맨위로가기

셰이딩

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

셰이딩은 회화나 소묘에서 명암을 표현하는 기법으로, 어두운 부분은 더 진하게, 밝은 부분은 연하게 표현하여 입체감을 나타낸다. 컴퓨터 그래픽스에서는 3차원 물체의 색상을 변경하여 사실적인 렌더링을 구현하는 과정으로, 광원과 표면의 각도, 재질 속성 등을 기반으로 한다. 셰이딩은 렌더링 과정에서 셰이더 프로그램에 의해 수행되며, 다양한 광원과 반사 모델, 셰이딩 기법이 존재한다. 또한, 컴퓨터 비전 분야에서도 3차원 복원을 위해 활용된다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 소묘 - 크로키
    크로키는 짧은 시간 안에 인물의 특징을 빠르게 포착하여 그리는 미술 기법으로, 모델에게 유리하며 곤충, 동물, 어린이 등 움직이는 대상을 그리는 데에도 유용하다.
  • 소묘 - 트레이싱 페이퍼
    트레이싱 페이퍼는 낮은 불투명도로 빛이 통과하는 종이로, 이미지 복사에 사용되며, 건축 및 설계 분야에서 도면 제작에 활용되고, 섬유를 정제하여 반투명하게 만들며, 밀도, 습도, 투명도 등의 물리적 특성을 갖는다.
  • 셰이딩 - 난반사
    난반사는 재료 표면 아래에서 빛이 산란되어 모든 방향으로 퍼져 나가는 현상으로, 재료 내부 구조에 의한 반복적인 반사 및 산란 때문에 발생하며 시각적 인식과 컴퓨터 그래픽스 등 다양한 분야에서 활용되고 특정 모델로 근사할 수 있다.
  • 셰이딩 - 광선 추적
    광선 추적은 빛의 경로를 시뮬레이션하여 3차원 컴퓨터 그래픽 이미지를 생성하는 렌더링 기법으로, 재귀적 광선 추적 개발과 하드웨어 가속 지원에도 불구하고 높은 계산 비용이 실시간 처리의 제약으로 남아있다.
  • 3차원 컴퓨터 그래픽스 - 픽셀 셰이더
    픽셀 셰이더는 렌더링 과정에서 픽셀의 색상을 계산하여 최종 모습을 결정하며, 텍스처, 빛, 그림자 등의 시각 효과를 구현하고, 다양한 언어로 프로그래밍되며, 그래픽 카드 및 칩셋은 지원하는 버전을 가진다.
  • 3차원 컴퓨터 그래픽스 - 모션 캡처
    모션 캡처는 물체의 움직임을 디지털 데이터로 변환하는 기술로서, CG 영상 제작에 활용되며, 센서 부착 방식에서 마커리스 방식으로 발전하여 다양한 분야에 응용된다.
셰이딩
개요
정의물체의 표면에 빛이 닿아 나타나는 명암의 변화를 표현하는 기법
종류플랫 셰이딩
고라우드 셰이딩
퐁 셰이딩
상세 정보
특징3차원 컴퓨터 그래픽스에서 깊이감을 표현하는 데 사용됨
방법다양한 수준의 명암을 사용하여 깊이를 나타냄
관련 기술셰이더 (GPU 기술)

2. 역사

(이전 출력이 없어 수정이 불가합니다. 이전 출력을 제공해주시면 수정해 드리겠습니다.)

3. 회화/소묘에서의 셰이딩

셰이딩의 예


셰이딩은 드로잉에서 어두운 영역에는 더 짙거나 어두운 색조로 매체를 적용하고, 밝은 영역에는 덜 빽빽하게 또는 더 밝은 색조로 적용하여 어둠의 범위를 묘사하는 기법이다. 대상물에 빛이 닿는 방식을 고려하여 셰이딩을 하면, 종이 위에 깊이가 있는 것처럼 느껴지는 그림을 그릴 수 있다.[2][3]

3. 1. 셰이딩 기법

소묘에서 사용되는 셰이딩은 종이 위 어두운 부분에는 용구를 더 진하게 칠하거나 어두운 색의 용구를 칠하고, 밝은 부분에는 용구를 더 연하게 칠하거나 밝은 색의 용구를 칠하여 명도를 표현하는 것이다. 수직으로 교차하는 선들을 밀도를 달리하여 표현하는 교차 해칭 등의 다양한 셰이딩 기법들이 있다. 선의 밀도가 높으면 영역이 더 어두워진다.

