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Flat Shading

**플랫 셰이딩(Flat Shading)**은 3D 모델링에서 가장 기본적인 셰이딩 방식입니다.

• 각 폴리곤 페이스가 하나의 노말 벡터만을 사용하여 빛을 계산합니다. 이를 통해, 각 페이스가 개별적으로 빛을 받아 독립적인 색상과 명암을 갖게 됩니다.

복잡한 모델에서도 각 면은 하나의 노말 벡터만을 사용하기 때문에 계산이 단순하고 렌더링 속도가 빠른 장점이 있습니다. 반면, 부드러운 표현이 필요한 곡면에서는 **스무스 셰이딩(Smooth Shading)**을 활용하는 것이 더 적합할 수 있습니다.

Smooth Shading

스무스 셰이딩(Smooth Shading)은 3D 컴퓨터 그래픽스에서 서페이스를 부드럽게 표현하는 기법으로, 각진 폴리곤 토폴로지를 자연스럽고 부드러운 곡면처럼 보이게 만듭니다.

• 버텍스 노말들을 **보간(interpolation)**하여, 서페이스의 흐름을 부드럽게 표현합니다.
• 이러한 착시 기법을 통해, 오브젝트의 토폴로지가 실제로 곡면이 아님에도 부드러운 곡면으로 표현할 수 있습니다.

역사

구로 셰이딩(Gouraud Shading)

Gouraud shading

구로 셰이딩은 버텍스 단위로 조명을 계산하고 그 결과를 폴리곤 내부에 선형 보간하는 기법입니다.

• 각 버텍스에서 계산된 색상값을 이용해 폴리곤 표면의 색상을 부드럽게 보간하여 표현합니다.

버텍스별 조명 계산

$$

I_v = \underset{\underset{\text{Ambient}}{\rule{2cm}{0.4pt}}}{k_a I_a} + \underset{\underset{\text{Diffuse}}{\rule{2cm}{1pt}}}{k_d I_d (\mathbf{n}_v \cdot \mathbf{l})} + \underset{\underset{\text{Specular}}{\rule{2cm}{1pt}}}{k_s I_s (\mathbf{r} \cdot \mathbf{v})^n}

$$

색상 보간

• 트라이 폴리곤 내부의 픽셀 컬러는 버텍스 컬러를 중심 좌표(Barycentric Coordinates)를 사용하여 선형 보간합니다.

  $$

  I_p = \alpha I_1 + \beta I_2 + \gamma I_3

  $$

  파라미터	설명
  $I_p$	픽셀 - 최종 라이팅 강도
  $I_1,I_2,I_3$	트라이 폴리곤 버텍스에서 계산된 일루미네이션 강도
  $α,β,γ$	중심 좌표로 표현된 보간 계수 ($α+β+γ=1$)

퐁 셰이딩(Phong Shading)

퐁 셰이딩은 픽셀 단위로 조명을 계산하는 기법으로, 버텍스 노말을 보간한 후 각 픽셀에서 조명을 재계산합니다.

• 버텍스 노말을 보간하여 얻은 픽셀별 노말을 사용해 더 정확한 조명 효과와 하이라이트를 표현할 수 있습니다.

버텍스 노말 보간

• 트라이 폴리곤의 버텍스 노말 벡터 $\mathbf{n}_1, \mathbf{n}_2, \mathbf{n}_3$을 중심 좌표(Barycentric Coordinates)를 사용하여 선형 보간합니다.

  $$ \mathbf n_p=α\mathbf n_1+β \mathbf n_2+γ\mathbf n_3 $$

  파라미터	설명
  $α,β,γ$	중심 좌표로 표현된 보간 계수 ($α+β+γ=1$)

노말라이즈

• 보간된 노말 벡터를 노말라이즈 처리하여, 유닛 벡터로 만듭니다.

픽셀별 조명 계산

• 정규화된 노말 벡터를 사용하여 각 픽셀에서 조명을 계산합니다.

  $$ I=I_a+I_d+I_s $$

• Ambient

  $I_a=k_aI_{global}$

  파라미터	설명
  $k_a$	앰비언트 계수
  $I_{\text{global}}$	앰비언트 라이트 강도

• Diffuse

• Specular

셰이딩 모델의 차이

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