제 2부

리얼리티의 세계로 다시 돌아온걸 환영합니다. 이번에는 포토리일러즘(Photorealism, 사진과 같은 사실성)을 구현하기 위한 나머지 원칙들에 대하여 알아보겠습니다. 지난번에 우리들이 이야기했던 사실적인 3D 구현을 위한 10가지 원칙에 대하여 기억하십니까? 기억이 안 나신다구요? 좋습니다. 다시 한번 돌이켜보겠습니다.

사실적인 3D 구현을 위한 10가지 원칙:

1. 난잡함 & 혼란 (Clutter & Chaos)
2. 케릭터의 개성 & 보는 이의 선입견 (Personality & Expectations)
3. 그럴듯함 (Believability)
4. 표면 재질 (Surface Texture)
5. 반사 (Specularity)
6. 때, 먼지, 그리고 녹(Dirt, Dust and Rust)
7. 흠, 상처 그리고 멍 자국 (Flaws, Scratches and Dings)
8. 부드러운 모서리 (Beveled Edges)
9. 물질의 굵기 (Object Material Depth)
10. 래디오시티 (Radiosity)

처음 세가지 원칙에 대해서는 이미 지난 시간이 이야기 하였습니다. 이제, 4,5,6 번째 원칙에 대하여 이야기할 차례입니다. 시작하기 전에, 지난시간에 보았던 예시장면과 배경에 대하여 다시 알아보도록 하겠습니다. 그림 1.1을 보십시오.

'Dwellers'(거주자)는 캘리포니아 남쪽에 위치한 Komodo Studio에서 제작한 3D 에니메이션입니다. 장난감 을 만드는 노인 Papagaio씨가 만든 인식을 가진 로봇이 펼치는 경주에 관한 이야기 입니다. Papagaio씨는 지하 작업실에서 첫번째 Dweller 'Gizmo'를 만들었습니다. 짧은 이야기를 더욱 짧게 만들기 위하여, Papagaio시는 버려진 쓰레기와 폐품을 이용하여 Gizmo를 만들었습니다. Dweller는 실제 세상에 존재하는 물건들로 만들었는데, 이점은 사실성을 더욱 공고이할 뿐만 아니라, 기계의 움직임과 모델링, 그리고 표면 속성을 결정하는데 도움을 줍니다.

[그림 1.1] 포토리얼리즘(Photorealism)의 적용

그럼 1.1은 Papagaio씨의 작업선반에 놓여있는 Gizmo의 모습입니다. 이 장면은 약 새벽 1시에 Papagaio씨 집의 지하를 연출한 겁니다. Papagaio씨는 어느 누구에게도 Dweller를 들키고 싶지 않았기 때문에 작업선반을 비추기 위해 오직 단 하나의 전구만 사용하였습니다. Papagaio씨는 Gizmo의 두뇌인 회로 기판을 Gizmo에 부착함으로써 작업을 마무리 지었습니다. 이 장면은 Gizmo가 생명을 얻는 순간을 포착한 겁니다.이제 이장면의 배경을 이해하였으니, 사실적인3D구현을 위한 원칙들이 어떻게 Dweller의 이미지에 적용되었는지 알아보겠습니다.

실제 세상에 존재하는 물체들은 표면 재질을 가지고 있습니다. 이제부터 이야기할 재질(Texture)을 일반적으로 3D 분야에서 이야기하는 재질과 혼동해서는 안됩니다. 재질은 단지 물체에 적용된 채색만을 뜻하는 것이 아닙니다. 사실, 재질의 정확한 의미는 물체의 거친 정도(Roughness)와 매끄러움 정도(Softness)를 뜻합니다. 물체의 표면에는 여러분이 감촉을 통해 느낄 수 있는 특성이 존재합니다. 즉, 모든 물체는 표면 재질을 형성하며, 부드러운 속성을 가진 물체도 있습니다.

대부분의 3D 물체들이 가지는 문제는 표면이 언제나 너무나 매끄럽다는 겁니다. 여러분은 윤이 나는 나무가 유리처럼 매끄러운 걸 볼 수 있습니다. 그러나 이러한 나무는 현실적이지 않습니다. 광택제를 사용하더라도, 광택제는 미세한 광택제 재질을 나무 표면에 남기면서 나무결 고유의 재질을 나타나게 합니다. 광택제를 이용하여 나무를 매끈하게 만들 수 있는 유일한 방법은 수 차례 광택제를 바르고 마지막으로 표면을 부드럽게 갈아내는 방법 뿐입니다. 하지만, 여러분이 이를 확인하기 위해서는 집을 저당 잡히고 수많은 탁자를 구입해야만 할 겁니다.

