UNITY 스카이박스 외부 안보이게, 그래픽스,깊이 버퍼(ZWrite)

문제 상황

• Skybox/Cubemap 셰이더를 ‘구(Sphere) 메쉬’에 적용
• 구 안은 어둡게 보이는데, 구 밖에 있는 건물 오브젝트가 그대로 보임

해결 방법

• Mesh 전용 Cubemap 셰이더를 만들어서
  • ZWrite On (깊이 쓰기)
  • Queue = Geometry (보통 오브젝트와 같은 레벨)
  • Cull Front (앞면 제거 → 내부가 보이게)
  • 카메라 기준 방향으로 Cubemap 샘플링

결과

• 구 안에서는 배경 Cubemap만 보이고
• 구 밖 오브젝트는 완전히 가려짐

Shader "Custom/InsideSkySphere"
{
    Properties
    {
        _Cube("Cubemap", CUBE) = "" {}
        _Exposure("Exposure", Range(0, 5)) = 1
    }

    SubShader
    {
        Tags { "Queue"="Geometry" "RenderType"="Opaque" }

        // 중요! 내부(Front)만 렌더 → 구 내부에서만 보임
        Cull Front

        ZWrite On
        ZTest LEqual

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #include "UnityCG.cginc"

            samplerCUBE _Cube;
            float _Exposure;

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
            };

            struct v2f
            {
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float3 worldDir : TEXCOORD0;
            };

            v2f vert(appdata v)
            {
                v2f o;
                float3 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;

                // 카메라에서 구 표면까지의 방향 벡터
                o.worldDir = normalize(worldPos - _WorldSpaceCameraPos);
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                return o;
            }

            half4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                half4 col = texCUBE(_Cube, i.worldDir);
                col.rgb *= _Exposure;
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

 

참고하면 좋은 영상

 

https://www.youtube.com/watch?si=8IJjQ4pS_YSleJeB&v=r3OdEzAKGBI&feature=youtu.be

 

 

깊이 버퍼, 렌더 큐, 컬링, 큐브맵 샘플링 에 대한 개념을 알아야함

깊이 버퍼(Z-buffer)와 ZWrite / ZTest

깊이 버퍼란?

• 화면의 각 픽셀마다 카메라로부터의 거리(깊이) 를 저장하는 버퍼.
• 렌더링할 때:
  1. 새 픽셀의 깊이와
  2. 이미 저장된 깊이를 비교(ZTest)해서 → 더 가까운 것만 화면에 남김.

그래서,

• 먼 오브젝트 뒤에 가까운 오브젝트가 오면 자연스럽게 가려짐.

ZWrite / ZTest 의미

• ZWrite On : 그리면서 깊이 버퍼에 값 기록
• ZWrite Off : 색은 칠하지만 깊이 버퍼에는 기록 안 함 → 투명한 존재처럼 취급
• ZTest LEqual : 새로 그리는 픽셀이 기존보다 “같거나 더 가까우면” 그린다(기본).

내 문제의 포인트

Skybox 셰이더는 ZWrite Off 라서,

• 구 내부에 배경은 그렸지만 깊이가 안 찍힘
• 뒤에 있는 건물 메쉬가 나중에 그려지면서
  → 깊이 테스트에 막히지 않고 그냥 위에 덮어 씀
  그래서 배경이 “뚫려 보이는” 것처럼 보였던것

위의 셰이더에서

• ZWrite On + ZTest LEqual 로 바꿨기 때문에
  → 구가 깊이 버퍼를 차지
  → 구 밖 오브젝트는 그 뒤에 가려져서 안 보이는 것.

Render Queue(렌더링 순서)

기본 큐 개념

Unity는 머티리얼마다 Render Queue(숫자)를 가지고 있고 작은 숫자 → 먼저, 큰 숫자 → 나중에 렌더링한다

대표적인 값:

• Background : 1000 (하늘, 배경)
• Geometry : 2000 (일반 메쉬)
• Transparent : 3000 (투명 오브젝트)

Skybox가 왜 Background에 있는가?

• Skybox는 “제일 뒤에 깔리는 배경”이어서
  • 무조건 다른 모든 오브젝트 보다 먼저 보이도록
  • Queue = Background(1000) + ZWrite Off로 설정됨.
• 그래서 카메라 Clear 단계에서 그냥 “배경 칠하기” 역할만 함

 바꾼 부분

• 새 셰이더는 Tags { "Queue"="Geometry" }
  • 다른 일반 오브젝트와 같은 레벨에서 렌더링.
  • 근데 구가 카메라를 둘러싸고 있고, ZWrite도 켜져 있으니
    → 화면 전체 깊이를 선점
    → 뒤에 있는 어떤 Geometry도 더 뒤라서 안 보이는 구조.

