저는 Warudo와 가상 아바타용 3D 애플리케이션에서 캐릭터 셰이딩을 오래 다뤄 왔습니다.
그 결과를 X에도 자주 올립니다. 대부분 제품 발표가 아니라 당시 탐구하던 얼굴 그림자, 역광에 반응하는 림, MatCap 표현, 깊이 기반 셰이딩을 짧게 기록한 글입니다.
그중에서도 저는 계속 그림자로 돌아옵니다.
얼굴을 가로지르는 그림자는 어디까지 가야 보기 좋을까요? 부드러운 전환과 의도적으로 그린 듯한 전환은 무엇이 다를까요? 역광에서 얼굴과 몸이 배경에 묻히지 않으려면 어떤 빛을 남겨야 할까요?
실제 프로젝트에서 기존 툰 셰이더를 여럿 사용했고, 구체적인 요구가 있을 때는 작은 셰이더도 직접 만들었습니다. 그러면서 좋아한 점과 바꾸고 싶은 점이 쌓였습니다.
어떤 셰이더는 얼굴 셰이딩이 아름답지만 그림자별 색과 합성 순서를 나누기 어려웠습니다. 다른 셰이더는 MatCap과 림 라이트가 훌륭하지만 카메라 거리나 화각에 따라 너무 달라졌습니다. 깊이 효과는 통제된 장면에서는 멋져도 셀프 섀도나 호스트 카메라 제약 때문에 실제 캐릭터에 쓰기 어려웠습니다.
결국 따로 만들고 시험한 기법을 한곳에서 조합하고 싶어졌습니다.
그 프로젝트가 MingToon입니다.
아바타 모델: https://booth.pm/ko/items/6571299
제 접근만이 유일한 정답이라고 생각하지 않습니다
저는 경력 대부분을 VRChat에서 보낸 사람이 아닙니다.
제 경험은 주로 Warudo와 다른 3D 가상 아바타 애플리케이션에서 왔습니다. MingToon은 그 환경에서 개발한 셰이딩 방법을 더 많은 VRChat 크리에이터도 시험할 수 있는 형태로 옮기고 싶어서 시작했습니다.
VRChat에는 이미 훌륭하고 널리 쓰이는 툰 셰이더가 있습니다. MingToon을 그 모든 것의 대체품이나 만능 해답으로 내세우려는 것은 아닙니다.
가장 가볍거나 빠른 툰 셰이더라고 단정하지도 않습니다.
아주 구체적인 룩 하나만 필요하다면 그 목적만을 위한 작은 셰이더가 더 빠르고 이해·유지하기 쉬울 수 있습니다. 저도 그런 이유로 작은 셰이더를 많이 만들었습니다.
MingToon은 다른 문제를 다룹니다.
여러 프로젝트에서 아름답다고 느낀 툰 셰이딩 기법과 반복해서 필요했던 도구를 모아 편리하게 조합하고 싶습니다. 기능을 쌓는 데서 그치지 않고, 서로 충돌하지 않으며 하나의 룩으로 작동하게 만드는 것이 목표입니다.
그 중심에는 그림자 설계, 빛 방향에 대한 반응, 카메라 깊이 효과가 있습니다.
모든 그림자가 같은 어두운 색으로 끝나지 않기를 바랐습니다
툰 셰이더의 그림자는 단순히 빛을 덜 받는 영역만은 아닙니다.
얼굴과 몸의 입체감을 정리하고 일러스트의 색 설계가 될 수 있습니다. 때로는 물리적으로 정확한 조명보다 선화나 색 선에 가까운 역할을 합니다.
그래서 MingToon은 모든 그림자를 하나의 어두운 값으로 취급하지 않습니다.
- Form Shadow는 캐릭터 형태를 정리하는 기본 아트 디렉션 셰이딩입니다. 물리적 표면의 작은 변화를 모두 재현하는 것이 목적이 아니라, 얼굴과 몸의 큰 형태를 읽기 좋게 유지하는 기능입니다. 두 번째 그림자 단계와 전환 폭·부드러움을 독립적으로 제어합니다.
- Cast Shadow는 실제 빛의 가림을 나타내며 Form Shadow와 다른 색과 블렌드 모드를 쓸 수 있습니다.
- 카메라 깊이 기반 2D Shadow는 또 하나의 독립 레이어입니다. 앞머리, 액세서리, 가까운 지오메트리가 얼굴과 몸에 드리우는, 일반적인 섀도 맵만으로는 제어하기 어려운 스타일화된 그림자를 위한 기능입니다.
