RENDER=prman
SLCOMPILER=shader
SLEXT=slo
RIBNAME=test.rib

SHADERNAME=Test

${SHADERNAME}.tiff : ${SHADERNAME}.${SLEXT} ${RIBNAME}
    cat ${RIBNAME} | sed s/XXXX/${SHADERNAME}/g | ${RENDER} -progress

${SHADERNAME}.${SLEXT} : ${SHADERNAME}.sl
    ${SLCOMPILER} ${SHADERNAME}.sl

clean :
    rm -f ${SHADERNAME}.tiff ${SHADERNAME}.${SLEXT}

Display "XXXX.tiff" "tiff" "rgb"
Format 320 240 1
Projection "perspective" "fov" [45]
LightSource "ambientlight" 1 "intensity" [0.2]
LightSource "distantlight" 2 "from" [-1 1 0 ] "to" [0 0 3] "intensity" [1]

Translate -0.5 -0.5 1.5
WorldBegin
    Color [1 0 0]
    Surface "XXXX"
    Patch "bilinear" "P" [ 0 0 0
                           1 0 0
                           0 1 0
                           1 1 0]
WorldEnd

surface Test ( float Ka = 1; float Kd = .8; )
{
    normal Nf = faceforward (normalize(N),I);
    color Ct;

    color Red = color "rgb" (1, 0, 0);
    color Blue = color "rgb" (0, 0, 1);

    Ct = mix(Red, Blue, s);

    Oi = Os;
    Ci = Oi * ( Ct * ( Ka*ambient() + Kd*diffuse(Nf) ) );
}

------------------------------------------------------------------------------------------





1. 전 시간과 마찮가지로 test.rib은 같은 것을 계속 사용하고, Makefile에 SHADERNAME만 우리가 만드는 쉐이더 파일의 이름으로 변경하시면 되겠습니다.



2. 위 소스는 별다른 것은 없고, 전 시간에 만들었던 mix함수를 이용한 쉐이더입니다. 오늘은 이 소스에 계속 변경을 하면서 다양한 함수를 구경해 볼 예정입니다.



3. 자~ 첫번째로 볼 함수는 step이라는 함수입니다. 우선 변경된 소스를 보시죠.

stepTest.sl
------------------------------------------------------------------------------------------

surface stepTest ( float Ka = 1; float Kd = .8; )
{
    normal Nf = faceforward (normalize(N),I);
    color Ct;

    color Red = color "rgb" (1, 0, 0);
    color Blue = color "rgb" (0, 0, 1);

    Ct = mix(Red, Blue, step(0.5, s));


    Oi = Os;
    Ci = Oi * ( Ct * ( Ka*ambient() + Kd*diffuse(Nf) ) );
}

------------------------------------------------------------------------------------------

위에서 말씀드렸듯이 Makefile에 SHADERNAME만 stepTest로 바꾸시면 됩니다.

우리의 mix 함수에 step 함수를 넣어 봤습니다. 우선 결과를 보고 얘기하죠.


어떻습니까? 전 시간에 smoothstep이라는 함수를 사용하기 전에 if문으로 위치에 따라 색상을 선택하게 한 소스와 비슷하지 않습니까 ?

맞습니다~. 이 함수의 구조는 step(min, value)로서 value값이 min보다 작으면 0 값을 리턴하고, 그렇지 않으면 1을 리턴합니다.

우리가 만든 예제에선 s값이 0.5 보다 작으면 0을 리턴하므로, s값이 0.5보다 클때까지 빨간색이 쉐이딩되고, s값이 0.5이상이 되면 1을 리턴하여 웨이트 값이 파란쪽으로 100% 적용되므로 파란색이 쉐이딩됩니다.



현재는 색상이 갈라지는 부분이 위아래 직선이므로 지글거림이 없지만, 역시나 대각선이 되었을때는 aliasing이 발생합니다.



4. 이전 시간에 했던 것 처럼 그냥 if문을 써서 해도 되는데 굳이 step문을 따로 만든 이유가 뭘까요 ?

mix문에 사용된 step을 보시면 뒤통수를 맞은듯한 느낌이 들지 않나요 ?

자 자~~ 뒤통수를 어루 만지시고~!!

