https://docs.microsoft.com/en-us/previous-versions//ff729723(v=vs.85)?redirectedfrom=MSDN

위 내용을 참고하여 정리한 내용입니다.

Tutorial6 : 라이팅

램버튼 조명(lambertian lighting)을 적용해보자.

📌 Lighting

램버트 조명은 빛으로부터의 거리에 관계없이 균일한 강도를 가진다. 빛이 표면에 닿으면 반사되는 빛의 양은 빛이 표면에 미치는 입사각에 따라 계산된다.

각도의 계산은 단순 내적으로 계산된다.

이번 튜토리얼에서 사용된 빛은 directional lighting이다. 태양처럼 물체가 어디에 있든 빛이 비추는 방향이 동일하다고 보며, 개별 물체에 비추는 빛의 강도는 고려하지 않는다.

다른 종류의 빛으로는 중앙에서 균일한 빛을 발산하는 point light과, 모든 물체에 동일하게 적용하지 않는 spot light이 있다.

📌 Initializing the Lights (빛 초기화)

이 튜토리얼에는 두 개의 광원이 있다. 하나는 정적으로 정육면체의 위, 뒤에 놓이고, 다른 하나는 정육면체 주위를 돈다.

조명은 셰이더에 의해 계산되므로 변수들은 선언된 다음 바인딩되어야 한다. 이 샘플에서는 광원의 방향과 색상 값만 있으면 된다.
첫 번째 빛은 회색이고 고정되어 있으며, 두 번째 빛은 궤도를 도는 빨간 빛이다.

    // Setup our lighting parameters
    XMFLOAT4 vLightDirs[2] =
    {
        XMFLOAT4( -0.577f, 0.577f, -0.577f, 1.0f ),
        XMFLOAT4( 0.0f, 0.0f, -1.0f, 1.0f ),
    };
    XMFLOAT4 vLightColors[2] =
    {
        XMFLOAT4( 0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f ),
        XMFLOAT4( 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f )
    };

빛의 방향이 항상 중앙을 행하도록 회전 행렬을 적용한다. XMVector3Transform 함수는 벡터와 행렬을 곱하는데 사용된다. 이전 튜토리얼에서는 변환 행렬만 월드 행렬에 곱한다음 셰이더로 전달하여 변환을 수행했다.
그러나 이 경우에는 단순성을 위해 CPU에서 빛을 변환하는 작업을 한다.

    // Rotate the second light around the origin
    XMMATRIX mRotate = XMMatrixRotationY( -2.0f * t );
    XMVECTOR vLightDir = XMLoadFloat4( &vLightDirs[1] );
    vLightDir = XMVector3Transform( vLightDir, mRotate );
    XMStoreFloat4( &vLightDirs[1], vLightDir );

빛의 방향과 색상은 모두 행렬처럼 셰이더에 전달된다. 관련 변수가 호출되어 설정되고 매개 변수가 전달된다.

    //
    // Update matrix variables and lighting variables
    //
    ConstantBuffer cb1;
    cb1.mWorld = XMMatrixTranspose( g_World );
    cb1.mView = XMMatrixTranspose( g_View );
    cb1.mProjection = XMMatrixTranspose( g_Projection );
    cb1.vLightDir[0] = vLightDirs[0];
    cb1.vLightDir[1] = vLightDirs[1];
    cb1.vLightColor[0] = vLightColors[0];
    cb1.vLightColor[1] = vLightColors[1];
    cb1.vOutputColor = XMFLOAT4(0, 0, 0, 0);
    g_pImmediateContext->UpdateSubresource( g_pConstantBuffer, 0, NULL, &cb1, 0, 0 );

📌 Rendering the Lights in the Pixel Shader (픽셸 셰이더에 빛 렌더링 하기)

빛과 노멀을 내적하면 빛의 효과(색상)를 계산할 수 있다.
이 값은 범위를 [0. 1]로 변환하는 saturate 함수를 통해 전달된다.
마지막으로, 두 개를 합쳐 최종 색이 결정된다.

표면의 머터리얼은 계산에 포함되지 않는다고 가정하여 표면의 최종적인 색깔 = 빛의 색깔이다.

    //
    // Pixel Shader
    //
    float4 PS( PS_INPUT input) : SV_Target
    {
        float4 finalColor = 0;
        
        //do NdotL lighting for 2 lights
        for(int i=0; i<2; i++)
        {
            finalColor += saturate( dot( (float3)vLightDir[i],input.Norm) * vLightColor[i] );
        }
        return finalColor;
    }

일단 픽셸 셰이더를 통과하면, 픽셀들은 빛에 의해 변조될 것이고, 큐브 표면에 각 빛이 미치는 영향을 볼 수 있다.