다양한 셰이딩 기법이 있으며, 여기에는 교차하는 선을 그리드 패턴으로 그려 영역을 음영 처리하는 해칭이 포함된다. 선이 가까울수록 해당 영역이 더 어둡게 보인다. 마찬가지로 선이 멀리 떨어져 있을수록 해당 영역이 더 밝게 보인다.[2][3]

파우더 셰이딩은 스케치 셰이딩 기법이다. 이 스타일에서는 스텀핑 파우더와 종이 스텀프를 사용하여 그림을 그린다. (이것은 컬러로도 가능하다.) 스텀핑 파우더는 매끄럽고 반짝이는 입자가 없다. 사용되는 종이는 파우더가 종이에 남아 있도록 작은 입자를 가지고 있어야 한다.

종이에 그림을 그릴 때의 셰이딩(음영 기법)은 어두운 부분에는 더 진하게 화구를 사용하고, 밝은 부분에는 가볍게 화구를 사용하여 입체적으로 그리는 기법이다. 셰이딩 기법에는 직각으로 교차하는 선을 간격을 바꾸면서 다수 그려 그림자를 나타내는 크로스 해칭 등이 있다. 선의 간격이 좁은 부분은 그림자가 짙은 부분이 된다. 마찬가지로 선의 간격이 넓은 부분은 밝은 부분이 된다.

3. 2. 셰이딩의 중요성

소묘에서 셰이딩은 종이 위 어두운 부분에 용구를 더 진하게 칠하거나 어두운색 용구를 칠하고, 밝은 부분에는 용구를 더 연하게 칠하거나 밝은색 용구를 칠하여 명도를 표현하는 기법이다. 수직으로 교차하는 선들을 밀도를 달리하여 표현하는 교차 해칭 등 다양한 셰이딩 기법들이 있다. 선의 밀도가 높으면 영역이 더 어두워진다.

명암을 가진 대상 위 빛의 패턴은 종이 위에 입체의 깊이를 만들어 내는 데 도움이 된다.[15][16]

4. 컴퓨터 그래픽스에서의 셰이딩

컴퓨터 그래픽스에서 셰이딩은 3차원 장면 속 물체의 표면, 또는 다각형의 색상을 바꾸는 과정이다. 표면과 빛 사이의 각도, 빛과의 거리, 카메라와의 각도, 재질의 특성(예: 양방향 반사율 분포 함수) 등을 고려하여 사실적인 렌더링 효과를 낸다.

셰이딩은 렌더링 과정에서 셰이더라는 프로그램에 의해 수행된다. 3D 모델에서 표면과 광원, 또는 광원 간의 각도에 따라 면의 색상을 변경한다.

아래 첫 번째 이미지는 상자의 면을 모두 같은 색으로 렌더링한 것이다. 면을 구분하기 위해 가장자리 선이 함께 렌더링되어 있다. 두 번째 이미지는 같은 모델을 가장자리 선 없이 렌더링한 것이다. 상자의 면이 어디서 시작하고 끝나는지 구분하기 어렵다. 세 번째 이미지는 셰이딩을 적용하여 더 현실적으로 보인다. 어떤 면인지 쉽게 구분할 수 있다.

렌더링된 상자 이미지. 이 이미지는 면에 셰이딩이 없지만 대신 면을 구분하기 위해 ''가장자리 선''(또는 ''와이어프레임'')을 사용하고 배경에서 개체를 분리하기 위해 더 굵은 ''윤곽선''을 사용합니다.


가장자리가 제거된 동일한 개체입니다. 내부 형상을 나타내는 유일한 표시는 개체의 실루엣 점입니다.


