보케 뎁스 오브 필드

개요

디지털 카메라로 찍은 다음 실사 이미지는 일부에 포커스인, 일부에 포커스 아웃된 오브젝트를 나타냅니다.

포커스 아웃 부분은 둥근 모양을 이루는데, (일본어로 물방울을 뜻하는) 보케라 합니다. 포커스 아웃이 심하게 된 작고 밝은 오브젝트로 좀 더 선명하게 보일 수도 있습니다.

이러한 효과를 흉내내고 근사치를 수용하여 효율적으로 실시간 구현이 가능케 하고자 합니다. 다른 여러가지 뎁스 오브 필드 렌더링 메서드처럼, 이 기능도 컬러 이미지에 포스트 프로세스를 적용하여 이뤄내고 있습니다. 픽셀별 깊이(뎁스) 정보와 소위 착란원(Circle of Confusion)이라는 함수를 사용하여 이미지의 선명하고 흐린 부분을 계산해 낼 수 있습니다.

이 실시간 렌더된 이미지를 보면 포커스 인되어 선명한 오브젝트와 포커스 아웃되어 흐려진 오브젝트가 보입니다. 보케 모양은 다섯날 렌즈 조리개 모양을 흉내내고 있습니다.

보케 뎁스 오브 필드 켜기

주: 이 기능은 지오메트리 셰이더 기능이 지원되어야 하는데, 현재 Direct3D 11 에 대해서만 구현되어 있습니다. (켜는 방법은 DirectX 11 Rendering KR 참고)

활성 포스트 프로세싱 체인을 열고 위버 포스트 프로세스 이펙트를 클릭(하거나 추가)합니다. Depth of Field 그룹에 보면 관련 세팅을 찾을 수 있습니다:

Type 이 "BokehDOF" 인지 확인합니다.
Quality 는 퍼포먼스를 대가로 품질을 올릴 수 있으나, 효과는 미미할 수도 있습니다. 이상적인 경우 Low 로 놔둔 상태에서, 올린 후 시각적으로 차이가 있으면서 성능도 괜찮을 때만 쓰는 것이 좋습니다.
BokehTexture 는 아무 2D 텍스처여도 괜찮으나 이상적으로는:

• 그레이스케일 (올바른 보케(color fringe)는 위치만을 기준으로 해야 하나, 이미지에 색이 들어가면 그 역시 보케처럼 보일 수가 있기 때문입니다.)
• 128 x 128 이하 (더 크면 메모리 낭비입니다.)
• 어두운 테두리 (쿼드가 클 수록 텍스처도 커지며, 보케 모양도 바이리니어 필터링으로 인해 앤티-앨리어싱되기 때문입니다.)
• 미압축상태 또는 휘도(luminance)만
• 적절한 밝기 (샘플 참고)

보케 모양

아티스트가 포스트프로세싱 체인에서 보케 텍스처를 지정할 수 있습니다. 다음 이미지에서 (좌하단 부분) 텍스처가 렌더된 이미지에 어떤 영향을 끼치는지 알아볼 수 있습니다:

반투명

뎁스 오브 필드를 포스트 프로세스로 처리하니 각 픽셀(이나 조각)마다 깊이 정보가 있는 불투명 오브젝트에는 잘 통합니다. 그러나 반투명 렌더링에는 포스트 프로세싱 방법이 잘 통하지 않습니다. 이러한 문제를 무시하면 반투명 오브젝트의 포커스는 (배경에 따라) 너무 심하게 잡히거나 흐려지거나 합니다.

이 문제는 뎁스 오브 필드에 영향을 끼치(거나 끼치지 않)는 반투명 오브젝트 부분을 (머티리얼 세팅에서) 지정하는 식으로 해결했습니다 (나중에는 DX11 없이도 돌아가게 만들었구요):

거기에 더해 새로 생긴 "DepthOfFieldFunction" 이라는 머티리얼 노드로 (페이드 아웃 하거나 블러링 상태로 블렌딩하는 등) 셰이딩을 조절할 수 있습니다:

알려진 한계점 (로우 레벨 정보)

• 이 기술은 소스의 반해상도 이미지를 사용하므로 밝은 픽셀의 작은 부작용이 잘못된 레이어로 샐 수가 있습니다.
• 풀 씬 앤티-앨리어싱(MSAA)과 함께 작동하는 효과지만, 픽셀의 너무 밝은 부분이 잘못된 레이어로 샐 수가 있습니다. uberpostprocesseffect MSAA 인지상태(aware)에서 샘플을 더 많이 뽑아내면 이런 현상을 방지할 수 있습니다.
• 레이어 내부의 오클루전은 처리되지 않습니다. 이로 인해 색이 약간 샐 수 있습니다.
• 포커스 아웃된 효과는 모든 모션 블러에 영향받지 않습니다. (MotionBlurSoftEdge 기능으로 에지가 연해지는 곳에는, 모션 블러나 하드 실루엣 중 하나가 빠질 것이라는 뜻입니다.)

최적화 (로우 레벨 정보)

퍼포먼스를 위해 알고리즘은 반해상도 이미지에만 적용하고, 나중에 전해상도 이미지와 재결합시킵니다. 재결합 단계는 (단순성과 퍼포먼스를 위해) 픽셀 별로 MSAA 를 무시하여 진행됩니다. 이게 가끔은 품질상의 문제를 일으킬 수도 있습니다. (MSAA 를 꺼 보면 확인할 수 있습니다.)

최신 그래픽 카드에서는 보케 반경이 어느정도 작기만 하면 퍼포먼스가 괜찮으나, 반경이 커 질수록 렌더링 속도가 급격히 떨어질 수 있습니다 (반경이 2 배면 채우기(fill) 비용은 4 배).

지오메트리 셰이더는 2x2 블록을 처리합니다. 2x2 블록 콘텐츠가 알맞은 경우 (휴리스틱은 코드에 정의되어 있습니다) 전체 블록에는 하나의 쿼드만 스폰되며, 그렇지 않은 경우 각 픽셀마다 쿼드를 하나씩 (총 4 개의 쿼드를) 스폰합니다. 다음 이미지에서 보면 1쿼드로만 렌더링되는 부분(초록)과 4쿼드가 필요한 부분(빨강)이 어떻게 되는지 확인할 수 있으며, 그 외에는 온전한 색으로 나타나고 있습니다: