현실은 혼란이다.
(Reality is Chaos)

제 3부

Reality Clinic을 다시 방문해주신 여러분을 환영합니다. 이번에는 포토리얼리즘(Photorealism, 사진과 같은 사실성)의 구현을 위한 원칙들 중 마지막 4가지 원칙에 대하여 알아보겠습니다. 먼저 기억을 되돌려 사실적인 3D 구현을 위한 10가지 원칙들을 다시 상기해보겠습니다.

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 여섯가지 원칙에 대해서는 이미 지난 시간에 이야기 하였습니다. 이제, 마지막 4가지 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. 장난감을 만드는 노인 Papagaio씨가 만든 인식을 가진 로봇이 펼치는 경주에 관한 이야기입니다. 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

그림 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.

원칙 7: 흠, 상처 그리고 멍 자국
(FLAWS, SCRATCHES and DINGS)

표면에 흠집하나 없는 물건은 전혀 사실적으로 보이지 않습니다. 이제 막 포장을 벗긴 물건에도 미세한 흠은 존재합니다. 컴퓨터 그래픽은 흠집 하나 없이 매끈한 물건을 너무나 쉽게 만듭니다. 하지만 실제 세상은 그렇게 완벽하지 않습니다. 여러분이 만든 물체를 좀더 사실적으로 나타내기 위해서는 약간의 흠과 상처 자국을 추가해야만 한다는 사실을 명심하십시오. 지금까지 표면에 흠집하나 없는 3D 탁자를 얼마나 많이 봐왔는지 모르겠습니다. 나무로 만들어진 모든 물건들은 새 것이 아닌 이상 표면에 상처가 있습니다. 사실, 새 것이라고 해도 이동 도중에 상처가 생길 수 있습니다.

여러분이 만든 물건에 상처를 내기 위해서는 그 장면의 환경을 조사하는 일이 선행되어야 합니다. 다음은 여러분이 흠, 상처를 적용하려 할 때 고려해야 할 사항입니다.

1. 어떠한 재질로 이루어져 있는가? 이것이 가장 중요한 질문입니다. 재질은 여러분이 적용할 흠집의 종류를 좌우하는 결정적인 요소 입니다. 나무는 표면에 흠집이 나타나기 가장 쉬운 재질이며, 마분지 같은 종이와 플라스틱은 때와 얼룩에 의해 자주 더러워 집니다. 반면, 금속은 일반적으로 표면에 흠집이 거의 나타나지 않습니다. 철과 같은 단단한 금속은 일반적으로 표면에 긁힌 자국이 나타나며, 납, 알루미늄, 구리, 놋쇠와 같은 부드러운 금속은 움푹 들어간 자국을 가집니다. 이렇게 움푹 들어간 자국은 보통 물체가 무엇인가에 부딪혀 생긴 것으로 간주됩니다. 여러분은 산업현장의 이미지에서 무언가와 부딪힌 많은 금속을 상상할 수 있습니다. 섬유 또한 주요한 재질들 중 하나입니다. 섬유는 종종 찢겨지곤 하기 때문에, 여러분은 꿰메어진 형태도 상상할 수 있습니다. 물체에 재질을 적용할 경우 잠시 생각할 시간을 가지십시오.

2. 물체가 얼마나 자주 사용되었는가? 거의 모든 물체에는 자주 사용되는 몇몇 특정 부위가 있습니다. 따라서 흠집과 상처를 적용하기 위하여 물체가 얼마나 자주 사용되었는지 생각해볼 필요가 있습니다. 가정용품, 공구, 운동용품, 오락기구, 옷 같은 물품들은 매우 자주 사용됩니다. 이러한 물품은 표면에 상처를 가지기가 쉽습니다. 전 청바지를 입은 3D 캐릭터들을 수 없이 봐왔습니다. 하지만 무릎부위가 낡아서 헤어진 자국을 가진 바지를 입고 있는 캐릭터는 아직 못 봤습니다. 만약 해당 물품이 자주 사용되었다면, 반드시 사용되었던 흔적이 나타나야만 합니다, 아무리 사소한 흔적이라도 말입니다. 마모된 흔적이 전혀 없는 비현실적인 공구도 수없이 봐왔습니다. 여러분은 물체에 재질을 적용하기 전에 물체가 얼마나 자주 사용되었는지 생각하는 시간을 가져야만 합니다.

