실시간 서브서피스 스캐터링이란 무엇이며 왜 필요한가

01 서문

1.1 서브서피스 스캐터링이란 무엇인가?

기사에서 D5 GI | 실시간 경험을 바탕으로 한 오프라인 렌더링 품질 추구, 우리는 현실 세계에서 빛이 물체의 표면에 반사되는 원리를 간략하게 설명했습니다. 이 현상을 재현할 수 있는지 여부에 따라 렌더링 결과가 사진에 얼마나 근접할 수 있는지가 결정됩니다.

하지만 여기서 멈추지 않습니다. 빛이 일부 반투명 물체(예: 왁스나 대리석)의 표면에 닿으면, 일부 빛은 표면을 통과하여 물체 내부에서 산란된 후 최종적으로 표면의 다른 지점에서 빠져나옵니다. 카메라로 보면 물체 내부가 "빛나는" 것처럼 보입니다.

이것을 우리는 ~라고 부릅니다 서브서피스 스캐터링 (SSS 또는 3S). 아래 그림에서 볼 수 있듯이, "서브서피스"는 표면 아래 부분을 의미합니다.

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1.2 서브서페이스 스캐터링은 무엇을 할 수 있습니까?

표면에서 반사되는 빛을 단순히 재현하는 것은 대부분의 재질에 충분하지만, 옥, 과일, 사람 피부와 같은 텍스처의 투광 효과를 잘 만들어낼 수는 없습니다. 그래서 더욱 사실적인 표현을 위해 서브서피스 스캐터링이 필요한 것입니다. 반투명 재질의 표면과 그 아래의 빛 상호작용은 장면을 더욱 생동감 있게 만들 것입니다.

요컨대, 렌더링에서 SSS는 재질 품질을 향상시켜 더욱 정교하게 보이게 합니다. 투광 재질은 역광일 때도 완전히 검게 보이지 않으므로, 장면이 더 선명하고 밝아집니다.

다행히도 이 강력한 기능은 D5 Render 2.4와 함께 제공됩니다. 꼭 사용해 보시면 렌더링이 한 단계 업그레이드된 것을 확인하실 수 있을 것입니다.

02 D5에서의 표면하 산란 원리

2.1 이전 솔루션

위에서 언급했듯이, 렌더링, 특히 0.03초 이내의 실시간 렌더링에서 SSS를 구현하는 것은 막대한 계산량 때문에 큰 도전 과제입니다. 그렇기 때문에 SSS는 렌더링 도구의 고급 기능으로 여겨집니다.

시장에는 현재 실시간 렌더링 도구들을 보면, 대부분 SSS 기능이 없거나 Screen-Space Subsurface Scattering을 대체품으로 사용하고 있다는 것을 알 수 있습니다.

화면 공간 서브서페이스 스캐터링은 속도와 품질 사이의 균형을 맞춰주기 때문에 완벽하진 않지만 좋은 해결책 실시간 렌더링을 위한 것입니다. 예를 들어, 타겟 재질을 가리는 재질이 있을 경우 광원 정보를 계산하지 못할 것입니다. 화면을 넓게 산란 반경으로 설정하면 밴딩 현상이 나타날 것입니다.

현재의 실시간 SSS 렌더링 솔루션들은 실제 적용 시 직면하는 과제들을 해결하는 데 한계가 있는 것으로 보이며, 디자이너들이 최적의 시각화 결과를 얻는 데 방해가 되는 다양한 기술적 제약과 단점을 가지고 있습니다. 이에 D5 팀은 D5 SSS로 알려진, 한 차원 높은 실시간 표면하 산란(Subsurface Scattering) 솔루션을 개발했습니다.

따라서 기존의 많은 솔루션에도 불구하고 실시간 SSS는 여전히 과제로 남아 있습니다. 기술적 문제를 극복하고 디자이너에게 더 나은 시각화 경험을 제공하기 위해 D5 팀은 자체 솔루션을 개발하기로 결정했습니다. D5 SSS -- 실시간 렌더링을 위한 솔루션입니다.

