Shadow Bake Workflow

실시간 렌더링 환경에서 복잡한 조명 기구가 만드는 그림자를 미리 텍스처로 베이킹하여 사용하는 최적화 기법입니다. 샹들리에나 장식 조명처럼 기하학적으로 복잡한 조명 기구의 그림자를 실시간으로 계산하는 것은 퍼포먼스에 큰 부담이 되는데, 쉐도우 텍스쳐를 활용하면 이러한 연산 비용을 크게 줄이면서도 자연스러운 라이팅 효과를 구현할 수 있습니다.

이 기법은 오프라인 렌더러(Blender Cycles, Arnold 등)로 쉐도우 맵을 생성한 뒤, 이를 Unreal Engine의 Light Function에 적용하는 방식으로 동작합니다. 특히 포인트 라이트 형태의 조명에서 효과적이며, 게임 환경뿐만 아니라 건축 시각화나 영상 제작에서도 널리 사용됩니다.

한계점

• 이 기법은 정적인 조명에만 적합합니다
• 조명이 움직이거나 회전하면 그림자도 함께 업데이트되지 않습니다
• 동적 오브젝트는 베이크된 그림자와 상호작용할 수 없습니다

기본 워크플로우

Unreal Engine에서 사용할 그림자 텍스처를 제작하는 전체 과정은 다음과 같습니다.

1️⃣ 준비 단계

• Unreal Engine에서 조명 기구 오브젝트를 FBX 형식으로 익스포트합니다.
• 조명 기구의 스케일과 위치 정보를 기록해두면 나중에 정확한 매칭이 가능합니다.

2️⃣ DCC 툴 세팅

• DCC 툴(Blender 또는 Maya)에서 익스포트한 FBX를 임포트합니다.
• 그림자를 받을 평면 오브젝트(Shadow Catcher)를 배치합니다.
• 이 평면은 그림자만 캡처하고 자체적으로는 렌더링되지 않도록 설정합니다.

3️⃣ 조명 및 카메라 배치

• 조명 기구의 중심점에 포인트 라이트를 배치합니다.
• 같은 위치에 카메라를 배치합니다.
• 이 카메라는 360도 전방향 그림자를 캡처하기 위해 파노라마 타입으로 설정됩니다.

4️⃣ 렌더링

• 오프라인 렌더러(Blender Cycles, Arnold 등)를 사용하여 쉐도우 텍스쳐를 렌더링합니다.
• 배경은 투명하게, 그림자만 렌더링되도록 설정합니다.

5️⃣ 후처리 및 임포트

• 완성된 텍스처를 PNG 또는 TGA 포맷으로 저장합니다.
• Unreal Engine으로 임포트 후 텍스처 설정에서 ‘Compress Without Alpha’ 옵션을 비활성화합니다.

6️⃣ Unreal Engine 적용

• Material Domain을 ‘Light Function’으로 설정한 머티리얼을 생성합니다.
• 베이크된 Shadow Map 텍스처를 연결하고, 포인트 라이트의 Light Function에 할당합니다.

Light Function Material 설정

Unreal Engine에서 Light Fuction으로 사용하려면

1. 새 Material을 생성합니다
2. Material Domain을 ‘Light Function’으로 설정합니다
3. Shadow Map 텍스처를 Texture Sample 노드로 불러옵니다
4. Spherical UV 맵핑을 위해 ‘LightVector’ 노드를 사용하여 UV를 생성합니다
5. 결과를 Emissive Color에 연결합니다

---

Blender에서 작업하기

Blender의 Cycles 렌더러는 무료 오픈소스이면서도 Arnold와 유사한 품질의 그림자 맵을 제작할 수 있어, 파이프라인 구축이 용이합니다. 다음은 Blender를 활용한 워크플로우입니다.

1단계: 프로젝트 세팅

• New Scene을 생성하고 기본 오브젝트들을 삭제합니다.
• Render Properties에서 Render Engine을 ‘Cycles’로 설정합니다.
  • Cycles는 물리 기반 렌더러로, 사실적인 그림자 표현에 적합합니다.
• Output Properties에서 Resolution을 2:1 비율로 설정합니다.
  • 이 비율은 Equirectangular 투영에 필요한 표준 비율입니다.

2단계: 카메라, 라이트 기본 세팅

테스트를 위한 기본 씬 파일을 다운로드할 수 있습니다: ShadowBaker.fbx - Google Drive

다운로드한 FBX를 임포트하고 다음 오브젝트들을 배치합니다.

• Camera: 그림자를 360도로 캡처할 카메라
• Light: 조명 기구의 광원 역할
• BGSphere: Shadow Catcher 역할을 하는 구체
• Light Mesh: 실제 조명 기구 메쉬

✅ 그림자가 왜곡되지 않게 카메라는 수평으로 설치돼있어야 합니다. (🌏World Positon RX:90 / RY:0 / RZ:0 으로 맞춰주세요.)

Light 설정

• Power: 1000W 이상
  • 실제 조명의 밝기에 맞춰 조정하세요.
  • 너무 낮으면 그림자가 흐릿하게 나옵니다.
• Radius: 0.01m 이상
  • Radius가 작을수록 **Sharp Shadow(Hard Shadow)**가 생성됩니다.
• Max Bounces: 1-4 정도로 설정
  • ⚠️ 높을수록 렌더 시간이 길어지지만, 그림자만 렌더링하므로 낮은 값도 충분합니다.

