1. Normal map

이렇게 생긴게 노말맵임

1) Normal map의 등장배경

게임같은데 쓰일 모델은 가능한 리소스를 적게 쓰는게 생명이기에

내가 만든 하이폴리 모델을 그냥 바로 사용하기는 어려울때가 많음

그래서 눈속임으로 로우폴리 모델을 대신 만들어 사용하되

Shading시 하이폴리처럼 처리하도록 눈속임을 주는게 Normal map의 사용 목적임

2) Normal map이 하는 일

하이폴리가 가진 Normal 정보를 이미지 형태로 저장해 로우폴리에다 덮어씌움으로써 눈속임을 만드는데

그 이미지가 Normal map이고

이미지를 만드는 과정이 Normal map baking임

로우폴리 모델은 Normal map을 참고해서 Geometry가 가진 Normal을 변형시켜 하이폴리처럼 보이게함

3) Normal map의 정보저장 구조

R,G,B 채널이 각각 Normal의 x,y,z방향 정보를 담고있다고 보면 되는데

그래서 RGB (127, 127, 255)인 보라색이 기본임

여기서 G채널이 담은 정보가 +y냐 -y냐에 따라 노말맵도 두가지 종류로 나뉘는데

OpenGL은 +Y, DirectX는 -Y이므로 내가 어떤걸 쓰고있는지 항상 알고 작업해야됨

참고로 Blender는 Baking시 각 채널(X,Y,Z) 방향을 지정할 수 있고 Substance painter는 프로젝트 만들때 두가지중 선택가능함

2. Normal Baking의 원리

Normal baking의 3요소:

1) Low poly mesh 2) High poly mesh 3) Cage

즉 이 3가지가 있어야 성공적으로 Baking 할수있는거고

문제가 생긴다면 이 세가지중 하나에서 발생했다는 뜻임

복잡해보여도 뭐가 뭔지 이해하면 사실 Baking을 다 안건데

여기서 In-game mesh가 로우폴리고 High-res mesh가 하이폴리임

보통 Normal baking을 하는 방식에는 두가지가 있는데 (통일된 용어는 아님)

1) Distance-based raycast(좌):

로우폴리 고유의 노말방향을 따라서 그대로 빛을 쏘듯이 projection함.

메쉬의 노말 정보를 그대로 사용하기 때문에 Hard edge가 있으면 노말이 불연속적이기에 정보 소실이나 중첩이 생김.

2) Cage-based raycast(우):

로우폴리 고유의 노말을 전부 무시하고 smooth시킨 Cage라는 오브젝트를 만들어 이로부터 projection함.

노말이 전부 연속적이기에 정보소실은 없지만 skewing과 같은 방향상의 왜곡이 발생함.

두 방식에 각각 장단점은 이 그림보면 이해가 좀더 잘될거임

첫짤(distance based)는 각 면의 노말 방향이 보존되어 수직으로 projection되기 때문에 나사 모양이 제대로 찍히지만 Hard edge에서 artifact가 생기고

두번째짤(cage based)는 Edge에서 artifact는 없지만 cage를 만들며 projection되는 방향이 왜곡됐기 때문에 skew됨

이런 문제를 해결하는 방법은 뒤에서 서술함.

사실 블렌더는 앵간한 방식은 다 Cage-based가 기본이라 후자방식만 알아도 큰 문제 없지만

Baking시 문제해결을 위해선 그 원리를 이해하고 있어야겠죠?

보통 Baking할때 저 메뉴에서 둘중하나로 갈거임

1) Extrusion과 Max ray distance를 지정해서 baking하거나

2) Custom cage를 만들어서 지정하거나

사실 둘다 본질은 똑같음

1)에서 Extrusion은 로우폴리에서 얼마나 Extrusion(Alt+S 누른것과 같음)시켜 cage를 만들거냐이고

Max ray distance는 Cage로부터 어디까지 projection시킬거냐임

그렇다는 말인 즉슨 Cage에서부터 Max ray distance만큼의 거리 안에 로우폴리 및 하이폴리가 모두 들어와야 (=둘이 비슷하게 붙어있어야) 제대로 베이킹되겠죠?

(이와 관련된 문제 및 문제해결을 뒤에서 서술함)

2)에서 Cage를 직접만들때 Alt+S로 만들면 1)이랑 다를바가 없는데 여기서 추가된건 내가 직접 부분적으로 수정할수 있다는점.

그리고 Baking 과정을 이해함에 있어 또하나 염두해둬야 할게 있는데

노말에 영향을 미칠수 있는것 = Smoothing group (Flat shading/Edge sharp) 역시 고려해야된다는거임

Hard edge에서 노말은 불연속적이기 때문에 baking 결과에도 영향이 있다

Hard edge는 전통적으로 normal baking시 문제원인에서 상위랭킹이었기에

이를 피하고자 그냥 전체에 smoothing걸어버리는 경우도 있긴 한데

전체 smoothing을 한경우와 / Hard edge를 잘 사용한 경우 둘다 적절한 baking을 거쳤다면 shading 결과는 동일하지만 다른 노말맵이 나옴

영상에서 두경우를 잘 비교해서 설명했긴 한데 웬만하면 후자처럼 Hard edge를 살릴 수 있으면 살리는게 더 깔끔한 결과가 될거임

이유는 다양하지만 난 LOD 모델에도 동일 노말맵을 사용할 경우, baking된 맵 위에 Normal 데칼을 더 입히는 경우 편리함을 꼽고싶음

3. Normal map baking을 위한 Workflow

사실 많이해보고 시행착오 쌓기 + 공부하기의 순환구조가 제일 좋긴한데

Polycount를 참고해서 남들의 경험치를 내것으로 만듭시다 (http://wiki.polycount.com/wiki/Texture_Baking)

