CG 및 게임 그래픽에서 장면을 사실적으로 만드는것들

CG 및 게임 그래픽에서 장면을 사실적으로 만드는것들

사실적인 모델링 (Realistic Modeling)

현실 세계의 사물이나 환경을 가능한 한 정확하게 재현(정확한 크기와 비율, 모델의 디테일등). 3D 모델링 툴(Blender, Maya, ZBrush 등)을 사용하여 3D 모델을 제작
실시간 게임엔진에서 고해상도 모델은 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 LOD(Level of Detail) 및 폴리곤 최적화를 고려해야함

 

자연스러운 모델의 배치(Placement of Models)

실내 및 실외에서 잘 배치된 모델들은 장면의 몰입감을 향상시키고 현실감을 더합니다.
크기와 비율 - 현실적인 크기와 비율을 가지는 사물들
조화 - 주변 환경과  잘 어울리도록 모델을 배치
무작위성(Randomization) - 자연스럽고 불규칙한 환경을 만들기 위한 중요한 요소(실외 씬에서 나무, 돌, 잔디, 벽돌 등)

 

사실적인 텍스처 (Realistic Textures) 제작과 맵핑

3D 모델의 표면에 텍스처 이미지를 맵핑하여 현실감을 더하는 과정. 사실적인 표면의 질감과 세부사항을 잘 표현하는 고해상도 이미지 텍스처를 사용합니다. 디퓨즈 맵(Diffuse map) 외에도 표면의 세부 사항을 강조할수있는 노멀 맵(Normal map)과 스펙큘러 맵(Specular map)을 같이 사용.
PBR(Physically-Based Rendering) 텍스처
PBR 재질과 함께 사용되어 사실적인 사물의 표면을 표현
Albedo (Base Color),  Metallic, Roughness (Smoothness), Normal Map,  Ambient Occlusion (AO),  Height Map (Displacement Map), Emissive, 기타

사실적인 재질 (Realistic Materials)

재질은 사물이 빛과 상호작용하는 방식에 중요한 역할을 합니다. 광택도(Glossiness), 금속성(Metallic) 등의 속성을 통해 사물의 사실적인 표면 질감과 반사성을 표현할 수 있습니다.
금속성 (Metallic) - 금속과 비금속의 차이를 표현합니다. 예를 들어 금속성 재질은 고광택(high gloss)과 반사적인 특성을 가집니다.
광택도 (Glossiness/Roughness) - 표면의 광택 정도를 결정하는 요소입니다. 높은 광택도는 매끄럽고 반사되는 표면을 만들고  낮은 광택도는 거칠고 확산되는 표면을 만듭니다.
PBR(Physically-Based Rendering) 재질
물리 기반 렌더링을 사용하는 방식으로 빛과 표면의 상호작용을 물리 법칙 기반하여 구현한 재질 
PBR 텍스처와 함께 사용되어 사실적인 사물의 표면을 표현

PBR 재질
https://learn.microsoft.com/ko-kr/azure/remote-rendering/overview/features/pbr-materials
3ds Max에서 PBR 재질 설정
https://docs.microsoft.com/ko-kr/azure/remote-rendering/tutorials/modeling/3dsmax-material-setup

조명 (Lighting)

조명은 장면의 분위기를 결정하는 가장 중요한 요소 중 하나로 다양한 조명 종류와 효과를 활용해야합니다.
Directional Light - 주로 태양광처럼 일관된 방향에서 빛을 쬐는 조명
Point Light - 점광원으로 특정 지점에서 모든 방향으로 빛을 발산하는 조명
Spot Light - 집중된 빛을 특정 영역에 비추는 조명
Area Light - 넓은 면적에 고르게 빛을 분배하는 조명

그림자 품질 (Shadow Quality)

그림자는 사물이 빛을 차단하는 부분을 시각적으로 표현하고 장면의 입체감을 더합니다. 그림자 품질을 높이면 더 사실적인 그림자를 표현할수있습니다.
Shadow Resolution - 그림자의 해상도를 높이면 더 세밀한 그림자를 얻을 수 있음
Hard Shadows와 Soft Shadows - 장면과 상황에 따라서 적절한 그림자 유형을 선택
Hard Shadows -명확하고 선명한 경계를 가진 그림자
Soft Shadows -경계가 부드럽고 흐릿하게 퍼져 있는 그림자

