[ PBR 이란 무엇인가 ] 2. 조도와 휘도

주의 : 정확하지 않은 내용이 포함되어 있을 수 있으므로 이상하면 참고자료를 확인하세요.

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[ PBR 이란 무엇인가 ] 2. 조도와 휘도

개요

[ PBR 이란 무엇인가 ] 에 대한 두 번째 주제인 [ 조도와 휘도 ] 에 대해서 설명합니다. 그래픽스에 관심을 가지고 계신 분들은 "radiance", "irradiance", "luminance", "illuminance" 라는 용어들에 대해 한 번쯤은 들어 보셨을 겁니다.

그런데 어떤 문서에서는 비슷한 현상을 설명하면서 radiance 라 하고 어떤 문서에서는 luminance 라고 합니다. 이 두 개의 차이를 인지하지 못하는 분들은 혼란에 빠지게되죠. 사전을 찾아 보면 다음과 같이 나옵니다.

• Radiance : 복사 휘도.
• Irradiance : 복사 조도.
• Luminance : 휘도
• Illuminance : 조도.

이것만 보고 의미의 차이를 이해할 수 있는 분은 많지 않을거라 생각합니다. 이 문서에서는 이러한 용어들의 차이에 대해서 명확하게 정리해 보고자 합니다.

방사측정( Radiometry ) 과 광도측정( Photometry )

우리는  [ 인간과 빛 ] 문서에서 빛이 다양한 파장의 전자기파로 구성된다는 것을 알게되었습니다. 그런데 에너지가 입자나 파동의 형태로 전달되거나 방출되는 것을 방사선( radiation )이라고 합니다[1]. 즉 가시광선을 포함한 전체 파장 영역의 전자기파들로 구성된 빛을 방사선이라 부를 수 있는 것입니다.

넓은 의미에서( 전체영역 ) 빛을 다루기 위해서 에너지를 측정하는 것을 방사측정( radiometry )이라 합니다. 그리고 좁은 의미에서( 가시영역 ) 빛을 다루기 위해서 에너지를 측정하는 것을 광도측정( photometry )이라고 합니다. Visible-Radiometry 같은 용어가 아니라 Photometry 라는 용어를 사용한 것은 아마도 카메라를 통해 사진이 찍히는 과정이 인간의 눈을 통해 들어 온 빛을 인지하는 과정과 유사하기 때문이지 않을까 생각합니다.

어쨌든 방사측정에서는 제곱미터당 일률( watt per squre meter )의 단위로 에너지를 측정하고, 광도측정에서는 제곱미터당 루멘( lumens per squre meter, lux ) 단위로 에너지를 측정합니다. 쉽게 이해하자면 전자는 파워( power )를 의미하고 후자는 밝기( brightness )를 의미한다고 생각하시면 됩니다.

좀 지루하죠? 어쨌든 radiance, irradiance 는 방사측정에서 사용하는 용어이고, luminance, illuminance 는 광도측정에서 사용하는 용어입니다. 단지 어떤 영역의 파장들을 다루고 있느냐, 에너지를 어떤 관점에서 바라보느냐의 차이가 있을 뿐이죠. 그러므로 일반적으로 그래픽스에서는 radiance 를 luminance 로 irradiance 를 illuminance 로 대체해서 이해하셔도 무방합니다. 그래픽스에서는 빛을 photometry 의 관점에서 다루고 있기 때문에 큰 차이는 없습니다( 어차피 보이지도 않는 에너지에 대해 고민해 봐야 무슨 소용이 있겠습니까... ).

조도와 휘도

조도의 "조( 照 )"는 "비출 조" 입니다. 그리고 휘도의 "휘( 輝 )"는 "빛날 휘"입니다. 조는 능동적인 표현이고 휘는 수동적인 표현입니다. 빛을 생각할 때 광원에서 빛이 나오는 것을 "비춘다"라고 표현하고, 어딘가 부딪혀서 눈에 들어 오는 것을 "빛난다" 라고 표현하는 것입니다.

이것을 관점을 좀 다르게 해서 생각해 보면, 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

물 표면에 들어온 빛의 양 X 를 조도( illuminance )라 하고 눈으로 들어 온 빛의 양 Y 를 휘도( luminance )라고 합니다. 여기에서 일루미넌스와 루미넌스가 헷갈릴 수 있습니다. 원래 Illuminate 라는 단어는 "비추다" 라는 뜻입니다. 그래서 어떤 면적에 빛을 비춘 양을 illuminance 라고 부르는 것입니다. 비슷한 느낌의 예를 들자면 GI( Global Illumination ) 가 있습니다. 이것을 우리말로 번역하면 "전역 조명" 정도로 정의할 수 있겠죠.

그런데 조도와 휘도를 구분하는 이유는 무엇일까요?

표면( surface )에 도달한 빛이 모두 관찰자의 눈으로 들어 오는 것은 아닙니다. 어떤 매질( 재질 )의 표면에 입사한( incident ) 빛은 흡수( absorbed )되거나 투과( tramsmitted )거나 반사( reflected )됩니다. 방출( emitted )되는 빛도 있지만 여기에서는 다루지 않겠습니다. 우리는 어떤 물체에서 반사된 빛만을 인지할 수 있는 것입니다. 그래서 조도와 휘도를 구분하는 것입니다.

출처 : Waves, KaiserScience.

참고자료

[1] Radiation, Wikipedia.

[2] Radiometry, Wikipedia.

[3] Photometry, Wikipedia.