 

Face Culling(전·후면 제거)과 Cull Front

 Culling이란?

• 삼각형에는 그려지는 방향(시계/반시계)이 있고,
• GPU는 보통 카메라에서 보이지 않는 면(뒤쪽 면) 을 자동으로 버려서 성능을 올린다.
• 기본값: Cull Back
  → 카메라에서 보는 겉면만 렌더링.

 Inside Sphere 문제

우리는 구 안에 카메라를 두고, 구의 “내부” 표면을 보고 싶다.

하지만,

• 기본 Cull Back이면 내부에서 보게 될 삼각형은 전부 뒷면 취급 → 안 그려짐.

해결: Cull Front

• Cull Front : 앞면을 버리고, 뒷면만 렌더
• 구가 카메라를 둘러싸고 있는 경우,
  • 카메라 입장에서는 사실상 “구의 내부면 = 뒷면”
  • 그래서 Cull Front를 사용하면 구 안쪽 표면만 그려짐.

즉,

• 카메라를 속 빈 구 안에 넣고, 내부 표면에만 Cubemap을 그리는 구조가 완성됨.

Cubemap과 환경 매핑

 Cubemap 개념

• 정육면체 6면에 이미지가 들어있는 텍스처.
• 보통 360도 환경(스카이박스, 리플렉션) 을 표현할 때 사용.

샘플링 방식

Cubemap은 방향 벡터로 샘플한다.

• 보통 texCUBE(_Cube, direction) 이런 형태
• direction = (x, y, z)
  → 이 방향으로 향하는 큐브의 면과 좌표에서 색을 가져옴.

우리가 사용한 방향 벡터

셰이더에서:

 

float3 worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;

o.worldDir = normalize(worldPos - _WorldSpaceCameraPos);

 

• worldPos : 구 표면의 월드 좌표
• worldPos - _WorldSpaceCameraPos :카메라 → 구 표면 방향 벡터
• 이걸 정규화해서 Cubemap에 넣으면
  • 카메라가 보는 방향에 따라
  • 실내 환경이 따라 보이는 360도 배경이 됨.

여기에 col.rgb *= _Exposure; 로 밝기 조절만 추가.

 

기존 Skybox/Cubemap 셰이더 vs 우리가 만든 셰이더

항목	Skybox/Cubemap (기존)	Custom/InsideSkySphere (우리가 사용)
용도	카메라 배경	Mesh(구) 내부용 배경
Queue	Background(1000)	Geometry(2000)
ZWrite	Off	On
ZTest	LEqual (비슷)	LEqual
Cull	Back	Front
깊이 역할	없음 (뒤 오브젝트 안 가림)	있음 (뒤 오브젝트 완전히 가림)
적용 대상	카메라 Skybox 슬롯	Sphere Mesh의 Material

그래서 같은 Cubemap을 써도 완전 다른 효과가 나오는 것.

 

해결 방식 흐름 정리

1. 기존 문제 인식
   • Skybox 셰이더가 깊이 버퍼를 쓰지 않아
     → 구 밖의 오브젝트가 위에 렌더링됨.
2. 목표 정의
   • 구 안에서만 배경을 보고
   • 구 밖의 어떤 오브젝트도 보이지 않게(완전 차단).
3. 그래픽스 설계
   • “카메라를 덮는 거대한 구” + “내부만 렌더링” 구조 선택.
   • 깊이 버퍼를 차지해서 다른 오브젝트를 가려야 하므로
     → ZWrite On, Queue = Geometry.
4. 셰이더 구현 포인트
   • Cull Front 로 내부 표면만 보이게.
   • ZWrite On으로 깊이 버퍼 채우기.
   • texCUBE 로 Cubemap 샘플링.
   • Exposure 프로퍼티로 밝기 조절.
5. 결과
   • 카메라 시점에서 화면 전체가 스카이스피어의 픽셀로 채워짐.
   • 다른 Geometry는 깊이 테스트에서 모두 “더 멀다” 판정 → 렌더 안 됨.

 

 

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URP Shader coding guide Basic term