Unity 셰이더 코딩으로 고급 그래픽 효과 만들기 🎨✨

안녕하세요, 여러분! 오늘은 정말 흥미진진한 주제로 여러분과 함께 시간을 보내려고 해요. 바로 Unity 엔진에서 셰이더를 사용해 놀라운 그래픽 효과를 만드는 방법에 대해 알아볼 거예요. 🚀 여러분, 준비되셨나요? 그럼 이 신비로운 셰이더의 세계로 함께 떠나볼까요?

💡 알고 계셨나요? Unity는 게임 개발뿐만 아니라 다양한 시각적 효과를 만드는 데에도 사용됩니다. 재능넷(https://www.jaenung.net)과 같은 플랫폼에서는 Unity 개발자들의 재능이 활발하게 거래되고 있어요. 여러분도 이 글을 통해 배운 기술로 새로운 재능을 발견하실 수 있을 거예요!

셰이더란 무엇일까요? 🤔

셰이더(Shader)는 컴퓨터 그래픽스에서 3D 모델의 최종 색상을 계산하는 프로그램이에요. 쉽게 말해, 우리가 화면에서 보는 모든 픽셀의 색상과 효과를 결정하는 마법 같은 존재죠! 😮

Unity에서 셰이더는 주로 두 가지 종류로 나뉩니다:

버텍스 셰이더(Vertex Shader): 3D 모델의 각 꼭짓점(버텍스)의 위치를 계산해요.
프래그먼트 셰이더(Fragment Shader): 각 픽셀의 최종 색상을 결정해요.

이 두 가지를 조합하면, 우리는 거의 모든 종류의 시각적 효과를 만들어낼 수 있어요. 멋지지 않나요? 🌈

Unity에서 셰이더 시작하기 🎮

Unity에서 셰이더를 사용하기 위해서는 먼저 셰이더 랩(Shader Lab)이라는 Unity의 특별한 언어를 알아야 해요. 셰이더 랩은 HLSL(High-Level Shading Language)를 기반으로 하고 있어요.

간단한 셰이더를 만들어볼까요? 아래의 코드를 따라 해보세요:


Shader "Custom/SimpleColor" {
    Properties {
        _Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Lambert

        fixed4 _Color;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            o.Albedo = _Color.rgb;
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

이 셰이더는 단순히 지정된 색상으로 오브젝트를 칠하는 기능을 합니다. 하지만 이것은 시작일 뿐이에요. 이제부터 우리는 이를 기반으로 더욱 복잡하고 아름다운 효과들을 만들어볼 거예요! 🎨

🔍 깊이 들어가기: 셰이더 코드의 각 부분이 무엇을 의미하는지 궁금하신가요? Properties는 Unity 인스펙터에서 조절할 수 있는 변수를 정의하고, SubShader는 실제 렌더링 로직을 포함합니다. CGPROGRAM과 ENDCG 사이에는 HLSL 코드가 들어가요.

텍스처와 UV 매핑 🖼️

이제 우리의 셰이더에 텍스처를 입혀볼까요? 텍스처는 3D 모델에 이미지를 입히는 방법이에요. 이를 위해 UV 매핑이라는 기술을 사용합니다.

UV 매핑이란 3D 모델의 표면을 2D 이미지에 매핑하는 과정을 말해요. 마치 종이 상자를 펼쳐서 평면으로 만드는 것과 비슷하죠!

이제 텍스처를 사용하는 셰이더를 만들어볼까요?


Shader "Custom/TexturedShader" {
    Properties {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Lambert

        sampler2D _MainTex;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Alpha = c.a;
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

이 셰이더는 텍스처를 3D 모델에 입히는 기본적인 방법을 보여줍니다. tex2D 함수를 사용해 텍스처의 색상을 샘플링하고, 이를 오브젝트의 색상으로 사용하고 있어요.

