3D Computer Graphic Rendering 기법에 따른 조명 연구

소개글

3D Computer Graphic Rendering 기법에 따른 조명 연구에 대한 보고서 자료입니다.

목차

目 次

序論
1. 연구의 목적 ..............................................................1
2. 연구 범위 및 방법..........................................................2

本論
1. 조명연출의 이론설명........................................................4
가. 조명의 기본원리.......................................................4
(1) 강도(Intensity)..................................................4
(2) 색(Color)........................................................5
(3) 분배(Distribution)...............................................7
(4) 조절(Control)....................................................7
나. 조명의 기능...........................................................7
(1) 관심집중.........................................................8
(2) 모양과 형태를 드러내는 기능......................................8
(3) 분위기 조성......................................................8
(4) 주변공간의 성격부여..............................................9
(5) 구도상의 영향....................................................9
(6) 시각적 연속성....................................................9

2. 3D Computer Graphic Software 내에서의 조명
가. 조명의 종류..........................................................10
(1) Point Light........................................................10
(2) Spot Light.........................................................11
(3) Ambient Light......................................................11
(4) Area Light.........................................................12
(5) Drectional Light...................................................12
나. 기본구성요소..........................................................13
(1) 위치와 방향........................................................13
(2) 색상과 빛의 강도...................................................13
(3) 감소와 소멸........................................................14
(4) 글로우(Glow).......................................................14
(5) 광역광원과 지역광원................................................16
(6) 그림자.............................................................17
다. 조명연출기법..........................................................19
(1) 그림자 연출기법(Shadow Play).......................................19
(2) 실루엣 기법(Silhouette)............................................20
(3) 광선에 의한 연출기법(Beam Play)....................................20
(4) 광천장(Luminous Ceiling)...........................................21
(5) 스파클 기법(Sparkle)...............................................21
(6) 후광조명기법(Back Lighting)........................................22
(7) 아트로서의 조명(Light as Art)......................................22
(8) 투명물체의 조명....................................................23

3. Rendering방식의 종류에 따른 빛 표현의 이해
가. 렌더링 알고리즘(Rendering Algorithm) 개념의 이해......................23
나. 렌더링 기법
(1) Local Illumination.................................................26
(2) Global Illumination................................................27
(3) Ray Tracing........................................................28
(4) Radiosity..........................................................29
(5) Photon Map Based Global Illumination...............................30
(6) NPR(Non Photorealistic Rendering)..................................31
다. 렌더러의 종류와 기능..................................................32
(1) Pov-ray............................................................32
(2) Renderman..........................................................33
(3) Mental ray.........................................................34
(4) Brazil Rendering System............................................35
(5) Final Render.......................................................36
(6) V-ray..............................................................37
(7) Lightscape.........................................................37

4. 3D 장면에 대한 조명설정 작업시 나타나는 문제점............................38
가. Attenuation 과 Color 의 적극 활용.....................................38
나. 그림자 표현의 문제....................................................38



結論........................................................................39

참고문헌.....................................................................41

본문내용

서 사용가능한 일반적인 3차원적 효과이다. 아이작 빅터 컬로우, 홍석일 옮김, 「3D 컴퓨터 애니메이션과 영상」, 안그래픽스, 1988, 158쪽