3. 누가 물건을 사용하였는가? 거의 모든 3D 아티스트들이 물건에 재질을 적용할 때 이점을 생각하지 않습니다. 해당 물건을 사용하는 사람의 개인적 특성을 고려하는 건 매우 중요한 일 입니다. 만약 그 물건의 사용자가 자동차 정비공이라면, 해당 물건들은 매우 심하게 마모된 상태 일겁니다. 그 물건들은 땅에 떨어지고, 발에 차이기도 하며, 차고에 있는 물건들에 부딪히기도 합니다. 만약 그 물건이 아이들의 장난감이라면, 여러분은 해당 물체에 생긴 심각한 상처를 금방 알아볼 수 있을 겁니다. 물건에 마모의 흔적을 적용하기 전에 해당 물건을 다루는 사람의 특성을 생각하십시오.

4. 물건이 위치하는 장소는 어디인가? 물건이 놓여진 위치는 표면에 나타나는 마모와 상처의 정도를 결정합니다. 다시 말해, 물건이 위치한 장소는 표면의 마모 상태에 매우 큰 영향을 끼칩니다. 예를 들겠습니다: 만약 여러분이 어떠한 물건을 높은 선반에 올려놓았다면, 그 물건들은 가벼운 흠집 하나 없이 존재할 겁니다. 하지만, 그 물건들이 아이들의 손이 닿을 수 있는 곳에 위치한다면, 상태는 더욱 심해지겠죠? 이건 물론 극명하게 나타나는 사례지만, 그렇지 않은 사례도 있습니다. 여러분이 임시 차고에 자동차를 주차해놓았다고 가정하겠습니다. 그리고 기둥들이 차고의 영역을 표시하고 있습니다. 자 이제 자동차를 후진합니다. 기둥에 흠집이 전혀 없습니까? 이런, 여러분은 매우 대단한 운전 실력을 가졌군요. 그렇다면, 주차장에서 주차를 대신 해주는 사람들이 주차중 차문에 상처를 남긴 경우는 없었습니까? 단 한번도 그런 일이 없었다면 말이 안됩니다. 무슨 말인지 이해가 갑니까? 여러분은 이러한 효과를 적용하기 위해 독창성을 가질 필요가 있습니다. 여러분의 장면에 독창성이 주어질수록 그 장면은 더욱 사실적으로 보일 겁니다.

[그림 1.2] 노후된 효과를 연출하기 위해서는 상처와 흠집이 꼭 필요합니다.

자 이제 좀더 즐거운 시간을 갖겠습니다. 선반에 위치한 물체들에 대하여 다음과 같은 질문을 해봅시다. 그림 1.2를 보겠습니다. 이 장면은 Gizmo의 몸체를 좀더 근접해서 잡은 장면입니다. Swiss제 다용도 칼의 표면에 적용된 효과에 대해 살펴 보십시오.

Gizmo는 많은 폐품을 이용하여 만들어졌습니다. 우리는 Papagaio씨가 이 다용도 칼을 길가의 도랑에서 주었다고 가정하겠습니다. 아마도 이 칼은 누군가의 주머니에서 흘러나와 도랑으로 떨어졌을 겁니다. 따라서 우리는 칼이 있었던 위치에 대해 알 수 있습니다. 또한 이 가정은 이 칼이 자주 사용되었고, 도랑에 빠지면서 상당한 손상을 입었다는 사실도 말해줍니다. 우리는 이 칼의 겉이 플라스틱으로 되어 있어 흠집이나 상처가 쉽게 날 수 있다는 사실도 압니다. 이러한 가정 아래에서 물체의 재질이 결정됩니다. 마지막 의문은 누가 칼을 사용했는가 입니다. 아니, 이 경우에는 ‘누가’가 아니라 ‘어떻게’ 칼을 사용했는가 알아봐야 되겠군요. 칼은 도랑에 빠져있었습니다. 일반적인 상황은 아니지만 우리는 이 칼이 Papagaio씨의 눈에 들어오기 전에 도랑에 빠져있던 시간에 대해 생각해봐야만 합니다. 도랑을 흐르는 물은 칼을 몇 차례에 걸쳐 밀어내었기 때문에 결국 이 칼이 Papagaio씨의 눈에 들어왔을 겁니다. 따라서 칼을 둘러싼 플라스틱 몸체에는 몇몇 상처가 생겼을 겁니다. 그림 1.2를 다시 보겠습니다. 여러분은 칼에 생긴 상처를 볼 수 있을 겁니다. 이렇듯 가정과 이를 바탕으로 한 적절한 효과의 적용이 모델에 자연스러운 사실성을 부여합니다.

