Toon shader
이번 포스트에서는 유니티 쉐이더 그래프로 게임 <젤다의 전설 : 야생의 숨결> 처럼 간단한 툰 쉐이더(혹은 Cel shading)의 원리를 파악 해볼 것입니다.
먼저 하프램버트 공식으로 0~1 사이 값의 기본적인 명암을 만들어줍니다.
다음은 부드러운 그라데이션을 여러 단계로 끊어지도록 단계를 나눠줘야합니다. 여러가지 방식이 있지만 먼저 새로운 함수들을 소개드리면서 천천히 알아보도록 합시다.
Step 함수를 사용하여 0.5 이상의 값은 1으로 반환하고 0.5 미만의 값은 0으로 반환한 뒤 원 마이너스 함수로 값을 반전 하였습니다.
위와 같이 반전하고 임의의 색을 곱해줘서 그림자의 색을 바꿔 줄 수도 있습니다.
현재는 명암이 검은색 아니면 흰색의 1단계 뿐입니다. 여러개의 단계를 가지려면 어떻게 해야 할까요?
예를들어 명암을 5단계 정도로 늘려봅시다. 방법은 단순하게 5를 곱해버리면 됩니다.
이해를 돕기 위해 만든 y축이 색이고 x축이 색인 그라디언트 그래프입니다. 저번 포스트중 제곱 연산에 대해 다뤘을 때에도 같은 그래프였습니다. 0~1 그라디언트에 5를 곱하면 색의 범위가 다섯배 늘어납니다.
표현하고자 한 만큼 색의 범위를 늘렸으니 이제는 단계를 나눠봅시다. 세가지의 방법이 있습니다. 내림, 올림, 반올림 입니다.
floor 함수는 내림이며, 0.999…까지는 0의 값으로 내립니다. 1.999… 역시 1으로 내립니다. 1보다 작으면 무조건 0으로 반환합니다. 근본적으로 소수점 이하를 버리는 것과 같습니다. floor(1.x) = 1.x - 0.x
ceil 함수는 올림이며, 0을 1의 값으로 올립니다. 0.001 역시 1으로 올립니다.
1보다 작으면 무조건 1으로 반환합니다. 근본적으로 1을 더하고 소수점 이하를 버리는 것과 같습니다. ceil(1.x) = 1.x + 1 - 0.x
round 함수는 반올림이며, 0.5 이상의 값은 1이고 0.5 미만의 값은 0입니다.
내림, 올림, 반올림 이후 5를 곱해줬던 것을 다시 5로 나눠주면(혹은 0.2를 곱하는 것도 똑같겠죠?) 0~1 사이의 계단 형태 그래프가 결과로 나옵니다.
하지만 결과물은 영 만족스럽지 못합니다. 좀 더 여러 요소들을 추가해봅시다.
하프램버트 * 툰 쉐이더 + 스페큘러 입니다. 탄젠트 노말을 월드 노말으로 사용해서 질감을 더했고 스페큘러도 step 함수로 (1,1,1) 흰색만 나오도록 변경하였습니다.
이번에는 기존에 배웠던 지식을 응용하여 가장 쉬운 방식의 외곽선을 추가해보도록 합시다.
림 라이트 공식을 응용하면 조금 부정확하지만 외곽선을 그려줄 수 있습니다.
구 형태의 부드러운 표면에서는 step 함수로 잘라주면 외곽선이 되지만 각진 표면을 가진 하드섭 모델링의 경우 매우 이상해집니다.
당연히 테두리 색을 바꿔주는 것도 가능합니다.