서로 다른 색을 준 그림자가 어두운 곳에서 겹친다고 하나로 뭉개져서는 안 됩니다. MingToon은 마스크와 색을 분리해 의도한 순서로 합성합니다.
공유 그림자 경계에도 색, 폭, 강도, 블러를 주어 자연스러운 전환, 색 테두리, 은은한 선화로 쓸 수 있습니다.
하프톤과 인쇄물 같은 Shadow Pattern도 있습니다. 색 텍스처를 얹는 대신 임계값 필드로 작동해, 표면이 어두워질수록 점과 선이 커지며 스크린톤 같은 반응을 만듭니다.
물리적 정확성보다 그림자가 캐릭터를 아름답게 정리하는 것이 우선입니다.
기본 머티리얼, Form Shadow, 2D Shadow, 역광 반응형 2D Rim Light가 독립적으로 더해져 원본 텍스처를 다시 그리지 않고 입체감과 깊이, 실루엣 조명을 다듬습니다.
패턴은 색조 텍스처가 아닌 그림자 임계값이므로 셰이딩이 깊어질수록 형태가 커집니다.
역광에서 더 강해지는 RimLight
림 라이트가 일정한 강도로 둘레에 붙인 장식처럼 보이지 않기를 바랐습니다.
강한 정면광에서는 표면이 이미 밝아 강한 림이 실루엣을 불필요하게 복잡하게 합니다.
반면 역광에서는 얼굴과 몸이 어두워져 배경에 묻히므로 강한 실루엣 빛이 가장 유용합니다.
따라서 2D Rim은 카메라 깊이의 불연속만 표시하지 않습니다.
깊이 실루엣 마스크에 현재 빛 방향과 역광 정도를 결합해 빛이 뒤로 갈수록 뚜렷해지고 정면광에서는 절제됩니다.
추가 광원도 각자의 방향과 색으로 림에 영향을 줍니다. 하나의 메인 라이트에 붙은 효과가 아니라 주변 조명에 반응하게 만들었습니다.
화면에 보이는 림의 폭도 중요했습니다.
얼굴 클로즈업에 맞춘 림은 전신에서 사라지거나 화각이 바뀌면 너무 두꺼워질 수 있습니다. MingToon은 2D Rim과 Fresnel 효과에 카메라 거리·투영 보정을 적용합니다.
정확한 월드 공간 폭보다 구도가 바뀔 때 보이는 영역이 지나치게 달라지지 않게 하는 것이 목표입니다.
그림자 안에 남는 빛
역광을 다루며 실루엣뿐 아니라 그림자 내부에도 통제된 빛을 남기고 싶었습니다.
그림자 쪽 전체가 한 색이 되면 얼굴과 몸의 구조가 사라지지만, 전체를 밝히면 역광의 매력인 대비가 약해집니다.
그래서 Shadow Interior Reflection을 만들었습니다.
고정된 색을 얹는 기능이 아니라 메인 라이트의 방향과 색, 환경광, 추가 광원에 반응해 장면에 따라 변합니다.
물리적으로 정확한 간접광 시뮬레이션이 아니라 실제 조명 정보를 빌려 애니메이션 캐릭터의 그림자 안에 필요한 형태와 색을 남기는 아트 디렉션 도구입니다.
Rim Shade, Fresnel Rim, 2D Rim, Shadow Interior Reflection은 서로 다른 목적을 맡습니다.
Rim Shade는 실루엣을 어둡게 정리하고, Fresnel Rim은 시점 의존 빛을 만들며, 2D Rim은 깊이와 빛 방향을 결합하고, Shadow Interior Reflection은 어두운 쪽의 형태를 보존합니다.
하나의 림 공식으로 모든 상황을 해결하기보다 역할을 나누어 조합합니다.
깊이를 일러스트 도구로 사용하기
깊이 효과는 MingToon의 부가 기능이 아니라 주요 초점입니다.
카메라 깊이는 가림이나 포스트 프로세싱뿐 아니라 캐릭터 형태를 다시 그리는 재료가 될 수 있습니다.
주요 기능은 2D Rim, 2D Shadow, Inner Outline입니다.
2D Rim은 캐릭터와 주변의 깊이 차이에서 실루엣을 찾아 조명과 역광 반응을 결합합니다.
2D Shadow는 현재 표면과 이동한 깊이 샘플을 비교해 앞머리, 액세서리, 가까운 물체의 스타일화된 그림자를 만듭니다.