바로 다른 함수들과 연동해서 사용하기 위함입니다. 또, 소스의 가독성을 좋게 하고, 더더욱 중요한......

바로 바로 바로 ~~~~~ 레이어링을 하기 위한 기반이라고 할 수 있겠습니다.

레이어링이 별건 아니고요. 포토샵에 레이어를 생각하시면 쉬울듯 합니다. 포토샵의 레이어를 어떤 기능을 하나요 ?

그렇죠~ 바로 각 레이어를 합성하여 우리가 원하는 최종 이미지를 만들어 내는 역활을 하는 것입니다.

우리가 만若?쉐이더도 결국은 여러 연산을 통해 다양한 색상을 조합해서 하나의 이미지를 만들어 내는 것입니다.



5. slim이란 툴이나, houdini의 Vex shader를 보신 분 있으신가요 ?

이 툴은은 노드들을 연결해서 하나의 쉐이더를 생성해 냅니다. 고도로 추상화되어 있어서 거의 프로그래밍 지식이 없이도 어여쁜 쉐이더를 만들어 낼 수 있죠.

우리는 쉐이더 프로그래밍을 해봤으니, 가볍게 코웃음을 지으며, "그게 뭐 별건가 ? 그냥 각 노드들이 색상을 계산해 주거나 조건을 만들어 주는 함수일 뿐이고, 이 노드(함수)들의 입력, 출력을 적절히 다른 노드(함수)들과 연결해서 최종 이미지를 만들어 내는 거잖아~~" 하고 말해 줄 수 있을 겁니다. ㅇ



6. 위 쉐이더 소스에 조금 장난을 쳐보고 다음으로 넘어갑시다.

stepTest2.sl
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surface stepTest2 ( float Ka = 1; float Kd = .8; )
{
    normal Nf = faceforward (normalize(N),I);
    color Ct;

    color Red = color "rgb" (1, 0, 0);
    color Blue = color "rgb" (0, 0, 1);

    Ct = mix(Red, Blue, step(s, 0.5));


    Oi = Os;
    Ci = Oi * ( Ct * ( Ka*ambient() + Kd*diffuse(Nf) ) );
}

------------------------------------------------------------------------------------------

별다른 것은 아니고, step함수의 입력값을 살짜쿵 바꿔 봤습니다. 결과가 어떻게 될까 잠시 생각해 보시죠.

...Zzzz

...ZZzzzzzzzzz

아~ 바로 답 보시면 아니되옵니다. ^^; 



s값은 왼쪽에서 오른쪽으로 0에서 1로 변화되어 가는 값입니다. 그렇다면, 초반에 0.5는 s보다 크므로 1이 나오겠죠 ?

그러다가 s가 0.5이상이 되면 value부분인 0,5가 s보다 작아지므로 0이 나올겁니다. 색상이 반전되었군요.

재미난 결과지 않습니까 ? 앞으로 많이 보시겠지만, 이런 이상 야릇한 소스들이 꽤 재미난 효과를 만들어 낸답니다.




7. 자~ 쫌 재밌는데, step 을 더 괴롭혀 보죠~

pulse.sl
------------------------------------------------------------------------------------------

surface pulse ( float Ka = 1; float Kd = .8; )
{
    normal Nf = faceforward (normalize(N),I);
    color Ct;

    color Red = color "rgb" (1, 0, 0);
    color Blue = color "rgb" (0, 0, 1);

    Ct = mix(Red, Blue, step(0.4, s)-step(0.6, s));


    Oi = Os;
    Ci = Oi * ( Ct * ( Ka*ambient() + Kd*diffuse(Nf) ) );
}

------------------------------------------------------------------------------------------





결과를 보시면 아시겠지만, step 2개로 파란색 띠를 만들어 냈습니다.

s가 첫번째 step의 0,4보다 작을 동안은 0을 리턴합니다. 당연히 두번째 step의 0.6은 0.4보다 큰 값이기 때문에 0을 리턴합니다. 0 - 0이기 때문에 s가 0.4가 되기 전까진 0으로 빨간 색이 쉐이딩됩니다.

s가 0.4가 되면, 첫번째 step은 1을 리턴하고, 두번째 step은 아직 s가 0.6보다 작으므로 0을 리턴합니다.

