4-2. 수학 노드 활용 | UE5 Materials Deep Dive

01

보간과 매핑 노드

Lerp, Clamp, Remap의 활용

노드	수식	용도
Lerp	`A + (B - A) * Alpha`	두 값 사이 보간. 마스크 기반 블렌딩의 핵심
Clamp	`max(min, min(max, X))`	값을 특정 범위로 제한
Saturate	`clamp(X, 0, 1)`	0~1 범위로 제한 (무료 인스트럭션)
LinearInterpolate	`Lerp`와 동일	Lerp의 풀네임
InverseLerp	`(X - A) / (B - A)`	값이 A~B 범위에서 어디인지 0~1로 반환
SmoothStep	`3t^2 - 2t^3`	부드러운 계단 함수. 날카로운 경계를 부드럽게

                    Practical: 높이 기반 블렌딩
                    // 높이에 따라 눈/풀 블렌딩
WorldPosition.Z          // 월드 높이 (cm)
  → InverseLerp
      Min: 5000            // 풀 끝나는 높이
      Max: 7000            // 눈 시작 높이
  → Saturate
  → SmoothStep            // 부드러운 전환
  → Lerp
      A: 풀 머티리얼
      B: 눈 머티리얼
                

Saturate는 무료

GPU에서 Saturate(0~1 클램프)는 추가 인스트럭션 없이 출력 수정자로 처리됩니다. Clamp(0,1)보다 항상 Saturate를 사용하세요.

02

거듭제곱과 대비 조절

Power, CheapContrast로 마스크 다듬기

                    Power and Contrast
                    // Power: 값의 분포를 조절
Power(X, Exp)
  Exp < 1 → 밝은 영역 확장 (부드러운 전환)
  Exp = 1 → 원본
  Exp > 1 → 어두운 영역 확장 (날카로운 전환)

// 마스크 다듬기 예시:
TextureSample (마스크)
  → Power (Exp: 3.0)     // 대비 강화
  → Saturate
  → Lerp Alpha에 연결

// CheapContrast: 중간점 기준 대비 조절
CheapContrast(X, Contrast)
  // 내부: pow(X, Contrast) 기반
  // Contrast = 1 → 원본
  // Contrast > 1 → 대비 강화
                

Power vs CheapContrast

Power는 원점(0) 기준으로 곡선을 조절하고, CheapContrast는 중간값(0.5) 기준으로 대비를 조절합니다. 마스크의 밝은/어두운 영역 비율을 조절할 때는 Power, 전체적인 명암 대비를 높일 때는 CheapContrast가 적합합니다.

03

Fresnel과 방향 기반 노드

시선 각도와 표면 방향 활용

Fresnel 노드

                    Fresnel Node
                    // Fresnel: 시선 각도에 따른 마스크 생성
Fresnel
  ExponentIn: 5.0    // 높을수록 가장자리만 밝음
  BaseReflectFraction: 0.04

// 내부 수식:
result = pow(1 - dot(N, V), Exponent)

// 활용:
// - 림 라이팅 효과
// - 에너지 실드/포스필드
// - 가장자리 글로우
// - 투명도 제어 (가장자리에서 더 불투명)
                

VertexNormalWS / PixelNormalWS

노드	설명	활용
VertexNormalWS	월드 스페이스 정점 노말	눈 쌓임 (Z 방향 마스크), 이끼 성장
PixelNormalWS	월드 스페이스 픽셀 노말 (노말맵 포함)	정밀한 방향 기반 효과
CameraDirectionWS	카메라 시선 방향	시선 기반 효과, 패럴랙스
ReflectionVectorWS	반사 벡터	가짜 큐브맵 반사, 매트캡

                    Practical: 눈 쌓임 효과
                    // 위를 향한 면에 눈 쌓임
VertexNormalWS
  → ComponentMask (B만 = Z)  // 위 방향 성분
  → Power (Exp: 2)            // 대비 강화
  → Saturate
  → Lerp Alpha
      A: 바위 머티리얼
      B: 눈 머티리얼
                

04

시간 기반 애니메이션

Time, Sine, Frac으로 동적 효과 생성

노드	출력	활용
Time	경과 시간(초). 계속 증가	모든 시간 기반 효과의 기본
Sine / Cosine	-1~1 사이 진동	맥동, 호흡, 진동 효과
Frac	소수 부분만 (0~1 반복)	톱니파, 주기적 리셋
Floor / Ceil	내림/올림	단계적(디스크리트) 애니메이션

                    Practical: 맥동하는 Emissive
                    // 부드럽게 맥동하는 발광 효과
Time
  → Multiply (2.0)        // 속도 2배
  → Sine
  → Multiply (0.5)        // -0.5~0.5
  → Add (0.5)              // 0~1로 변환
  → Lerp
      A: 1.0                // 최소 밝기
      B: 5.0                // 최대 밝기
  → Multiply (Emissive Color)
  → Emissive Color 출력
                

Sine 0~1 변환 패턴

Sine(Time) * 0.5 + 0.5는 매우 자주 사용되는 패턴입니다. Sine의 -1~1 출력을 0~1로 변환하여 Lerp Alpha나 Emissive 강도로 사용합니다. 속도는 Time에 곱하는 값으로 제어합니다.

SUMMARY

핵심 요약

Lerp는 두 값 사이를 보간하는 가장 핵심적인 노드이며, SmoothStep으로 부드러운 전환을 만듭니다.
Power로 마스크의 대비를 강화하고, Saturate(무료 인스트럭션)로 0~1 범위를 보장합니다.
Fresnel 노드로 시선 각도 기반 마스크(림 라이트, 실드)를 생성합니다.
VertexNormalWS의 Z 성분으로 위를 향한 면을 마스킹(눈, 이끼 효과)합니다.
Time + Sine 조합으로 맥동, 호흡 등 주기적 애니메이션을 구현합니다.

PRACTICE

도전 과제

배운 내용을 직접 실습해보세요

실습 1: Lerp와 Step 활용

Lerp 노드로 두 색상 사이를 보간하고, Step과 SmoothStep 노드로 날카로운 경계와 부드러운 경계의 차이를 비교하세요. Heightmap으로 지형 색상을 고도별로 분리하세요.

실습 2: 프레넬 + 파워 조합

1-dot(CameraVector, Normal)을 직접 계산하여 수동 프레넬을 구현하고, Power 노드로 감쇠 커브를 조절하세요. 내장 Fresnel 노드와 결과를 비교하세요.

심화 과제: 절차적 패턴 생성

수학 노드만으로(텍스처 없이) 체커보드, 동심원, 격자 패턴을 생성하세요. Frac, Floor, Fmod, Sin 노드를 조합하고, 파라미터로 패턴의 크기와 색상을 제어하세요.