カラーカーブで諧調の単純化を行う

UE Advent Calendar 2023 用の記事になります。
https://qiita.com/advent-calendar/2023/ue

やりたいこと

もう１ヵ月前になりますが、X で 増山修 さんの「階調数と遠近感の関係」の投稿を興味深く拝見していたところ、VFXVelocity さんが UE で再現されていて‥
https://twitter.com/vfxvelocity/status/1718258218072215649

カラーカーブを使えば完全再現ができるのではと考えたのがきっかけになります。
https://twitter.com/pokopen_cg/status/1719078160560689467

NOTE: UE5.3 で確認。

結果

距離による切り替え部分はかなり雑な実装になっていますが、カラーカーブを利用して元のイメージに近いものになったかと思います。
https://twitter.com/pokopen_cg/status/1721388448102375500?conversation=none

解説

新規レベルで「Basic」のテンプレートで選択し、地面と球体４つを配置したシンプルなレベルを用意します。空やライティング環境はデフォルトから何も触っていません。

地面のマテリアル

カメラを決めておき、カラーカーブを新規作成して元のイメージと同じ色を設定し、カーブは Constant Interporation を選択してグラデーションが入らないようにします。

新規マテリアルを作成し、キャストシャドウを受けるために Shading Model は Default Lit にします。

『PixelDepth』ノードでシーンの深度情報を取得し、ここではカメラに対して元のイメージに無理矢理合わせるため 15m の距離で 0.0 ～ 1.0 の値になるよう 1500 で『Divide』してから 0-1 Clamp するために『Saturate』を入れ、反転させた上で先ほど作成したカラーカーブを繋いでいます。

カラーカーブ/カーブアトラス自体の使い方はここでは割愛します。
ご存じない方はこちらの記事をご覧になっていただければと思います。
https://historia.co.jp/archives/10594/

これで Photoshop のグラデーションランプのように深度に応じて決まった色が付きます。

球体のマテリアル

地面と同じように、白黒のグラデーションに応じて着色するためのカラーカーブを、カメラからの距離に応じて諧調を単純化した４パターン分用意します。

Description	Curve
４諧調（最も近い球体）
３諧調（２番目に近い球体）
２諧調（３番目に近い球体）
１諧調（最も遠い球体）

マテリアルでは４つのカラーカーブを距離に応じてブレンドするようにします。全体図はこちらですが、以下に順に解説します。

まず、フェイクでライティングするため Shading Model は Unlit にしています。

そして、Lambert 方式で単純なフェイクライティングを行うために、シーンの代表となるディレクショナルライトのベクトルを『Atmosphere Sun Light Vector』で取得して、モデルの法線ベクトルを『PixelNormalWS』で取得、『Dot』で内積します。

するとこちらのようにライト方向に応じてグラデーションが付きます。

その後に内積の計算結果の 1.0 ～ -1.0 の値を『Multiply』『Add』で 1.0 ～ 0.0 の範囲になるように補正しています。カラーカーブで着色するためです。

するとこちらのようになります。

地面と同じようにカメラから 15m の距離で 0.0 ～ 1.0 のグラデーションになるような情報を作成しています。

あとは４つのカラーカーブを距離に応じて切り替えています。

ここでは一定の距離で突然切り替わるよう『Step』を利用していますが、徐々に変えたいなら『SmoothStep』にすると良いでしょう。

また、露出の影響を受けないよう最後に『EyeAdaptationInverse』を挟んでいます。

するとこちらのような結果になりました。

カラーカーブはかなり有用な機能で、実際のタイトル事例でも使用例が出てき始めましたが、具体的に利用した事例のネット記事はまだ珍しいと思ったため取り上げてみました。

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