1. 인게임 테스팅

대충 형태만 잡아서 최종적으로 쓰일 엔진에서 테스트해보며 전체적인 흐름을 설계합니다

2,3. 하이폴리 만들기 -> 로우폴리 만들기

경우에 따라 로우폴리 먼저할수도 있는데 어짜피 하이폴리에 맞춰 다시 다듬어야됨

모델링 과정부터 신경써야할 것: Topology(토폴로지), Smoothing group

4. UV 정리

이거 의외로 중요한데 많이 간과함

3에서 만든 모든 Hard edge는 Seam을 넣어 UV island를 분리시켜야됨 (뒤에서 이유는 자세히 서술함)

5. Triangulation

Triangulation의 방향에 따라서도 Normal map 적용결과가 다르게 보이기 때문에 이를 미리 해줘야됨 (특히 Mirroring 전에 해야됨)

6,7. Mirror/UV offset

Mirror 쓸경우 UV 한칸씩 미뤄서 안겹치게 해야함 (Mirror modifier에서 설정가능)

Mirror의 경계도 Hard edge 못지않게 문제 많이 만들수 있음에 유의

8,9. 하이폴리 최적화, 메쉬 분리작업(Explode)

같이 베이킹할때 서로 겹칠수 있는걸 따로 베이킹시킬수 있도록 분리하는 과정을 Explode라 함

10~12. Cage 만들기, Baking

4. 흔한 문제 및 문제해결

1) 노말맵 이미지가 끊겨보이는 경우

해결법: 문제없음 원래그럼.

만일 shader 적용후에도 경계가 확인된다면 이미지가 sRGB가 아닌 non-color로 되어있는지 확인할것

2) Hard edge를 따라 생기는 Artifact

:Hard edge를 따라 1-2픽셀 정도로 선처럼 생기는 경우

해결법: 모든 Hard edge에 Seam을 넣고 UV island를 분리함

이유: 두 면이 UV상 붙어있을때 그 경계에선 interpolation된 색이 노말을 지정하기 때문에 경계에서 노말 정보가 왜곡되는거임

UV island를 분리시킴으로써 두 색상의 interpolation을 참조하지 않도록 함.

3) 제멋대로 생기는 sharp edge

해결: Autosmooth를 끄고 로우폴리에 smoothing/sharp edge를 다시 넣을것

초기화할때 "Clear Custom Split Normals Data" 기능을 이용해볼수 있음

블렌더 4.1 넘어오면서 Autosmooth 기능이 modifier로 옮겨갔는데 이후로 이거 마주친적이 없는것같음

4) 일부가 baking되지 않거나 이상한 색상으로 나옴

이유: Cage가 적절히 설정되지 않아서 그럼.

기본 보라색으로 나오는건 Cage에서 Ray distance까지의 범위에 메쉬가 들어가지 않아서 그런거고
노란색/초록색으로 나오는건 뒤집힌 노말로, concave하거나 디테일 밀도가 높은곳에서 잘못된 노말을 참조한거임

전혀 나오지 않으면 설정값의 스케일이 넘사벽으로 안맞는거고 그냥 Alt+S로 직접 cage 만드는편이 나음

해결법:

1) 로우폴리와 하이폴리 메쉬가 적절히 겹쳐지게 만든다

2) Extrusion / Ray distance를 적절히 설정한다. Extrusion된 cage로부터 Ray distance까지의 거리 안에 로우/하이 메쉬가 모두 들어가있어야함

3) Projection이 겹치는 부분이 없는지 확인한다. 특히 Concave하게 들어간 부분을 확인하고 필요한경우 Explode(분리)함

4) Topology가 적절한지 확인함. 확인안하고 섭디넣다가 이렇게 될수도 있음

5) 그래도 해결되지 않으면 직접 Custom mesh를 수정해 적절히 메쉬를 포함하도록 손봄

...

6) 그래도 해결되지 않으면 포토샵등의 매체를 이용해 덧칠해 수정함 (솔직히 매우비추임)

5) 원통 등의 구조에서 물1결같은(Wavy) 패턴으로 나옴

원통형 오브젝트 베이킹할때 많이 생김 (예: 하이폴리가 24각기둥이고 로우폴리가 6각기둥임)

이유: 24각형과 6각형의 원주간 거리가 다르듯이 cage와 하이폴리 오브젝트 사이 거리의 차이때문에 생김

해결법: 로우/하이폴리의 괴리가 심할수록 더 부각되는 문제로 명확한 해결법은 없음.

6)과 본질적으로 동일한 문제로 사이에 Edge를 더 추가해서 줄여볼순 있지만 사라지진 않음.

완전 없애려면 로우/하이폴리가 둘다 n각기둥이게 하던가 해야됨

6) 디테일이 왜곡되어(Skewed) 나옴

말그대로 디테일이 면에 수직이 아니라 skew 되어 보임

이유: Cage만들면서 normal 방향이 왜곡돼서 그럼.

경계에서 노말을 smoothing 시키다보니 원래 면에 수직이어야 했을 노말이 바깥쪽으로 휘어지면서 동시에 projection 방향도 휘어짐.

해결법: 사이에 Edge를 더 추가함.
사이에 면을 더 추가함으로써 왜곡을 유발하는 Edge를 분리시켜 적어도 가운데쪽에선 노말이 수직이게 유지되도록 할수 있음.

-더 참고해 읽어보면 좋을만한것-

http://wiki.polycount.com/wiki/Texture_Baking