이미지 기반 조명 사용

소개

Qt Quick 3D 은 장면이나 개별 머티리얼에 조명을 적용하기 위해 IBL(이미지 기반 라이팅)을 지원합니다.

IBL은 이미지를 사용하여 장면에 조명을 비추는 조명 기법입니다. 이는 실내 및 실외 장면에서 사실적인 조명과 반사를 구현하고자 할 때 특히 유용합니다.

IBL에는 어떤 이미지 파일이라도 사용할 수 있지만, 360º HDR(High Dynamic Range) 이미지를 사용하는 것이 권장됩니다. HDR 이미지는 예를 들어 JPEG나 PNG 이미지보다 훨씬 더 넓은 다이나믹 레인지를 가지고 있습니다. 다이나믹 레인지가 넓을수록 매우 밝은 부분부터 매우 어두운 부분까지 광범위한 휘도 레벨을 통해 더욱 사실적인 조명을 구현할 수 있습니다.

다음 예시는 HDR 이미지를 사용한 경우와 단일 방향광을 사용한 경우의 오브젝트 조명 효과를 비교하여 보여줍니다:

씬 조명

이미지를 사용하여 scene 에 조명을 적용하려면, 해당 이미지를 ‘ lightProbe ’ 속성에 ‘ Texture ’로 추가해야 합니다.

lightProbe: Texture {
    source: "maps/OpenfootageNET_garage-1024.hdr"
}

이미지를 선택하면 장면에 IBL이 설정됩니다. 기본적으로 장면 내의 모든 모델은 라이트 프로브에 의해 조명됩니다.

이제 씬에 IBL이 설정되었으니, 프로브의 다양한 속성을 살펴보겠습니다. 대부분의 경우 기본값으로도 만족스러운 결과를 얻을 수 있지만, 이미지와 원하는 결과에 따라 다음 속성 값을 조정할 수 있습니다:

• Exposure 라이트 프로브가 방출하는 빛의 양입니다.
• Horizon Cut-Off 이 값을 높이면 환경의 하단 절반이 어두워지며(검게 변함), 조명이 주로 이미지 상단에서 비치도록 하고(하단 절반의 특정 반사광을 제거함)
• Orientation 이 속성은 라이트 프로브의 방향을 정의합니다. 방향은 x, y, z 축을 기준으로 한 도(°) 단위의 오일러 각도로 정의됩니다.

재질 조명

전체 씬이 아닌 하나의 머티리얼에만 이미지 기반 조명을 적용하거나, 이미 이미지 기반 조명으로 조명된 모델에 별도의 라이트 프로브를 사용하려면, 해당 머티리얼의 기본 라이트 프로브( light probe )로 이미지를 설정하십시오.

위의 단계를 완료하면 해당 머티리얼에 대해 별도의 라이트 프로브가 설정됩니다. 이 라이트 프로브는 장면 라이트 프로브가 지정된 경우 이를 재정의합니다.

IBL 큐브맵 사전 생성

IBL을 사용할 경우, 애플리케이션에서 IBL 이미지에 대한 큐브맵을 생성해야 합니다. 기본적으로 이 작업은 애플리케이션 시작 시 수행되며, 특히 임베디드 및 모바일 기기에서는 상당히 느릴 수 있습니다. 따라서 Balsam을 사용하여 이 큐브맵을 미리 생성할 수 있습니다. 단순히 .hdr 파일을 입력으로 지정하여 Balsam을 실행하면, 입력과 동일한 이름이지만 파일 확장자가 ktx인 큐브맵 파일이 출력됩니다. 그런 다음 lightProbe 속성에 연결된 Texture 에서 이 파일을 참조하면, Qt는 실행 시에 부담스러운 처리 과정 없이 미리 생성된 큐브맵을 로드합니다.

수동 베이킹

예를 들어, 애플리케이션이 라이트 프로브나 스카이박스에 .hdr 이미지를 사용한다고 가정해 봅시다:

View3D {
    environment: SceneEnvironment {
        backgroundMode: SceneEnvironment.SkyBox
        lightProbe: Texture {
            source: "environment.hdr"
        }
        probeOrientation: Qt.vector3d(0, -90, 0)
    }
    // ...
}

실행 시 environment.hdr 파일이 사용 가능하다고 가정하면 이 방법은 완벽하게 작동합니다. 그러나 .hdr 이미지를 로드하려면 비용이 많이 드는 사전 처리가 필요합니다. 다음 명령을 실행하면 이를 피할 수 있습니다:

balsam environment.hdr

그 결과 새로운 파일 environment.ktx 가 생성됩니다. .hdr 파일 대신 이 파일을 배포하고 텍스처 소스를 변경하면 로딩 시간이 상당히 단축됩니다.

lightProbe: Texture {
    source: "environment.ktx"
}

CMake를 통한 빌드 시 베이킹

애셋에 대해 balsam을 수동으로 실행하는 것이 항상 이상적인 방법은 아닙니다. 따라서 애플리케이션 빌드 시점에 CMake를 활용하여 동일한 작업을 자동으로 수행하도록 하는 것이 권장됩니다.

이는 Qt6 패키지의 Quick3D 구성 요소에서 제공하는 qt_add_lightprobe_images() CMake 함수를 사용하여 수행할 수 있습니다:

...
find_package(Qt6 COMPONENTS Quick3D)
...
qt_add_lightprobe_images(application_target "ibl_assets"
    PREFIX
        "/ibl"
    FILES
        "environment.hdr"
)

application_target 를 적절한 타깃으로 대체하십시오. 이 경우 더 이상 environment.hdr에 대해 balsam을 수동으로 실행할 필요가 없으며, .hdr 파일을 애플리케이션과 함께 배포할 필요도 없습니다. 대신 빌드 중에 balsam이 자동으로 호출되며, :/ibl/environment.ktx 경로의 애플리케이션 리소스에 environment.ktx 파일이 추가됩니다. 이후 lightProbe의 Texture 에서 이 파일을 참조해야 합니다.

lightProbe: Texture {
    source: "qrc:/ibl/environment.ktx"
}

PREFIX 외에도 BASE 키워드를 사용할 수 있습니다. 동작 방식은 qt_add_resources()와 동일합니다. 예를 들어, 다음 코드는 :/ibl/maps/environment.ktx 를 생성합니다:

qt_add_lightprobe_images(application_target "ibl_assets"
    PREFIX
        "/ibl"
    BASE
        "../data/shared"
    FILES
        "../data/shared/maps/environment.hdr"
)

qt_add_shaders()와 마찬가지로, OUTPUTS 키워드를 사용하여 리소스 시스템 내 파일의 이름을 완전히 사용자 정의할 수 있습니다. 예를 들어, 다음 코드도 :/ibl/maps/environment.ktx 를 생성합니다:

qt_add_lightprobe_images(application_target "ibl_assets"
    PREFIX
        "/ibl"
    FILES
        "../data/shared/maps/environment.hdr"
    OUTPUTS
        "maps/environment.ktx"
)