[Graphics] DirectX12 - Lighting 개요

 

Lighting 개요

 

빛

 

• 3D 표현을 위해서는 명암이 중요하고, 명암을 표현하기 위해선 조명이 필요하며 조명이 나타내는 빛이 존재한다.
• 우선 빛의 종류로는 크게 세가지가 있다.

 

Diffuse : 난반사광	Ambient : 환경광	Specular : 정반사광
물체의 표면에서 분산되어 눈으로 바로 들어오는 빛이다. 각도에 따라 밝기가 다르다.	많은 반사를 거쳐서 광원이 불분명한 빛이다. 물체를 덮고 있는 빛이며 일정한 밝기와 색으로 표현된다.	분산광과 달리 한방향으로 완전히 반사되는 빛이다. 반사되는 부분은 흰색의 광으로 보인다.

빛의 세 종류

• Vertex Shader는 정점에 관한 연산을 해준다면, Pixel Shader에서는 픽셀에 대한 색상의 연산 등이 호출이 된다.
• 물체와 빛에 따른 벡터의 내용은 다음과 같다.

 

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빛의 연산

 

  Diffuse 난반사광

• Diffuse의 경우 람베르트(램버시안) 코사인 법칙을 사용한다.
• 표면 위치 벡터에서 빛 위치 벡터를 빼서 빛에서 표면으로 가는 벡터를 구한 뒤, 입사각의 코사인값을 구하기 위해 Normal 벡터와 빛 벡터의 내적을 이용한다.
• 이후 빛을 정면으로 받으면 입사각이 0이 될 것이며 cos 0 = 1이기 때문에 강하게 나타나고,
• 비스듬히 받으면( 90 > θ >0) 0~1의 값이 나와 1보단 흐릿해지며
• 90도가 넘어갈 경우 cos <90 은 0~음수이기 때문에 빛이 비치지 않게 된다.
• 만약 RGB 값이 {1, 1, 1}이며 입사각이 60˚라면 빛의 양은 0.5가 될 것이고 이를 RGB에 곱하여 얻는 결과값은 {0.5, 0.5, 0.5}가 되는 것이다.

 

 

Ambient 환경광

• 환경광의 경우 각도나 세기에 상관없이 물체나 배경에 모두 일정하게 비추는 빛이다.
• 따라서 환경광은 여러방향으로 비추고 반사하기 때문에 빛이 직접 닿지 않더라도 반사하여 물체에 닿는 빛을 고려해주어 최소한의 빛의 값을 보장해준다.
• 환경광의 세기에 따라 물체의 RGB에 곱해짐으로써 영향을 주게 된다.

 

 

  Specular 정반사광

• 빛이 표면에 닿아 입사각과 같은 각도로 반사되는 빛이다.
• Specular 연산은 다음과 같다.

• Vector R과 Vector C의 사이각에 따라 빛의 세기가 달라진다.
• Vector R을 구하는 방법은 다음과 같다.

 

 

 

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조명

 

• Directional Light = 보통 환경광을 표현할 때 사용됨
• Point Light        = 전등이나 횃불과 같이 주변을 밝히는 조명에 사용됨
• Spot Light         = 손전등과 같이 특정한 방향을 밝히는 조명에 사용됨.