💡 팁: UV 좌표는 (0,0)에서 (1,1) 사이의 값을 가집니다. (0,0)은 텍스처의 왼쪽 아래 모서리, (1,1)은 오른쪽 위 모서리를 나타내요. 이 좌표를 조작하면 텍스처의 위치, 크기, 회전 등을 변경할 수 있답니다!

노멀 매핑으로 디테일 살리기 🗻

텍스처를 입혔다고 해서 끝난 게 아니에요. 우리는 더 나아가 노멀 매핑(Normal Mapping)이라는 기술을 사용해 오브젝트에 디테일을 추가할 수 있어요.

노멀 매핑은 실제로 모델의 형태를 변경하지 않고도 빛의 상호작용을 통해 표면에 굴곡이나 세부 질감을 표현하는 기술이에요. 마치 평평한 벽에 그림자를 그려 넣어 울퉁불퉁해 보이게 만드는 것과 비슷하죠!

노멀 매핑을 적용한 셰이더를 만들어볼까요?


Shader "Custom/NormalMappedShader" {
    Properties {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _BumpMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 200

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Lambert

        sampler2D _MainTex;
        sampler2D _BumpMap;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
            float2 uv_BumpMap;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Alpha = c.a;
            o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_BumpMap, IN.uv_BumpMap));
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}

이 셰이더에서는 _BumpMap이라는 새로운 텍스처를 추가했어요. 이 텍스처는 각 픽셀의 법선 벡터 정보를 담고 있어요. UnpackNormal 함수를 사용해 이 정보를 해석하고, 오브젝트의 표면 법선으로 사용합니다.

🎨 창의적인 아이디어: 노멀 맵을 동적으로 변경하면 물결이나 바람에 흔들리는 잎사귀 같은 효과를 만들 수 있어요. 재능넷에서 이런 고급 셰이더 효과를 만들 수 있는 개발자들의 재능이 높이 평가받고 있답니다!

빛과 그림자 다루기 💡

셰이더의 진정한 힘은 빛과 그림자를 다룰 때 나타나요. Unity의 라이팅 시스템과 셰이더를 결합하면, 우리는 놀라운 수준의 사실적인 렌더링을 할 수 있어요.

기본적인 라이팅 모델부터 시작해볼까요? Unity에서 가장 흔히 사용되는 라이팅 모델은 다음과 같아요:

Lambert: 가장 기본적인 확산 반사 모델
Blinn-Phong: 확산 반사와 정반사를 모두 고려한 모델
PBR (Physically Based Rendering): 물리 법칙을 기반으로 한 고급 렌더링 모델

Blinn-Phong 모델을 사용한 셰이더를 만들어볼까요?


Shader "Custom/BlinnPhongShader" {
    Properties {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
        _SpecColor ("Specular Color", Color) = (1,1,1,1)
        _Shininess ("Shininess", Range(0.01, 1)) = 0.5
    }
    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 200

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf BlinnPhong

        sampler2D _MainTex;
        half _Shininess;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Specular = _Shininess;
            o.Gloss = c.a;
        }
        ENDCG
    }
    FallBack "Specular"
}

이 셰이더에서는 BlinnPhong 라이팅 모델을 사용하고 있어요. _Shininess 속성을 통해 재질의 광택도를 조절할 수 있죠. 이렇게 하면 금속이나 플라스틱 같은 다양한 재질을 표현할 수 있어요.

Blinn-Phong 모델에서는 입사광과 반사광의 중간 벡터(하프 벡터)를 사용해 정반사를 계산해요. 이 방식은 계산이 빠르면서도 꽤 좋은 결과를 제공하죠.

🔬 깊이 있는 이해: PBR(Physically Based Rendering)은 더 사실적인 렌더링을 위해 물리 법칙을 적용한 방식이에요. 금속성(Metallic)과 거칠기(Roughness)를 주요 파라미터로 사용하며, 다양한 조명 환경에서 일관된 결과를 제공합니다. Unity의 Standard Shader가 바로 이 PBR 방식을 사용하고 있어요!