[번역] 프로젝트의 인게임 조명 환경 Lookdev 설정 방법

저자: 枕鹤

대부분의 Lookdev 작업은 표준화된 에셋 검수용 조명 환경을 구축하는 데 초점을 맞춥니다. 반면 플레이어가 실제 게임에서 경험하는 레벨 조명 환경을 어떻게 정량적이고 일관된 기준으로 조성할지, 이를 위한 조명 아트 디렉션을 어떻게 표준화할지에 대한 논의는 드뭅니다.

국내 게임 업계는 조명 분야의 발전 편차가 커서, 레벨 내부의 환경 조명을 전담하는 전문 조명 아티스트가 필요한 프로젝트가 많지 않고 체계적인 육성 과정도 부족합니다. 그 결과 작업 방식이 정립되지 않은 채 레벨 하나에 수백 개의 조명이 배치되는 일이 흔합니다. 성능 비용은 큰데 결과물의 완성도는 기대에 미치지 못해 효율도 낮습니다. 좋은 출발점은 조명 등급을 명확히 구분한, 이른바 ‘바이블’ 수준의 조명 가이드라인을 마련하는 것입니다.

이론적 배경 (선택 사항)

[1] Lookdev란?

Lookdev는 Look Development의 약자로, 룩 개발 또는 조명 개발을 뜻합니다. 일반적으로 Lookdev는 두 가지로 나뉩니다. 첫째는 에셋을 검수하기 위한 표준 조명 환경(General)입니다. 다음 문서를 참고해 설정할 수 있습니다.

Updated Lighting in Templates

Updated Lighting in Templates

 

두 번째는 게임의 표현을 위한 레벨 내부 환경입니다. 프로젝트의 아트 스타일에 따라 목표로 하는 조명 분위기는 달라지지만, 기본적으로 프로젝트에 적합한 광비를 찾는 과정이 중심이 됩니다.

[2] 색보정이란?

색보정(Color Grading)은 컬러 그레이딩 또는 색상 보정이라고도 합니다. 장면 전체의 조명 색을 바꾸거나 강조하는 작업으로, 아티스트는 화이트 밸런스와 전체 색상, 그림자·중간톤·하이라이트의 채도와 대비 등을 조정할 수 있습니다.

색보정은 선형 공간에서 이루어집니다. 즉, 색을 먼저 캡처하고 조정한 뒤 톤 매핑을 적용합니다. HDR 디스플레이가 보급되면서 처리 전에 원래 색상을 유지하는 일이 더욱 중요해졌습니다. 그래야 색이 올바르게 표시됩니다.

[3] 톤 매핑이란?

톤 매핑(Tonemapping)은 엔진의 [필름] 설정에 해당합니다.

빛은 전자기파 에너지이며, 파장에 따라 사람의 눈에는 서로 다른 색으로 인식됩니다. 사람은 색마다 민감도가 다릅니다. 파란색에 가장 둔감하고 초록색에 가장 민감하므로, 가시광선 스펙트럼은 정삼각형이 아닙니다. 파란색 영역이 가장 좁습니다.

초기 전자 디스플레이가 표현할 수 있는 색상은 sRGB/Rec 색역처럼 제한적이었습니다.

색을 단순히 잘라 내면 많은 색상이 손실됩니다. 그래서 영상과 게임 업계에서는 ACES 표준의 톤 매핑을 사용합니다. 톤 매핑은 매우 넓은 색역의 색을 함수로 변환해 sRGB 디스플레이에 표시합니다. 엔진의 톤 매핑이 하는 일도 기본적으로 이와 같습니다.

각 설정의 의미는 언리얼 엔진 색보정 및 필름 톤 매퍼 | 언리얼 엔진 5.5 문서 | Epic Developer Community를 참고하세요.

[4] 광비란?