여러분은 나무가 인공적인 합판이라고 가정할 수 있지만, 그런 인공적인 나무를 장면에 도입하려는 이는 아무도 없을 겁니다. 여러분은 나무가 완벽하게 매끄러워질 때 까지 연마작업을 할 수 있습니다, 그리나 이 방법 역시 효과적인 방법은 아닙니다. 나무는 표면에 자연적인 나뭇결을 가지고 있습니다. 나뭇결을 완벽하게 제거하기 위해서는, 나무가 닳아 없어질 때 까지 갈아내는 방법 밖에 없습니다; 하지만 이 방법 역시 실용적인 해결방법과는 상당히 거리가 멉니다. 재질을 느낄 수 없다고 해서 재질이 존재하지 않는 건 아니라는 사실을 명심하십시오. 재질이 너무 미세해서 느끼지 못할 수도 있습니다, 그러나 물체가 반사될 경우 재질의 속성은 분명하게 드러납니다. - 특히 물체가 움직일 경우에는 더욱 그렇습니다.

광택제가 발라진 나무가 가지는 재질의 또 다른 특성은 광택제 자체에 의해 생기는 매우 미세한 범프(Bump) 입니다. 광택제가 마르면 매우 작은 공기 방울이 광택제 표면 아래에 형성 됩니다. 여러분은 원거리에서 관찰할 경우 이러한 사실을 알 수 없지만, 광택제가 발라진 책상을 근거리에서 바라보는 장면을 연출하고 싶다면, 광택제 범프 맵(Varnish bump map)을 추가해야만 합니다. 즉, 여러분은 광택제의 범프를 실제로 볼 수 없지만, 나무가 반사될 때 발생하는 영상 효과를 통해 이를 확인 할 수 있습니다.

[그림 1.2] 실제 세상에 존재하는 모든 물체들은 표면 재질을 가지고 있습니다.

그림 1.2를 보십시오. 이 그림은 Papagaio씨의 작업 선반을 좀더 가까이 바라본 장면 입니다. 여러분은 벽에 걸린 렌치의 미세한 범프 재질을 볼 수 있습니다. 보통 일반적인 공구들은 주로 크롬 합금으로 만들어 지는데, 보통 크롬 합금은 잦은 마찰로 인해 표면의 그렇게 거칠지 않습니다. 그리고 표면의 거친 정도가 불규칙한 크롬 합금도 있습니다. 이러한 크롬 합금의 재질은 공구를 사진처럼 사실적으로 보이게 하는 필수적인 요소 입니다. 전등의 목 부분에도 매우 미세한 범프 맵이 존재합니다. 이 부분의 재질은 정지된 상태에서는 뚜렷하게 나타나지 않습니다만, 목 부분이 움직일 경우 매우 뚜렷하게 나타나며, 물체 표면에 형성되는 반사광과 반사에 영향을 줍니다. 물론 나무도 미세한 재질을 가지고 있습니다. 좀더 자세히 관찰하면, 여러분은 나뭇결 사이에 존재하는 좀더 작은 선들을 볼 수 있습니다. 너무 미세한 재질이라서 거의 알아볼 수 없지만, 자세히 관찰하면 알 수 있습니다. 이러한 재질은 원거리 장면을 연출할 경우 필요가 없지만, 근접 장면을 연출할 경우 매우 중요한 역할을 합니다.

제가 너무 나무에 대해서만 설명했군요. 그러나 나무만 범프 맵을 필요로 하는 건 아닙니다. 여러분은 여러분이 연출한 장면에 나타나는 모든 사실적인 물체에 표면 재질을 적용해야 합니다. 특히, 플라스틱, 고무, 천, 금속은 물론이고 종이에도 추가해야 합니다. 여러분이 살고 있는 집에 있는 수많은 멀티미디어 기기들을 살펴보십시오. 만약 3D로 렌더링된 동일한 물체에 이러한 재질을 적용하지 않는다면, 그러한 물체는 전혀 사실적이라고 할 수 없습니다. 아무리 매끈한 플라스틱 물체라도 표면에 자체적인 반사광을 미세하게 왜곡하는 특성을 가지고 있습니다. 반사광은 표면의 사실성을 좌우 하는 매우 중요한 요소이자, 사실적인 3D 구현을 위한 10가지 원칙의 다섯번째 원칙이기도 합니다.

