게임상의 기본적인 조명 공식은 다음과 같다.
글로벌 일루미네이션 = 앰비언트 라이트 + 디퓨즈 라이트 + 스펙큘러 라이트 + 에미션(emission) 라이트
에미션 라이트는 빛의 자체 발광색으로 여기서는 무시한다.
앰비언트 라이트 : 씬의 기본 색깔
디퓨즈 라이트 :
가장 흔히 사용되는 방법은 램버트의 법칙( Lambert's law )이다.
모든 방향에 같은 강도로 반사되며, 빛은 카메라의 방향에 무관하다.
램버트의 법칙은 다음과 같다.
max(N●L, 0)
N : 버텍스 노멀값
L : 라이팅 벡터
버텍스 노멀값과 라이팅 벡터가 θ >= 90이면 빛의 세기는 0이다.
θ = 0이면 버텍스 노멀값과 라이팅 벡터가 동일하며 빛의 세기는 가장 강하다.
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float3 diffuse = dot(-lightDir, normal); |
스펙큘러 라이트 :
가장 흔히 사용되는 방법은 퐁 모델이다.
시선 벡터( view vector)와 반사 벡터( reflection vector )를 이용해 빛의 양을 구한다.
반사 벡터는 빛이 물체의 노멀값에 대하여 반사 되는 벡터이다.
max(R●V, 0)^α
R : 반사 벡터
V : 시선 벡터
α : pow의 승으로 하이라이트를 범위를 좁게 모을려면 20이상 클수록 하이라이트 범위가 좁다.
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float3 viewDir = output.pos.xyz - gCameraPos.xyz; float3 reflection = reflect(lightDir, normal); |
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struct VS_INPUT { float4 pos : POSITION; float3 normal : NORMAL; };
struct VS_OUTPUT { float4 pos : POSITION; float3 diffuse : TEXCOORD1; float3 viewDir : TEXCOORD2; float3 reflection : TEXCOORD3; };
float4x4 gWorldMat; float4x4 gViewMat; float4x4 gProjMat;
float4 gLightPos; float4 gCameraPos;
VS_OUTPUT vs_main(VS_INPUT input) { VS_OUTPUT output;
output.pos = mul(input.pos, gWorldMat);
float3 lightDir = output.pos.xyz - gLightPos.xyz; lightDir = normalize(lightDir);
float3 viewDir = output.pos.xyz - gCameraPos.xyz; viewDir = normalize(viewDir); output.viewDir = viewDir;
output.pos = mul(output.pos, gViewMat); output.pos = mul(output.pos, gProjMat);
float3 normal = mul(input.normal, (float3x3)gWorldMat); normal = normalize(normal);
output.diffuse = dot(-lightDir, normal); output.reflection = reflect(lightDir, normal);
return output; } |
gLightPos 값은 ( 500, 500, -500, 1)이다.
gCameraPos 값은 (0, 0, -200, 1)이다.
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struct PS_INPUT { float3 diffuse : TEXCOORD1; float3 viewDir : TEXCOORD2; float3 reflection : TEXCOORD3; };
float4 ps_main(PS_INPUT input) : COLOR { float3 diffuse = saturate(input.diffuse);
float3 reflection = normalize(input.reflection); float3 viewDir = normalize(input.viewDir); float3 specular = 0;
if(diffuse.x > 0) { specular = saturate(dot(reflection, -viewDir)); specular = pow(specular, 20); }
float3 ambient = float3(0.1f, 0.1f, 0.1f);
return float4(ambient + diffuse + specular, 1); } |
reflection, viewDir을 픽셀 셰이더에서 다시 정규화 해주고 있다.
버텍스 셰이더와 픽셀 셰이더 사이의 보간기로 인해 노멀값이 보간되어 다시 정규화 시켜준다.
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if(diffuse.x > 0) |
디퓨즈 라이트가 0이상일때 스펙큘러 라이트를 계산합니다.
참조 : 포프 김님의 셰이더 프로그래밍 입문 책 참조
렌더 몽키 파일 : light.rfx
다이렉트 X 파일 : DxDemo_03_diffuselight.zip
DxDemo_04_phong_arcball.zip