Inner Outline은 보이는 깊이 변화와 실루엣을 따라 일반적인 노멀 아웃라인(Hull Outline)이 안정적으로 포착하지 못하는 가장자리, 특히 얇은 평면을 그립니다.
가장 어려운 문제는 셀프 섀도입니다.
너무 민감하면 얼굴의 미세한 변화나 겹친 메시까지 가림 물체가 되고, 같은 표면을 너무 강하게 제외하면 앞머리 그림자도 사라집니다.
그래서 하나의 깊이 차이만 쓰지 않고 그림자를 받는 표면, 거리 반응, 같은 표면일 가능성, 얼굴 안정화를 함께 고려합니다.
가까운 물체는 강한 그림자를, 먼 물체는 점차 옅은 그림자를 만들되 셀프 섀도로 얼굴이 지저분해지지 않는 것이 목표입니다.
색 그림자 경계도 깊이 샘플을 늘리지 않고 이미 계산한 커버리지에서 얻습니다.
일반 섀도 맵을 대체하는 기능이 아니라 실시간 Cast Shadow만으로 어려운 그래픽 효과를 위한 일러스트 도구입니다.
카메라 깊이를 투영 그림자, 빛 반응형 림, 일러스트 같은 선화를 위한 그리기 데이터로 사용합니다.
수평과 수직으로 반응하는 4채널 Face SDF
얼굴 그림자의 형태와 타이밍도 직접 제어하고 싶었습니다.
기하학적 노멀만 쓰면 코와 눈구멍, 작은 표면 변화가 의도한 그림보다 복잡해집니다. 커스텀 얼굴 노멀은 모델마다 준비해야 하고 다른 호스트에서 똑같이 작동하지 않을 수 있습니다.
그래서 얼굴 셰이딩의 주된 아트 디렉션 도구로 Face SDF를 사용합니다.
많은 Face SDF는 좌우 조명 위주라 빛이 위아래로 움직일 때 얼굴이 거의 반응하지 않습니다.
MingToon은 왼쪽, 오른쪽, 위, 아래를 텍스처 하나의 RGBA 채널에 담습니다.
머리 기준 빛 방향으로 네 채널을 블렌딩하므로 수평뿐 아니라 수직 이동에도 반응합니다.
SDF는 완성 그림자가 아니라 얼굴 각 영역이 언제 그림자에 들어가고 얼마나 오래 밝게 남는지를 설명하는 맵입니다.
빛 방향에 따라 코 한쪽이 먼저 어두워지고, 가장 어두울 때도 반사 하이라이트가 남을 수 있습니다. 볼은 중간 명도까지 밝다가 얼굴 전체가 그림자에 들 때 사라질 수 있습니다.
도구는 기본 셰이딩, 코, 볼, 입술, 눈구멍 레이어를 나눠 크기, 위치, 반전, 부드러움, 타이밍 강도를 각각 조정한 뒤 4채널 텍스처로 합칩니다.
모델 정면에서 전용 Face SDF UV 채널도 생성해 원래 얼굴 UV 배치에 덜 의존합니다.
편집 중에는 여러 텍스처와 레이어를 쓰지만 최종 셰이더는 합친 텍스처 하나만 샘플링하며 런타임 스크립트가 필요 없습니다.
Face SDF는 수평과 수직으로 반응합니다. 코와 볼 레이어는 데칼이 아니라 해당 부위가 그림자에 들어가고 나오는 시점을 제어합니다.
모델마다 얼굴 UV 전체를 다시 만들지 않기
모델마다 다른 얼굴 UV 배치도 해결해야 했습니다.
얼굴, 눈썹, 속눈썹, 눈 주변 메시가 별도 UV 아일랜드에 있으면 정면에서 이어져 보여도 원본 UV로 샘플링한 SDF는 경계마다 끊깁니다.
제작 도구는 Unity 장면의 정면 시점에서 새 Face SDF UV 채널을 생성합니다.
원본 얼굴 텍스처 UV는 건드리지 않고 정면 투영 좌표를 사용하지 않는 채널에 씁니다. 원본 배치에서 떨어진 얼굴 부위도 하나의 연속 좌표계를 공유합니다.
모델에서 직접 보며 레이어 위치와 크기를 조절하고, 편집을 마치면 레이어와 UV가 최종 Face SDF로 이어집니다.
원본 UV는 그대로 두고 별도 정면 투영 채널로 떨어진 얼굴 부위를 하나의 Face SDF 좌표계에 배치합니다.