간단하게 이야기해서 반사광이란 광원으로부터 발생된 빛이 물체의 표면에 반사되는 현상을 의미합니다. 인간의 눈으로 봤을 때 가장 밝은 부분이며, 인간은 이를 통해 물체의 밝기와 강도를 짐작하게 됩니다. 반사광은 사실적인 3D 구현에 매우 중요한 요소로서, 표면에 실제적인 속성을 적용하기 위한 필수적인 요소 입니다. 반사광이 없는 물체는 단조롭고, 무미건조해 보입니다. 하지만 천 같은 경우 금속이나 플라스틱처럼 많은 반사광을 필요로 하지 않습니다. 여러분은 반사광과 물체 재질의 조합으로 실제적인 표면을 구현할 수 있습니다. 예를 들어 플라스틱은 거친 표면 재질을 가지고 있는데, 반사광이 적용될 경우, 표면 범프 윗면에 하이라이트가 형성됩니다. 이 하이라이트는 두 가지 역할을 합니다. 반사광의 형성은 표면 범프를 3D처럼 보이게 하며, 강도를 판단하게끔 합니다. 이제, 작업 선반 장면의 포토리얼리즘에 반사광이 어떤 영향을 주었는지 알아보겠습니다. 그림 1.2를 보십시오. 부드럽고 밝은 반사광이 전등 목의 각 부분에 어떻게 형성 되었는지 주의해서 살펴보십시오. 이 미세한 하이라이트가 물체의 포토리얼리즘을 가늠하는 중요 요소 입니다. 전등의 목은 다른 모든 금속처럼 낮은 반사도(Specular level)을 가진 크롬 알루미늄으로 만들어 졌습니다. 옅은 하이라이트는 인간의 눈이 표면을 식별할 때 금속으로 판단하게끔 합니다.

[그림 1.2] 실제 세상에 존재하는 모든 물체들은 표면 재질을 가지고 있습니다.

여러분은 전등 목 뒤에 있는 크리센트 렌치의 머리 부분을 볼 수 있습니다. 그리고 렌치의 굴곡마다 형성된 매우 옅은 하이라이트가 볼 수 있습니다. 렌치는 전등의 목과 다른 금속 표면을 가지고 있기 때문에 전등의 목 보다 낮은 반사도를 가집니다. 낮은 반사도는 하이라이트를 물체 표면 전체로 분산시키고 그리고 하이라이트는 거친 표면 재질에 의하여 부드러워집니다.

이제 왼쪽에 있는 개구형 렌치를 살펴보겠습니다. 이 렌치 역시 크롬 합금으로 만들어졌기 때문에 반사광이 표면 전체에 분산됩니다. 렌치 머리 부분은 광원에 대하여 평행한 평평한 표면을 가지고 있기 때문에, 은은한 반사광이 형성됩니다. 바로 이 경우가 금속 표면의 포토리얼리즘을 구현하기 위해 표면 재질이 필요한 경우 입니다. 재질을 적용하지 않을 경우 표면은 모든 표면 속성에 적용되는 반사광의 하이라이트에 의하여 새하얗게 나타날 겁니다. 반사광의 하이라이트는 표면 재질에 의하여 분산되고, 표면의 속성을 보전하는데 도움을 줍니다.

반사광이 수많은 실제적인 재질을 구현하는데 중요하지만, 물체의 어떤 부분에는 반사광이 적용될 필요가 전혀 없습니다. 예를 들어 보겠습니다. 여러분은 금속은 반사되길 원합니다. 하지만, 만약 그 금속이 부식되었을 경우는 어떻습니까? 보통 부식된 부분은 반사가 되지 않습니다. 따라서 여러분은 금속이 부식된 부분은 제외하고 반사되길 원할 겁니다. 이러한 경우는 우리가 제3부에서 이야기할 반사광 이미지 맵(Specular image maps)을 통해 해결할 수 있습니다. 여러분이 보았듯이, 적절한 반사광을 적용하기 위해서 장면의 환경에 대해 알아보는 것은 매우 중요합니다. 이제 "사실적인 3D 구현을 위한 10가지 원칙"의 여섯번째 원칙인 때, 먼지, 그리고 녹에 대하여 이야기하겠습니다.

