Lighting Effect

Light Source Type

Point light

• 광원 지점에서 전 방향으로 빛을 발사
• 광원으로부터 멀어질수록 attenuation 공식에 따라 밝기 조정
  • lighting position에 의존적
• constant, linear, quadratic, distance에 따라 연산
• ex) 전구

Directional light

• 빛의 방향성과 색만을 가지고 연산
  • 광원과의 거리가 무한정으로 멀다는 가정
  • 물체 표면에 도달하는 빛의 방향은 모두 평행
  • attenuation은 고려하지 않음
• ex) 태양광

Spotlight

• 광원지점에서 특정 방향으로만 빛을 발사
  • cut off angle
  • 빛의 진행 모형은 cone과 유사
• point light와 마찬가지로 attenuation 공식에 따라 밝기 조정
• 특정 방향/각도에서의 라이팅 이펙트가 강조되도록 spotlightEffect 연산
• innerAngle
  • 강조되는 내부 원뿔 영역
  • 빛의 intensity가 일정
• outerAngle
  • 점점 흐려지는 외부 원뿔 영역
  • outerAngle의 외부 빛의 intensity = 0
• 빛 강도를 0 - 1사이로 clamp

Lighting and Material

• 각 lighting map을 모두 합산한 결과 값으로 빛 효과 연산

Ambient

• 주변광, 광원이 불분명한 빛
  • Lighting Direction을 정의할 수 없음
• 일정한 밝기와 색으로 표현 가능
• I_ambient = I_a * K_a
  • I_a: ambient lighting의 세기
  • K_a: ambient lighting이 최종 표면에 도착하기 까지 몇 번의 반사를 거쳤는지의 coefficient

Diffuse

• 빛으로부터 곧장 들어와 물체 표면에 뿌려짐
• 각도에 따라 밝기가 다름
• I_diffuse = I_d * K_d * cosθ = I_d * K_d * (N*L)
  • I_d: diffuse lighting의 세기
  • K_d: 물체 표면 반사에 대한 coefficient
  • N: face normal unit vector
  • L: 물체 표면에서 광원 방향으로의 unit vector
  • θ: face normal과 L의 사이각
• N과 L의 사이각이 90보다 커지면 diffuse 의 값은 0
  • I_diffuse = I_d * K_d * max(N*L, 0) 과 같이 조정
• diffuse 값의 연산은 viewer를 고려하지 않고 연산하기 때문에 viewer의 위치 및 각도로부터 독립

Specular

• diffuse와 동일하게 광원에서 직접 들어오는 빛
  • 그러나 특정한 방향으로 완전히 반사되는 빛
  • viewer의 위치에 따라 달라짐
• 흰색의 광으로 표현
• R과 V의 사이각이 90보다 커지면 specular 의 값은 0
  • diffuse가 0이되면 specular 역시 0

• I_specular = I_s * K_s * (R*V)^ns
  • I_s: specular lighting의 세기
  • K_s: 물체 표면 반사에 대한 coefficient
  • R: reflection unit vector
  • V: 물체 표면에서 viweer 방향으로의 unit vector
  • ns: 표면 질감에 따라 반사되는 광량이나 범위를 조절하는 index
• R = 2N - L = 2(N*L) * abs(N) - L

Emissive

• 오브젝트가 스스로 발산하는 빛
  • 다른 빛에 의해 영향을 받지 않음
  • Material의 속성일 뿐, 광원이 발산하는 빛이 아님

Shading

Phong lighting

• 라이팅 이펙트를 픽셀이 아닌 버텍스 단위로 연산

Phong shading

• 라이팅 이펙트를 픽셀 단위로 연산
• 리플렉션 벡터를 이용
  • R = 2{(NL)*Norm(N)} - N

Blinn shading

• 퐁 쉐이딩에서 리플렉션 벡터를 이용하는 대신 하프 벡터를 이용
  • Half Vector = Lighting Vector + Viewer Vector
• 더 광범위하고 평평한 표면에 대해 연산이 효율적
  • Reflection Vector(R)를 일일이 연산할 필요 없음
  • 광원과 viewer가 물체로부터 어느 정도 멀더라도, V와 L은 상수
  • specular 값의 왜곡을 방지
• Lighting Direction = -(Lighting Vector)
  • 광원에서 fragments로 향하는 벡터

출처

• https://learnopengl.com/Lighting/Lighting-maps
• https://learnopengl.com/Lighting/Light-casters
• https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=edgerider&logNo=110147438518