반사 매핑

Reflection mapping
반사 매핑의 예

컴퓨터 그래픽, 환경 매핑 [1][2][3]또는 반사 매핑에서, 사전 계산된 질감을 이용하여 반사 표면의 외관을 근사하게 하기 위한 효율적인 이미지 기반 조명 기법이다.텍스처는 렌더링된 물체를 둘러싸고 있는 먼 환경의 이미지를 저장하는 데 사용된다.

주변 환경을 저장하는 몇 가지 방법이 채택되었다.첫 번째 기법은 구면 거울에 비친 것처럼 하나의 텍스처가 주위의 이미지를 담고 있는 구면 지도법이었다.정사각형의 여섯 면에 환경을 투사하여 여섯 개의 정사각형 질감으로 저장하거나 하나의 질감의 여섯 개의 정사각형 영역으로 펼쳐지는 큐브 맵핑에 의해 거의 완전히 추월되었다.일부 우수한 수학적 또는 계산적 특성을 갖는 다른 투영법으로는 파라볼로이드 매핑, 피라미드 매핑, 팔면체 매핑, HEALPix 매핑 등이 있다.

반사 매핑은 광선을 추적하고 광학 경로를 따라 정확한 반사를 계산하는 스크린 공간 반사 또는 선 추적과 함께 반사 렌더링에 대한 몇 가지 접근방식 중 하나이다.픽셀의 음영 계산에 사용되는 반사 색상은 물체의 점에 있는 반사 벡터를 계산하여 환경 지도에서 텍셀에 매핑함으로써 결정된다.이 기법은 종종 레이트레이싱에 의해 생성된 것과 피상적으로 유사하지만, 반사 광도 값은 입사각과 반사의 각도를 계산하여 얻은 것이므로 계산적으로 비용이 적게 든다. 왜냐하면 광도 값은 장면 기하학 및 컴에 대한 광선을 추적하는 것이 아니라 텍스처 조회가 뒤따른다.광선 광도를 적용하여 GPU 작업량을 단순화한다.

그러나 대부분의 상황에서 매핑된 반사는 실제 반사의 근사치에 불과하다.환경 매핑은 거의 충족되지 않는 두 가지 가정에 의존한다.

  1. 음영 처리 중인 물체에 발생하는 모든 광도 사건은 무한히 먼 거리에서 발생한다.그렇지 않은 경우 주변 기하학의 반사가 반사된 물체의 잘못된 위치에 나타난다.이럴 때 반사에는 시차가 보이지 않는다.
  2. 음영 처리 중인 물체는 볼록하여 자기반향성이 없다.그렇지 않은 경우, 반사된 부분에 물체가 나타나지 않고 환경만 반영된다.

환경 매핑은 일반적으로 반사 표면을 렌더링하는 가장 빠른 방법이다.렌더링 속도를 더욱 높이기 위해 렌더러는 각 꼭지점에서 반사선의 위치를 계산할 수 있다.그 다음, 그 위치는 정점이 부착된 다각형에 걸쳐 보간된다.이렇게 하면 모든 픽셀의 반사 방향을 다시 계산할 필요가 없어진다.

정상 매핑을 사용할 경우, 각 폴리곤에는 많은 페이스 노말(폴리곤의 주어진 지점이 향하는 방향)이 있으며, 이는 환경 지도와 함께 사용되어 보다 현실적인 반사를 도출할 수 있다.이 경우 폴리곤의 주어진 지점에서 반사되는 각도가 정상지도를 고려하게 된다.이 기법은 골판지 금속 또는 브러시드 알루미늄과 같이 평평하지 않은 표면이 질감 있게 보이도록 하기 위해 사용된다.

종류들

구면 매핑

구면 매핑은 직교 카메라를 통해 반사된 구면 반사에서 본 것처럼 입사 조명의 구면을 나타낸다.텍스처 이미지는 이러한 이상적인 설정을 근사하게 하거나, 피쉬아이 렌즈를 사용하거나, 구면 매핑으로 장면을 미리 렌더링하여 만들 수 있다.

구면 지도는 결과적인 렌더링의 현실성을 저해하는 한계로 인해 어려움을 겪는다.구면 지도는 자신이 나타내는 환경의 방위각 투영으로 저장되기 때문에, 지도 가장자리 또는 가까운 곳의 텍셀 색상이 점을 정확하게 나타내기에는 불충분한 해상도로 인해 왜곡되는 물체에 대한 반사에서 갑작스러운 특이점('블랙홀' 효과)이 보인다.구면 매핑은 사각형에는 있지만 구면에는 없는 픽셀도 낭비한다.