2.2 D5 SSS

기술 및 요구 사항에 대한 조사를 거친 후, D5 팀은 오프라인 렌더링 알고리즘과 실시간 렌더링을 결합하여 실시간 SSS를 구현하기로 결정했습니다.

랜덤 워크는 SSS를 위한 오프라인 물리적으로 정확한 알고리즘으로, 모델 내에서 빛이 산란하고 이동하는 방식을 고려하여 모델의 볼륨과 표면 두께를 보다 정확하게 표현합니다.

이 문제를 해결하기 위해 D5 팀은 Random Walk SSS를 D5의 고유한 하이브리드 렌더링 파이프라인에 통합했습니다. GBuffer 정보 재사용, 시간 영역에서의 노이즈 감소 누적, DXR을 통한 하드웨어 가속 활용을 통해 D5 SSS 솔루션은 실시간으로 고품질 SSS를 보장합니다.

이 방식으로 디자이너는 몇 가지 매개변수만 조정하면 투광 재질의 SSS 효과를 실시간으로 미리 볼 수 있습니다. 또한 D5 SSS는 미리보기와 렌더링 간의 일관성을 보장하여 디자이너에게 원활하고 뛰어난 시각화 경험을 제공합니다.  

03 D5 표면하 산란 효과와 실습

3.1 D5 SSS는 어디에 사용할 수 있나요?

새롭게 추가된 실시간 SSS 기능 덕분에 D5 Render 2.4는 다양한 산업 분야에서 더욱 진보된 렌더링 도구로 자리매김할 것입니다.

건축가를 위한, 명확한 대리석이나 슬레이트 재질을 만들어 디자인 아이디어를 더 잘 보여줄 수 있으므로 프로젝트를 더욱 매력적으로 만들 수 있습니다.

빛을 전부 차단하는 대신, 약간 투명한 대리석 판은 부드럽고 맑아 보입니다.

인테리어/제품 디자이너를 위한, 도자기와 옥의 투명한 질감을 더욱 잘 표현하여 시각적 품질을 향상시킬 수 있습니다.

옥 조각상이 은은하게 빛나는 것처럼 보입니다.

3.2 D5 SSS 사용 방법

투광 재질을 만들려면 먼저 단축키 "I"를 사용하여 텍스처를 선택합니다. Inspector > Material Template으로 이동합니다. 여기에서 "Subsurface Scattering"을 찾을 수 있습니다.

SSS 템플릿은 사용자 정의 템플릿보다 매개 변수가 두 개 더 많습니다.

표면 아래 색

2. 산란 강도

또한, SSS 재료에 일반적으로 사용되는 세 가지 매개변수가 있습니다.

1. 기본 색상/기본 색상 맵

2. 난반사

3. 표면 거칠기

여기서는 "옥"을 예로 들어 D5 Render에서 SSS 재질을 만드는 방법을 보여드리겠습니다.

첫인상

이 토끼는 흰색 베이스 컬러의 사용자 정의 재질을 가지고 있습니다. Specular와 Roughness를 0으로 설정하여 다음 과정에 영향을 주지 않도록 합니다.

기본 색상/기본 색상 맵

먼저, 베이스 컬러 맵에 비취 텍스처 맵을 추가하십시오.

"Triplanar"을 켜면 수동으로 설정하지 않고도 좋은 UV 효과를 얻을 수 있습니다.

표면 아래 산란 설정

재질 템플릿을 "Subsurface Scattering"으로 변경합니다.

• 기본색

기본 색상/기본 색상 맵은 표면의 색상을 정의하고, 서브서페이스 색상은 빛이 모델 내부에서 산란될 때의 색상을 결정합니다.

기본적으로 "SubSurface Color"는 50% 회색입니다. 이 경우 재질이 SSS 효과를 갖기 시작하지만, 더 눈에 띄게 하려면 약간의 색상이 필요합니다.