그래서 1 - 0으로 1 값이 사용되어 파란색이 쉐이딩됩니다.

s가 0.6이 되면, 첫번째 step은 당근 0.4보다 크니 1을 리턴할 것이고, 두번째 step도 s가 0.6을 넘겼으니 1을 리턴할 것입니다. 그럼 1-1 = 0 해서 결국은 0 값이 사용되어 빨간색이 쉐이딩됩니다.

아~~ 무지 무지 신기합니다. 조금만 응용하면 곧 체스판 만드는 쉐이더 정도는 껌씹으면서 만드실 수 있을 것 같지 않습니까 ?



8. 자~ 다시 본론으로 돌아와서 clamp에 관해 알아봅시다.

clamp.sl
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surface clamp ( float Ka = 1; float Kd = .8; )
{
    normal Nf = faceforward (normalize(N),I);
    color Ct;

    color Red = color "rgb" (1, 0, 0);
    color Blue = color "rgb" (0, 0, 1);

    Ct = mix(Red, Blue, clamp(s, 0.3, 0.6));


    Oi = Os;
    Ci = Oi * ( Ct * ( Ka*ambient() + Kd*diffuse(Nf) ) );
}

------------------------------------------------------------------------------------------




clamp(value, min, max)의 형태를 가진 놈으로 value값이 min보다 작으면 min값을 리턴하고, max보다 크면 max값을 리턴하고, min과 max사이 값이면 선형 보간을 하는 함수입니다.

우리가 만든 예제에서 s가 0.3보다 작을때는 0,3을 리턴하므로 빨간색 70%, 파란색 30%가 섞인 색상이 나오고, s가 0.3~0.6사이 값이면, 선형 보간된 웨이트 값에 의해 색상이 그라데이션됩니다.

s가 0.6보다 크면 0.6을 리턴하므로 빨간색 40%, 파란색 60%의 색상이 쉐이딩됩니다.


위에 보시는 그래프가 바로 clamp의 역활을 보여줍니다.




9. 그밖에도 abs, min, max등의 함수들이 있습니다. abs는 절대값을 돌려주고 min은 두 수중 작은 놈을 리턴해 주고, max는 두수 중 큰 놈을 리턴해 줍니다.



10. 지금까지 보신 함수들의 내용을 잘 숙지해 두시기 바랍니다. 대부분의 패턴을 만들어 내는 쉐이더들은 이 함수들을 복잡하게 연결하여 결과값을 만들어 냅니다. 위 내용을 정확히 이해하고 있지 못하면, 곧 미궁에 빠져 헤

원본 3D 아티산 http://3dartisan.com/contents/cgforum/cgforumView.asp?ForumSeq=35


우리가 일반적으로 삼차원 그래픽을 접하면서 흔히들 혼동하는 부분이 Texture와 Shader, 그리고 Renderer의 의미와 그 차이점이다.

특히 Texture mapping과 Shading의 차이점과 Shading과 Rendering의 관계에서 이들을 수행하는 Shader와 Renderer의 차이점을 들 수 있겠다.

우선 Textur Mapping과 Shading의 차이점은 간단히 말해 Mapping Source(Bitmap Image)를 인위적으로 사용하는냐, 그렇지 않고 프로그램 내부에서 수학적인 계산에 의해 처리하느냐로 구분 지을 수 있다. 컴퓨터그래픽에서의 Texture라 함은 Scanner에 의해 Scan 받은 Bitmap Image를 Object 표면에 Coordinate라는 일정한 방향과 축으로 씌우는 작업이다. 이렇게 되면, 인위적으로나마 해당 물체는 원하는 재질을 가진 물체로 느껴지게 된다. 간단한 예로 구를 하나 만든 뒤, 표면에 세계지도를 입히면 지구본이 된다. 그러나 Texture Mapping으로 입혀진 물체를 Boolean(영국의 수학자-물체와 물체간의 상호 겹침 관계에 대한 수학적 이론을 정의했음)에 의해 쪼갤 경우, 쪼개진 부분은 Texture처리가 나타나지 않게 된다(물론, 현재는 이러한 기능이 옵션적으로 재 계산되어 쪼개진 부분에 다시 Mapping Coordination이 적용되지만...). 어쨌든 이는 Object 자체가 Solid 형식을 취하고 있더라도 Texture Mapping이라는 개념이 물체의 표면에 해당 Bitmap Image를 Mapping(사상-寫像)시키는 것이므로 내부에까지 베어들지는 않기 때문이다.