그림 1.2에 표면에 적용된 효과에 대한 다른 좋은 예가 있습니다. 다리와 몸통을 연결하는 관절을 살펴보십시오. 이 물체는 흠집이 거의 없습니다. 왜 그럴까요? 사실 이 물건은 새 것이기 때문입니다. 따라서 흠집이 있을 이유가 전혀 없습니다. 이미지 왼쪽에 보이는 깡통 안에서 나사, 볼트와 같은 다른 금속과 함께 보관되고 있었습니다. 이 관절부는 부드러운 금속이기 때문에 다른 금속들이 깡통 안으로 쏟아져 들어올 때 그 충격으로 표면에 흠집이 생깁니다. 물론 Papagaio씨가 깡통 안에서 무언가를 찾기 위해서 손을 휘저을 때도 표면에 상처가 생깁니다.

여러분께서 보시다시피, 물체의 표면에 적절한 효과를 적용하기 위해서는 약간의 계획이 필요합니다. 약간 수고스러운 작업이 될 수도 있지만, 극히 사실적인 최종 결과를 보게 되면, 그 시간의 투자에 대해 전혀 아까워 하지 않을 겁니다. 단순히 마모된 물품들을 장면에 마구 도입시켜서는 안 된다는 사실을 명심하십시오. 만약 여러분이 과도하게 마모효과를 가한다면, 물체는 전혀 사실적으로 보이지 않을 겁니다. 그저 물체의 표면에 상황에 적합한 변화만 나타나도록 하면 됩니다. 핵전쟁 이후의 세상이 아닌 이상, 완전히 망가진 물건을 사려는 사람은 아무도 없을 겁니다.

자, 이제 연출과 표면에 대한 원칙에 대하여 모두 알아봤습니다, 이제 모델링에 대한 원칙을 알아보겠습니다.

원칙8: 부드러운 모서리
(BEVELED EDGE)

거의 모든 3D 물체들이 놓치는 공통적인 요소가 무엇일까요? 그건 바로 부드러운 모서리의 각 입니다. 많은 3D 모델에서 부드러운 모서리를 가진 모델을 찾기는 매우 어려울 겁니다. 이 문제는 이 세상에 실제로 존재하는 인공적으로 만들어진 모든 물체들은 모서리가 부드럽다는 사실에 기인합니다. 우리가 사는 실제 세상에서 물체의 날카로운 모서리는 사람에게 상해를 입힐 수 있기 때문에 부드럽게 가공됩니다. 3D에서 이러한 모서리 처리(Beveling)가 필요한 이유는 두 가지 입니다. 첫번째 이유는 실제 세상에 존재하는 동일한 물체를 그대로 재현하기 위해서 이며, 두번째 이유는 반사 때문입니다. 앞에서 이미 논의하였듯이, 반사는 광원에서 발생한 빛이 물체의 표면에서 반사되어 나타나는 현상입니다. 그리고 부드러운 모서리에는 이러한 반사가 아주 미세하게 나타납니다. 이러한 현상은 물체가 움직일 때 더욱 잘 나타납니다. 우리는 실제 세상에서 이러한 광학 효과에 익숙해져 있습니다. 따라서 이러한 효과가 없다면 3D 물체는 비 현실적으로 보일 겁니다.

작업 선반 장면에서는 모서리들이 어떻게 처리가 되었는지 알아보겠습니다. 그림 1.3을 보십시오. 여러분은 6각 나사를 볼 수 있습니다. 바로 이 나사가 간단하지만 효과적인 모서리 처리의 예 입니다. 여러분은 부드럽게 처리된 너트 바깥쪽 모서리를 볼 수 있습니다. 부드럽게 처리된 모서리에 형성된 하이라이트를 자세히 살펴보십시오. 위의 예는 극명한 사례입니다. 이제 시각적으로 덜 드러나지만 중요한 예를 살펴보겠습니다. 커터 칼을 몸체의 모서리를 자세히 살펴보십시오. 여러분은 반사광의 선이 모서리에 멋지게 형성된 걸 볼 수 있습니다. 여러분은 동으로 된 그립(Grip:칼날을 밀어 내는 부분)에 형성된 반사광 또한 볼 수 있습니다. 이러한 효과 때문에 커터 칼은 더욱 실제적으로 보입니다.

