우리는 세상을 회색조로 보는 것이 아니라 색으로 세상을 봅니다. 사물이 있는 그대로의 모습과 우리가 그 모습을 해석하는 방식은 물리학과 생물학에서 많은 맥락을 필요로 하는 복잡한 메커니즘입니다. 튜토리얼이 너무 길어 마감 시간을 맞출 수 없기 때문에 빛의 색상에 대해 많이 이야기하지 않겠습니다. (저는 카자흐인이기 때문에 어쨌든 만나지 못했습니다. 이 튜토리얼의 내용은 빛이 어떻게 이동하고 다른 기상 조건에서 장면에 어떤 영향을 미치는지 연구하는 것입니다. 우리는 빛의 일반적인 속성만 강조할 것이기 때문에 주로 그레이 스케일의 빛 여행의 예를 가질 것입니다.

빛

비전을 갖기 위해서는 빛이 있어야 합니다. 우리가 인지하는 이미지는 눈에 들어와 망막에 부딪히는 광선을 처리하는 시각 시스템의 방식입니다. 그림 1은 몇 개의 광선이 우리의 눈을 통과하여 꽃의 이미지를 인식하는 방법을 보여줍니다. 물론 빛의 광선은 꽃에서 비롯된 것이 아닙니다. 오히려 그것들은 어떤 빛의 근원에서 나와야 합니다. 칠흑같이 어둡지 않은 장면에는 태양이든 램프든 지금 보고 있는 디스플레이든 광원이 있어야 합니다.

 

[그림 1. 꽃을 바라보면(A.) 반사된 빛(B.)이 우리 눈(C.)에 들어온다.

그림 2. 램프와 기하학적 오브제로 설정]

 

 

 

다음 장면을 고려해 보겠습니다. 몇 개의 물체가 있고 램프가 유일한 광원인 방입니다. 이것은 그림 2에 나와 있습니다.

 

우리가 볼 수 있는 모든 것은 램프에 의해 밝혀질 것입니다. 아래 사진 3에서는 램프를 직접 마주하는 부분만 비춥니다. 이 그림에는 중요한 물리적 구성 요소가 누락되어 있습니다. 빛은 닿는 모든 표면에서 반사되어 장면의 개체를 약간 밝게 만듭니다. 아래 그림 4와 같이 빛은 표면의 특성에 따라 반사량과 산란 각도에 따라 다소 무작위로 반사됩니다.

 

[그림 3. 빛이 닿을 수 있는 곳만 조명이 켜진 설정.

사진 4. 현재 설정에서는 빛이 복잡하게 튕겨져 나옵니다.]

 

 

불행히도 전체 장면에서 빛이 얼마나 정확하게 반사되는지 계산하는 것은 복잡한 작업입니다. 램프는 많은 광자를 내보내고 그 궤적은 장면에 있는 개체의 많은 특정 속성에 따라 달라집니다. 이러한 이유로 렌더링 소프트웨어는 빛을 잘 렌더링하는 데 오랜 시간이 걸립니다.

 

[그림 5. 빛이 튀는 모습을 지나치게 단순화한 모습.

그림 6. 표면에서 반사된 빛을 설명하기 위해 그림자를 다시 그리기 위해 지나치게 단순화된 인식 사용]

 

 

우리의 마음이 이해할 수 있도록 이 복잡한 과정을 지나치게 단순화합시다. 더 크고 더 밝거나 더 많은 반사 표면은 주변 환경에 더 많은 빛을 제공하여 광원 자체로 작용합니다. 이 예에서 우리는 엄청나게 반사되는 흰색 물체를 그렸으므로 모두 똑같이 빛을 반사합니다. 그러나 밝은 반점의 면적이 클수록 작은 반점보다 주변 환경에 더 많은 영향을 미칩니다. 그림 5와 같이 왼쪽 벽은 표면이 넓고 램프로부터 직사광선을 많이 받는다. 반사된 빛은 큐브와 구의 어두운 부분뿐만 아니라 이러한 물체에 의해 드리워진 바닥의 그림자에도 반사됩니다. 일반적으로 복잡한 장면에서 빛을 그리려고 할 때 다음 질문에 대해 생각할 수 있습니다.