(5) 광역광원과 지역광원
광역광원은 장면에 있는 광원에 노출된 모든 대상물에 비춰진다. 장면의 광원은 기본값으로 광역이다. 래디오시티(Radiosity) 3차원 컴퓨터 그래픽의 연산 방법의 하나로 전체 공간상의 모든 오브젝트의 표면을 메시로 분할하여 개개 블록의 조도 분포를 계산하는 방법. 광원의 빛 에너지가 각 오브젝트의 표면에 전달되는 양이 틀린 것을 실질적으로 반영 시킬 수 있는 기법이다. 실제 조명의 경우 빛은 직접 오브젝트에만 닿고 있는 것이 아니라 벽이나 천장에 닿은 확산광도 오브젝트에 영향을 줄 수 있다. 래디오시티로 계산한 확산광의 정보는 오브젝트나 라이트의 위치가 바뀌지 않는 한 유효하므로 카메라의 위치를 바꾸어도 다시 계산할 필요가 없다. 래디오 시티 알고리즘은 고급 3차원 그래픽 프로그램의 렌더링시 옵션으로 제공되는 기능이다. 때문에 이 알고리즘은 실제 렌더링에서는 퐁쉐이딩(Pong Shading), 제트버퍼(Z-Buffer) 레이 트레이싱 등의 렌더링 옵션과 함께 사용해야 의도한 효과를 얻을 수 있다. 래디오시티는 이들 렌더링 옵션이 적용될 때 부가적 연산을 수용한다.
와 같은 렌더링 기법은 광원에 직접적으로 노출되지 않은 3차원 표면이 음영경계(Penumbra) 또는 산란교차 반사(Diffuse Interreflection) 형태의 빛을 표현할 때 사용된다. 광역 광원의 조명효과는 장면에서 그것들의 위치와 방향, 그리고 밝기에 크게 영향을 받는다. 그러나 광역 광원에 직접 노출된 대상물은 언제나 그 빛의 일부를 반사한다.
연결된 광원 또는 선택적인 광원이라고도 불리는 지역(Local) 광원의 경우에는 사황이 다르다. 지역광원은 연결된 대상물에만 비춰지며 이런 연결은 독점적일 수도 있고 총괄적일 수도 있다. 대상물과 광원을 독점적으로 연결하면 광원이 연결된 대상물에만 빛을 비추도록 제한한다. 일부 프로그램에서는 독점적으로 연결하면 연결된 표면이 직접적으로 광원에 노출되지 않은 경우에도 빛을 비추는 것이 가능하다. 이것은 마치 일반적으로 빛이 연결된 대상물에 도달하는 것을 막을 수 있는 불투명한 물체를 자유롭게 통과하여 이동하는 광원과도 같은 것이다. 총괄적인 연결은 지역 광원이 항상 연결된 대상물 뿐만 아니라 광원에 직접 노출되어 있는 자연상의 다른 물체에도 조명할 수 있도록 해준다. 광원과 3차원 표면과의 연결을 만드는 것은 복합적인 빛이 있는 상황에서 매우 효과작인 방법이다. 그러나 이것도 역시 장면 관리의 복잡성을 증대시킨다.
지역광원은 프로그램에 따라 다른 방법으로 적용되기 때문에 신중하게 사용해야 한다. 광원과 연결된 대상물을 한 시점에서 볼 때 그 대상물은 연결된 광원에 의해서만 조명되며, 장면에 있는 다른 활성화된 광원으로부터는 조명을 받지 않을 것이다.
(6) 그림자
그림자의 표현방법에는 레이트레이싱 쉐도우(Raytracing Shadow), 에이리어 라이트 쉐도우(Area Light Shadow), 쉐도우 매핑 소프트 쉐도우(Shadow Mapping Soft Shadow)등의 방법이 있다.
레이트레이싱 쉐도우는 말 그대로 빛을 추적하여 만들어내는 그림자로서 그림자의 경계부분이 날카롭게 만들어지는 것이 특징이다. 아주 밝은 대낮이나 스포트 라이트에 의해 만들어지는 인위적인 조명의 그림자로서 많이 사용되는데, 그 방식 자체가 시간이 매우 오래 걸리는 특징 때문에 최근에는 쉐도우 매핑 기법만을 가지고 비슷한 효과를 내는 경우도 많이 있다.
에이리어 라이트 쉐도우는 래디오시티 렌더링 기법에서만 볼 수 있는 빛의 퍼짐 효과를 레이트레이싱 방식으로 풀어낸 것으로 기존 레이트레이싱 보다 더 오래 걸리는 것이 특징이며, 이 기술 또한 최근 쉐도우 매핑 기법으로 비슷하게 흉내내기도 한다. 무엇보다 물체가 닿는 부분에서부터 빛이 퍼져나가는 효과를 완벽하게 표현할 수 있다는 점 때문에 상황에 따라서는 시간이 오래 걸리더라도 사용하는 경우가 늘어나고 있으며 태양광에서 오는 표현을 주로 사용할 때 쓰인다.
쉐도우 매핑 소프트 쉐도우는 일종의 매핑 기법으로서 소프트웨어 내에서 빛의 방향을 고려하여 텍스처를 자동으로 생성하여 매핑하는 방식중에 특히 텍스처에 블러 효과(Blur Effect)를 가하여 부드러운 쉐도우를 만들어내는 방식이다. 기존의 레이트레이싱 쉐도우보다 훨씬 속도가 빠르기 때문에 많이 사용된다.
이러한 쉐도우들은 장면의 설정에 따라 적절하게 응용하여 사용하면 그 장면의 배경에 자연스럽게 융화되어 사실감을 표현하는데 매우 중요한 역할을 하게 된다. 한동일, “캐릭터애니메이션 배경 설정”, 「CAD&그래픽스」, 1999년 5월, 131쪽
no decay linear, intensity20
Depth Map Shadow Making
다. 조명연출기법
전통적인 무대 조명과 비교해 볼때 컴퓨터에 의해 시뮬레이션 된 빛은 스포트 라이트 바에 그것들을 고정시키는 것에 신경 쓰지 않고 주위를 마음대로 움직일 수 있다는 장점이 있다.
물체의 입체감을 결정하는 제1의 요소는 라이트 포지션이다. 가장 자연스럽게 보이는 조명법은 태양광을 모방한 한 개의 메인 라이트(Main Light)를 사용하는 것으로 그것은 한 방향으로부터의 뚜렷한 그림자를 만들어 낸다. 키라이트(Key Light)라고도 하는데 위치에 따라 질감과 양감에 영향을 미친다. 같은 밝기의 조명을 여러개 쓴다면 그림자가 그 조명의 숫자만큼 여러개 생겨서 부자연스럽고 혼란스러운 느낌을 주게 된다.
뛰어난 조명을 만드는 일은 많은 애니메이터들에게 어려운 문제이다. 장면에 조명을 하기 위해 한 개의 스팟(Spot)이나 두 개의 옴니(Omni) 조명을 이용하는 것은 쉬운 일이다. 그러나 방이나 건물과 같은 실제 환경에 있어서자연적인 조명의 효과를 만들어낸다는 것은 매우 어려운 일이다.
실제 상황에서 조명은 환경을 통해 움직임을 따라 변화하게 된다. 조명은 벽이나 나무같은 오브젝트에 의해 가려지거나 그 옆을 지나갈 때 변화하는 오브젝트 표면의

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3D,   Computer,   Graphic,   Rendering,   조명