광비(Light Ratio)는 사진 촬영에서 사용하는 개념으로, 조명 환경에서 피사체의 밝은 면과 어두운 면이 받는 빛의 비율을 뜻합니다. 카메라는 ISO, 조리개, 셔터 속도, 노출 등의 설정에 따라 결과물이 달라지므로, 한낮에도 어둡게 촬영할 수 있습니다. 엔진에서도 노출 설정에 따라 화면의 밝기가 달라집니다. 따라서 조명 환경이 사람의 눈에 적절한지는 절대적인 수치로 단정하기보다, 노출을 고정한 뒤 환경의 밝고 어두운 영역을 측정해 판단해야 합니다.

[5] 적절한 광비는 어느 정도일까?

2019년 GDC에서 《마블 스파이더맨》 개발팀인 Insomniac Games(인섬니악 게임즈)는 전문 카메라와 그레이 카드를 이용해 뉴욕 거리의 조명 환경을 측정한 Lookdev 과정을 소개했습니다. 그 결과를 참고할 수 있습니다.

측정 결과, 한낮의 광비는 약 16:1, 해 질 무렵에는 약 2.5:1이었습니다.

다만 16:1은 다소 부담스러울 수 있습니다. 플레이어가 스파이더맨이 되어 빌딩 사이를 빠르게 이동하는 동안 밝기 차이가 계속 크게 변하면 시각적으로 불편해질 수 있기 때문입니다. 이에 최종적으로 광비를 10:1로 조정했습니다.

더 알아보고 싶다면 다음 영상을 참고하세요.

Marvel's Spider-Man: A Deep Dive Into the Look Creation of Manhattan | Adobe Substance 3D

 

[6] 픽셀 검사기를 사용하는 이유

톤 매핑은 주로 색상 범위를 다루며, 밝기 범위와는 구분됩니다. 밝기 범위에는 감마 보정이 적용됩니다. 현실의 빛은 선형적이지만, 사람의 시각은 자연을 비선형적으로 인식합니다. 이 현상은 스티븐스의 멱법칙(Stevens's power law)으로 설명할 수 있습니다.

스티븐스의 멱법칙은 물리적 자극(Φ)과 지각된 크기(Ψ)의 관계를 $Ψ ∝ Φ^β$로 나타냅니다. 여기서 β는 지각이 자극에 따라 변하는 양상을 나타내는 지수입니다. β가 1보다 작으면 지각된 크기는 물리적 자극보다 느리게 증가하고, 1보다 크면 더 빠르게 증가합니다. 따라서 물리적 휘도와 사람이 느끼는 밝기는 항상 같은 비율로 변하지 않습니다.[1]

인간은 어두운 환경에서 생존해 온 시간이 길어 어두운 색에는 더 민감하고, 밝은 부분은 눈부시게 느낀다는 설명이 있습니다. 그 결과 사람이 인식하는 명암은 선형적이지 않습니다. 눈으로 보기에 ‘적당한’ 회색이 물리적으로는 사람이 감지할 수 있는 최대 광량의 절반에 해당하지 않을 수도 있습니다.

빛을 선형적으로 샘플링하면 사람이 구분하는 명암에 비해 어두운 영역의 샘플 수가 부족합니다. 그래서 카메라와 디스플레이에서는 선형 이미지를 감마 매핑해 사람이 편안하게 느끼는 밝기로 보정합니다. 흔히 사용하는 감마 값은 2.2입니다.

따라서 Photoshop이나 Windows PowerToys로 화면을 캡처해 값을 측정하면 감마 보정이 적용된 디스플레이 밝기를 얻게 됩니다. 이는 실제 선형 공간의 광비 밝기가 아니므로, 16:1에 도달하지 않는 것처럼 보일 수 있습니다.

[7] 왜 18% 회색을 사용할까?

사진 분야에서 말하는 18% 회색은 그레이 카드의 반사율을 가리킵니다. 스티븐스의 멱법칙에 따라 사람이 중간 회색으로 인식하는 밝기가 그레이 카드의 약 18%에 해당하기 때문입니다.

프로젝트 엔진에서 레벨 조명 Lookdev하기

기준 환경 설정

노출

카메라가 자동 노출 보정(사람 눈의 적응 효과)의 영향을 받지 않도록 포스트 프로세스 볼륨에서 노출 보정을 비활성화합니다.

