사실적인 명암 다루기: 람베르트의 코사인 법칙

 

해당 글 내용은 위 영상에서 선보인 도리안 이튼의 2016년 강의를 바탕으로 여러 가지 강좌들을 참고하였다.

 

영어가 된다면 이 글을 읽는 것보다 원본 강의와 동영상들을 확인하는게 더 도움이 될 것이라 생각한다.

 

미술학원에 다니면 대게 맨 처음에 하는게 명암 10단계를 배운답시고 4B 연필로 사각형을 칠하는 짓이다.

 

이는 명암을 단계별로 색칠하는 연습을 하는 건데, 이 행위를 통해 우리는 크게 두 가지 영역을 훈련한다.

 

하나는 원하는 단계의 명암을 색칠하는 손기술이고, 또 하나는 원하는 단계의 명암을 구분하는 사고력이다.

 

- 명암의 11단계. -

 

이를 컴퓨터 그래픽으로 표현하면 위와 같다.

 

이와 같은 명암 형태는 선형그래프를 따라서 줄어든다고 하여 Linear Model 이라고 불리는데,

 

인간의 눈은 명암을 통해 입체감과 형태를 파악하기 때문에 명암에 가장 민감하게 반응하고,

 

그렇기에 수 많은 미술학원에서 명암의 구분을 맨 처음 가르치기 마련이다.

 

빛의 각도와 명암의 상관관계

빛을 정면으로 받으면(빛과 0도 각도를 이루면) 완벽하게 밝혀지고,

 

빛을 전혀 못 받는다면(빛과 90도 각도를 이루면) 완전히 어둡다는 건 당연한 상식이다.

 

그러나 여기서 우리는 매우 큰 오해를 하게 되는데,

 

사물이 빛을 덜 받을수록 당연히 밝기도 일정한 수준으로 줄어든다고 착각해버린다.

 

- 우리가 흔히 생각하는 밝기의 감소율. -

 

 

이는 그림으로 표현하면 위와 같은데,

 

각도가 10도씩 줄어들을 때마다 밝기량도 일정하게 줄어드는 형태이다.

 

미술학원에서는 조금씩 명암단계가 달라지도록 묘사하는 손기술을 가르치기 위해 훈련을 시켰는데,

 

하필이면 이를 맨 처음에 배우기 때문에 아무것도 모르는 미술생도는 현실에서의 명암단계도 자기가 한 훈련처럼

 

일정한 비율로 조금씩 달라진다고 착각해버리는 것이다.

 

- 하인리히 람베르트 -

 

독일-스위스의 박식자 요한 하인리히 람베르트는 1760년에 출판한 저서 '포토메트리아'에서 람베르트 코사인 법칙을 발표하는데,

 

복잡한 거 다 생략하고 본론만 쓰자면 빛의 밝기는 절대로 일정한 수준으로 줄어들지 않으며, 대략 코사인 법칙을 따라서 급격하게 줄어든다.

 

그러니까, 그게 어떤 식으로 보이느냐?

 

- 람베르트의 코사인 법칙을 따른 명암단계. -

현실에서 우리 눈으로 사물을 관찰했을 때 명암은 이런 식으로 줄어든다.

 

보시다시피, 45도 이상 기울어져서 빛을 절반만 받는 상황에서도

 

현실의 사물은 여전히 빛을 80%이상을 반사할 정도로 매우 빛난다.

 

이렇듯, 빛이 줄어드는 건 직선처럼 줄어드는게 아니라 코사인 그래프마냥 한동안 높이 유지되다가 급격히 떨어지는데,

 

이를 가지고 해당 현상은 람베르트의 코사인 법칙으로 불리게 된다.

 

- 두 그래프 비교. -

 

두 모델을 비교하면 위와 같다.

 

좌측이 우리가 흔히 오해하는 선형모델, 우측이 현실과 가까운 램버시안 모델인데,

 

현실 법칙을 반영한 우측 그래프에서 사물이 훨씬 더 밝게 유지되다가 마지막에 급격히 어두워지는 확인할 수 있다.

 

- 3D 구를 통해 비교한 두 모델. -

 

이를 실제로 3D 환경에서 적용하면, 현실을 반영한 램버시안 모델에서는 사물이 훨씬 더 밝게 묘사되는 걸 볼 수 있다.

 

여기서 또 하나 포착해야 하는 것이 뭐냐면, 밝은 부분과 어두운 부분이 바뀌는 경계를 넘어선 순간 어두운 부분은 두 모델의 차이가 그다지 없다는 점이다.

 

즉, 괜히 '아, 더 밝게 표현해야하는구나' 하고 그림자 영역까지 밝게 하지 말고 어두운 부분은 그대로 어둡게 그려야 한다는 것이다.

 

 

또한, 에어브러시 툴로 명암표현을 하면 그림이 구려보이는 이유 중 하나가 이거 때문인데,

 

에어브러시는 채색량이 일정한 간격으로, 즉 선형적으로 줄어든다.

 

현실의 빛은 그러지 않기 때문에 이를 고려하고 에어브러시를 써야 하는데,

 

보통은 그러지를 못해서 선형적인 밝기변화를 보이고, 그래서 현실의 명암표현과는 동떨어져 보이기 십상이다.

 

 

그렇다면 람베르트의 코사인 법칙을 염두에 두고 명암 표현을 할 때, 이를 어떻게 암기하는게 좋을까?

 

무식하게 각도가 10도 틀어질 때마다 99, 97, 89, 82%씩 줄어든다고 암기하는 건 그다지 효율적이지가 못하다.

 

여기서는 디즈니와 루카스 아츠를 비롯한 여러 회사에서 작업을 한 마르코 부치의 명암 강좌가 크게 도움이 된다.

 

 

 

해당 영상에서 람베르트의 코사인 법칙과 관련된 부분만 추려내서 정리를 하면

 

1. 그림자의 경계를 찾아내고, 밝은 영역과 어두운 영역 딱 두 밝기정도만 써라.(명+암)

2. 밝은 영역에서 어두운 부분으로 갈 때, 엄청 살짝씩만 더 어두워지게 만들어라.(얘까지 해서 3개)

3. 2번에서 말하는 살짝 더 어두운 부분(하프톤)은 딱 중간이 아니고 밝은 영역에 훨씬 더 가깝다.

 

되겠다.

 

 

정리

 

우리는 명암 표현을 할 때 밝은 부분이 계단식으로 점차 줄어드는 식으로 흔히 생각하는데, 이는 잘못된 것이므로

 

밝은 부분에서는 엄청나게 조금씩 조금씩 어두워지다가 (그림자의 경계를 만나는 순간) 확 어두워지게 그리는게 더 정확한, 그러므로 일반인이 보았을 때 더 잘 그린 그림이다.