[유니티 쉐이더 스타트업] Part 08 | SurfaceOutputStandard 사용하기

jungizz_·2023년 2월 7일

Unity Shader StartUp

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1. Standard Shader

Standard Shader
: 물리 기반 쉐이더로, 주변 환경에 따른 재질 변화를 물리 법칙에 기반하여 실시간으로 재질을 구현해주는 사실적인 쉐이더 표현 기법
SurfaceOutputStandard 구조체
: 구조체 안에는 변수들이 정의되어 있고, 알맞은 값을 넣어주면 간편하게 결과를 얻을 수 있다.

struct SurfaceOutputStandard
{
	fixed3 Albedo;
    fixed3 Normal;
    fixed3 Emission;
    half Metallic;
    half Smoothness;
    half Occlusion;
    half Alpha;
}

2. Metalic과 Smothness

Metallic과 Smoothness의 propertie는 기본적으로 생성되어있다.

Metallic
: 0이면 비금속, 1이면 금속 재질

Smoothness
: 0이면 거칠어서 난반사, 1이면 매끄러워서 정반사

난반사가 일어나는 이유는 '거친 표면' 때문이며, 피부나 천의 경우에는 부드러워 보이더라도 미세한 표면 단계에서 거칠기 때문에 스페큘러(정반사)가 적게 나타난다.
재질이 매끈하면 난반사Diffuse < 정반사Specular ➡️ 이것을 조절하는 것이 Smoothness 인자이다.
유니티에서 Standard Shader라는 '물리 기반 렌더링'은 에너지 보존 법칙으로 나가는 빛의 양은 들어온 빛의 양을 넘을 수 없다 라는 기본 개념을 가진다.
거칠기에 따라 난반사와 정반사의 비율이 결정되며, 정반사가 높아지면 그만큼 난반사는 줄어든다.
(아래 사진은 밑으로 갈 수록 정반사가 높아진다.)
이러한 재질의 올바른 사용법은 Metallic Value Chart를 참고한다.
https://docs.unity3d.com/Manual/StandardShaderMaterialCharts.html

3. Normal map ⭐

실제 디테일이 없는 부분을 디테일이 있는 것처럼 보이게 만들기 위한 눈속임 맵
빛을 속이기 위한 벡터 데이터들로 이루어진 텍스쳐 파일
일반적으로 푸른색을 띠고 있다.
폴리곤이 늘어나서 디테일이 증가한 것 처럼 보이지만, 실제로 늘어나지는 않는다.

코드에 NormalMap을 입력받도록 _BumpMap 변수를 추가 (텍스쳐 형식과 거의 동일하다.)
NormalMap은 DXTnm 파일 포맷이다. 이 파일은 NormalMap의 R과 G의 퀄리티를 최대한 보전하여 저장하고, 보전된 R과 G는 NormalMap의 X와 Y로 계산되며 Z는 삼각함수를 이용해 추출된다.
이를 위해 float3 y = UnpackNormal(float4 x); 함수를 이용해 NormalMap을 적용한다.

o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, In.uv_BumpMap));
//float4인 데이터를 집어넣어서(tex2D) float3 데이터(Normal)로 받는다.

fixed3 n = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, In.uv_BumpMap));
o.Normal = n
//두 줄로 나누어 작성할 수도 있다. 
//x와 y에 특정 숫자를 곱해줘서 NormalMap의 강도롤 조절할 수 있다.
// -> o.Normal = float3(n.x*2, n.y*2, n.z)

결과

4. Occlusion

구석진 부분의 추가적인 음영을 표현한다.

Ambient Occlusion(환경 차폐)

일반적으로는 환경광(Ambient Color)로 가득찬 세상이며 그림자가 있는 부분도 사방에서 오는 환경광 정도를 받고있다.

하지만, 매우 구석지거나 복잡한 물체들로 가려져 환경광도 닿지 못해 매우 어두워지는데 이 부분이 Ambient Occlusion이다.

코드에 OcclusionMap을 입력받도록 _Occlusion 변수를 추가
(❗독립된 UV를 받으면 에러가 나기 때문에 _MainTex와 같은 UV를 사용한다.)

결과

o.Occlusion은 float를 받기 때문에, RGB를 모두 사용하는 텍스쳐 한장을 단지 Occlusion 기능을 위해 추가하는 것은 낭비이다!
➡️ 텍스쳐를 절약하기 위해 _MainTex의 알파채널을 Occlusion맵으로 사용할 수도 있다. (포토샵을 이용해야한다.)

5. 버텍스 컬러와의 응용

이전 Part 07에서 버텍스 컬러를 이용한 텍스쳐 블렌딩에, Standard Shader 기술들을 응용해서 업그레이드 해보자.

1. NormalMap 추가

2. Specular 추가

Specular 기능을 인터페이스로 빼서 입력받도록 할 수도 있다.
Smoothness값을 올려보면, 마치 젖은 듯한 느낌을 만들 수 있다.

3. 추가 응용

세번째 텍스쳐(버텍스 컬러 G 마스크)부분만 젖은 효과를 만들어보자.
Smoothness에 1이 들어가면 반짝이는 것을 생각해서, 세번째 텍스쳐에 해당하는 버텍스 컬러 g 채널값을 Smoothness에 넣어보자
o.Smoothness = IN.color.g;
다른 부분이 완전히 둔탁해진 것을 보완하기 위해 전체적인 Smoothness를 약간 올려줄 수 있다.
o.Smoothness = IN.color.g + 0.3;
G 부분이 너무 심하게 반짝이므로, 조금 내려준다.
o.Smoothness = IN.color.g * 0.5 + 0.3;
인터페이스의 _Smoothness값으로 반짝임을 조절하기 위해 버텍스 컬러의 g채널에 곱해준다.
o.Smoothness = (IN.color.g * 0.5) * _Smoothness + 0.3;