 

*빛의 근원은 어디인가?

*광원은 어떤 표면을 직접 비추나요?

*이 표면은 어떻게 빛을 반사합니까?

*이 반사광은 어디에 닿을까?

 

그렇게 간단히 생각한 결과 그림 6을 얻었습니다. 현실 세계는 화면의 해상도나 화면의 크기에 의해 제한되지 않기 때문에 빛의 방향을 계산하는 데 보내는 시간에는 제한이 없습니다. 브러쉬.

 

이제 그림 7과 같이 오른쪽과 왼쪽 벽을 물체에 더 가깝게 이동합니다. 그러면 빛이 벽에서 멀리 이동할 필요가 없기 때문에 구와 큐브의 어두운 면에 더 많은 빛이 들어오게 됩니다. 또한 물체가 이제 왼쪽 벽에 더 가깝고 오른쪽 벽이나 바닥에서 그 그림자로 반사되는 빛에 대한 공간이 적기 때문에 그림 8과 비교할 때 투사된 그림자에 더 적은 빛이 도달합니다.

[그림 7: 왼쪽과 오른쪽 벽을 물체에 더 가깝게 이동했습니다.

사진 8: 사진 7과 비교하기 위해 사진 6과 동일]

 

 

 

우리가 보는 모든 것은 칠흑 같은 어둠을 제외하고는 밝습니다. 당신이 관찰하는 모든 검은색이 아닌 물체는 빛을 반사하고 이 빛은 눈에 도달하여 기본적으로 물체를 밝게 만들고 주변에 약간의 영향을 줍니다. 이제 이 원리를 다양한 기상 조건의 빛에 적용하는 방법을 살펴보겠습니다.

 

맑은 날

맑은 날에는 구름이 없고 주요 광원인 밝은 태양(1.)이 없습니다. 정오에 맑은 날 열린 공간에 공(2.)이 있는 상황을 생각해 봅시다. 태양은 장면을 매우 강하게 비출 것입니다.

[사진 9: 화창한 날의 세팅.

사진 10: 사방으로 비치는 태양]

 

 

아주, 아주 강하게 말입니다. 당신은 피부에 태양을 느낄 수 있고, 얼마나 많은 에너지를 방출하는지, 그리고 그것이 우리 세상을 얼마나 더 따뜻하게 하는지 느낄 수 있습니다. 때로는 약간 불편할 정도로 따뜻합니다.

 

이러한 직사광선은 공의 상당히 날카로운 그림자(3.)를 만듭니다. 하지만 이전에 본 장면에서처럼 빛이 다시 반사되도록 하는 공 뒤에 아무 것도 없더라도 그림자는 실외에서 완전히 칠흑 같은 어둠이 되지는 않을 것입니다.

[사진 11: 태양이 강하게 내리쬐며 비명을 지른다.

사진 12: 햇빛이 캐스트 섀도우를 생성]

 

 

햇빛은 우리에게 도달하기 전에 공간과 대기를 통해 꽤 먼 거리를 이동합니다. 대기에서는 산란이 일어나고 대부분 따뜻한 색의 빛이 우리에게 직접 도달합니다. 차가운 색의 빛은 공기에 의해 산란될 가능성이 더 높습니다(이 산란을 레일리 산란이라고 함). 결과적으로 하늘은 파랗고 매우 밝습니다. 하늘에서 방출되는 빛은 매우 균일하며 햇볕이 잘 드는 실외 환경에서 그림자를 가볍게 비춥니다.

[그림 13: 공간을 통해 대기로 이동하는 태양광(4.). 빛이 대기의 많은 공기 분자를 통과할 때 차가운 빛은 산란할 기회가 있습니다(Rayeigh 산란)(5.). 반면 따뜻한 빛은 거의 산란되지 않고 보다 직접적인 경로로 땅에 도달합니다(6.).

사진 14: 대기를 통해 장거리를 이동한 후 많은 시원한 빛이 산란되어 결국 땅에 균일하게 도달하여(7.) 하늘색 빛으로 땅을 비춥니다. 이 멋진 빛의 일부가 공의 그림자를 밝혀줄 것입니다.]

