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

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

2. 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

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

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

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

6. A Multilayer Skin Model • 빛의 반사는 크게 2가지로 분류할 수 있다. • Surface reflectance • Subsurface scattering • 일반적으로 Subsurface scattering은 diffuse term으로 Approximation 되어 왔음 • 하지만 위와 같은 Approximation 만으로는 사실적인 피부질감을 표현할 수 없다.

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

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

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

10. BRDF 측정기

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

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

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

14. Beckmann Texture

15. Computing Kelemen BRDF

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

17. 4. Scattering Theory • 피부 표면에서의 빛의 반사는 BRDF로 솔루션을 찾는다. • 그렇다면 피부 내부에서의 빛의 반사(산란)는 어떻게 정의할 것인가?

18. Diffusion Profile • 디퓨전프로필을 통해 반투명 물체의 표면 내부의 빛의 scattering을 approximation할 수 있다. • 어두운 방에서 얇고 평평한 평면에 레이저를 비춰충돌 지점에서의 거리에 따라 얼마만큼의 빛이 전이 되는지 측정하는 척도.

19. Diffusion Profile을 이용한 렌더링 • 비록 방향성이 있는 빛이 피부에 들어왔을지라도 산란이 되면서 방향성을 잃는다고 가정한다.

20. Reflectance

21. Adequate parameters Figure 14-13 Our Sum-of-Gaussians Parameters for a Three-Layer Skin Model Figure 14-14 Plot of the Sum-of-Gaussians Fit for a Three-Layer Skin Model

22. 5. Advanced Subsurface Scattering

23. Irradiance Texture

24. Why we use six Gaussians

25. Visualizing Diffusion of RGB Figure 14-19 Visualizing Diffusion in Skin for Red, Green, and Blue Light

26. The Final Shader

28. Final Image