(dot은 스케일러로 빠지지 벡터로 빠지는 녀석은 아니라.. 화살표 방향으로 표현은 했지만 벡터는 아니다 ㅇ,.ㅇa)

결국 TdotH든 취향삼아 TdotL로 하든 핵심은 결의 방향과 빛의 입사각이 같을 때

가장 밝다는 것이다

 

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이 부분에 초점을 맞추어 발상의 전환을 하면 된다

 

면의 수직 방향으로 저런 재질 표현이 힘들어

면의 방향을"셰이더"를 통해 수직에서 수평방향으로 바꿨다면

이번에는 사람이 직접 면이 가진 노멀 정보를 "결"방향 즉, 수평방향으로

꺾어주면 되는 것이다

 

 

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1. 특별할 것 없는 그냥 판때기이다. 면이 바라보는 방향을 기준으로 각 버텍스 노멀들이 정렬되어있는 것을 볼 수 있다

 

 

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2. edit normal모디파이어를 붙인다음, 각 버텍스 노멀을 기존의 면의 수직인 방향에서 수평인 방향, 즉 탄젠트 방향으로 꺾어준다.

이때, 에지 방향을 따라 시계방향이나 반시계방향으로 꺾어주어야한다.

왜냐하면 버텍스 노멀 사이의 각은 보간이 되기 때문으로 이를 이용하는데,

시계방향으로 노멀을 꺾어두면 원형의 결에 해당하는 형태로 노멀 사이사이가

보간되기 때문이다. 이미 이렇게만 하면 완성이며 이미

사진에서 보이듯이 원형의 파문형태로 음영이 생기는 것을 볼 수 있다

 

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3. 위 2번과정에서의 버텍스 노멀 보간에 대한 설명인데, 두개의 노멀을 기준으로 사이 각들이 보간되어 저렇게 사방팔방으로 생긴다고 생각하면 이해하기 쉽다:)

 

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4. 돌아와서, 최종적으로 스카이박스를 넣어두고 아무 스탠다드 PBR머티리얼만 넣으면 완벽한 냄비 바닥 처럼 보이게 된다

 

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5. 이를 응용하여 모델링에 반영할 수 있으며, Anisotropy처럼 보이길 원하는 폴리곤만 잡고 시계 또는 반시계 + 탄젠트 방향으로 버텍스 노멀을 편집하면

특별히 셰이더를 작성하지 않아도 Anisotropy재질을 만들어낼 수 있다!

유니티에 올린 상태인데 옆의 인스펙터 쪽 머티리얼 타입을 보면

별거 없이 그냥 Standard로 지정되어있는 것을 확인할 수 있을 것이다

 

내용을 정리하자면

"버텍스 노멀만으로 특정 셰이더를 미믹할 수 있으며

이를 이용해 특정 재질을 위한 셰이더 추가를 막거나 더욱 적게 쓸 수 있으며

저사양 기기에서도 부담없이 활용할 수 있는 방법이며

저사양 기기에서도 스탠다드 PBR외의 재질 느낌을 특별한 성능비용 없이

만들어낼 수 있음을 의미한다"

라고 정리할 수 있겠다

 

 

** 이 튜토리얼은 모든 DCC툴에서는 다 가능하다

Houdini의 경우, 아예 포인트 노멀을 에지 방향, 즉 면의 수평이면서

폴리곤의 둘레에 따라 노멀을 정렬하는 기능이 있으며

Anisotropy 미믹화 시킬 폴리곤을 Group노드로 지정 후,

OrientAlongCurve노드나 PolyFrame노드에서 Tangentu 어트리뷰트에

N(노멀)을 대입하면 포인트 노멀들이 알아서 정렬된다

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실제 제작 동영상. 마음이 급하면 동영상만 참고해도 괜찮으실 겁니다:)

 

2:50

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셰이더와 텍스쳐 전혀 안쓰고 비등방성 효과 제작하기셰이더와 텍스쳐 전혀 안쓰고 비등방성 효과 제작하기

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