게임 설정에서 관련 옵션을 켜고 끄면서 확인할 수 있습니다. 설정을 바꾼 뒤 카메라를 움직여도 노출이 달라지지 않는다면 비활성화된 것입니다.

색보정[2]

레벨 조명 Lookdev는 플레이어가 최종적으로 보게 될 화면을 기준으로 합니다. 기준 조명을 개발하는 단계에서 색보정을 적용하면 조명 자체의 설정에 영향을 줄 수 있으므로, 프로젝트의 스타일 기준으로 확정된 색보정이 아니라면 모든 색보정 설정을 끕니다.

환경색과 조명색 모두 명도에 영향을 줍니다. 색상으로 인한 영향을 배제하려면 전체 채도를 0으로 설정합니다.

톤 매핑[3]

프로젝트에서 필름 톤 매핑 설정을 조정했다면 그 설정은 그대로 유지합니다. 톤 매핑은 프로젝트 전반에 일관되게 적용해야 하는 공통 규칙입니다.

디스플레이 설정

모든 디스플레이 관련 표시 설정을 기본값으로 초기화합니다.

조명 컴포넌트

조명 컴포넌트가 모두 존재하고 필요한 설정이 완료되었는지 확인합니다.

광비 측정 및 설정[4]

그레이볼 배치

GDC 2019 발표에서 사용한 현실 측정 방식을 엔진에서 재현하려면 반사율 18%인 회색 카드(그레이 카드)[7]를 기준으로 삼습니다. 전용 Lookdev 측정 모델을 사용할 수도 있지만, 여기서는 광비만 측정하면 되므로 그레이볼만으로 충분합니다. 색상 보정이나 다른 재질 표현을 확인할 필요는 없습니다. 직사광 아래와 그림자 안에 그레이볼을 각각 하나씩 배치한 뒤 베이크합니다.

그레이볼 설정의 출처: [UE 공식 교육] 언리얼 엔진에서 LookDev 환경 만들기 — Epic 이문뢰(공식 자막)

픽셀 검사기(Pixel Inspector)로 측정

베이크가 끝나면 엔진에 내장된 픽셀 검사기[6]로 값을 측정합니다.

검사기를 켜고, 직사광을 받는 그레이볼에서 태양을 정면으로 향한 가장 밝은 지점을 가리켜 값을 읽습니다.

그림자 영역에서도 가장 밝은 지점을 선택해 측정합니다. 그레이볼 아래쪽의 그림자진 회색 바닥을 측정해도 같은 값이 나옵니다.

적절한 광비 조정[5]

현실의 한낮 광비는 16:1을 넘습니다. GDC 2019에서 소개된 《마블 스파이더맨》의 광비는 10:1이었습니다. TA라면 아트팀과 협의해 프로젝트가 어떤 작품의 비주얼을 참고할지, 카메라 자동 노출을 사용할지 함께 결정해야 합니다. 예를 들어 《오버워치》와 《발로란트》의 비주얼을 참고한 광비 테스트에서는 약 7:1이 기대에 잘 부합했습니다.

필요하다면 대비와 같은 포스트 프로세스 색보정 설정을 추가로 조정할 수 있습니다. 이 설정 역시 광비에 영향을 줍니다.

• 주의: 광원의 색도 밝기 인식에 영향을 줍니다. 예를 들어 같은 광량이라도 따뜻한 색의 빛은 백색광보다 더 부드럽게 느껴질 수 있습니다.

추가 참고 사항

픽셀 검사기

언리얼 엔진 공식 기술 발표에서 이문뢰는 장면 색상(Scene Color)을 사용했습니다. Final Color는 톤 매핑 이후 sRGB에서 Linear로 변환된 값이라 약간의 오차가 있습니다. 다만 레벨 조명 Lookdev는 최종 화면을 기준으로 하므로 허용 가능한 수준입니다.

UE5에는 포스트 프로세스 적용 전 장면 색상과 톤 매핑 전 밝기 등의 항목이 추가되어 더 편리하게 측정할 수 있습니다.

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원문
(86 封私信 / 69 条消息) 【游戏美术文档】如何为你的项目进行局内光照环境Lookdev - 知乎