빛이 통과하는 피부의 비밀, 서브서피스 스캐터링

손전등을 손바닥에 대 본 적 있나요? 손이 빨갛게 빛나 보여요. 살 속으로 빛이 들어가서 이리저리 돌아다니다가 다시 나오기 때문이에요. 이런 현상을 서브서피스 스캐터링(Subsurface Scattering), 줄여서 SSS라고 불러요. 오늘은 이 신기한 빛의 여행을 아주 쉽게 알아볼게요.

빛은 어떻게 튕길까?

보통 우리는 이렇게 생각해요. "빛이 물건에 닿으면 거울처럼 바로 튕겨 나온다."

돌이나 쇠는 정말 그래요. 빛이 겉에서 바로 튕겨 나오지요.

그런데 어떤 물건은 달라요. 빛이 안으로 쏙 들어가요. 그리고 안에서 여기저기 부딪히며 돌아다녀요. 그러다가 들어간 곳이 아닌 다른 곳으로 다시 나와요. 바로 이게 SSS예요.

안이 살짝 비치는 물건들

빛이 속으로 들어가는 물건을 반투명하다고 해요. 완전히 투명한 유리도 아니고, 완전히 막힌 벽돌도 아닌, 그 중간이에요.

우리 주변에서 찾아볼까요?

• 우리 피부 (손전등을 대면 빨개져요)
• 우유 (하얗지만 안이 살짝 비쳐요)
• 양초 (촛불을 켜면 은은하게 빛나요)
• 잎사귀 (햇빛에 비추면 초록이 빛나요)
• 대리석 조각상 (매끈하고 부드러워 보여요)

손을 통과하는 빛

아래 사진을 보세요. 손 뒤에서 빛을 비추니까 손가락이 붉게 물들었어요. 빛이 살과 피를 통과하면서 빨간색만 남아 우리 눈에 보이는 거예요.

그림으로 보는 빛의 여행

빛이 피부 속에서 어떻게 움직이는지 그림으로 그려 봤어요.

빛이 한 곳으로 들어가서, 안에서 춤추듯 돌아다니다가, 다른 곳으로 나오는 게 보이지요? 이 여행 덕분에 피부가 딱딱하지 않고 말랑말랑하고 따뜻해 보여요.

겉튕김과 속여행을 더하면?

진짜 피부처럼 보이려면 두 가지를 합쳐야 해요.

1. 겉튕김: 표면에서 바로 튕기는 빛 (반짝이는 부분)
2. 속여행: 안으로 들어갔다 나오는 빛 (부드러운 부분)

아래 그림에서 왼쪽은 겉튕김만, 가운데는 속여행만, 그리고 오른쪽은 둘을 합친 모습이에요. 둘을 합쳐야 진짜 얼굴 같아 보이지요?

컴퓨터로 피부를 그려요

게임이나 애니메이션을 만드는 사람들은 이 SSS를 아주 중요하게 생각해요. SSS가 없으면 얼굴이 플라스틱 인형처럼 딱딱하고 차갑게 보이거든요.

그래서 컴퓨터에게 이렇게 알려줘요. "빛이 피부 속으로 들어갔다 나오는 것처럼 계산해 줘!" 그러면 아래처럼 부드러운 그림이 만들어져요.

빛의 산책, 랜덤 워크

컴퓨터는 빛이 안에서 어떻게 움직일지 주사위를 던지듯 정해요. 이걸 어려운 말로 랜덤 워크(random walk), 우리말로 하면 "빛의 마음대로 산책"이라고 해요.

빛이 안에서 부딪힐 때마다 방향을 살짝 바꿔요. 이 작은 부딪힘이 수십, 수백 번 쌓이면 아래 용 조각처럼 속이 은은하게 빛나 보여요.

재료마다 느낌이 달라요

같은 SSS라도 재료에 따라 느낌이 달라져요. 아래 파란 용은 매끈한 플라스틱처럼 보여요. 겉은 반짝이고 속은 파랗게 빛나지요. 빛이 얼마나 깊이 들어가고 무슨 색으로 나오는지에 따라 우유, 피부, 옥, 왁스 등 여러 재료를 표현할 수 있어요.

얼마나 깊이 들어갈까?

빛이 얼마나 깊이 들어갈 수 있는지도 중요해요. 얇은 부분(귀나 손가락 끝)은 빛이 쉽게 통과해서 더 밝게 빛나요. 두꺼운 부분은 빛이 다 통과하지 못해서 어두워요.

컴퓨터는 "이 부분이 얼마나 두꺼운가?"를 깊이 지도라는 그림으로 미리 계산해 둬요.

정리해 볼까요?

오늘 배운 것을 한 줄씩 정리해요.

• 어떤 물건은 빛이 속으로 쏙 들어가요.
• 빛은 안에서 이리저리 돌아다녀요.
• 그러다 다른 곳으로 다시 나와요.
• 이 덕분에 피부가 따뜻하고 말랑해 보여요.
• 이걸 서브서피스 스캐터링(SSS)이라고 불러요.

이제 손전등을 손바닥에 대 보세요. 빨갛게 빛나는 그 순간, 빛이 여러분 손 속을 신나게 산책하고 있는 거랍니다!