''플랫 셰이딩''으로 렌더링된 동일한 개체입니다. 보이는 앞면 3개의 색상은 광원과의 각도(법선 벡터에 의해 결정됨)에 따라 설정되었습니다.


투광 조명에 의한 셰이딩

4. 1. 광원 (Lighting)

컴퓨터 그래픽스에서 씬을 더 사실적으로 렌더링하기 위해 빛을 처리하는 다양한 기법들이 사용되며, 다양한 종류의 광원이 존재한다. 셰이딩은 빛과 밀접하게 연관되어 있다.

  • 환경광(Ambient Light): 빛의 세기와 색이 현재 장면에 존재하는 모든 물체에 동등하게 적용된다. 렌더링 과정에서 모든 물체들은 환경광원으로부터 정의된 빛의 세기와 색깔에 따라 밝기가 조절된다. 가장 기본적인 화면 구성에 사용된다.
  • 평행광원(Directional Light): 환경광과 같이 모든 물체에 동일한 세기와 색이 적용되지만 방향을 가진다. 셰이딩은 존재하지만 거리에 따라 세기가 달라지지는 않는다.
  • 점 광원(Point Light): 점에서부터 사방으로 퍼져나가는 빛이다.
  • 스포트라이트(Spot Light): 점에서부터 깔때기(cone) 모양으로 퍼지는 빛이다.
  • 면 광원(Area Light): 면에서부터 사방으로 퍼져나가는 빛이다.


왼쪽 위부터 순서대로 점광원, 스포트라이트, 평행 광원, 환경광, 천공광, IBL.

4. 2. 거리 감쇠 (Distance falloff)

이론적으로, 평행한 두 면이 있을 때, 태양 광선과 같이 원거리 광원으로부터의 빛의 조도는 동일하다. 설령 한 면이 훨씬 멀리 떨어져 있어도 조도는 일정하다. 거리 감쇠 효과는 근접 광원에 대해 더 사실적인 이미지를 생성한다.

「거리 감쇠」를 구현한 ARRIS CAD에서 같은 모델을 렌더링한 것. 시점에 가까운 표면을 더 밝게 렌더링했다.



위 그림에서 왼쪽 이미지는 거리 감쇠를 사용하지 않는다. 두 상자의 앞면 색상이 동일하다. 반면, 오른쪽 이미지는 거리 감쇠를 사용하여 더 가까운 상자의 앞면이 뒤쪽 상자의 앞면보다 더 밝게 표현되었다. 또한 바닥은 멀어질수록 밝은색에서 어두운색으로 바뀐다.

거리 감쇠는 여러 가지 방법으로 계산할 수 있다.


  • '''선형(1차)''' - 광원과의 거리를 ''x''라고 할 때, 거기에 도달하는 빛의 양을 ''x''에 반비례하여 감소시킨다.
  • '''2차''' - 실제 세계에서의 빛의 성질에 가깝다. 광원으로부터의 거리가 2배가 되면, 도달하는 빛의 양은 4분의 1이 된다.
  • '''n차''' - 광원과의 거리를 ''x''라고 할 때, 거기에 도달하는 빛의 양을 1/''x''''n''으로 한다.
  • 이 외의 함수를 사용할 수도 있다.

4. 3. 반사 모델 (Reflection Models)

컴퓨터 그래픽스에서 빛은 물체 표면에서 반사(경면 반사), 산란(확산 반사 (투과·굴절)), 흡수되며, 이 빛이 카메라에 도달하여 물체가 묘사된다. 물리적 충실도와 계산 부하를 고려한 다양한 물체 표면의 반사 모델이 존재한다. 다음은 그 예시이다.

