혈류 속, 실시간으로

같은 것 — 형태와 빛의 논리

적혈구가 가운데 눌린 원반인 것, 가장자리가 밝게 빛나는 것(프레넬), 얇은 가운데로 빛이 새어 붉게 보이는 것, 초점 밖이 뭉개지는 것. 보는 사람이 "저건 혈액이다"라고 읽는 단서는 전부 계산으로 재현됩니다.

모양은 모델링이 아니라 거리 함수입니다 — 어떤 점이 표면에서 얼마나 떨어졌는지를 수식으로 답하면, 광선이 알아서 표면을 찾아갑니다.

다른 것 — 정직하게

저 영상은 오프라인 렌더입니다. 한 프레임에 수십 초~수 분을 쓰고, 빛이 재질 안에서 수십 번 튀는 것을 다 따라갑니다(경로 추적). 유리 굴절의 색분산, 진짜 표면하 산란, 아티스트가 손으로 다듬은 재질 — 이건 실시간 16ms 예산으로는 못 합니다.

제 화면은 근사입니다. 두께로 투과를 흉내내고, 반사는 한 번만 계산하고, 심도는 후처리 블러로 만듭니다. 가까이 붙여 비교하면 집니다.

대신 얻는 것

저건 그림이고 이건 계산입니다. 슬라이더를 만지면 다시 렌더링하는 게 아니라 지금 이 순간의 값이 바뀝니다. 심도를 0으로 내리면 전부 선명해지고, 투과를 끄면 적혈구가 고무공이 됩니다.

설명하는 글에서 중요한 건 만져서 인과를 확인할 수 있는가입니다. 영상은 그걸 못 합니다.

가운데가 옴폭한 원반

구를 하나 그리고, 중심축 근처만 안쪽으로 파냅니다. 도넛도 아니고 원반도 아닌 그 특유의 실루엣이 두 식의 뺄셈으로 나옵니다.

d = length(p) - R              // 구
r = length(p.xz)               // 축까지 거리
dent = 0.42 - r*1.6            // 가운데일수록 크게
d = max(d, -(abs(p.y) - dent)) // 파낸다

빛이 통과하며 붉어진다

광선이 세포 안을 지나간 거리를 재고, 그 거리만큼 파장별로 빛을 깎습니다. 얇은 가운데는 많이 통과해 밝고, 두꺼운 테두리는 어둡습니다 — 실제 적혈구가 그렇게 보입니다.

t = 안쪽을 지나간 두께
투과 = exp(-t * vec3(0.9, 4.2, 5.0))
       // 붉은빛만 살아남는다

가장자리가 빛나는 이유

표면을 비스듬히 볼수록 반사가 세집니다(프레넬). 정면은 속이 비치고 가장자리는 거울이 됩니다. 이 한 줄이 "젤리처럼 보이는" 느낌의 대부분을 만듭니다.

F = 0.04 + 0.96 * pow(1 - dot(N, V), 5)