광자 매핑

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광자 매핑(Photon Mapping)은 컴퓨터 그래픽스에서 사실적인 조명 효과를 만들기 위해 사용되는 렌더링 기술입니다. 헨리크 완 옌센(Henrik Wann Jensen)이 개발했으며, 전역 조명(Global Illumination) 알고리즘의 하나입니다.
광자 매핑의 작동 원리광자 매핑은 크게 두 단계로 이루어집니다.

1. 광자 추적 단계 (Photon Tracing Pass):

• 광원에서 빛의 입자인 광자(Photon)를 방출합니다.
• 방출된 광자는 장면 내에서 이동하며 물체와 상호작용합니다.
• 광자가 물체 표면에 부딪히면, 그 위치, 방향, 에너지 등의 정보를 광자 맵(Photon Map)에 저장합니다.
• 광자는 물체의 표면에서 반사, 흡수, 투과될 수 있으며, 이러한 상호작용은 확률적으로 결정됩니다. (러시안 룰렛)

• 광자 추적 단계에서 생성된 광자 맵을 사용하여 최종 이미지를 렌더링합니다.
• 카메라에서 광선을 추적하여 각 픽셀에 도달하는 빛의 양을 계산합니다.
• 광자 맵을 활용하여 간접 조명(Indirect Illumination) 효과를 계산합니다. (예: 빛이 벽에 반사되어 다른 물체를 비추는 현상)
• 각 픽셀의 최종 색상은 직접 조명과 간접 조명을 합산하여 결정됩니다.

• 사실적인 조명 효과: 코오스틱(Caustics, 빛이 굴절/반사되어 생기는 집광 현상), 색 번짐(Color Bleeding) 등 복잡한 광학 현상을 비교적 정확하게 표현할 수 있습니다.
• 효율성: 순수 몬테카를로 레이 트레이싱(Monte Carlo Ray Tracing) 방식보다 계산량이 적어 렌더링 속도가 빠를 수 있습니다.

• 편향된(Biased) 알고리즘: 렌더링 방정식의 정확한 해를 구하는 것이 아니라 근사적인 해를 구하기 때문에, 렌더링 결과에 노이즈나 오차가 발생할 수 있습니다.
• 파라미터 설정: 광자의 개수, 검색 반경 등 여러 파라미터를 조절해야 최적의 결과를 얻을 수 있으며, 설정이 잘못되면 렌더링 품질이 저하될 수 있습니다.

• 영화 및 애니메이션: 사실적인 장면 렌더링
• 건축 시각화: 건물 내부 및 외부의 조명 효과 시뮬레이션
• 제품 디자인: 제품의 외관을 사실적으로 표현

• 레이 트레이싱(Ray Tracing): 광선을 추적하여 빛의 경로를 계산하는 방식입니다. 광자 매핑은 레이 트레이싱의 한 종류로 볼 수 있지만, 광원에서 광자를 방출하는 방식과 광자 맵을 사용하는 점이 다릅니다.
• 패스 트레이싱(Path Tracing): 몬테카를로 방법을 사용하여 빛의 경로를 무작위로 추적하는 방식입니다. 광자 매핑은 패스 트레이싱보다 계산량이 적지만, 편향된 결과를 생성할 수 있습니다.
• 라디오시티(Radiosity): 표면 간의 빛 에너지 전달을 계산하는 방식입니다. 광자 매핑은 라디오시티보다 더 다양한 광학 현상을 표현할 수 있지만, 계산량이 더 많을 수 있습니다.

• 위키백과: [https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B4%91%EC%9E%90_%EB%A7%A4%ED%95%91](https://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B4%91%EC%9E%90_%EB%A7%A4%ED%95%91)
• 나무위키: 렌더링 ([https://namu.wiki/w/%EB%A0%8C%EB%8D%94%EB%A7%81](https://namu.wiki/w/%EB%A0%8C%EB%8D%94%EB%A7%81))

• 점진적 광자 매핑(Progressive Photon Mapping, PPM): 광자 매핑의 정확도를 개선한 방식
• 양방향 패스 트레이싱 (Bidirectional Path Tracing)
• 체적 경로 추적(Volumetric Path Tracing)
• 메트로폴리스 광 전송(Metropolis Light Transport)