  • 램버시안 반사 모델: 확산 반사
  • 하프 램버트 조명: 확산 반사
  • 오렌-나이어 반사 모델: 확산 반사
  • 퐁 반사 모델: 경험 법칙 모델. 확산 반사 + 경면 반사. 경량
  • Blinn-Phong 반사 모델
  • 양방향 반사율 분포 함수 (BRDF): 에너지 보존 모델. 물리적 충실도가 높다. 물리 기반 셰이딩에 사용된다.
  • 양방향 산란 분포 함수 (BSDF)
  • (참고) 렌더링 방정식


각 반사 모델은 고유한 파라미터를 가진다. 예를 들어 퐁 모델은 확산 반사와 경면 반사의 강도를 제어하는 파라미터를 가진다. 실제 렌더링 엔진에서는 이를 직관적으로 이해할 수 있도록 물체의 "재질/마테리얼" 형태로 아티스트에게 보여주는 경우가 많다.

구체적인 채용 예시로는 유니티 URP Simple Lit 셰이더는 Blinn-Phong 모델을 채용하고 있다.[14] URP Lit 셰이더는 BRDF 계열 모델을 채용하고 있다.

4. 4. 셰이딩 기법 (Shading Techniques)

컴퓨터 그래픽스에서 셰이딩은 3차원 모델의 표면과 광원 간의 각도, 거리, 카메라와의 각도, 재질 속성 등을 기반으로 색상을 변경하여 사실적인 효과를 내는 과정이다. 셰이딩은 렌더링 과정에서 셰이더라는 프로그램에 의해 수행된다.

셰이딩은 3D 모델에서 표면과 광원 간의 각도에 따라 면의 색상을 변경한다. 아래는 셰이딩의 예시이다.

  • 첫 번째 이미지는 상자의 면을 렌더링했지만 모두 동일한 색상으로 렌더링되었다. 가장자리 선도 렌더링되어 이미지를 더 쉽게 볼 수 있다.
  • 두 번째 이미지는 가장자리 선 없이 렌더링된 동일한 모델이다. 상자의 한 면이 어디에서 끝나고 다음 면이 시작되는지 알기가 어렵다.
  • 세 번째 이미지에는 셰이딩이 활성화되어 이미지가 더 현실적으로 보이고 어떤 면인지 쉽게 알 수 있다.


셰이딩 과정에서 표면 노멀은 종종 조명 계산에 필요하며, 모델의 각 정점에 대해 미리 계산하여 저장할 수 있다.

  • '''플랫 셰이딩'''(Flat shading영어)은 각 다각형의 표면 정규와 광원 방향 간 각도, 개별 색상, 광원의 세기에 따라 한 물체의 각 다각형에 그림자를 넣는 3차원 컴퓨터 그래픽스의 광원 기술이다. 조명은 각 다각형에 대해 한 번만 계산되며, 다각형의 표면 노멀을 기반으로 하고 모든 다각형이 평평하다고 가정한다. 계산된 색상은 전체 다각형에 사용되어 모서리가 날카롭게 보인다. 경면 반사 하이라이트는 플랫 셰이딩으로 제대로 렌더링되지 않으며, 일반적으로 플랫 셰이딩 계산에 포함되지 않는다.


Mathematica에서 모델링된 플랫 셰이딩이 적용된 조개 껍데기의 그래픽 복합체

  • '''스무스 셰이딩'''(Smooth shading)은 다각형 표면의 색깔을 부드럽게 바꾸어가며 다각형을 보여주는 것을 말한다. 다각형 내부의 색깔은 다각형을 구성하는 정점(vertex)들의 색깔 데이터를 내분(interpolation)하여 계산하기 때문에 각 정점들의 색깔을 각각 정의하고 있어야 한다. 평면 셰이딩과 달리 픽셀 단위로 색상이 바뀌어 인접한 두 다각형 사이에서 부드러운 색상 전환이 이루어진다. 일반적으로 값은 먼저 정점에서 계산되고, 쌍선형 보간법이 사용하여 다각형 정점 사이의 픽셀 값을 계산한다. 스무스 셰이딩의 유형으로는 구로 셰이딩[4]과 퐁 셰이딩[5]이 있다.

1971년 앙리 고로가 개발한 고로 셰이딩은 3차원 컴퓨터 그래픽스를 위해 개발된 최초의 셰이딩 기술 중 하나였다.


