[공부] 빛의 특성

1. 빛이란?

다른 **모든 물질을 드러나게 하는 비물리적 물질**이다.

아무것도 보이지 않는 공간에 빛이 있음으로써 공간을 인식하게 되고 사물의 형태도 깨닫게 해준다.

이처럼 빛은 무언가를 드러낼 수도 있고, 무언가를 숨길 수도 있고, 특정한 의도를 통해 실용적인 혹은 심미적인 효과를 만들어줄 수 있다.

목적지를 표현해 준다거나, 긴박한 상황을 표현하여 긴장감을 고양시켜줄 수 있다.

같은 공간, 같은 사물이더라도 라이팅 연출에 따라 무드가 판이하게 바뀔 수도 있다.

더욱 돋보이게, 더욱 못나 보이게 하는 것도 빛의 역할이다.

빛의 물리적인 특성은 실제로는 여러가지가 있지만 게임 그래픽적인 측면으로 볼 때는 크게 직접광과 간접광으로 구분되고 거기서 자연광과 실외조명, 또는 인공광과 실내조명이 존재한다.

2. 직접광 [Direct Light]

직사광이라고도 한다.

이름처럼 피사체에다가 빛을 직접 조사하는 광선을 뜻한다.

**어디에도 굴절되지 않고 반사되지 않고 직접적으로 빛을 전달하는 것**을 직접광이라고 말한다.

대표적으로 태양광이 있고, 무대 조명에 쓰이는 스포트라이트, 핸드폰의 플래시 라이트라든지.

그런 모든 광선들이 직접광으로 구분된다. 그림자도 뚜렷하게 그려준다.

3. 간접광 [InDirect Light]

**직사광이 사물 등에 반사되어 나오는 빛**을 말한다.

그렇기에 반사광이라고도 부른다.

빛이 빨간 판을 때려서, 그 빨간 판의 색이 여기저기 묻어난다 등.

간접광은 아주 자연스럽고 부드럽게 화면에 그려지기 때문에 미술적인 측면에서 굉장히 중요한 빛이다.

빛이 튕겨서 그려지기 때문에 **바운스 라이트**라고도 부른다.

4. 전역 조명 [Global Illumination, GI]

이런 직사광과 간접광의 조합을 **전역 조명. 글로벌 일루미네이션, GI**라고도 부른다.

앞으로 게임 라이팅을 한다고 하면 아주 많이 듣고 겪게 될 용어다.

이런 GI가 왜 중요하냐면 현재 3D 그래픽 기술이 엄청나게 발전되었음에도 불구하고 이런 간접광을 그리기 위해서 필요한 계산량이 아주 방대하기 때문에 이 GI를 리얼타임(실시간)으로 구현하는 것은 정말 최근에서야 영상 수준에 가깝게 올라왔다.

게임 그래픽에서는 실시간으로 구현하는 것이 지금에서도 그렇게 만만한 일은 아니다.

지금도 모바일 게임은 말할 것도 없고 많은 게임들이 퍼포먼스, 즉 게임의 성능을 위해서 실시간 GI를 포기하고 있는 경우도 있다.

게임 그래픽과 영상 그래픽의 결정적인 차이가 바로 이 GI의 퀄리티가 큰 지분을 차지하고 있다고 보면 된다.

5. 라이팅에 따라 게임이 무거워지는 이유.

과거에서부터 지금까지도 라이트맵, 언리얼에서는 라이트매스라고 부르는 기법으로 미리 방대한 간접광 계산을 텍스처에다가 구워버린다(베이크)의 개념으로 게임을 제작했었다.

물론 이 방식도 한계가 명확했다.

언리얼에서 기본으로 제공하는 실시간 라이트는 간접광을 전혀 그리지를 못했다.

그렇기 때문에 간접광을 표현하기 위해서 라이트를 추가로 배치하거나 그런 경우도 있는데, 그렇게 되면서 라이트를 추가로 배치한 만큼 게임이 무거워지는 것이다.

6. 언리얼5가 가장 큰 환호를 받는 이유 중 하나인 루멘(LUMEN)

루멘이 실시간 GI를 기존보다 **비교적 적은 연산량으로 구현을 해놓은 기술**이다.

물론 루멘 이외에도 독자적인 솔루션(해결책)이 존재하며 기술력이 좋은 회사들은 나름대로 해결법을 찾아 실시간 GI를 게임에 적용시키는 회사도 있었다.

예를 들면 프로스트바이트 엔진을 쓰는 유명 FPS 게임 배틀필드 3편(2011년 출시)이 실시간 GI 기술을 적용시켜 활용했다.

