TA Network 스터디 - Ray Marching

이 저장소는 TA Network 스터디에서 Ray Marching 주제로 실습/논의을 위한 간단한 샘플을 포함하고 있습니다.

Ray Marching을 실행하기 위한 최소한의 렌더링 설정만을 포함하고 있기 때문에, 실제 상용 프로젝트에서 그대로 사용하는 것은 권장하지 않습니다.

시작하기 전에

Ray Marching에 대해 논의하기 전에, 여러 가지 의미로 해석될 여지가 있거나, 다소 생소할 수 있는 기술 용어들을 미리 정의합니다.

• Ray Marching
  • /레이 마칭/으로 읽으며, SDF를 사용해서 거리를 측정하는 알고리즘을 의미합니다.
• SDF
  • Signed Distance Function 을 의미하며, 방향을 무시한 최단 거리 함수를 의미합니다. SDF 만으로는 특정 방향의 최단 거리는 알 수 없으며, Ray Marching을 거친 이후에 원하는 방향의 최단 거리를 근사할 수 있습니다.
• Step
  • Ray Marching 알고리즘 실행 과정 중, SDF를 최대로 실행하게 되는 횟수를 의미합니다. Step이 높을 수록 거리를 더욱 정확하게 근사할 수 있지만 비용도 함께 증가합니다.
• 월드 SDF / 또는 Scene SDF
  • 하나 또는 여러 개의 SDF를 엮어서 월드 또는 Scene을 기술하는 SD 함수를 만들었을 때, 편의상 해당 함수를 월드 SDF라고 부르기로 합니다.
• Lambert, Blinn-Phong
  • Lambert는 Normal/Light 벡터의 단순 스칼라곱을 diffuse 반사로 사용하는 간단한 라이팅 모델입니다.
  • Blinn-Phong은 View/Normal 벡터의 반사 벡터 대신, 중간 벡터를 사용하는, Phong 라이팅 모델의 최적화된 버전입니다.
  • Phong은 View/Normal 벡터의 반사 벡터와 라이트 벡터의 스칼라곱을 specular 반사로 사용하는 간단한 라이팅 모델입니다.
  • 이 저장소에서 제시하는 예제들은 Lambert 또는 Blinn-Phong을 사용하고 있으며, PBR 라이팅 모델을 적용하는 것은 주제와 무관하고, 예제가 불필요하게 무거워질 수 있다고 생각해서 제외했습니다. Ray Marching 이후에 PBR을 적용하는 것은 그렇게 어렵지 않으니, 관심있는 분들은 따로 개인적으로 구현해보시기를 권장드립니다.
• Reflectance
  • Diffuse와 Specular, (예시에는 없지만) SSS 등 라이팅 모델의 연산 결과 반사되는 모든 것의 합을 의미합니다.
  • Diffuse
    • 난반사를 의미합니다. 관찰자의 시점과 무관하거나 또는 다른 벡터의 영향(Light 벡터 등)이 더 중요한 반사입니다. 표면에서 무작위로 반사되는 빛을 통계적으로 근사하는 반사입니다.
  • Specular
    • 정반사를 의미합니다. Normal 벡터에 의해 직접 반사된 빛을 근사합니다. 흔히 하이라이트라고 이야기하는 비쳐보이는 광원을 묘사합니다.
  • SSS
    • Sub-Surface Scattering을 의미합니다. 표면 아래에 일시적으로 흡수되었다가 표면 아래에서 다시 반사되어 나오는 빛을 묘사합니다. 예시에는 적용되어 있지 않습니다.
• Boolean
  • /불리언/으로 읽습니다. 여기서는 Polygon의 Boolean 연산 대신, 두 개의 SDF를 엮을 때 사용하는 함수를 의미합니다. Union, Intersection, Exclude 3 가지 Boolean을 사용합니다. 예제에서는 실시간 렌더링을 목적으로 하기 때문에, Polygon 렌더링에서 사용하는 Boolean 연산에 비해 훨씬 가벼운 근사 연산을 사용합니다.
    • Union
      • 두 SDF에서 표현하는 볼륨을 합친 볼륨을 표현합니다.
    • Intersection
      • 두 SDF에서 표현하는 볼륨의 교집합에 해당하는 볼륨을 표현합니다.
    • Exclude
      • 한 SDF에서 표현하는 볼륨으로부터 다른 하나의 SDF에서 표현하는 볼륨을 제외한 볼륨을 표현합니다.
• Mix Function
  • Boolean 연산에서 두 SDF의 경계면을 처리하는 방식을 표현하는 함수입니다.
    • 저장소에서 제시하는 예시에는 Chamfer, Round, Stairs 정도가 있지만 얼마든지 새로운 함수를 개발해 볼 수 있습니다.

참고한 문서

TA Study 문서

결과물 미리 보기