자 여기에, 모서리 처리에 대한 더욱 극명한 사례가 있습니다. 이제 정말 거의 의식되지 않는 모서리 처리 사례를 알아보겠습니다. 전선을 감싸고 있는 외피를 자세히 살펴보십시오. 모서리가 부드러워 보인다는 사실을 알게 될 겁니다. 아주 사소한 모서리 처리지만, 이로 인하여 전선은 더욱 사실적으로 보입니다. 절단기로 전선을 자를 때, 절단기로 잘리는 모서리는 잘리면서 눌려집니다. 3D 물체에 형성되는 완만한 모서리는 물체가 무언가에 눌린 것처럼 보이게 합니다. 만약 이렇게 부드러운 곡선을 가지고 있지 않다면, 전선은 평평하게 보일 겁니다. 그렇게 되면 전선 외피에 형성되는 반사광은 사라지고, 전선은 비 현실적으로 보이게 됩니다. 비록 장면 전체에서 전선이 차지하는 비중이 작지만, 여러분의 눈은 불규칙한 반사광에 시선을 맞춥니다. 지금 까지 여러분은 가장 작은 요소가 장면 전체의 사실성에 얼마나 큰 영향을 끼칠 수 있는지 보았습니다.

[그림 1.3] 모서리를 부드럽게 처리함으로써 사실적인 반사광을 연출한다.

꼭 모든 모델에 부드러운 모서리 처리가 필요한 건 아닙니다. 오직 인공적으로 만들어진 물체들의 모서리만 부드럽게 처리하면 됩니다. 금속, 나무, 플락스틱 오직 이 세가지 물질의 모서리만 부드럽게 표현하면 됩니다. 이 외에 다른 재질로 만들어진 모델이라면 부드러운 모서리를 가져야 할 필요가 없습니다. 자 이제 모델링의 또 다른 원칙 물질의 굵기(Object Material Depth)에 대하여 알아보겠습니다.

원칙9: 물질의 굵기
(OBJECT MATERIAL DEPTH)

대부분의 3D 모델들에 대하여 제가 가진 가장 큰 불만은, 모델들이 물질적인 굵기를 가지고 있지 않은 점입니다. 단지 단순한 물체의 굵기를 이야기하는 것이 아닙니다. 제가 이야기하고자 하는 건 물질 고유의 굵기(Depth)입니다. 전 지금까지 종이처럼 얇은 3D 객체를 수 없이 많이 봐왔습니다. 이 문제는 주로 캐릭터가 입고 있는 옷에서 발견됩니다. 마치 캐릭터가 종이를 입고 있는 것처럼 보이죠. 물론 한여름에 모델을 시원하게 해주기 위한 방법으로는 최고지만, 전혀 사실적으로 보이지 않기 때문에 문제가 됩니다. 실제 세상에 존재하는 모든 물질들은 굵기를 가지고 있습니다. 이 세상에 평면적인 폴리곤의 굵기와 동일한 굵기를 가진 물체는 거의 존재하지 않습니다. 물론 종이도 마찬가지입니다.

[그림 1.4] 물체의 재질에는 굵기(Depth)가 있어야만 합니다.

그림 1.4를 보십시오. 이 장면은 작업 선반에 놓여있는 카메라 상자를 확대한 장면입니다. 이 장면은 물질의 굵기를 보여주는 대표적인 예입니다. 판지가 두께가 얼마나 되는지 주의하십시오. 만약 여러분이 좀더 자세히 관찰한다면, 여러분은 상자 라벨의 표면은 상자 라벨에 속한 것이 아니라는 사실을 알게 될 겁니다. 실제 세계의 라벨은 판지의 표면에 인쇄가 됩니다. 즉, 판지의 일부가 아닙니다. 만약 라벨 표면이 물질의 일부로서 보인다면, 이 상자는 이상하게 보일 겁니다.

이제 상자의 다른 쪽 끝을 보겠습니다. 여러분은 접힌 부분을 통해 상자가 조립되었다는 사실을 알 수 있습니다. 우리들은 단순한 사각형에 스캔한 이미지를 맵핑한 3D 상자를 너무나 많이 봐왔습니다. 이러한 상자는 물질의 굵기가 없기 때문에 전혀 실제적으로 보이지 않습니다. 사실 이 상자를 열어볼 수 있는 방 법은 없습니다. 비록 실제 텍스춰 맵을 스캔한다고 하더라고, 이러한 점은 상자에서 모든 사실성을 앗아갑니다. 3D 상자가 실제적으로 보이기 위해서는 물질의 굵기와 인공적으로 제조되었다는 증거가 있어야 합니다. 물론 상자도 반사광이 형성되는 약간 둥그스름한 모서리를 가져야만 합니다. 단순한 상자의 딱딱한 모서리는 전혀 현실적이지 않습니다.

