light path를 물어보는 사람이 꽤 있길래 정리해봄.

이 노드는 다른거랑은 좀 다른게, 다른건 cycles가 뭔지, 패스트레이싱이 뭔지 몰라도 대충 쓸 수 있지만

light path 노드는 블렌더에서 렌더링이라는게 어떻게 이루어지는지 최소한의 기본지식이 있어야 이해할 수 있음.

1. 패스트레이싱

우리가 현실에서 물체를 눈으로 보는 방식은 광원에서 나온 빛이 물체에 닿아 반사된게 눈에 닿는 것임.

즉 광원 -> 물체 -> 눈임.

그런데 이걸 컴퓨터로 구현한다면, 카메라에 닿기를 기원하면서 광원에서 한없이 많은 빛을 내보내서 물체에 한없이 많은 빛이 반사시켜야 됨. 억겁의 시간이 걸림. 

그래서 블렌더,그리고 그외 많은 렌더엔진들은 광원에서 빛을 쏘는게 아니라 카메라에서 쏨. 

즉 카메라 -> 물체 -> 광원임.

이걸 설명한게 블렌더 매뉴얼에서의 이 이미지.

카메라에서 출발한 광선 (?) 은 물체에 부딪다가 광원에 닿고, 이 과정에서 연산이 이루어짐.

* 위의 그림상에서는 중간에 뜬금없이 ray가 광원을 향해 날아가는데, cycles방식은 정확히 말하면 입사각 반사각과 상관없이 무조건적으로 광원을 향해 날아가는 ray가 존재하고 이걸 표현한거임 

그런데 이런것까지 생각하면 골치아프므로, 단지 다음과 같이 생각하는 것으로 충분함.

1. 카메라에서 ray가 출발. 이걸 camera ray라고 부른다.

2. ray는 여기저기 부딪히면서 정보를 모은다.

3. 최종적으로 광원에 부딪히면 더 이상 반사되지 않고 경로가 마무리된다. 이걸 shadow ray라고 한다.

카메라레이의 경우 직관적임. 내 눈으로 바로 보이는게 카메라레이니까

반면 쉐도레이의 경우 빛의 경로의 마지막을 쉐도레이라고 부르기 때문에 직관적이지 않을 수 있음. 특히 빛의 경로가 실제와 반대이므로 'shadow ray 는 광원에 닿는 ray' 가 되니까. 하지만 어쨌든 그러함

2. light path 노드

각각이 뭔지 알아보자. camera ray와 shadow ray가 뭔지는 설명했음.

is camera ray 라는 것은, camera ray냐 아니냐에 대한 정보를 boolean으로 내보낸단 말이고, 쉽게 말해 camera ray면 1, camera ray가 아니면 0의 값을 출력한단 말임.

diffuse, glossy, reflection, transmission ray는 쉐이더에 도달한 ray가 어떤 종류인지 묻는거임. diffuse에서 나온 ray면 diffuse ray라는 식임.

*특기할 점은 맨위의 그림에서도 나오듯이 transmission ray의 경우 유리 안쪽으로 들어가는 ray와 유리 바깥으로 나오는 ray둘다 transmission ray로 부른다는 것. 이런 경우 구분하기 위해 geometry노드 의 backfacing을 이용하기도 함.

singular ray는 좀 특이한데 반사율 100%로 반사된 경우를 말함. metalic 100%에 roughness 0%인 표면에서 반사되어 나오면 singular가 됨. 왜 필요한진 모르겠음

ray length는 ray의 경로의 길이를 말하는데 카메라에서 나왔을 때부터의 총 길이가 아니라 마지막으로 반사되었을 때부터를 잼. 

ray depth는 ray가 지금까지 얼마나 많이 반사/투과되었냐를 묻는 것임. 

나머지 소켓의 depth라는 표현도 이와 마찬가지로, ray가 지금까지 얼마나 많이 튕겨나왔냐를 묻는거임.

3. 사용

백문이 불여일견이라고 예시를 통해 알아보자.

'

light path를 가장 많이 쓸때는 내 경험상 배경 바꿔치기 할 때임. 환경광을 만들려고 hdri를 꽂지만 실제로 보이기는 싫을 때 이렇게 꽂음.

차례대로 mix shader 0에 꽂힌 배경, 1에 꽂힌 배경, 최종적으로 합성된 배경임.

이처럼 camera ray를 factor에 꽂으면, 카메라에서 배경을 향해 직빵으로 날아가는 ray = 카메라에 보이는 배경은 하늘색이지만, 그외의 모든 단계에서는 hdri 배경을 쓰게 됨.