알루미늄, 황동, 청동, 구리, 금과 은의 합금, 금, 철, 퓨터, 은, 점토, 포일, 유약, 플라스틱, 고무, 새틴, 벨벳 등 다양한 재질 시스템으로 쉐이딩된 매듭. 매스매티카 13.1에서 제작

  • '''지연 셰이딩'''은 셰이딩 계산을 두 단계로 나누어 렌더링하여, 비용이 많이 드는 셰이딩된 픽셀을 버리지 않음으로써 성능을 향상시킬 수 있는 셰이딩 기술이다. 첫 번째 단계에서는 표면 매개변수(깊이, 법선 벡터, 재질 매개변수 등)만 캡처하고, 두 번째 단계에서 실제 셰이딩을 수행하고 최종 색상을 계산한다.[6][7][8]


플랫 셰이딩스무스 셰이딩
면의 모든 픽셀에 동일한 색상을 사용하며, 일반적으로 첫 번째 정점의 색상을 사용한다.정점 간의 색상 또는 법선의 선형 보간을 사용한다.
실제 물체보다 모서리가 더 뚜렷하게 나타난다.이 기법을 사용하면 모서리가 사라진다.
면의 모든 점이 동일한 색상을 가진다.면의 각 점이 고유한 색상을 가진다.
개별 면이 시각화된다.기저 표면이 시각화된다.
부드러운 물체에는 적합하지 않다.모든 물체에 적합하다.
계산 비용이 적게 든다.계산 비용이 더 많이 든다.



3차원 컴퓨터 그래픽스에서는 폴리곤 모델이 주로 사용되기 때문에, 곡면은 평면의 연속으로 근사적으로 표현된다. 따라서 단순하게 셰이딩을 수행하면 면마다 음영의 강도가 달라져 근사하고 있다는 점이 눈에 띄게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 보간 기법이 제안되고 있다.



플랫 셰이딩 보간의 예

5. 셰이딩과 컴퓨터 비전

컴퓨터 비전에서, 3차원 복원을 위한 일부 방법은 셰이딩, 즉 '셰이딩으로부터의 형상'에 기반한다. 이미지의 셰이딩을 기반으로, 단일 사진으로부터 3차원 모델을 재구성할 수 있다.[13]

셰이딩으로부터의 형상 재구성

6. 한국의 셰이딩 관련 사례

(빈 문서)

참조

[1] 웹사이트 Graphics: Shading http://hexianghu.com[...] 2019-09-10
[2] 웹사이트 Drawing Techniques http://www.drawingwi[...] Drawing With Confidence 2012-09-19
[3] 웹사이트 Shading Tutorial, How to Shade in Drawing http://www.dueysdraw[...] Dueysdrawings.com 2012-02-11
[4] 논문 Continuous shading of curved surfaces
[5] 간행물 Illumination for computer generated pictures https://users.cs.nor[...] Communications of ACM 1975
[6] 웹사이트 Forward Rendering vs. Deferred Rendering https://gamedevelopm[...]
[7] 웹사이트 LearnOpenGL - Deferred Shading https://learnopengl.[...]
[8] 서적 Real-Time Rendering 2018
[9] 문서 Fast Phong shading SIGGRAPH Comput. Graph 1986-08
[10] 문서 Fast Near Phong-Quality Software Shading http://www.cb.uu.se/[...] WSCG'06 2006
[11] 문서 Faster Phong shading via angular interpolation http://citeseerx.ist[...] Computer Graphics Forum 1989
[12] 문서 Shading by Quaternion Interpolation http://www.cb.uu.se/[...] WSCG'05 2005
[13] 문서 Shape from shading: A method for obtaining the shape of a smooth opaque object from one view. https://dspace.mit.e[...] 1970
[14] 문서 The Shaders do not conserve energy. This shading model is based on the Blinn-Phong model. 以下より引用. https://docs.unity3d[...]
[15] 웹인용 Drawing Techniques http://www.drawingwi[...] Drawing With Confidence 2017-05-06
[16] 웹인용 Shading Tutorial, How to Shade in Drawing http://www.dueysdraw[...] Dueysdrawings.com 2007-06-21


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com