Fast Specular 계산

오늘은 아주 아주 짧고, 간단한 내용 하나 적어볼까 합니다.

스마트폰에 대해서, 열풍이 불길래, 아주 잠깐, 옛날 기억을 살려서, OpenGLES용 렌더러를 살짝 만들어본적이 있는데요. 그 때, 렌더링 파워가 어느 정도까지 될까? 라는 궁금증이 있었는데, 마침 "인피니트 블레이드"라는 게임이 출시되어서, "아~ 이 정도는 되는구나!"라고 생각했었죠.

특히, 스펙큘러가 반짝 반짝 하는 것을 보고, PC에서 하는 것 처럼 했을까? 라는 생각이 들었었는데, 좀 찾아보니까, 고정 테이블을 이용한 방법이 있더군요. 살짜쿵 소개해볼까 합니다. (실제로 UDK의 모바일 셰이더를 열어보니, 요게 있더군요.)

일반적인 Specular 계산

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1. float BaseSpec = max(0, dot(normal, halfvector));  
2. // SpecPower = 8, 16, 32, ...  
3. float3 Specular = pow(BaseSpec, SpecPower);   

PC에서도 아깝지만, 스마트폰에서 pow(x, 32)를 하면 완전 아깝죠... (실제 테스트는 안해봤어요!)pow(x, n)을 이미 테이블로 만들어 놓은 값을 참고해서, max(A * x + B)로 만들 수가 있습니다.

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1. float BaseSpec = max(0, dot(normal, halfvector));  
2. // N = 18, M = 2  
3. #define SpecA 6.645  
4. #define SpecB -5.645  
5. float SpecularAmount = clamp( SpecA * BaseSpec + SpecB, 0, 1 );  
6. float3 Specular = BaseSpec * SpecularAmount;  

A와 B는 이미 만들어진, 아래 테이블을 참조하여, 결정하면 됩니다.
(UDK를 보면, M=2일 때 보기가 좋다고 하네요...) 




이게 끝입니다. ㅎㅎ 간단하죠!

이 처럼 지수 계산을 간단한 곱셈으로 줄일 수 있어서, 스펙큘러를 사용하면서도 최적화를 할 수 있습니다. (결국, mad_sat instruction 하나로 처리가 가능!)
(물론, 오차 범위나 결과의 차이는 고려해야 합니다.)

그럼 어떤 차이가 있는지 한번 볼까요? 
(개인 학습용으로 개발된 렌더러에서 붙여보았습니다.)

[pow(n, 32)의 경우]

[N=18, M=2 테이블을 이용함]

직접적인 비교는 어렵긴한데, 대충 어느 정도 차이가 나는지를 보실 수는 있을 것입니다. 너무 하이라이트가 강하게 나오는 듯 하니, M, N을 테이블에서 바꾸보면서 테스트 해보면 될 듯 합니다.

간략하게 글을 썼습니다. 원본글을 읽어보시면, 더 도움이 되실거에요. (http://www.gamasutra.com/view/feature/2972/a_noninteger_power_function_on_.php)
사실, PC로 개발할 때에는 이 정도 비용은 크게 신경을 쓰지 않습니다. 하지만, 최근 게임들이 다양한 PC 사양에서 돌아가게 만들도록 옵션들을 다양하게 제공합니다. 심지어는 라이팅을 완전히 하지 않는 경우도 있지요.
생각해보면, 지수 연산을 마구 쓰기시작한지는 얼마 되지 않았습니다. 리니지2 정도의 시절?만 하더라도, Pixel 라이팅 자체를 거의 사용하지 않았으니까요. (이 때는 GlossMap으로 후려쳤지요!) 그러니, 당연하다고 하기에
는 생각보다 꽤 비싼 연산입니다.