구형 매핑의 아티팩트는 너무 심해서 가상 맞춤법 카메라 주변의 시각에만 효과적이다.

큐브 매핑

큐브맵 반사에 의해 제공되는 외관 반사를 나타내는 다이어그램.그 지도는 실제로 관찰자의 관점에서 표면에 투영된다.레이트레이싱에서 레이트레이싱으로 제공되는 하이라이트는 레이트레이싱이 텍스처 필드에 수동으로 도장된 경우(또는 텍스처 맵을 획득한 방법에 따라 이미 나타난 경우) 나머지 부분과 함께 매핑된 물체에 투사되는 위치에서 "퍼딩"할 수 있다.텍스처 디테일
큐브 맵 반사를 사용한 3차원 모델 예제

큐브 맵핑과 다른 다면 매핑은 구면 맵의 심각한 왜곡을 다룬다.큐브 맵을 올바르게 만들고 필터링하면 가시적인 솔기가 없으며, 지도를 획득하는 가상 카메라의 관점과 무관하게 사용할 수 있다.큐브와 다른 다면체 지도는 그 이후 이미지 기반 조명을 획득하는 것을 제외하고 대부분의 컴퓨터 그래픽 애플리케이션에서 구면 지도를 대체했다.영상 기반 조명은 시차 보정 큐브 맵으로 수행할 수 있다.[4]

일반적으로 큐브 매핑은 실외 렌더링에 사용되는 것과 동일한 스카이 박스를 사용한다.큐브맵 반사는 객체를 보고 있는 벡터를 결정함으로써 이루어진다.이 카메라 광선은 카메라 벡터가 물체와 교차하는 표면의 정상부에 반사된다.그 결과 반사된 광선이 입방체 지도에 전달되어 조명 계산에 사용되는 광도 값을 제공하는 텍셀을 얻는다.이것은 물체가 반사되는 효과를 만들어낸다.

HEALPix 매핑

HEALPix 환경 매핑은 다른 다면체 매핑과 유사하지만 계층적일 수 있으므로 구체와 더 근접한 다면체를 생성하기 위한 통일된 프레임워크를 제공한다.이를 통해 계산 증가 비용에서 왜곡을 줄일 수 있다.[5]

역사

텍스처 맵핑의 선행 연구는 1974년 에드윈 캣멀에 의해 확립되었고 제임스 블린에 의해 곡면 표면의 정교화가 이루어졌다.[6]블린은 1976년까지 환경 지도를 개발하면서 그의 작품을 더욱 다듬었다.[7]

진 밀러는 1982년 MAGI Synthavision에서 구형 환경 매핑을 실험했다.

볼프강 하이드리치는 1998년 파라볼로이드 매핑을 도입했다.[8]

에밀 프라운은 2003년에 옥타헤드론 매핑을 도입했다.[9]

Mauro Steigleder는 2005년에 피라미드 맵핑을 도입했다.[10]

Tien-Tsin Wong 등에서는 2006년에 렌더링을 위한 기존의 HEALPix 매핑을 도입했다.[5]

참고 항목

참조

  1. ^ "Higher Education Pearson" (PDF).
  2. ^ http://web.cse.ohio-state.edu/~whmin/html/cse5542-2013-spring/17-env.pdf[bare URL PDF]
  3. ^ http://www.ics.uci.edu/~majumder/VC/클래스/BEMAP.pdf[bare URL PDF]
  4. ^ "Image-based Lighting approaches and parallax-corrected cubemap". 29 September 2012.
  5. ^ a b 천황진, 량완, 치싱렁, 핑만람.동일한 솔리드-앵글 구형 쿼드맵, 쉐이더 X4: 조명 & 렌더링, Charles River Media, 2006을 사용한 실시간 환경 매핑.
  6. ^ "Computer Graphics".
  7. ^ "Reflection Mapping History".
  8. ^ 하이드리히, W, H.P.세이델."독립 환경 맵 보기".1998, 페이지 39–45 그래픽 하드웨어에 관한 유로그래픽스 워크샵.
  9. ^ 에밀 프라운과 후게스 호페."구형 파라메트리징 및 리메싱"ACM Transactions on Graphics, 22(3):340–349, 2003.
  10. ^ 마우로 슈틸레더"연필 광수송"2005년 워털루 대학에 제출된 논문.

외부 링크