Chapter 14. Advanced Techniques for Realistic Real-Time Skin Rendering 최재문

목차 1. The Appearance of Skin 2. An Overview of the Skin-Rendering System 3. Specular Surface Reflectance 4. Scattering Theory 5. Advanced Subsurface Scattering 6. A Fast Bloom Filter 7. Conclusion

0. Keywords Subsurface scattering Human skin and faces Physically accurate models Real-time implementation

1. The Appearance of Skin 인간의 피부를 표현하기는 쉽지 않다. ▫ 미묘한 차이일 지라도 어색함을 발견하기가 쉽다. ▫ 주름, 땀구멍, 주근깨, 모공, 상처 등도 포함하여야 한다.  디테일의 문제는 최근 스캐닝 장비의 발전으로 해결 가능해졌다.

What’s missing? (a) 는 간단하게 렌더링 한 결과 (b) 와 비교하였을 때 무슨 차이인가 ?

A Multilayer Skin Model 빛의 반사는 크게 2 가지로 분류할 수 있다. ▫Surface reflectance ▫Subsurface scattering  일반적으로 Subsurface scattering 은 diffuse term 으로 Approximation 되어 왔음 하지만 위와 같은 Approximation 만으로는 사실 적인 피부질감을 표현할 수 없다.

Skin Surface Reflectance 빛이 피부에 도달할 때, 전체 스펙트럼의 약 6% 정 도는 색 없이 (White) 반사된다. 반사벡터를 구하긴 쉽다, 하지만 피부의 디테일 때문에, 유효한 법선 벡터를 정의하긴 쉽지 않다. ▫BRDF 로 해결 가능.

Skin Subsurface Reflectance 모든 빛이 표면에서 직접 반사되진 않고 subsurface 층으로 침투한다. Sub-surface 로 들어온 빛은, 물체의 특성에 따라 각각 다른 비율로 흡수, 침투, 반사, 통과 등의 행 동을 취한다. 여기서는 2-layered 모델을 이용하였다.

2. An Overview of the Skin- Rendering System 섹션 3 에서는 피부 표면의 빛의 반사에 대하여 ▫Analytic BRDF (Kelemen and Szirmay-Kalos 2001) 섹션 4 에서는 피부 내부의 빛의 산란에 대하여 ▫Diffusion profiles 섹션 5 에서는 전처리를 위한 텍스쳐 스페이스로 의 전환을 섹션 6 에서는 subsurface scattering 를 가속하기 위한 테크닉에 대하여 다룬다.

BRDF 측정기

3. Specular Surface Reflectance 퐁 셰이딩의 개념은 실시간 렌더링의 어디에도 빠 지지 않지만, 물리적이거나 과학적인 조명 모델은 아니다. BRDF 를 활용하자. Comparing the Kelemen/Szirmay-Kalos Specular BRDF to the Phong Model specularLight += lightColor[i] * lightShadow[i] * rho_s * specBRDF( N, V, L[i], eta, m) * saturate( dot( N, L[i] ) );

Specular Model Comparing Direct Computation of the Specular Model to the Fast Version

Models of microfacets Phong distribution Gaussian distribution Beckmann distribution where m is the average slope of the surface microfacets.

Beckmann Texture

Computing Kelemen BRDF

rho_s Torrance/Sparrow specular BRDF model with the Beckmann microfacet distribution function ▫A survey of human faces presented by Weyrich et al.

4. Scattering Theory 피부 표면에서의 빛의 반사는 BRDF 로 솔루션을 찾는다. 그렇다면 피부 내부에서의 빛의 반사 ( 산란 ) 는 어 떻게 정의할 것인가 ?

Diffusion Profile 디퓨전 프로필을 통해 반투명 물체의 표면 내부의 빛의 scattering 을 approximation 할 수 있다. 어두운 방에서 얇고 평평한 평면에 레이저를 비춰 충돌 지점에서의 거리에 따라 얼마만큼의 빛이 전 이 되는지 측정하는 척도.

Diffusion Profile 을 이용한 렌더링 비록 방향성이 있는 빛이 피부에 들어왔을지라도 산란이 되면서 방향성을 잃는다고 가정한다.

Reflectance R(r) = 0.070G(0.036, r) G(0.14, r) G(0.91, r) G(7.0, r)

Adequate parameters Figure Our Sum-of-Gaussians Parameters for a Three-Layer Skin Model Figure Plot of the Sum-of-Gaussians Fit for a Three-Layer Skin Model

5. Advanced Subsurface Scattering

Irradiance Texture

Why we use six Gaussians

Visualizing Diffusion of RGB Figure Visualizing Diffusion in Skin for Red, Green, and Blue Light

The Final Shader

Final Image