"SubSurface Color"를 변경합니다. 이것이 재질에 어떤 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다.

SubSurface Color은 모델 내부에서 발산되는 것처럼 보이며 그림자에서 더 잘 보입니다.

SubSurface Color는 기본적으로 빛이 모델 내부에서 얼마나 멀리 퍼지는지를 제어합니다. RGB 값이 클수록 빨강, 녹색 또는 파란색으로 산란된 빛이 더 잘 보이게 되고, 재질이 더 투명해 보입니다.

• 산란 강도

산란 강도는 표면 아래 색상의 배율입니다. 표면 아래 색상을 기준으로 산란된 빛이 이동하는 거리를 증감시켜 재료의 반투명 효과를 향상시키거나 감소시킵니다.

이 예에서는 사실적인 옥 재질을 만들고 있으므로 "SubSurface Color"는 채도가 낮은 녹색으로 설정되고 "Scattering Intensity"는 기본값인 1.0으로 유지됩니다.

반사광과 거칠기

옥과 보석은 비금속 재료로 반사율이 매우 높으며 일반적으로 1.0의 난반사 값을 가집니다.

"Specular" 매개변수는 비금속 재질의 반사율을 제어합니다. 대부분의 비금속 재질은 0.25에서 0.625 사이의 반사율을 가집니다. 예를 들어 물은 0.25, 옥/보석은 1.0입니다.
Specular에 대한 자세한 정보: 재료 템플릿 > 맵 > 반사광

비주얼이 1.0으로 설정되면 모델이 옥처럼 보입니다.

거칠기는 재료 표면이 얼마나 거친지를 결정하며, 반사가 흐릿해지는지 여부에 영향을 미칩니다. 그 값을 변경함으로써 옥 질감이 어떻게 변하는지 명확하게 볼 수 있습니다.

Roughness가 높으면 옥이 광택이 나지 않은 것처럼 보이고, 값이 낮을수록, 특히 0에 가까울수록 광택이 매우 높은 것처럼 보입니다.

Roughness를 0.05로 설정하고 최종 렌더링 결과는 다음과 같습니다.

3.3 메모

현재 D5 Render는 SSS 효과에 대해 점광원, 스포트라이트, 직사각형 광원 및 햇빛을 지원합니다. SSS용 HDRI 주변 조명은 향후 업데이트에 포함될 예정입니다.

정확한 사이즈

SSS 재질의 외관은 모델 볼륨과 두께의 영향을 받습니다. 따라서 모델이 작고 얇을수록 동일한 매개변수에서 더 투명해집니다.

따라서 실제 물체의 크기로 모델링하는 것이 좋습니다. 예를 들어, 옥 장식품을 너무 크게 모델링하지 마십시오. 몇 센티미터가 적당합니다. 재질의 투광도를 더 높이거나 낮추려면 SubSurface Color 밝기 또는 Scattering Intensity를 사용하여 시각적 효과를 조정하십시오.

04 결론

D5 Render 2.4의 실시간 SSS 구현 기능은 건축가, 인테리어 디자이너 및 제품 디자이너들에게 훨씬 더 사실적인 렌더링 결과를 제공할 것입니다. 이제 이들은 더 다양한 소재를 창조할 수 있게 되어, 시각화 작업이 즐거운 과정이 될 것입니다.

D5 Render에게 D5 SSS는 이정표이지만 결코 종착점이 아닙니다. D5 팀은 더 나은 효과를 제공하기 위해 SSS를 계속 최적화할 것입니다. 계속 지켜봐 주시면 실망하지 않으실 것입니다.

D5 에셋 라이브러리는 과일, 양초, 옥을 포함하여 SSS 재질이 적용된 수십 개의 모델로 업데이트되었습니다. "sss/3s"를 검색하여 빠르게 찾을 수 있습니다.

또는 자신만의 반투명 재질을 사용자 정의하여 사실적인 렌더링에서 흐르는 빛의 아름다움을 즐길 수 있습니다.