셰이더 그래프 학습 정리 - '샤라웃 투 고라니🦌'

💭회고

셰이더는 게임 및 그래픽 디자인에서 중요한 기술로, 3D 객체를 현실적으로 표현하거나 독창적인 효과(마인크래프트 셰이더 효과를 생각하면 이해가 쉽다...!)를 생성하는 데 사용된다. 고라니님의 강의 영상은 셰이더의 기본 개념부터 고급 기법까지 설명하며, 유니티(Unity)에서 셰이더 그래프를 활용하는 방법을 다룬다. 유니티를 기반으로 설명하지만, 유니티 한정이 아니라 언리얼 엔진에서도 충분히 활용할 수 있는 지식들이 담겨있다.

 

(유니티에서만 활용할 수 있는 부분은 Skip하고 학습하였다...!)

 

테크니컬 아티스트(TA)를 준비하고 있다면, 분명 공부하면 좋을 내용이다.

1) 게임 개발에서의 선형대수 응용,

2) 3D 메시 데이터(노멀, 바이노멀, 탄젠트에 대한 개념),

3) 각 좌표계(월드, 로컬, 카메라 등)에 대한 이해

마인크래프트 셰이더 적용 예시

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1. 셰이더의 정의

'정점 위치'나 '픽셀 색깔'을 계산하는 함수!

유니티 프로젝트를 만들 때, URP와 HDRP를 볼 수 있다.

아래 사진 보면 알겠지만, RP는 렌더링 파이프라인의 약자이다.

유니티 프젝 생성 시...

렌더링 파이프라인이 뭐야?

➡️ 3D 물체를 2D 화면(즉, 모니터 스크린)까지 표현하는 과정을 뜻한다.

 

1) 정점 조립(Vertex Shader)

• 물체를 삼각형으로 분해하여 표현.정점을 조립하면 면이 만들어진다 (GPU가 자동 계산함)

로컬 좌표계

• 정점(Vertex)마다 벡터(노멀, 탄젠트) 정보를 가지고 있다.

2) 투영 변환(좌표계 변환)

• 오브젝트(로컬) 좌표계
• 월드 좌표계

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• 카메라 뷰 좌표계 : 기준이 카메라!, XY는 방향이 동일한데, Z 방향이 거꾸로 되어있다.
  • orthographic : 원근법이 적용되지 않음.
  • perspective : 원근법이 적용되어 있음.

3) 클리핑 (절단 좌표계)

• PC나 모바일(안드로이드, IOS) 등 각각의 기기가 해상도가 다르다. 따라서 가상의 박스를 만들어서 해당 범위(화면 범위)를 벗어난 부분을 잘라낸다.

4) 화면 좌표계 

 

• 좌하단(0,0)부터 우상단(1920, 1080 : 화면 해상도 크기)까지를 표현한다.

5) 레스터라이저( 래스터화하다(텍스트와 이미지를 프린터 가능한 형태로 전환시키다) )

• 컴퓨터가 삼각형 면을 읽으면서 정점들을 보간하여 픽셀로 변환한다.

6) 프래그먼트(픽셀) 셰이더

레스터라이저를 마치면, 픽셀 셰이딩을 할 수 있다.

픽셀마다 정보를 가지고 있으니, 접근하여 변경가능하다.

 

➡️ 정리하자면,
1) 정점 조립
2) 버텍스 셰이더(오브젝트, 월드, 뷰 좌표계 포함)
3) 래스터라이저
4) 프래그먼트(픽셀) 셰이더

중요!

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2. 머티리얼과 셰이더

PBR 머티리얼 : 물리 기반 렌더링(PBR)을 지원하며, 현실적인 재질 표현 가능.

셰이더(Shader) - 08. 물리 기반 렌더링 PBR(Physically Based Rendering)

UV에 대해!

UV는 전개도라고 보면 된다.

아래 그림을 확인해보자.

UV

정점은 면마다 4개가 존재하고, 큐브는 정육면체이기 때문에 4 X 6 = 24개의 정점(Vertex)가 있는 것이다.

그래서 계산을 24번을 한다.

구의 경우 폴리곤의 갯수가 훨씬 많기 때문에, 쿼드 폴리곤 갯수 X 4(정점의 개수)를 하면 된다.

 

이전에 노멀에 대해 공부했었는데 여기서 내용이 나오는 김에 복습해보자.

2025.03.19 - [Dev./그래픽스 Graphics] - 그래픽스 기초 개념 정리 (1)

그래픽스 기초 개념 정리 (1)

• 노멀은 각 면의 수직이다. 항상 바깥쪽을 향하고 있으며, 크기는 1이다(정규화, 노멀라이즈 했으므로)
• 탄젠트 무엇? : 노멀 벡터와 수직인 벡터는 무수히 많을 것이다. 그 중에서 UV의 X에 해당하는 방향이 탄젠트 벡터이다.

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✨CC0 텍스처라고 구글링하면 나오는 에셋들은 저작권이 없어 Free하게 사용할 수 있다.
https://cc0-textures.com

CC0 Public Domain Textures

 

ambientCG - Free Textures, HDRIs and Models

• 주요 파라미터: (23:00)
  • 알베도(Albedo): 표면 색상 (0,0,0 = 검은색 // 1,1,1 = 흰색)
  • 메탈릭(Metallic): 금속 여부
  • 스무스니스(Smoothness): 표면 부드러움(거칠기)
    • 현실에 존재하는 물체는 완전히 거친 물체도 없고, 완전히 부드러운 물체도 없다 ➡️ 거친 표면을 봐도 정반사가 되는 부분이 있고, 난반사가 되는 부분이 있다. 반대의 경우도 마찬가지이다.  ➡️ 0과 1사이 값 어딘가의 값을 가지고 있다. 
    • 난반사는 Diffuse, 반사는 Specular라고 불린다.

    • 

  • 노말(Normal): 표면의 입체적 질감 표현
  • AO(환경차폐): 주변 그림자 표현 (0에 가까울수록 어둡고, 1에 가까울수록 밝아진다)
    • 주변의 물체에 의해 빛이 차단되어 더 어둡게 보이는 현상(?)

    • 

      
      
  • 에미션(Emission): 자체 발광 여부
  • 알파(Alpha): 투명도 조정

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빛의 반사에 대해:

비금속은 빛을 반사할 때 햇빛을 그대로 반사하여 백색광을 반사하지만, 금속은 금속 고유의 색을 반사한다.

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3. Sub 그래프 (Subgraph)

복잡한 노드 집합을 묶어 간소화.

(~)

서브그래프는 유니티에서 쓰는 개념으로 UE에서는 머티리얼 펑션을 사용한다!

머티리얼 펑션(Material Function)
머티리얼에서 반복적으로 쓰이는 노드 집합을 하나의 함수 형태로 묶어 재사용할 수 있게 해주는 기능.
➡️ 특징: 여러 머티리얼에서 공유 가능 노드를 그룹화하여 간단하게 표현 가능 유지 보수 용이 및 직관적 관리

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🔗참고 링크:

 

[면접 준비][Graphics] 렌더링 파이프라인(Rendering Pipeline)

 

렌더링 파이프라인 순서 및 기본 설명과 기본 지식 (Rendering Pipeline)

 

[Unity] 카메라 Perspective와 Orthographic 모드 비교

 

셰이더 그래프를 활용한 실험: 적은 리소스로 더 많은 작업 수행하기