그림자 생성(7)~개량형 깊이 그림자 기법(2)

[칼럼 핵심 요약]
지난번 꺼낸 개량형 깊이 그림자 기법의 PSM 기법에도 약점은 있었다. 거기서 개량형의 PSM 기법이 비엔나 공과대학의 Michael Wimmer씨 등에 의해 발표되었다. 그것이 '라이트 스페이스 퍼스펙티브 섀도우 맵 기법'이다.
🌐 원문 링크: 影の生成(7)～改良型デプスシャドウ技法(2) (Mynavi News)
📅 원문 발행일: 2008-07-18 ｜ ✍️ 저자: 西川善司 (니시카와 젠지 / Zenji Nishikawa)

NOTE

💡 현대 그래픽스 관점에서의 발전사 (Modern Retrospective)

섀도우 맵의 한계와 진화: 본문에서 다루는 캐스케이드 섀도우 맵(CSM)과 VSM 등은 여전히 실시간 렌더링의 주력이지만, 해상도 에일리어싱과 자가 차폐 오류(Shadow Acne)의 구조적 한계를 갖습니다.
하드웨어 가속 레이트레이싱 섀도우: 현재는 DXR/Vulkan RT를 이용한 실시간 광선 추적 섀도우(Ray-Traced Soft Shadows) 및 가상화 그림자 맵(Virtual Shadow Maps, VSM in UE5)을 통해 해상도 제약 없는 완벽한 반그림자(Penumbra) 연산이 실시간으로 이루어집니다.

📖 본문 해설

[원문 리드문] > 전회 들여온 개량형 깊이 그림자 기법의 PSM 기법에도 약점은 있었다. 거기서 개량형의 PSM 기법이 비엔나 공과대학의 Michael Wimmer씨 등에 의해 발표되었다. 그것이 '라이트 스페이스 퍼스펙티브 섀도우 맵 기법'이다.

라이트 스페이스 · 퍼스펙티브 · 섀도우 맵 기법 ~ 깊이 섀도우 기술의 개량판 제 2 형태

지난번 꺼낸 개량형 깊이 그림자 기법의 PSM 기법에도 약점은 있었다.

시점보다 배후에 있는 것 같은 「3D 오브젝트 본체는 시야에 들어가 있지 않은 것의 그림자만은 시야에 들어오는 듯한 케이스」에서는, 투시 투영 변환한 좌표계로 섀도우 맵을 생성해도 원리상 잘 가지 않는다.

또, 시선과 광원이 상대하는 위치 관계(완전 역광 상태) 때에는, 통상의 깊이 그림자 기법의 그림자 생성에 하고 있는 것이 그다지 변하지 않게 되어 버려, 그러한 조건하에서는 역시 쟈기가 나와 버리는 것이다.

시야와 광원으로부터의 빛이 상대하는 케이스에서는 모처럼의 PSM만이 가능한 궁리가 망가진다

「3DMark05」보다. 시야와 광원의 위치 관계가 악조건이 되면 PSM에서도 그림자에 보풀이 눈에 띄게 된다

거기서 개량형의 PSM 기법이, 2004년의 Eurographics Symposium on Rendering에서 비엔나 공과 대학의 Michael Wimmer씨 등에 의해 발표되었다. 그것이 '라이트 스페이스 퍼스펙티브 섀도우 맵 기법'(LSPSM:Light Space Perspective Shadow Maps)이다.

LSPSM 기법에서는, PSM 기법의 최상의 상태를 얻을 수 있도록, 섀도우 맵 생성시의 좌표계를 조정하는 것으로, 꽤 기교적인 궁리가 담겨 있다.

조정의 조건이란, 하나는, 「시점의 배후에 있는 3D 오브젝트의 그림자가 시야에 들어오는 듯한 케이스」에 대처하기 위해서, 섀도우 맵을 생성하는 범위(광원으로부터의 가상적인 시야)를 「그림자 생성원이 될 수 있는 모든 3D 오브젝트를 포착한다」하도록 조정해, 한층 더 「시점으로부터의 시야(시각으로부터의 시야).

조건의 둘째는, 「가능한 한 PSM 기법의 장점이 얻어지기 쉬운 섀도우 맵 생성을 실시」하기 위해 편리한 좌표계를 요구한다고 하는 것. 이 편리한 좌표계란, PSM의 특징인 「섀도우 맵의 해상도가 시점으로부터 가까운 영역에 대해서는 세세하고, 멀어짐에 따라 그 나름대로 한다」… 이것은 "시점으로부터의 시야가 가능한 한 가깝다"(그림 참조)가 조건이된다.

V가 시점으로부터의 시야(시추대). L은 광원. 섀도우 맵을 생성하기 위한 좌표계 P는, 이와 같이 「시선으로부터의 시야 V를 포함한다」「그림자를 떨어뜨릴 가능성이 있는 3D 오브젝트를 모두 포함」, 또한 「시점으로부터의 시야에 가까운」라는 조건의 것을 산출해 구한다