 

 

맑은 날에는 우리가 관찰하는 물체의 표면에 강한 햇빛이 반사됩니다. 이렇게 하면 반사할 빛이 많기 때문에 장면이 매우 밝게 보입니다. 그림 15는 그 예입니다. 여기 우리는 화창한 날 야외에 있는 가볍고 매트한 질감의 공을 가지고 있습니다. 우리가 볼 수 있듯이 하늘에서 그들을 비추는 빛이 있기 때문에 많은 빛이 있고 그림자가 칠흑같이 어둡지 않습니다. 공의 지면에 더 가까이 가면 지면의 빛도 거기에 도달할 수 있기 때문에 광점을 관찰할 수 있습니다. 그림 16에서 우리는 공 뒤에 벽을 추가했습니다. 이제 약간의 햇빛이 벽에서 반사되어 캐스트 그림자와 공의 뒷면을 밝힐 것입니다.

[사진 15: 화창한 날 열린 공간에서 라이트 매트 볼.

사진 16: 같은 공이지만 뒤에 벽이 있다.]

 

 

장면에 더 많은 물체를 도입하고 태양이 물체를 어떻게 비출지 관찰해 보겠습니다. 그림 17에는 어두운 무광택 공, 이전 예와 동일한 공 및 반짝이는 공이 있습니다. 어두운 공은 많은 빛을 흡수하지만 전부는 아닙니다. 어두운 공은 중간 공보다 더 많은 빛을 흡수하기 때문에 여전히 지면에서 약간의 빛을 반사하지만 가운데 공보다 덜 반사합니다. 나는 반짝이는 공이 태양으로부터의 직사광선을 반사하는 방식으로 위치하여 반사의 흰색 점 주위에 후광이 생기는 것이라고 가정했습니다. 이것은 눈의 빛 분산 및 산란으로 인해 발생하며, 이는 정말 밝은 것을 응시할 때 발생합니다.

 

[사진 17: 맑은 날 열린 공간에서 다양한 색상과 재질 비율의 공.

사진 18: 공은 같지만 뒤에 벽이 있다.]

 

 

따라서 맑은 날에는 먼저 태양에서, 두 번째로 하늘 자체에서, 마지막으로 빛을 반사하고 장면이 나타나는 방식에 영향을 미치는 모든 주변 물체에서 많은 빛이 있다는 점을 참고하십시오.

 

흐린 날

흐리면 태양 빛이 우리에게 도달하기 전에 구름을 통과합니다. 구름은 많은 산란(미에 산란)을 일으킬 만큼 충분히 큰 많은 작은 물방울로 구성됩니다. 이 산란으로 인해 일부 햇빛은 우주로 다시 반사되고 일부는 구름 속으로 더 깊이 들어갈 것입니다. 구름을 통과할 때 더 많은 산란이 발생하므로 나가는 동안 상당히 균일한 빛을 얻을 수 있습니다. 이것은 기본적으로 구름을 흐린 날의 주요 광원으로 만들고 매우 흐린 날에는 회색으로 보입니다.

 

[사진 19: 태양빛이 구름의 물방울(7.)에 의해 산란된다. 결과적으로 구름에서 방출되는 빛은 균일합니다.

사진 20: 태양은 많은 빛을 내며 구름에서 나오는 균일한 빛은 약할 것이다. ]

 

 

그림 21과 같이 공을 사용한 이전 설정을 고려하십시오. 가장자리가 매우 뚜렷하고 환경의 빛이 균일하고 약하다는 것을 알 수 있습니다. 빛이 거의 도달하지 않기 때문에 각 공 아래에는 어두운 그림자가 있습니다. 그림 22와 같이 뒤에 벽을 추가해도 빛이 보이는 방식은 크게 달라지지 않지만 공의 그림자와 그 벽을 마주하는 공의 측면이 약간 밝아집니다.

[사진 21: 흐린 날 같은 세 개의 공

그림 22: 같은 3개의 공이지만 그 뒤에 벽이 있습니다.]

 

 

흐린 날의 빛은 직사광선보다 훨씬 약합니다. 지면에 있는 사물은 반짝거리지 않고 그림자가 더 부드러워지며 지면에 있는 사물은 더 균일하게 조명된 것처럼 나타납니다. 감각이 이미지 정보를 더 명확하게 읽을 수 있기 때문에 물체의 가장자리는 여전히 선명하게 나타납니다.