일종의 노화현상(Aging)으로 일컬어 지는 때, 먼지 그리고 녹은 물체 표면을 나타내는데 매우 중요한 의미를 가집니다. 실제 세계에서 녹이나 때가 전혀 없는 경우는 거의 없습니다. 한번 여러분의 집이나 사무실을 둘러보십시오. 여러분은 거의 모든 것들이 먼지에 쌓여있다는 사실을 알게 될 겁니다. 만약 여러분이 아이들과 함께 산다면 양탄자에는 얼룩이, 벽에는 손자국이 가득할 겁니다. 전 여러분이 가지고 있는 식탁의 유리에 얼룩이 묻어 있으며, 천장 구석에는 거미집이 있다는 사실도 알고 있습니다. 만약 여러분이 놋, 동 혹은 은으로 된 식기를 가지고 있다면 변색되고 있을 겁니다. 전 아직까지 화면에 먼지가 안 쌓인 TV를 단 한번도 못 봤습니다. TV 수상기는 먼지를 빨아들이는 자석과 같습니다! 여러분은 TV가 켜져 있는 상태에서는 달라붙은 먼지를 볼 수 없지만, TV의 전원을 끌 경우 볼 수 있습니다. 물론, 그렇게 볼만한 모습은 아닙니다.

우리가 게으르고 청소를 안 하기 때문에 이러한 현상들이 발생하는 건 아닙니다. 사실 세상이 원래 그런 겁니다. 먼지는 어디에나 있으며 우리는 이로부터 벗어날 수 없습니다-우리가 멸균실에서 살지 않는 이상 말입니다. 그러나 거의 모든 3D 장면들은 Mr. 깔끔씨의 집을 방문한 순간을 잡은 것처럼 티끌하나 없습니다. 오점이 전혀 없는 장면은 자연스럽지 않습니다. 뭔가 대단해 보일 수는 있지만, 사실적으로 보이진 않습니다. 따라서 여러분의 장면에 이러한 노화현상을 도입하는 건 매우 중요합니다. 노화의 정도는 장면에 뒤에 깔린 이야기에 따라 결정 됩니다. 만약 여러분이 공장의 장면을 만들 계획이라면, 여러분은 모든 것을 먼지와 때로 덮어야만 합니다. 어떤 이들은 수술실에도 때가 전혀 없을 거라 생각하니, 여러분이 병원 수술실을 만들고 싶다면 이러한 고민에서 벗어 날 수 있을 겁니다. 여러분은 표면 표현에 대한 계획을 구상할 때 장면의 환경에 대하여 고려해야만 합니다.

그럼 그림 1.1 작업 선반 장면에서 다른 부분을 살펴보고, 어떤 부분에 노화현상이 적용되었는지 알아보겠습니다. 이전에 우리가 Papagaio씨의 성격에 대해 이야기 했던 것 기억하십니까? Papagaio씨는 똑똑한 발명가이기 때문에 그는 깔끔함과 혼란스러운 면모를 동시에 가집니다. 그의 성격은 이 장면 속 물체의 표면에 반영되어야 합니다. 작업 선반에 인두자국과 때가 어떻게 덮여 있는지 주의해서 살펴보십시오. 아무리 깔끔한 성격의 Papagaio씨 일지라도 작업 선반에 발생하는 때 자국을 막을 수는 없습니다. 여러분은 이 때들이 그다지 크지 않고 그냥 약간 지저분할 뿐이라는 것에 주의 해야만 합니다. 이는 Papagio씨의 성격이 장면에 반영되었기 때문입니다. 우리는 자세한 노화 효과(Aging detail)를 알아보기 위해 그림을 좀 더 자세히 살펴볼 필요가 있습니다.

[그림 1.3] Gizmo의 몸 기름통에 쌓여있는 녹과 부식을 볼 수 있습니다.

그림 1.3을 보십시오. 이 그림은 Gizmo의 기름통 몸체를 확대한 장면 입니다. 여러분은 몸체 윗부분이 녹이 슬고 부식되었다는 사실을 알 수 있습니다. 이 녹과 부식은 장면 전체에 있어 매우 중요한 의미를 가지는 요소 입니다. 기름통의 녹과 부식으로 인해 장면 속의 다른 녹이 그럴듯하게 보입니다. 우리는 Papagaio씨가 Gizmo를 손댔음을 생각해야만 합니다. 만약 그렇다면, 녹과 부식으로 인해 Papagaio씨의 손은 지저분할 겁니다. 그리고 녹이 Papagaio씨의 손을 통해 다른 물체들에 묻었을 겁니다. 여러분은 그림 1.1을 통해 이 사실을 확인할 수 있습니다. 그림 1.1에서 여러분은 인두기의 손잡이에 남아있는 Papagaio씨의 손자국을 볼 수 있습니다. 여러분은 배관용 테잎의 좌측과 중앙에 남아있는 때를 통해 Papagaio씨가 배관 테잎을 만졌다는 사실을 알 수 있습니다.

