[PBR] PBR이란 무엇인가?

드디어...

PBR...!!!!!

 

 

기존 블린퐁 모델의 한계

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 블린퐁은 비물리 기반 반사 모델로 계산이 매우 빠르고 간단하여 게임 엔진에서 한동안 기본 표준처럼 사용되었다. 하지만 현실적인 조명을 표현하기에는 여러 한계가 있다.

1. 에너지 보존이 없다.
   표면이 거칠기와 상관없이 반사량이 동일하고, 결과적으로 재질이 빛보다 더 밝아지는 비현실적인 하이라이트가 발생한다. 빛이 표면에서 반사될 때 ‘얼마나 반사되는지, 얼마나 흡수되는지’라는 물리적 규칙을 지키지 않는다.
2. 재질의 일관성 부족
   광원 세기나 환경광이 달라지면 재질이 억지로 바뀐 것처럼 보인다. 예를 들어 같은 금속 재질도 Scene마다 색과 반짝임이 달라지는 경우가 흔하다.
   
   
3. 재질의 특성을 물리적으로 설명할 수 없다.
   블린퐁의 파라미터는 specular intensity, shininess같은 그럴싸하게만 만든 파라미터 뿐이기 때문에 재질을 실제 금속, 플라스틱, 피부 등과 정확하게 대응시키기 어렵다. (프레넬 효과 x, 마이크로면 개념 x)
   
   
4. 환경광(Ambient)이 단순히 색 한 줄
   블린퐁의 환경광은 그냥 한번 더하는 색으로만 취급된다. 때문에 실제 간섭광의 물리적 특성과 맞지 않는다.

 

 

PBR 이란?

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 PBR((Physically Based Rendering)은 이름 그대로 현실 세계의 빛과 재질의 물리 법칙을 기반으로 렌더링 하는 방법이다. 현재 게임엔진(Unreal, Unity), 영화용 렌더러 모두 PBR을 사용하고 있다.

 

빛의 표면 반응

PBR 머티리얼

 

PBR의 특징

1. 빛의 물리적 동작을 기반으로 렌더링하므로 믿을만하고 일관된 결과
   어떠한 Scene(light, exposure, HDR)이든 재질이 바뀌지 않는다. 이로써 금속, 나무, 돌 등 현실의 재질을 정확하게 재현할 수 있다.
   
   
2. 에너지 보존을 지켜 실제처럼 보인다.
   빛이 100 들어오면 ‘반사 + 흡수 + 산란 = 100’ 이 규칙을 지킨다.
   
   
3. IBL로 현실적인 조명
   IBL은 HDR Skybox 기반 환경광으로, 블린퐁처럼 단순히 한 색상을 더해주는 ambient와 다르게 HDR 환경맵 전체가 간접광, 반사광이 된다.

 

 

PBR은 결국 “입사광→표면반응→반사광”의 흐름을 현실의 물리 법칙을 적용해서 다루는 것이다. 때문에 PBR의 구현을 위해서는 현실의 빛에 대한 이해가 필요하다. 게임엔진에서의 PBR을 구현하기 위해 4 챕터로 나누어 글을 정리할 예정이다.

 

 

 

 

 

 

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[PBR] 1. 빛