얼굴 디테일을 별도 레이어로 조정하고 모델에서 미리 봅니다. 최종 베이크는 하나의 4채널 SDF로 합칩니다.
노멀 아웃라인이 놓치는 평면을 위한 Inner Outline
아웃라인이 마지막에 붙인 검은 선이 아니라 최종 색과 셰이딩의 일부처럼 느껴지길 바랍니다.
MingToon은 노멀 아웃라인과 Inner Outline을 결합합니다.
노멀 아웃라인은 메시를 확장해 뒷면을 그리므로 머리, 몸, 옷 같은 입체 지오메트리의 바깥 실루엣을 안정적으로 정의합니다.
하지만 모든 부위가 입체인 것은 아닙니다.
헤어 카드, 속눈썹, 리본, 액세서리, 일부 옷은 한 장의 평면입니다. 노멀 아웃라인은 확장된 뒷면에 의존하므로 원하는 경계를 놓치거나 보이는 형태를 제대로 따르지 못할 수 있습니다.
Inner Outline은 카메라 깊이로 그 빈틈을 채웁니다.
이름과 달리 내부 경계에만 한정되지 않고 깊이 변화와 실루엣을 따라 얇은 평면의 가장자리를 그립니다.
머리카락 끝과 얇은 액세서리를 따라가며 얼굴, 앞머리, 옷의 겹침도 선화처럼 정리합니다.
노멀 아웃라인은 단단한 지오메트리의 넓고 안정된 실루엣을, Inner Outline은 평면과 작은 겹침의 세밀한 선을 맡습니다.
둘을 함께 쓰면 노멀 아웃라인이 큰 실루엣을 보존하고 Inner Outline이 노멀 아웃라인만으로 놓칠 헤어 카드, 리본, 얇은 형태를 채웁니다.
아웃라인 색은 고정된 검정 대신 기본색과 최종 셰이딩을 이어받아 밝은 쪽과 그림자 쪽 모두 현재 팔레트와 어울립니다.
그 위에 별도 색과 블렌드 모드를 더해 부드러운 색 선부터 강한 만화풍 아웃라인까지 표현합니다.
노멀 아웃라인은 입체 지오메트리의 실루엣을 안정화하고, Inner Outline은 노멀 아웃라인이 안정적으로 그리지 못하는 평면형 머리카락과 얇은 액세서리의 가장자리를 복원합니다.
여러 캐릭터 셰이딩을 한곳에 결합하기
캐릭터 머티리얼 제작에 자주 필요한 표면 도구도 포함합니다.
기본 텍스처와 알파 마스크, 최대 10개 텍스처 스태킹 레이어, 5개 노멀 레이어, 5개 MatCap 레이어를 지원합니다. AO, 이미션, 메탈릭·스페큘러 PBR, 여러 색 블렌드를 한 시스템에서 조합합니다.
모든 머티리얼에서 모든 기능을 켜려는 것은 아닙니다.
피부, 머리카락, 천, 금속 액세서리에 필요한 처리는 다릅니다. 종류마다 새 셰이더를 만들기보다 한 제작 환경에서 선택할 수 있게 합니다.
기능이 늘면서 Inspector도 셰이더 코드만큼 중요해졌습니다.
Simple은 자주 쓰는 컨트롤, Full은 모든 레이어와 고급 옵션, Bulk는 여러 머티리얼의 공통 설정을 편집합니다. 검색, 현지화, 프리셋, 모듈 토글, 속성별 초기화도 포함됩니다.
일반 텍스처, 색, 마스크, 노멀, MatCap을 편집 가능한 MingToon 머티리얼로 옮기는 변환 경로도 만들고 있습니다.
서로 다른 조명 모델의 픽셀을 수학적으로 같게 만드는 것이 아니라, 모든 머티리얼을 처음부터 다시 만들지 않아도 되는 출발점을 제공합니다.
편집할 때는 모든 기능을, 런타임에는 필요한 것만
모듈이 많은 제작용 셰이더가 한 효과만 위한 작은 셰이더만큼 단순할 수는 없습니다.
그래서 편집과 런타임 실행의 목표를 분리합니다.
편집 셰이더는 항상 전체 버전이라 머티리얼을 만들 때 여러 파일을 오가지 않고 모든 모듈을 쓸 수 있습니다.
최종 사용 전 베이크 시스템이 머티리얼을 분석해 실제 필요한 기능만 담은 셰이더를 생성합니다.