Ambient Occlusion (AO)

작은 공간이나 구석에서 빛이 차단되는 영역에 음영을 추가하여 깊이를 강조하고 사물 간의 관계를 더 명확히 합니다.
실시간 게임엔진에서 그래픽 최적화를 위해 스크린 공간에서 AO 또는 그림자를 계산하고 표현하는
SSAO (Screen Space Ambient Occlusion) 및 Screen Space Shadows를 사용할수있습니다.

반사(Reflections)

주변 환경을 반사하는 사물의 표면. 사물 및 환경의 빛 반사를 시뮬레이션하여 사실적인 장면을 표현
사물의 표면 특성에 맞는 반사 효과를 적용하면 사실적인 장면을 연출
목재 - 일반적으로 반사도가 낮고 빛을 흡수하는 성질. 하지만 표면이 매우 매끄럽게 연마되었을 경우 약간의 반사가 있을 수 있음
돌 - 자연 상태의 거친 표면을 가진 자연석은  반사도가 낮지만 표면을 연마하거나 광택을 내면 반사도가 높아질 수 있음(대리석, 화강암등)
천 (패브릭) - 일반적으로 반사도가 낮은 소재로 표면의 섬유가 빛을 흡수하거나 분산시킴
플라스틱 - 반사도가 중간 정도인 물질. 광택 있는 플라스틱은 빛을 어느 정도 반사하지만 매트한 플라스틱은 반사도가 낮습니다.
고무 - 매트하거나 낮은 반사도를 가짐
금속 - 매우 높은 반사도를 가지며 빛을 강렬하게 반사.  금속성 물질에서는 빛의 반사로 인해 광택이 나타남(알루미늄, 금, 은 등)
유리 -  매우 높은 반사도를 가지며 투명한 성질
물 - 고요한 물의 표면은 주변 환경을 명확하게 반사. 물의 표면이 파도치면 반사가 일그러짐
거울 - 반사율이 100%에 가까움

스크린 공간 반사 (Screen Space Reflection, SSR)
화면에 이미 렌더링된 장면에서 반사를 계산하는 기술로 실시간 렌더링에서 사용 가능하며 빠르게 반사를 구현. 
큐브맵(Cubemap)
큐브맵(Cubemap) 및 360도 구형 이미지를 사용해 주변 환경을 반영하는 방식(6개의 면으로 이루어진 텍스처를 사용) 주로 환경 반사를 구현하는 데 사용.
레이 트레이싱 반사 (Ray Traced Reflections)
레이 트레이싱 기법을 사용해 빛의 경로를 추적하고 반사를 시뮬레이션하는 방식. 물리적으로 정확한 반사를 제공하여 현실적인 반사 효과를 표현. 높은 연산 비용으로 고성능 하드웨어에서 구현 가능

GI (Global Illumination)

환경에서 직접광과 간접광의 상호작용을 시뮬레이션하고 빛의 분포를 계산하여 사실적인 장면을 렌더링
GI의 주요 목표는 간접광을 정확하게 표현하는 것
간접광(Indirect Light) - 직접광(Direct Light) 또는 간접광에 의해 사물에서 반사된 빛이 다른 사물 및 주변환경에 간접적인 조명 효과를 제공
Baked GI, Realtime GI, Ray Traced GI 

효과(Effects)

다양한 효과를 사용하여 장면을 더욱 사실적이고 분위기 있게 만들 수 있습니다.
안개 (Fog) - 먼 거리의 사물을 흐리게 표현하여 화면의 깊이감을 추가하고 환경의 분위기를 설정하는 데 사용
볼륨 라이트 (Volumetric Lighting) - 빛이 공기 중에서 흩어지는 효과를 시뮬레이션하여 빛이 먼지 또는 안개와 상호작용하는것을 표현
렌즈 효과 - 시각적으로 특정 렌즈의 물리적 특성이나 광학적 왜곡을 모방하는 효과들(Lens Flare, Bloom, Chromatic Aberration)