* 해보면 알겠지만 camera ray가 아니고 shadow ray를  factor에 꽂으면 무조건 위쪽 쉐이더만 나오는데, 이 말은 우리가확인할 수 있는 영역에서는 shadow ray가 없다는 말임. 

앞에서 말한 것처럼 shadow ray는 광원을 향해 날아가는 빛이기 때문에, 배경에 닿는 어떠한 빛도 shadow ray가 아니기 때문임. 

mix shader 특성상 No면 위쪽, Yes면 아래쪽 쉐이더가 출력되므로, light path 노드의 여러 소켓을 꽂으면서 어떻게 작동하는지 추측해볼 수 있음.

이번에는 오브젝트에 camera ray를 꽂아보자.

차례대로 mix shader 0에 꽂힌 재질, 1에 꽂힌 재질, 최종적으로 합성된 재질임.

앞에서와 마찬가지로, 카메라에서 오브젝트를 향해 직빵으로 날아가는 경우에만 원래 재질로 계산하고, 나머지 모든 단계에서 주황색 발광체로 인식함. 

즉, 구석진 부분의 음영은 카메라에서 바로 온게 아니고 여기저기 반사되던 것이므로, 나머지 단계에서 emission으로 인식하기 때문에 주황색이 됨.

*한편 바닥에 지는 그림자는 오브젝트가 광원을 가려 생기는 거라, 발광체든 아니든 광원을 가리는건 매한가지이기 때문에 색이 바뀌지 않음.

*이번에도 역시 camera ray 대신 shadow ray를 꽂으면 무조건 아무 효과가 없음. 왜 그런지는 한번 직접 생각해보셈.

근데 이런 식이면 shadow ray는 작동 안하는거 아님? 하는 느낌이 들 수도 있는데, 

shadow ray가 제대로 영향을 주려면 shadow ray의 경로의 계산 과정에 영향을 줘야 됨.

즉 shadow ray를 중간에 탈취(..) 해서 정보를 집어넣어야됨. 어떻게 하느냐,

transparent를 꽂으면 됨.

경로를 추적해보면 다음과 같음.

1, 카메라에서 빛이 나와서 바닥의 그림자 부분에 닿음.

2. 빛이 반사된다. 일반적으로 이 반사된 ray는 shadow ray일 수 없다. 그림자에서는 광원이 보이지 않으니까.

하지만 이번엔 다르다. 원숭이 재질에 transparent가 꽂혀 있으니까! 바닥에서 출발해 원숭이를 통과해서 광원으로 향하는 shadow ray가 존재한다.

3. shadow ray가 원숭이를 통과하면서 주황색 transparent를 지난다. 이 정보는 원래 shadow ray의 출발지인 광원에 영향을 미친다.

그외 활용법으로는..

원숭이에 diffuse ray일 때만 분홍색 emission이라고 지정한 모습. 

1.카메라에서 광선이 출발해 바닥에 닿아 반사된다.

2. 난반사된 광선은 원숭이를 볼 때 emision으로 보인다. 원숭이에 닿고 광선의 흐름은 마무리된다.

(* 광원에 닿지 않고 emission에 닿아도 광선의 경로는 끝이 난다. 하지만 이걸 shadow ray라고 부르지는 않는다.)

3. 바닥에서 출발한 ray가 분홍색 emission에 닿았으므로 ray가 출발한 위치의 바닥은 분홍색으로 빛난다.

마지막으로  transparent depth를 이용하는 방법.

유리재질을 다루다보면 검은 영역이 생길 때가 있는데, 이런건 현실에서도 보이기는 하지만 블렌더에서 좀 과한 느낌이 들 때가 있다.

이런 일이 발생하는 이유는 빛이 재질 내에서 굴절되다가 탈출로를 찾질 못하고 갇혀서 반사 한계를 넘어버렸기 때문이다.

블렌더에는 반사되는 횟수의 한계가 존재한다. 블렌더 기본값이 12이던데 어지간해선 문제 없지만 렌더링 속도를 높이려고 줄이다 보면 이 한계에 도달할때도 있다.

그래서 이렇게 한다. : 

transmission depth 가 3보다 클 때 : 물체 안에서 3번 이상 헤맸다면, 

diffuse BSDF를 꽂는다 : 더이상 굴절되지 못하게 재질을 diffuse로 바꾼다.

그럼 이렇게 된다. 여전히 좀 어두운 느낌이 드는데 내가 아는 바로는 이건 사이클 렌더의 한계라 어떻게 하기 힘들다. 이정도로 만족해야 될 것 같다.