CG라이팅을 위한 빛의 원리

최근 CG프로그램의 발전 덕분에 클릭 몇번만으로 꽤 '쨍'한 효과를 낼 수 있게 되었다. 그림자는 알아서 반사광의 색상을 만들어주고, physical라이팅이나 IBR은 HDRI이미지의 색상을 자동으로 오브젝트에 뿌려준다. 과거의 CG제작자처럼 임의로 그림자의 밝기를 조절하거나 색상을 넣지 않아도 된다. 하지만 원리를 알지 못하고, 단순히 프로그램에만 의존하다보면 빛을 가지고 놀아야하는 상황(초현실적인)에서 바닥을 드러내게 된다. 

진정한 CG연출을 위해서는 다음 다섯가지 법칙에 관해 알아야 한다. 그 중 첫 번째는 '입사각과 반사각'이다. 

 

빛의 법칙1::입사각 & 반사각

 

빛은 직선 운동을 한다. 직선 운동을 하는 빛이 표면에 부딪치는 첫 번째 각도가 입사각이며, 정확히 반대 각도로 튕겨져 나오는 빛이 반사각이다. 위의 사진에서는 ①이 입사각이며, ④이 반사각이다. 부드러운 빛을 만들기 위해서는 피사체에 빛을 정면으로, 입사각을 피사체에 바로 비추는 것을 피하는 것이 좋다. 

하지만 인물 사진처럼 주광원을 피사체에 정면으로 비춰야 하는 상황이라면, 메인 광원을 머리 위에 비춤으로써 안경 같은 것에 반사돼 나오는 반사광이 카메라 렌즈로 직접 들어오는 상황을 막을 수 있다.   

CG라이팅 역시 현실과 비슷하다. 라이팅을 설정할 때는 항상 주광(main Light)이 만들어내는 입사각과 반사각을 예상해야 한다. 반사광으로 인해 랜더링 이미지의 밝기가 달라질 수도 있다. 이때 라이트 각도를 조절하기만 하면 간단하게 해결되는데 가끔 라이트 강도를 조절하거나 GI입자수까지 조절하는 작업자들이 있다. 시간이 남아돌지 않는 이상 라이트 각도를 당장 테스트해보자.   

 

 

빛의 법칙2::역 제곱 법칙

빛의 역 제곱 법칙은 빛의 강도와 관련이 있다.

 

 빛의 강도 = 1 / 거리(제곱) m

 

빛은 거리에 따라 강도의 감소가 크게 나타난다. 만일 광원의 바로 옆에 피사체를 세운다면, 피사체는 빛의 강도를 100% 받는다. 이를 간접광이라 한다. 만일 거리를 30cm씩 이동시킨다면, 1 / 0.3² = 0.111111..... , 0.11(소수점 내림)값을 퍼센트로 환원하면 11%이다. 즉, 주광을 받는 피사체에서 30cm 떨어진 곳의  빛의 강도는 주광의 11%다.

 

11%의 빛이라면, 주변 배경이 은은하게 조금씩 살아나는 정도다. 만일 60cm를 움직인다면? 0.027가 되고, 대락 주광의 2% 정도가 된다. 정리하자면, 거리가 2배,3배,4배,5배가 되면, 1/4, 1/9, 1/16,1/25로 줄어들고, 25%. 11%, 6%, 4% ... 형태로 빛은 감소한다. 

결론적으로 '거리'라는 변수는 빛의 밝기에 있어 상당한 영향을 준다.

 

거리를 염두에 두지 않고, 무작정 빛의 강도와 라이트 종류만으로 아웃풋을 내려는 시도는 가끔 무모하게 될 수도 있다. 피사체의 거리를 계산하는 것만으로도 효율성을 높일 수 있다는 점을 명심하자.

 

 

빛의 법칙3::광원의 크기

인물사진 작가들이 가장 좋아하는 광원은 '창문으로 들어오는 빛'이다. 창문으로 투과된 빛이 인물사진에서 주로 사용되는 이유는 피사체를 부드럽게 만들기 때문이다.  창문은 광원 자체가 피사체(인물)보다 훨씬 크기 때문에 하이라이트가 모아지지 않고, 빛의 경계선이 날카롭지 않다. 또한 콘트라스트의 명암이 급격하지 않고 안정적이다. 이는 크기가 큰 반사판을 사용할수록 부드러운 인물 사진을 뽑아낼 수 있는 것과 같은 원리다.