[Gif 1: 맑은 날과 흐린 날 비교]

 

안개가 자욱한 날

지금까지 보는 사람과 장면의 물체 사이의 매개체가 공기일 때만 이야기했습니다. 공기는 대기에서 빛의 산란을 유발하지만 매우 먼 거리에서만 그러한 산란의 영향을 볼 수 있습니다. 그래서 수평선에 가까운 물체와 같이 아주 멀리 있는 물체는 푸르스름하게 보일 수 있습니다. 꽤 멀다. 그러나 안개, 연기 또는 오염을 구성하는 입자와 같이 공기 중에 더 큰(그러나 여전히 매우 작은) 입자가 있으면 가시성이 변경됩니다. 그러한 조건에서는 수평선이 전혀 보이지 않을 것입니다. 공기 중의 이러한 더 큰 입자는 색상과 무관하게 빛을 매우 고르게 산란시켜 주변에 균일한 빛을 제공합니다.

 

그림 23에서 볼 수 있듯이 공기 중에 이렇게 큰 입자가 있으면 물체에서 나오는 빛이 공기 중에 산란될 가능성이 높아집니다. 빛이 이러한 입자의 많은 층을 통과해야 하는 경우 대부분의 빛이 산란됩니다. 물체에서 멀어질수록 물체에서 관찰되는 빛이 줄어듭니다.

 

그림 24에서 이에 대한 표현을 볼 수 있습니다. 안개는 빛을 고르게 분산시키고 빛을 흡수하지 않기 때문에 흰색 배경을 만듭니다. 따라서 배경에 있는 안개의 밝기는 해당 영역에 있는 빛의 양에 따라 달라집니다. 이 사진에서는 흐린 날의 빛만을 고려하여 빛이 많지 않고 안개가 균일하게 비춰져 있습니다. 보시다시피 멀리 있는 공의 빛이 많이 산란되고 공의 가장자리가 흐릿합니다. 한편, 더 가까운 공은 점점 더 뚜렷한 가장자리를 갖습니다.

 

[사진 23: 흐린 날, 안개(8.). 관찰자와 다양한 거리에서 3개의 공을 관찰합니다. 빨간 공의 빛은 거의 눈에 닿지 않습니다.

사진 24: 안개가 낀 기상 조건에서 사진 21과 같은 3개의 공.]

 

 

안개와 비교할 때 연기는 빛을 흡수하므로 주변의 빛이 전반적으로 줄어듭니다. 더 짙은 연기는 당신이 보는 것을 더 어둡게 만들 것입니다. 빛이 전혀 보이지 않을 정도로 밀도가 높을 수도 있습니다.

 

[사진 25: 연기가 자욱한 날씨에 같은 3개의 공

사진 26: 안개 속의 동일한 3개의 공, 비교]

 

 

가시성에 영향을 미치는 방식은 물체가 눈에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지에 관한 것입니다. 물체가 눈에서 멀어질수록 눈에 도달하기 전에 더 많은 안개를 통과해야 합니다. 이것은 안개의 밀도를 증가함에 따라 GIF 2에 표시됩니다.

 

[Gif 2 : 안개의 밀도 증가 ]

 

[사진 27: 안개 사이로 밝게 빛나는 것, 광원 주위에 빛이 심하게 흩어짐]

 

 

공기 중에 큰 입자가 있으면 가시성에 영향을 미칩니다. 멀리 있는 물체의 가장자리가 주변 환경에 흐릿하게 나타납니다. 물체는 맑은 날보다 더 가까운 거리에서 사라집니다. 빛이 주변에 분산되어 균일한 조명을 만듭니다. 공기 중의 물과 같은 투명한 입자는 많은 빛을 흡수하지 않지만 연기 입자와 같은 고체는 빛을 흡수하여 장면에서 사용할 수 있는 빛이 줄어듭니다.

이제 다양한 기상 조건에서 빛에 대해 더 많이 생각할 수 있기를 바랍니다.

모든 것은 CLIP STUDIO PAINT에서 그려지고 애니메이션되었습니다.