Camera 설정

• Camera Type: Panoramic
• Panorama Type: Equirectangular
  • 이 설정은 360도 전방향 투영을 가능하게 합니다.

3단계: 그림자 캡처 설정

이 단계에서는 조명 메쉬는 보이지 않지만 그림자는 생성되도록 설정합니다.

Light Mesh 설정 Light Mesh를 선택하고 Shader Editor를 엽니다 (⌨️단축키: Shift + F3) 아래 이미지처럼 Light Path 노드의 ‘Is Camera Ray’ 출력을 Mix Shader의 Factor에 연결합니다:

이 노드 구성의 의미:

• Is Camera Ray가 True(1)일 때: Transparent BSDF 사용 → 카메라에는 안 보임
• Is Camera Ray가 False(0)일 때: Principled BSDF 사용 → 그림자 생성

결과적으로 Rendered View에서만 메쉬가 사라지고, Shading, Material Preview, Wireframe 모드에서는 정상적으로 보입니다.

---

BGSphere 설정

BGSphere 오브젝트를 선택합니다 Object Properties → Visibility → Ray Visibility에서 Shadow Catcher를 활성화합니다

Shadow Catcher는 그림자만 받고 자체적으로는 렌더링되지 않는 Blender의 특수 기능입니다. 이를 통해 배경 없이 순수한 그림자만 추출할 수 있습니다.

---

Render 설정

1. Render Properties > Film에서 Transparent를 체크합니다

• 배경이 투명하게 렌더링되어 알파 채널이 생성됩니다

2. F12를 눌러 렌더링을 실행합니다.

렌더링 결과는 다음과 같습니다.

후처리

렌더링된 이미지를 PNG 포맷으로 저장한 뒤, 포토샵이나 GIMP 같은 이미지 편집 툴에서:

1. 새 레이어에 흰색 배경을 추가합니다
2. 그림자 레이어를 위에 배치합니다
3. 최종 이미지를 저장합니다

여기까지 하면 Unreal Engine의 Light Function에 사용할 수 있는 Shadow Map 텍스처가 완성되었습니다.

💡팁. 그림자 농도 조절

렌더했을때 그림자가 너무 연하게 나오면 BGSphere 오브젝트의 컬러를 블랙에 가까운 색으로 사용해보세요. 또는 Light의 Power를 높이세요

HDR 포맷 활용

HDR 포맷(EXR)으로 익스포트하면 더 넓은 명암 범위를 표현할 수 있습니다. Blender에서 File Format을 ‘OpenEXR’로 설정하고, Unreal Engine에서는 압축 설정을 ‘HDR Compressed’로 변경해야 합니다. 단, 파일 크기가 커지므로 꼭 필요한 경우에만 사용하세요.

---

문제 해결

뒷면 빛이 새는 현상

베이크된 Shadow Map을 Unreal Engine의 Light Function에 적용했을 때, 조명 반대편에 가느다란 선이 새어나오는 현상이 발생할 수 있습니다.

원인

이 현상은 두 가지 이유로 발생되는 걸로 추측됩니다.

1. Mipmap 생성 과정에서 경계 픽셀이 블렌딩되는 문제
   • Mipmap은 텍스처 최적화를 위해 여러 해상도 버전을 자동 생성하는데, 이 과정에서 0도와 360도 경계의 픽셀이 혼합됩니다
2. UV 좌표 샘플링 시 Wrapping 문제
   • 텍스처 좌표가 0-1 범위를 약간 벗어날 때 반대편 픽셀을 샘플링하게 됩니다

해결 방법

Unreal Engine에서 Shadow Map 텍스처의 설정을 다음과 같이 변경하세요.

방법 1: Mipmap 비활성화

• Texture Editor를 엽니다.
• Mip Gen Settings를 ‘NoMipmaps’로 변경합니다
• 텍스처를 저장하고 다시 컴파일합니다

방법 2: Tiling 방식 변경

• Texture Editor에서 Advanced 섹션을 확장합니다
• Address X, Address Y를 ‘Clamp’로 설정합니다
• Clamp 모드는 UV 범위를 벗어나면 가장자리 픽셀을 반복합니다

일반적으로 방법 1이 더 확실한 해결책이며, Shadow Map은 원거리에서 사용되지 않으므로 Mipmap이 없어도 퍼포먼스에 큰 영향을 주지 않습니다.

---

최적화

텍스처 해상도

• 조명 기구의 복잡도와 사용 거리를 고려하여 결정합니다
• 과도한 해상도는 메모리를 낭비하므로 실제 화면에서 보이는 디테일에 맞춰 조정하세요

퍼포먼스 최적화

• Shadow Bake를 사용하면 동적 섀도우 연산을 완전히 제거할 수 있습니다
• 포인트 라이트의 ‘Cast Shadows’ 옵션을 비활성화하세요
• 대신 Light Function으로 베이크된 그림자를 표현하여 Drawcall을 줄입니다
• 특히 모바일 플랫폼에서 효과적입니다

---

참고자료

• Unreal Engine Light Functions
• Equirectangular Projection - Wikipedia
• 블렌더에서 라이트 쿠키 베이크하기 - Share Page