Hbao Plus Analysis 2
HBAO+ 3.1 버젼을 기준으로 글이 작성되었습니다.
이전 hbao plus analysis 1 글에서 HBAO+ 에서 Linearize Depth 와 Deinterleaved Texturing 에 대해서 알아보았다. 이번 글에서는 HBAO+ 의 핵심 알고리즘인 Horizon Based Ambient Occlusion 와 AO 블러에 사용되는 Cross Bilateral Filter 에 대해서 알아볼것이다.
Horizon Based Ambient Occlusion
Horizon Based Ambient Occlusion 은 xy 평면과(horizon) Depth 값을 사용해서 AO 를 계산한다. 슬라이드에서 가져온 일부를 보자.
해당 슬라이드에서는 xy평면을 단순하게 1차원인 x축만으로 나타냈다. HBAO 는 그림에 나오는 horizon angle 을 사용하여 AO 값을 구한다. 자세한 방법은 아래 슬라이드를 보자.
슬라이드에서는 표면의 접선을 나타내는 Tangent 벡터와 Horizon 벡터를 사용해서 sin 의 차이로 AO 를 계산한다고 설명되어 있다. Horizon 벡터는 Depth 와 화면의 좌표를 구해서 샘플링하는 위치값을 구하고 기준이 되는 위치값의 차이를 통해 구한다. HBAO+ 코드에서는 입력을 받은 Normal 벡터와 Horizon 벡터에 dot 을 사용해 cos 값을 구하고 변환해준다. 이렇게 한번 AO 값을 구한다.
보다 정확한 AO 값을 구하기 위해서는 전방위로 탐색할 필요가 있다. 정해진 방향으로 샘플링을 해도 오차가 생길 수 있고 완전히 랜덤하게 방향을 정해도 부정확한 결과를 얻을 수 있다. 그래서 HBAO 는 랜덤하게 방향을 정하나 그 방향 벡터를 정해진 각도로 돌려주어 그나마 정확한 결과를 얻으려 한다. 슬라이드를 보고 넘어가자.
핵심적인 개념은 모두 설명했지만 만족할만한 결과를 얻기 위해 여러가지 보정 방법들이 필요하다. 그래서 HBAO 에서는 두가지 보정을 해주는 개념을 설명한다. HBAO 는 방향을 설정해주고 해당 방향으로 한번만 샘플링 하는게 아니라 여러번 샘플링 한다. 그러므로 거리에 따른 감쇠(attenuation)가 필요하다. 방법은 간단하다. AO 를 계산할때 구했던 Horizon 벡터의 크기에 따라서 AO 값을 줄여준다. 나머지 한가지는 Horizon 벡터와 Tangent 벡터를 이용해 구하는 실질적인 AO 값에 Bias 로 낮은 AO 값들을 무시하는 방법이다. Bias 가 없이 AO 를 생성하게 되면 노이즈가 생기기 때문이다. 또한 Bias 로 생긴 수학적 오차는 코드에서 따로 보정해주기 때문에 크게 문제는 없다.
Cross Bilateral Filter
SSAO 의 결과에는 일반적으로 블러를 먹이게 된다. 대부분 근사에 기반한 계산이기 때문이다. HBAO 에서는 Depth 를 이용한 방법을 소개한다. 바로 Cross Bilateral Filter 다.
Cross Bilateral Filter 은 Gaussian Filter 와 비슷한 필터로, Gaussian Filter 는 샘플링할 위치의 거리에 따라 점차 가중치가 줄어드는 필터라면, Bilateral Filter 는 위치에 따라 가중치가 줄어드는게 아닌 각 위치별로 가지고 있는 한개의 스칼라값에 차이에 따라서 가중치를 정하는 필터다. Cross 단어를 붙인 이유는 왼쪽과 오른쪽 방향의 필터와 위와 아래의 필터를 따로하기 때문에 Cross 라는 단어를 붙인 듯 하다. HBAO+ 코드에서도 X 축과 Y 축을 기준으로 하는 블러 소스가 나누어져 있다. HBAO 에는 한개의 스칼라 값을 Depth 를 기준으로 계산한다. 그래서 크게 튀는 부분의 결과는 많이 반영하지 않아 전체적으로 뿌옇게 바뀐다.