강도 0인 깊이 효과는 샘플링 전에 끝나고, 기여하지 않는 추가 광원은 비싼 계산 전에 제외됩니다. 반복 값은 공유되며 사용하지 않는 모듈과 레이어 수는 소스에서 제거됩니다.
AnimationClip과 Animator 참조도 분석합니다. 현재 꺼진 모듈도 애니메이션으로 켜질 수 있으므로 실제 동적 의존성이 있으면 보존합니다.
VRChat의 최종 아바타는 커스텀 런타임 MonoBehaviour에 의존하지 않는 것이 목표입니다. Unity 도구는 UV 생성, 레이어 합성, 분석을 하지만 결과는 베이크 셰이더와 머티리얼, 텍스처로 구성됩니다.
Warudo 무료판에서도 캐릭터 셰이더로 쓸 수 있게 유지합니다. 다만 스트리밍과 수익 활동에 자주 쓰이는 Warudo 사용은 개인 비상업적 이용과 별도로 다뤄야 합니다.
편리한 룩 개발을 위한 셰이더이며, 언제나 가장 빠르다는 주장은 아닙니다
편집 셰이더에 기능이 많으므로 모든 소형 전문 셰이더보다 빠르다고 주장할 수 없습니다.
대신 의도한 룩을 해치지 않으며 없앨 수 있는 작업을 최적화합니다.
강도 0인 깊이 효과는 텍스처를 읽기 전에 끝나고, 기여하지 않는 광원은 비싼 경로 전에 건너뜁니다. 깊이·조명 계산을 공유하며 기본 아웃라인은 불필요한 탄젠트 공간 작업을 피합니다.
그래도 소스 감소를 보편적인 FPS 주장으로 바꾸지는 않겠습니다.
실제 성능은 지오메트리, 투명도, 오버드로, 광원·카메라 수, GPU에 달려 있습니다. 같은 조건의 재현 가능한 비교 전에는 가장 빠르다고 설명하지 않겠습니다.
한정된 룩 하나에는 짧은 전용 셰이더가 더 나을 수 있습니다. 여러 캐릭터와 머티리얼에서 다양한 기법을 조합하려면 전체 제작 환경 뒤 축소 베이크가 편리할 수 있습니다.
MingToon은 후자를 위해 만들고 있습니다.
다른 사람들이 만드는 결과를 보고 싶습니다
MingToon이 준비되면 명확한 개인 비상업적 이용에 무료로 배포할 계획입니다.
Warudo와 다른 아바타 프로젝트에서 쓴 셰이딩 방법이 다양한 VRChat 캐릭터에서 어떻게 해석되는지 보고 싶기 때문입니다.
X에 작업을 올리며 같은 기능도 모델의 얼굴, 텍스처, 팔레트, 조명, 아티스트에 따라 전혀 다른 인상을 만든다는 것을 확인했습니다.
제 데모 몇 개보다 많은 크리에이터가 자기 아바타와 취향에 맞게 적용하는 모습을 보고 싶습니다.
누군가는 색 그림자 경계를 선화로, 다른 사람은 역광형 2D Rim을 대표 룩으로 쓸 수 있습니다. 4채널 Face SDF에서도 예상하지 못한 스타일이 나올 수 있습니다.
그 결과와 뜻밖의 활용에서 배우고 실제 프로젝트에서 드러난 약점을 MingToon에 반영하고 싶습니다.
Warudo 스트리밍이나 수익 방송은 상업 활동과 연결될 수 있어 개인 무료 비상업 이용과 별도로 정의할 계획입니다.
MingToon은 오랜 VRChat 아바타 제작 경력을 정리한 결과물이 아닙니다.
Warudo와 다른 3D 아바타 앱에서 탐구한 그림자, 역광, 깊이 기법을 VRChat에서도 쓸 수 있게 옮기는 시도에 가깝습니다.
제 선택이 모든 캐릭터의 정답은 아니며 모든 프로젝트에서 가장 작고 빠르지도 않을 수 있습니다.
여러 툰 셰이더를 사용하고 만들며 아름답다고 느낀 기법, 특히 그림자와 역광, 카메라 깊이를 한데 모아 편리하게 조합하려 합니다.
X에 하나씩 올리던 셰이더 실험이 천천히 하나의 시스템이 되고 있습니다.
원문: Raming ( ´∀｀ )b (@kim_raming), X에서 보기.
아바타 모델: BOOTH item 6571299.