여러분이 보시다시피, 물질적 굵기는 모델의 사실성에 커다란 영향을 끼칩니다. 물질적인 굵기를 적용하기는 비교적 간단하지만, 여러분은 이에 앞서 계획을 먼저 세워야 합니다. 모델링을 시작할 때 물질적인 굵기를 추가하기는 매우 쉽습니다. 모델링을 시작하기전에 물체의 재질에 대하여 생각할 시간을 가지십시오.

자, 지금까지 모델링에 관한 원칙을 알아봤습니다. 이제 사실적인 3D 구현을 위한 원칙들 중 마지막 원칙인 래디오시티(Radiosity)에 대하여 알아보겠습니다.

원칙10: 래디오시티
(RADIOSITY)

래디오시티는 사실적인 3D 구현을 위한 10가지 원칙 중 가장 중요한 원칙입니다. 제가 래디오시티를 마지막 항목에서 소개하는 이유는 래디오시티를 구현할 수 있는 3D 프로그램이 얼마 없기 때문입니다. 래디오시티의 의미에 대한 설명을 원하십니까? 좋은 질문입니다. 래디오시티는 시간과 면적에 따라서 표면에 형성되는 빛의 방사라고 정의할 수 있습니다. 이해가 되십니까? 이런, 저 또한 이해가 안됩니다. 간단히 말해서, 래디오시티는 간접적으로 비춰지는 빛이 물체들 사이에서 퍼져 나가는 현상을 뜻합니다. 마치 이 세상의 대부분의 물체들이 빛을 반사하는 것과 마찬가지로 말입니다.

여러분은 모든 방의 조명은 광원에서 발생하는 직접적인 빛에 의해 이루어지는 것이 아니라 물체에 의해 반사되는 빛에 의해 이루어 진다는 사실을 알면 놀랄 겁니다. 예를 들어보겠습니다: 4개의 벽을 가진 방을 만들었다고 가정합시다. 이 방에는 약간 광택성을 가진 도료가 칠해져 있습니다. 그리고 바닥에는 리놀륨(Linoleum:실내 바닥에 설치하는 재료)이 깔려있습니다. 자 이 방을 응접실이라고 부르겠습니다. 이제 응접실 가운데에 탁자를 놓고 바로 위에 단 하나의 광원만 위치시켜 빛을 발하게 했습니다. 탁자의 다리가 모입니까? 실제 상황에서는, 볼 수 있습니다. 빛은 탁자에서 반사된 다음 벽에 반사되고 마지막으로 마루에 반사되고, 이로 인하여 탁자의 다리가 비추어집니다. 자 이제 같은 실험을 3D 장면에서의 일반적인 광원을 이용하여 다시 해보겠습니다. 탁자의 다리가 보입니까? 아쉽게도 볼 수 없습니다. 3D 물체는 빛을 반사하지 않습니다. 바로 이 때문에 진정으로 사실적인 장면을 창조하기 위해 래디오시티가 필요합니다.

자 이제 여러분은 래디오시티의 개념을 이해했기 때문에, 래디오시티가 포토리얼리즘에 중요한 이유를 이해할 수 있습니다. 아쉽게도, 거의 모든 3D 장면들이 미흡한 반사광을 단점으로 지니고 있습니다. 이 점에 있어서 아티스트들이 할 수 있는 일은 아무것도 없습니다. 현재로선 거의 모든 3D 프로그램들이 지닌 한계이기 때문입니다. 왜냐구요? 간단합니다. 래디오시티는 가장 구현하기 복잡한 조명 공식이기 때문입니다. 물론 렌더링 시간도 심각하게 길어집니다. 하지만, 점점 많은 3D 프로그램들이 래디오시티 솔루션을 구현하고 있다는 반가운 소식이 들리고 있습니다. 자~ 이제, 여러분의 3D 프로그램에서 래디오시티가 구현될 때 까지 뭘 할겁니까? 한번 비슷하게 시도해 보는 건 어떨까요?

여러분의 손을 아끼지 마십시오.

자, 이제 사실적인 3D 구현을 위한 10가지 원칙에 대한 모든 설명이 끝났습니다. 뭐 그렇게 나쁘진 않았다고 생각합니다. 자 이제부터 시작입니다. 여러분은 선반 장면에 사실성을 부여하기 위해 각각의 원칙들이 어떻게 적용되었는지 알고 있습니다. 이제 그 원칙들을 여러분이 창조한 이미지에 적용할 차례입니다.

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.

Bill Fleming이 말하는 사실적인 3D원칙 [1부]

Bill Fleming이 말하는 사실적인 3D원칙 [2부]