10. 조명과 음영

01. 조명

1-1. 조명과 음영

조명

• 물체의 꼭짓점에 대해 밝고 어두움을 계산하는 것
  

1-2. 지역 조명 모델과 전역 조명 모델

전역 조명모델(Global Illumination Model)

• 다른 물체면에서 반사되어 입사되는 빛까지 고려한 조명모델
  모든 빛에 대해 고려함
  영화나 게임 등

지역 조명모델(Local IlluminationModel)

• 광원으로부터 직접 물체면으로 입사되는 빛만을 고려한 모델
  일부 빛에 대해서만 고려함

1-3. 광원과 물체 색

면적광원과 점광원

• 면적광원(Area Light Source)과 점광원(Point Light Source)
  실제 물체는 면적광원이지만, 계산의 편리함을 위해 점광원을 사용할 것

• 면적광원은 분산 점광원(Distributed Point Light Source)으로 근사화 가능

위치성 광원과 방향성 광원

• 실제 광원은 하나의 빛에서 퍼져나오는 위치성 광원(Positional Light Source)

• 계산의 편리함을 위해 광원의 위치를 무한대로 뻗어
  방향성 광원(Directional Light Source)으로 만듦

스포트라이트

• 점광원의 특수한 형태 중 하나
• openGL 내부에서 계산량의 증가함

02. 지역 조명 모델

2-1. 주변 반사(Ambient Reflection)

광원에 직접 노출되지 않는 면에 밝기를 부여

• B면은 직접 빛을 받지 않으나, 실세계에서 완전한 검정색은 아님
• 주변의 복잡한 경로를 통해 B면에 빛이 도달함

모든 빛의 경로를 추적하기 어려움

• 면마다 상수 크기의 밝기를 임의로 추가
• 전역 모델조명 효과를 근사적으로 부여

거리에 따른 빛의 약화

$Ambient Reflection = (Ka)(Ia) / D^{2}$

$Ia$: 빛에 직접 노출되지 않는 부분에 반사되어 닿는 빛(주변광)의 세기

$Ka$: 반사되어 닿는 물체의 성질 (반사율)
1: 해당 물체는 반사되어 받는 빛을 그대로 반사함 (흰 종이 등)
0: 해당 물체는 반사되어 받는 빛을 그대로 흡수함 (블랙홀, 검정색 종이 등)

$D$: 관찰자의 거리
그러나 실제 $D^2$로 계산하게 되면 너무 어둡게 출력됨

주변광 계수 증가

여타 반사광 + 주변광 계수 증가
주변광: 위치와 방향에 무관하게 전체적으로 밝게 해주는 빛
반사광: 특정 각도에서만 반짝이는 빛