 

광원의 크기를 CG작업에 접목해보자. 만일 부드러우면서도 효과적인 쉐도우를 표현하려면 어떻게 해야 할까? 

일단 입사각을 만드는 직접광을 피하면서 반사각 부분의 간접광을 활용한다. 피사체에 최대한 가까이(빛의 역제곱)에 광원을 가져놓은 것만으로 부드러움을 자아낼 수 있다. 그리고 또 한가지, 빛의 크기(스트로브)를 피사체보다 훨씬 크게 만들면 된다. 여기서 말하는 광원의 크기는 피사체 대비 상대적 크기를 말한다. 창문으로 투과된 빛과 같은 효과를 위해서 아래와 같은 area라이트를 사용하면 '부드러운 라이팅 효과'를 낼 수 있다. 

 

빛의 법칙4::빛의 색상

빛의 색상을 이해하기 위해서는 '검은색은 흡수하고, 흰색은 반사한다'는 사실만 굳게 기억하면 된다. 제품광고에서 배경을 생각해보자. 대개 자동차처럼 제품의 강렬한 색체를 강조할 때는 검은색 배경을 사용한다. 반대로 디자인보다는 제품의 기능을 강조하는 제품(가전제품, 기계류)을 광고할 때는 흰색 배경을 사용한다. 

왜일까? 

검은색, 흰색 배경에 따라 달라지는 분위기를 직접 확인하고 싶다면, 인물작업에서 뒤쪽 배경을 검은색으로 놓고 랜더링을 걸어보자. 아마도 검은색이 빛을 모두 흡수하면서, 인물이 갖고 있는 그림자의 콘트라스트가 엄청 강해질 것이다. 반대로 뒤쪽 배경이 흰색이라면, 흰색이 빛을 반사하면서 인물에서 나타나는 그림자들의 강도가 옅어진다. 그림자가 생겨야 할 부분도 어느정도 밝게 될 수 있다. 

만일 실외 어느 공간에서 라이팅을 배치하고 그림자를 강하게 만들려고 하는데, 자꾸 뭔가 2% 아쉽다면, 혹시 주변에 빛을 반사하는 물체들(흰색 트럭, 흰색 벽 등...)이 있는지 살펴보자. 가령, 공원에서 촬영하는데 잔디의 녹색이 피사체에 반사되고 있을 가능성을 배제할 수 없다. 이런 경우, 피사체 아래에 반사판을 설치하여 반사되는 색상을 막아주는 것도 방법이다. 

라이팅 작업은 주변 색상으로 망할 수도 있지만 반대로 주변의 색상들을 최대한 활용할 수도 있다. 라이팅 작업에서는 항상 주변의 피사체들이 내뿜고 있는 빛의 색상을 고려해야 한다는 점을 명심하자.

 

빛의 법칙5::빛의 분산(질감)

빛은 입사각과 반사각이 동일하다. 하지만 피사체의 질감에 따라서 광자들은 제각각 다르게 반사된다. 만일 거울과 같은 매끄러운 표면의 질감을 가진 피사체가 있다면, 빛은 정확하게 입사각과 반사각을 나타내며 움직인다. 반대로 면직물이나 거친 표면과 질감을 가진 쉐이더에 빛이 뿌려진다면 반사각을 예측하기는 거의 불가능하다. 

CG작업의 단계에서 '라이팅 작업'은 대개 '랜더링'과 같이 분류한다. 그래서 '쉐이더'의 중요성을 잊고 작업하는 경우가 많다. 일반 작업자들은 쉐이더를 직접 만들 필요는 없지만 메이저 CG제작사들은 자체 쉐이더 라이브러리를 확보하고 있다. 그만큼 쉐이더는 라이팅 작업에 있어 중요하다. 

v-ray, mental-ray, arnold, renderman, octove 등 랜더링 프로그램들의 차이는 사실 쉐이더에 있다고 볼 수 있다. v-ray의 쉐이더는 쨍한 느낌이 강하고, 멘탈레이 쉐이더는 좀더 무겁고 실사와 비슷한 느낌을 주는 식이다. 따라서 CG를 연출할 때는 반드시 피사체의 질감을 고려해야 하고, 해당 질감이 어떻게 반사를 하는지 충분히 고려해야만 원하는 장면을 좀더 정확하게 표현할 수 있다.