하지만 Shading은 Texture Mapping과는 달리 Bitmap Image를 사용하지 않고 수학적인 계산에 의해 Material을 표현하는데, 암벽, 나뭇결, 물표면 등의 경우 대부분 Fractal적인 계산에 가장 많이 기초한다. 프로그램마다 약간의 활용과 정의가 차이를 보일 수 있겠지만, 근본적인 정의는 서로 같다. 쉽게 말해 물체표면에 Bitmap Image를 Mapping시키지 않고 Color로만 입혔다면, 그것은 Shading이라고 볼 수도 있다.

프로그램마다 나름대로의 Shader가 있는데, 유명한 Shader의 경우, 여러 platform과 프로그램들 사이에서 동등하게 사용되고 작용한다. 대표적인 Shader로는 Lume, Dark Tree 등을 들 수 있으며, 이밖에도 수많은 Plug-in 형식을 취한 쉐이더가 있는데, 이들은 물체에 대해 매우 Natural한 표면질감을 연출해 준다.

이러한 Shader에 의한 Shading 처리의 가장 커다란 특징은 아무리 카메라를 Zoom In해도 똑같은 느낌으로 재 계산 처리해 준다는 점이다. Texture Mapping의 경우, 해당 Bitmap Image의 크기와 관련하여 카메라를 Zoom In 할 경우, Pixel이 거칠게 나타나 인위적인 느낌이 든다. 하지만 Shading의 가장 큰 단점은 시간이 오래 걸린다는 점이다. Texture의 경우, 해당 Mapping Source Image의 크기에 비례하므로 작업자가 해당 Object의 크기와 중요성에 입각해 Bitmap이미지의 크기와 세밀함을 차별화 할 수 있지만, Shading의 경우 전적으로 프로그램 내부에서의 계산에 의존하게 되므로 작업자는 Object에 걸맞은 질감과 시간을 잘 파악해서 선택적으로 사용해야 한다.

물론, 거의 대부분 Texture와 Shader를 적절히 혼용해서 사용하는 것이 일반적이다.

Old-User들의 경우, 예전 3D Studio에서의 IPAS 중 PXP를 잘 알고 있을 것이다. 이는 Procedural Mapping 개념인데, 라이트웨이브에도 이러한 기능이 플러그인 형식이 아닌 기본 기능으로 내장되어 있다. 이도 역시 Shader 기능이라고 볼 수 있으며, 라이트웨이브의 Procedural Mapping은 그 사용방법이 매우 단순하면서도 상당히 풍부한 응용성을 지닌 대표적인 Shading 기능으로 평가된다.

앞에서 설명한대로 Shading과 Texturing의 차이점에 대해서는 대부분 구별이 될 것이다.

하지만, Shading을 수행하는 Shader와 Renderer의 차이점에 대해서는 아직도 많은 초보자들이나 기존의 메니아들조차도 약간의 혼동을 하는 경우가 많다.

모두 알고있듯이 Rendering은 장면의 모든 구성요소(Camera, Light, Object 등)들과 Shader에 의한 계산 일체를 포함하는 그 작업자체를 일컫는 말이다.

각각의 Tool들이 나름대로의 Rendering Algorism을 갖추고 있으며, 그런 만큼 Renderer는 삼차원 프로그램에 있어서 장면에서의 모든 상황을 일괄처리하는 작업이므로 우리는 이를 Renderer라고도 하지만, Rendering Engine이라고도 표현하는 것이다. 대표적인 Renderer로는 PIXAR에서 개발한 RenderMan을 들 수 있는데, 이는 수학 그 자체라고 할 수 있을 정도로 비 전문인들이 Handling하기에는 이론적인 뒷받침이 필요하다. RenderMax을 지원하는 프로그램도 많은데, Houdini, Vertigo, Solid Thinking은 RenderMan을 훌륭하게 지원하는 이른바 Interface가 있는 RenderMan으로까지 불린다.