[그림 1.4] 오직 특정한 물체들만 때를 타거나 지저분하게 됩니다.

Papagaio씨의 흔적이 더 남아있는지 알아보기 위해 작업 선반 장면을 좀더 살펴보겠습니다. 그림 1.4를 보십시오. 이 장면은 참고 서적을 확대한 장면입니다. 책 표지에 손 자국이 어떻게 적용 되었는지 주의해서 살펴보십시오. 책에 남아있는 손 자국이 또 다른 미묘한 효과 입니다. 미묘한 효과지만, 이 손자국은 장면 전체를 그럴 듯 하게 보이기 위한 중요 요소 입니다. 지저분하고 더러운 선반 위에 때가 전혀 없는 책은 매우 어색하게 보일 겁니다. 여러분은 장면 전체를 연출한 다음, 이러한 효과를 어디에, 어떻게 적용할지 결정하기 위하여 한걸음 물러나 생각해야만 합니다.

[그림 1.5] 여러분은 장면 전체를 지저분하게 만드는 원인이 어떻게 장면에 영향을 끼치는지 알아야만 합니다.

Papagaio씨가 두손으로 선반위의 물체들을 지저분하게 만든다는 가정이 계속되면, 장면에는 좀더 특별한 효과(Aging)가 적용된 다른 물체들이 존재합니다. 그림 1.5를 보겠습니다. 이 장면은 카메라 상자를 확대한 장면 입니다. 카메라 상자가 열려있기 때문에, 우리는 Papagaio씨가 이미 카메라 상자에 손을댔음을 추정해야만 합니다. 따라서 카메라 상자에는 지문이 남아있어야 합니다. 만약 자세히 관찰한다면, 여러분은 열려진 상자 우측면과 상자를 열 때 손에 쥐었던 반대쪽 측면에서 각각 두개의 지문을 발견할 수 있을 겁니다. 이러한 지문 자국은 미세한 효과지만, 장면 전체의 포토리얼리즘을 구현함에 있어 보통 이상의 비중을 차지 합니다. 즉, 장면을 사실적으로 보이게 하기 위한 조치입니다. 만약 여러분이 그림 1.1을 자세히 살펴본다면, 여러분은 Papagaio씨가 사용하였던 도구들에 때와 녹 자국이 묻어있음을 알 수 있을 겁니다.

여러분이 보시다시피 이러한 효과는 사실적인 3D 장면을 구현하는데 매우 중요한 의미를 가집니다. 이러한 효과를 적용하기 전에, 여러분이 만든 장면에 어떤 종류의 효과가 어디에서 발생하여, 어디로 퍼지며, 어떻게 적용되어야 하는지 생각할 시간을 충분히 가지십시오. 매우 수고스러운 일이라고 생각될지 모르지만, 사실 매우 재미있는 일이기도 합니다. 여러분은 뒤처리에 대한 부담 없이 무언가 엉망진창으로 만들 기회를 얼마나 갖습니까? 만약 저와 비슷한 처지라면, 이러한 기회는 그렇게 많지 않을 겁니다.

자, 여기까지 사실적인 3D 이미지 구현을 위한 원칙 중 4,5,6 번째 원칙에 대하여 알아보았습니다. 다음에는 세부적인 모델링과 조명에 대한 원칙인 7,8,9,10 번째 원칙에 대하여 알아보겠습니다. 그때까지 지금까지 배운 원칙들을 연구해보고 다음 원칙에 대해 공부할 준비를 하시길 바랍니다.

다음 시간에 다시 만나겠습니다.

Bill Fleming은 사실적인 3D를 전문으로 제작하는 Komodo Studio의 대표이며, John Wiley & Soms 사에서 출판한 "3D Photorealism Toolkit"을 포함하여 많은 3D 서적을 저술하였다. 또한 3D 그래픽 실력을 향상 시키고 싶은 아티스트들을 위한 중/고급 튜토리얼을 다루는 Serious 3D Magazine의 주 편집위원으로서 활동하고 있다. 본 문서는 원작자의 동의아래에 번역되었음을 밝힌다.