고로 쉐이딩: 조명 컴퓨터 비전

By Fouad Sabry

고로쉐이딩이란?

앙리 고로의 이름을 딴 고로 셰이딩은 컴퓨터 그래픽에서 다각형 메쉬로 표현되는 표면의 연속 셰이딩을 생성하는 데 사용되는 보간 방법입니다. 실제로 고로 셰이딩은 각 삼각형 모서리의 조명을 계산하고 삼각형으로 덮힌 각 픽셀의 결과 색상을 선형 보간하여 삼각형 메쉬에서 연속 조명을 달성하는 데 가장 자주 사용됩니다. 고로 는 1971년에 처음으로 이 기술을 발표했습니다. 그러나 우수한 셰이딩 모델에 대한 향상된 하드웨어 지원으로 인해 고로 셰이딩은 현대 렌더링에서 거의 쓸모가 없게 되었습니다.

당신이 얻을 수 있는 혜택

(I) 다음 주제에 대한 통찰력 및 검증:

1장: 고라우드 셰이딩

2장: 퐁 셰이딩

3장: 퐁 반사 모델

4장: 픽셀별 조명

5장: 정점 법선

6장: 렌더링(컴퓨터 그래픽)

7장: 셰이더

8장: 컴퓨터 그래픽 조명

9장: 다각형 모델링

10장: 정점(컴퓨터 그래픽)

(II) 고로 쉐이딩에 관한 대중의 주요 질문에 답합니다.

(III) 다양한 분야에서 고로 쉐이딩을 사용한 실제 사례.

이 책은 누구를 위한 책인가

전문가, 학부생 및 대학원생, 매니아, 취미생활자, 그리고 모든 종류의 고로 쉐이딩에 대한 기본 지식이나 정보를 넘어서고 싶은 사람들.

• Language: 한국어
• Publisher: 10 억 지식이 걸립니다 [Korean]
• Release date: May 5, 2024

Book preview

1 장 : Gouraud 음영

Henri Gouraud의 이름을 딴 Gouraud 음영은 다각형 메쉬로 표현되는 표면의 연속 음영을 생성하기 위해 컴퓨터 그래픽에 사용되는 보간 기술입니다. 실제로 Gouraud 음영은 각 삼각형의 모서리에서 조명을 계산하고 삼각형으로 덮인 각 픽셀의 결과 색상을 선형으로 보간하여 삼각형 메시에 연속 조명을 생성하는 데 가장 자주 사용됩니다. 이 접근법은 1971년 Gouraud에 의해 처음 발표되었습니다.

다각형 3D 모델에서 각 꼭짓점의 표면 법선 추정치는 각 꼭짓점에 대해 제공되거나 각 꼭짓점에서 수렴하는 다각형의 표면 법선을 평균화하여 계산됩니다. 이러한 추정을 사용하여 퐁 반사 모델과 같은 반사 모델을 기반으로 하는 조명 계산이 수행되어 꼭짓점 색상 강도를 결정합니다. 다각형 메시로 덮인 각 픽셀의 색상 강도는 정점에서 파생된 색상 값에서 보간할 수 있습니다.

Gouraud 음영은 평면 음영보다 우수한 것으로 간주되며 퐁 음영보다 훨씬 적은 처리가 필요하지만 일반적으로 패싯 모양을 생성합니다.

퐁 음영과 비교할 때 Gouraud 음영의 강점과 약점은 보간에 있습니다. 메시가 화면 공간에서 버텍스보다 더 많은 픽셀을 차지하는 경우, 버텍스에서 비용이 많이 드는 조명 계산 샘플의 색 값을 보간하는 것은 퐁 셰이딩에서와 같이 각 픽셀에 대한 조명 계산을 실행하는 것보다 프로세서 집약도가 낮습니다. 그러나 고도로 현지화된 조명 효과(예: 사과 표면에 반사된 빛의 반짝임과 같은 반사광 하이라이트)는 올바르게 렌더링되지 않으며, 하이라이트가 다각형의 중간에 있지만 다각형의 정점으로 확산되지 않는 경우 Gouraud 렌더링에서 볼 수 없습니다.

회전하는 모델의 표면을 가로질러 부드럽게 이동하는 반사광 강조 표시가 있어야 하는 렌더링은 오류를 즉시 표시합니다. Gouraud 음영 처리는 모델의 인접 영역에서 지속적으로 페이드 인 및 페이드 아웃되는 강조 표시를 제공하여 의도한 반사광 강조 표시가 모델 정점과 정렬될 때 최대 강도에 도달합니다. 이 문제는 오브젝트의 꼭짓점 밀도를 높여 해결할 수 있지만, 어느 시점에서는 이 전략의 반환이 감소하므로 보다 정교한 음영 처리 모델로 변환하는 것이 좋습니다.

구형을 닮은 Gouraud 음영이 있는 형상; 반사광 강조 표시의 잘못된 동작에 유의하십시오.

매우 큰 다각형 수를 가진 또 다른 구 모양의 메시입니다.

Gouraud의 원래 작업은 GPU에서 사용되는 선형 보간에 대한 원근 교정 대안인 선형 색상 보간을 설명했습니다. 꼭짓점에서 픽셀로의 색상 보간의 선형 및 쌍곡선 변형을 통칭하여 Gouraud 음영이라고 합니다.

강도의 선형 보간은 불연속 미분을 발생시켜 Gouraud 음영의 빈번한 시각적 인공물인 마하 밴드를 생성합니다.

{챕터 1 종료}

챕터 2: 퐁 음영

퐁 음영 또는 퐁 보간은 컴퓨터 그래픽의 선구자 인 Bui Tuong Phong이 개발 한 3D 컴퓨터 그래픽의 표면 음영 보간 기술입니다. 퐁 셰이딩은 래스터화된 다각형 위에 표면 노멀을 보간하고 보간된 노멀과 반사 모델에 따라 픽셀 색상을 계산합니다. 퐁 음영은 퐁 보간과 퐁 반사 모델의 특정 조합을 나타낼 수도 있습니다.

부이 투옹 퐁(Bui Tuong Phong)은 유타 대학교에서 퐁 음영과 퐁 반사 모델을 발명하여 1973년 박사 학위 논문에 발표했습니다. 출시 당시에는 Phong의 접근 방식이 혁신적인 것으로 간주되었지만 이후 많은 렌더링 응용 프로그램의 표준 음영 기술이 되었습니다. 일반적으로 생산된 픽셀당 컴퓨팅 시간을 효과적으로 사용하기 때문에 Phong의 기술은 널리 받아들여지고 있습니다.

퐁 음영은 Gouraud 음영보다 매끄러운 표면의 음영에 대한 더 정확한 근사치를 제공합니다. 퐁 셰이딩은 표면에서 지속적으로 변동하는 법선 벡터를 전제로 합니다. 퐁 반사 모델과 같이 적당한 반사 하이라이트가 있는 반사 모델에 사용할 경우 퐁 보간 접근 방식은 Gouraud 음영 처리보다 성능이 뛰어납니다.