Mirror and Reflection (DepthStencil Test)

Date: 2023.09.24 Updated: 2023.09.24

카테고리: Graphics

태그: DirectX

홍정모님의 그래픽스 새싹코스 강의를 듣고 정리한 내용입니다.

🐥 Mirror and Reflection

거울에 비치는 물체를 표현하기 위한 방법 중 가장 먼저 떠오르는 것은 Ray Tracing을 이용한 방법일 것이다. 하지만 Rasterization을 이용하는 전통적인 렌더링 파이프라인에서는 ray tracing을 사용하지 않는다. 월드에 존재하는 오브젝트들을 통쨰로 거울 뒤의 세상으로 반사시킨 뒤, Stencil Test를 이용해 거울 속 세상을 별도로 렌더링 한다.

Stencil Buffer

stencil_buffer

Stencil Buffer의 대표적인 활용법 중 하나는 Rasterize 이후 0/1 값으로 렌더링 할 부분을 표기해주는 버퍼이다. 거울 평면의 경우 거울 속 전체 월드를 그리는 것은 아주 큰 낭비이다. 이럴 경우 Stencil Buffer를 이용해여 거울의 크기만큼만 렌더링을 해주면 된다.

🐥 DepthStencil State

Stencil Buffer를 이용한 거울을 구현할 경우 여러가지의 DepthStencil State가 필요하다.

기존 World를 렌더링하기 위한 DSS (Default State)
Stencil Buffer에 거울 영역을 표기해주기 위한 DSS
Stencil Test를 통과한 오브젝트들 렌더링하기 위한 DSS

Default State

// DepthStencilView 생성

D3D11_TEXTURE2D_DESC desc;

// ...

desc.BindFlags = D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL;
desc.Format = DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT;
ThrowIfFailed(m_device->CreateTexture2D(
    &desc, 0, m_depthStencilBuffer.GetAddressOf()));
ThrowIfFailed(m_device->CreateDepthStencilView(
    m_depthStencilBuffer.Get(), NULL, m_depthStencilView.GetAddressOf()));

BindFlags : D3D11_BIND_DEPTH_STENCIL
Format : DXGI_FORMAT_D24_UNORM_S8_UINT
- 보통 버퍼들은 픽셀 당 32bit 데이터 들고 있음
- 메모리를 효율적으로 사용하기 위해 (depth 24bit + stencil 8bit)를 함께 들고다님

// default DSS
D3D11_DEPTH_STENCIL_DESC dsDesc;
ZeroMemory(&dsDesc, sizeof(dsDesc));
dsDesc.DepthEnable = true;
dsDesc.DepthWriteMask = D3D11_DEPTH_WRITE_MASK_ALL; // 쓰기 킬지 말지
dsDesc.DepthFunc = D3D11_COMPARISON_LESS;
dsDesc.StencilEnable = false; // Stencil 불필요
dsDesc.StencilReadMask = D3D11_DEFAULT_STENCIL_READ_MASK;
dsDesc.StencilWriteMask = D3D11_DEFAULT_STENCIL_WRITE_MASK;

DepthWriteMask :
- D3D11_DEPTH_WRITE_MASK_ZERO : DepthStencil Buffer 쓰기 끄기
- D3D11_DEPTH_WRITE_MASK_ALL : DepthStencil Buffer 쓰기 켜기
DepthFunc : D3D11_COMPARISON_LESS (작을 경우 통과)
StencilReadMask : D3D11_DEFAULT_STENCIL_READ_MASK;
StencilWriteMask : D3D11_DEFAULT_STENCIL_WRITE_MASK;

// 앞면에 대해서 어떻게 작동할지 설정
dsDesc.FrontFace.StencilFailOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
dsDesc.FrontFace.StencilDepthFailOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
dsDesc.FrontFace.StencilPassOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
dsDesc.FrontFace.StencilFunc = D3D11_COMPARISON_ALWAYS;

// 뒷면에 대해 어떻게 작동할지 설정 (뒷면도 그릴 경우)
dsDesc.BackFace.StencilFailOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
dsDesc.BackFace.StencilDepthFailOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
dsDesc.BackFace.StencilPassOp = D3D11_STENCIL_OP_REPLACE;
dsDesc.BackFace.StencilFunc = D3D11_COMPARISON_ALWAYS;

ThrowIfFailed(
        m_device->CreateDepthStencilState(&dsDesc,  m_drawDSS.GetAddressOf()));

StencilPassOp : depth, stencil 둘 다 pass일 경우
StencilDepthFailOp : depth fail, stencil pass일 경우
StencilFailOp : depth,stencil 둘 다 fail일 경우

Stencil Test 통과한 픽셀만 처리

dsDesc.DepthEnable = true;   
dsDesc.StencilEnable = true; // Stencil 사용
dsDesc.DepthWriteMask = D3D11_DEPTH_WRITE_MASK_ALL;
dsDesc.DepthFunc = D3D11_COMPARISON_LESS_EQUAL; 
dsDesc.FrontFace.StencilFailOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
dsDesc.FrontFace.StencilDepthFailOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
dsDesc.FrontFace.StencilPassOp = D3D11_STENCIL_OP_KEEP;
dsDesc.FrontFace.StencilFunc = D3D11_COMPARISON_EQUAL; 

ThrowIfFailed(m_device->CreateDepthStencilState(
    &dsDesc, m_drawMaskedDSS.GetAddressOf()));

StencilFunc = D3D11_COMPARISON_EQUAL;
- OMSetDepthStecilState(.., 1) 에서 설정한 값 1과 같을 경우에만 stencil test 통과하도록 설정
참고로 거울 속 세상을 그릴 때에는 Rasterizer State의 Clockwise를 바꿔줘야 함(반사시키면서 ccw로 변형)

Blending

D3D11_BLEND_DESC mirrorBlendDesc;

// ...

mirrorBlendDesc.RenderTarget[0].SrcBlend = D3D11_BLEND_BLEND_FACTOR;
mirrorBlendDesc.RenderTarget[0].DestBlend = D3D11_BLEND_INV_BLEND_FACTOR;
mirrorBlendDesc.RenderTarget[0].BlendOp = D3D11_BLEND_OP_ADD;

ThrowIfFailed(m_device->CreateBlendState(&mirrorBlendDesc,
                                          m_mirrorBS.GetAddressOf()));

OMSetBlendState(…, blendColor, …)
- 이때 넘어온 color값들이 Blend Factor
(Source color * blend factor) + (Destination color * (1 - blend factor))
- source는 거울 자체의 color
- destination은 반사된 물체의 color

🐥 Results

ezgif com-crop

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