유니티5의 글로벌 일루미네이션 #1 UNITY3D


라이팅 작업 흐름을 비약적으로 개선시켜줄 수 있는 실시간 글로벌 일루미네이션(real-time Global illumination)은 Unity5의 새로운 그래픽 기능 중 하나입니다. 이에 초첨을 맞추어 이야기하고자합니다. 이 글은 유니티 블로그에 있는 "GLOBAL ILLUMINATION IN UNITY 5"글을 번역 및 요약한 글입니다.
글로벌 일루미네이션( Global illumination, 이하 GI)은 물리적인 현상에 기반한 빛의 이동에대한 시물레이션 결과입니다. 즉 3D 공간에서 빛이 면에 부딪혀서 어떻게 이동하는 지를 시물레이션 하는 것입니다. 이로 인해 게임의 사실성을 부각시켜 줄 수 있습니다. GI 알고리즘은 광원으로부터 직접 오는 빛 뿐만 아니라 다른 재질의 면에 반사되서 오는 간접 조명도 취합해서 계산합니다. 하지만 일반적으로는 간접 조명은 게임에서 실시간으로 연산하기에는 무리였습니다.

GI를 식으로 표현하면 다음과 같습니다. 특정 점의 라이팅은 표면 점의 원래 라이팅인 Le과 부수적인 라이팅의 합으로 이루어집니다. Li는 반구 조명을, p는 반사된 조명을 나타냅니다.

이를 처리하기 위하여 쓰이는 대표적인 알고리즘중 하나는 path tracing입니다. 이는 CGI나 영화에서 널리 쓰이고 있습니다. 하지만 화면에 있는 라이팅, 매터리얼 등의 회면 전체의 이미지를 구성하는데 필요한 모든 정보가 매번 연산되어야합니다. 그러다보니 게임같은 실시간 렝더링에서 사용하기에는 적합하지 않습니다. 이에 대한 대안으로, 이미지 전체를 갱신하지 않고 노이즈로 처리해서 성능을 높이는 방법도 존재합니다. 하지만 노이즈가 티나도록 깜빡거림이 생기는 등의 부작용이 존재합니다.

이 외에도 GI를 처리하기 위한 많은 방법들이 연구되어왔지만, 대부분은 하이엔드 데스크탑 수준의 GPU와 많은 용량의 메모리가 필요합니다. 따라서 모바일을 비롯하여 다양한 플랫폼에서 사용될 수 있는 방안이 필요합니다.

Enlighten

Enlighten(이하 인라이튼)은 이미 배틀필드4, 메달 오브 아너 워파이터 등 여러 AAA급 게임에서 사용되어 검증이된 뿐만 아니라 모바일에서까지 GI를 가능케해주는 훌륭한 솔루션입니다. 기본적인 시각적 정보들(예를 들어 위의 식에서 우항의 적분 부분)이 미리 연산되어 있으면 실시간 으로 라이팅 소스를 변경 처리하는 것이 가능해집니다.

인라이튼은 다음 사항들을 동적으로 변경하는 것을 가능케 합니다.
- 라이트 소스
- 환경 라이팅
- 매터리얼 속성

GI가 사뮬레이션되는 지오메트리는 정적이어야합니다. 하지만 동적 오브젝트는 라이트프로브에 의해서 동적으로 라이팅이 변경 될 수 있습니다. 이 라이트프로브는 실시간으로 정적인 오브젝트의 GI를 업데이트 할 수 있습니다. 이를 위해 인라이튼은 실시간으로 GI를 시뮬레이션 하기 위한 데이터를 미리 연산해놓습니다. 이 데이터는 OSX, Windows, Linus, iOS, 안드로이드, iOS 등등의 다양한 플랫폼의 런타임 모듈에서 사용됩니다.

인라이튼은 다음 사항들을 만들어냅니다.
- 실시간 라이트맵
- 실시간 라이트프로브
- 실시간 큐브맵

다음 예시 이미지들은 Enlighten을 이용하여 그려진 화면입니다. 라이팅들은 완벽한 동적 라이팅으로 셋팅되어있고 변화가 즉각적으로 이루어집니다

이 이미지는 밝은 낮을 나타냅니다. 태양이 더 강하고 높이 위치합니다.하늘은 더 푸르고 밝습니다.

흐린 날씨의 경우에는 환경 라이팅이 우중충하고 채도가 낮습니다. 태양의 세기는 약해졌습니다. 앰비언트 라이팅 위주입니다.

마지막으로 해질녘 노을빛의 느낌을 내는 모습입니다. 
이 테크닉을 사용함으로써 하루 동안의 시간 흐름을 표현할 수 있습니다. 이로 인해 게임이 매우 사실적이게 보여 줄 수 있습니다.


덧글

  • 농업인 2015/02/19 10:20 # 삭제 답글

    엔라이튼 결과물 처음보고 벌써 이런 실시간그래픽이 나오나 싶었지요. 찾아보니까 메쉬를 어떤 단위로 사전계산하는 작업이 필요한것 같던데 이게 동적인 물체에도 실시간으로 적용되는지 궁금하네요.
  • 오즈라엘 2015/02/26 17:46 #

    동적인 물체에도 실시간으로 적용 됩니다. 그러기 위해서는 라이트프로브를 사용하셔야합니다.
  • 농업인 2015/03/06 13:19 # 삭제 답글

    다른 문서를 보니 정적인 물체에서 동적인 물체에는 라이트프로브로 적용가능하지만 동적인 물체에서 2바운스 반사된 빛이나 차폐가 정적인 물체에 적용되진 않네요 ㅠㅠ...
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