7. 자연광(실외조명) [Natural Light]

**자연에서 오는 빛. 즉, 햇빛**을 의미한다.

지구에서 자연광이라고 부를만한 것은 태양말고는 없다.

달빛 역시 태양이 달에 반사되어 비춰지는 것이고, 별빛은 무언가를 비추기에는 너무나도 약한 빛이다.

태양광은 기본적으로 웜톤의 따뜻한 색. 빛의 감쇠가 일어나지 않은 직선광이다.

일반적으로 빛은 **광원에서 멀어질수록 빛이 약해**지기 마련인데 이걸 **빛의 감쇠**라고 한다.

태양은 방향만 조절할 수 있고 감쇠는 전혀 일어나지 않는 빛이다.

태양은 지구에서 거의 1억 5000만km나 떨어져 있는 곳인데, 빛이 지구에 닿는 데까지 걸리는 시간만 8분, 그 정도로 먼 거리를 달려온 빛이 지구에 와서 몇 미터 더 간다고 빛이 약해지거나 이러지는 않는다.

대신 구름이나 반투명한 창문 이런 여러 가지 요소에 부딪히고 확산되고 이러면 태양 빛이 약해질 수 있다.

그렇기에 흐린 날은 시간이 비록 한낮일지라도 빛이 구름에 산란이 되기 때문에 그 그림자가 매우 부드러워지게 된다.

해가 뜨는 것을 일출, 지는 것을 일몰이라 하는데, 이 때는 하늘의 컬러가 한낮에 비해서 굉장히 풍부해지기 때문에 골든아워라고 부르면서 많은 사진 제작자, 영상 제작자들이 좋아하는 시간대이기도 하다.

일반적으로 일출 때보다, 일몰 때가 좀 더 레드 톤이 가해지는 등 미묘한 차이가 있는데 아침과 저녁의 대기와 온도의 수분 차이로 인해 그런 차이가 발생한다.

낮 동안 햇빛과 복사열에 달궈진 대기가 새벽을 거쳐서 아침이 되면서 냉각되고(일출),

한낮에는 사람들이 활동을 하니깐, 낮에 먼지나 자동차 배기가스 이런 것들이 대기 중에 더 쌓이기 때문에(일몰),

이런 것들이 하늘의 컬러에 영향을 주기도 한다.

8. 밤

밤에는 태양 대신 달이 떠있다.

달빛은 태양 빛이 반사된 빛이고, 달 자체는 빛을 내지 않는다.

그래서 달은 대기의 영향을 크게 받기 때문에 대기의 상태에 따라 보이는 색이 제각각이 된다.

공기 중에 불순물이 많을수록 붉어지고, 적을수록 하얘진다.

파장이 짧은 색은 전부 산란되어 버리고, 남은 색만 우리 눈에 도달하기 때문이다.

밤하늘에 한 가지 또 명심해야 할 것은 밤이라고 해서 꼭 밤하늘이 검은색이지는 않다**.**

밤하늘 역시 낮에 비해서 그 정도가 약할 뿐 다양한 컬러를 가지고 있다.

9. 인공광(실내조명) [Artificial Light]

촛불, 형광등, 네온사인. 이런 **인위적으로 만들어진 조명**이자 주로 실내를 장식하는 광원이다.

실내광의 경우에는 자연광인 햇빛이 집에 들어오면서 1차로 창문을 통해 들어온다.

그럼 확산이 이루어지고 그 확산된 빛이 다시 바닥, 벽, 천장 이런 온갖 곳을 바운스를 하면서 태양 빛이 본래 가진 광량이 약해지게 된다.

그리고, 실내광의 경우에는 태양보다 훨씬 작고 약한 인공조명들 이런 것들이 장식하게 되는데 이런 광원들은 다 감쇠가 이루어진다.

거리가 멀면 없어지고, 닿는 한계 범위가 생긴다.

그래서 넓은 공간을 빛으로 채우려면 꽤나 많은 라이트가 필요하다.

그리고 광원의 종류에 따라서 컬러 역시 다양하게 있다.

그만큼 라이팅 아티스트가 할 일이 많은 게, 실내조명 혹은 밤 시간대의 조명들이 손이 많이 가기 때문이다.

광원을 많이 설치하다보면 게임이 무거워질 수 있기 때문에 페이크를 잘 활용해서 배치를 해야 한다.

라이트를 하나 박혀 있는데, 그로 인한 불필요한 부분의 그림자들은 꺼버린다는 등 요령이 필요하다.