언리얼 아트: PBR (물리 기반 렌더링)

PBR이 뭐예요? — 진짜처럼 보이게 그리는 마법

게임이나 애니메이션에서 반짝이는 금속 로봇을 본 적 있나요? "우와, 진짜 같다!" 하고 놀란 적 있죠?

그 비밀이 바로 PBR이에요. PBR은 "물리 기반 렌더링(Physically Based Rendering)"의 줄임말이에요. 말이 어렵죠? 쉽게 말하면 이거예요.

"진짜 세상에서 빛이 움직이는 규칙을, 컴퓨터 그림에도 똑같이 적용하자!"

옛날 컴퓨터 그림은 화가가 "여기쯤 반짝이게 하자~" 하고 감으로 그렸어요. 그런데 PBR은 달라요. 과학 시간에 배우는 빛의 성질을 그대로 따라 해요. 그래서 어떤 조명 아래에서도 진짜처럼 보이는 거예요.

빛은 공처럼 튕겨요

친구랑 벽에 공을 던지는 놀이를 생각해 보세요.

• 매끈한 벽에 던지면? 공이 한 방향으로 쌩 튕겨 나가요.
• 울퉁불퉁한 벽에 던지면? 공이 아무 데로나 마구 튕겨요.

빛도 똑같아요! 거울처럼 매끈한 표면에 닿으면 빛이 한 방향으로 튕겨서 반짝! 하고 빛나요. 종이처럼 거친 표면에 닿으면 빛이 사방으로 흩어져서 은은하게 보여요.

비밀 병기: 미세한 표면 흠집

여기 재미있는 사실이 있어요. 우리 눈에 매끈해 보이는 금속도, 돋보기로 아주아주 크게 확대하면 자잘한 흠집과 요철이 가득해요.

PBR은 이 작은 요철들을 "마이크로패싯(아주 작은 면)"이라고 부르며 계산에 넣어요. 그래서 금속인데도 거칠거칠하고 낡은 느낌이 살아나요. 아래 그림을 보세요. 철판인데도 긁힌 자국 때문에 진짜처럼 보이죠?

"모든 것은 반짝인다"는 규칙

PBR에는 유명한 규칙이 하나 있어요. 바로 "세상 모든 물체는 조금씩 반짝인다"예요.

벽돌을 생각해 보세요. 벽돌은 거칠고 전혀 안 반짝일 것 같죠? 그런데 밝은 빛 아래에서 벽돌을 자세히 보면, 아주 작은 하이라이트(반짝이는 점)가 보여요. 옛날 방식 그림은 이걸 빼먹어서 어딘가 가짜 같았어요. PBR은 이것까지 계산해서 넣어요.

재료마다 성격이 달라요

PBR에서는 물체를 그릴 때 몇 가지 질문에 답을 정해줘요. 마치 재료의 신분증을 만드는 것 같아요.

• 무슨 색이야? — 물체가 원래 가진 색 (기본 색상)
• 금속이야, 아니야? — 금속은 빛을 튕기는 방식이 특별해요 (금속성)
• 얼마나 거칠어? — 매끈하면 반짝, 거칠면 은은 (거칠기)

이 세 가지만 정해주면, 컴퓨터가 알아서 "아, 이건 녹슨 철이구나!" 하고 빛을 계산해줘요. 언리얼 엔진 같은 게임 엔진에서 아티스트들이 매일 쓰는 방법이에요.

진짜 물건을 스캔하기도 해요

"이 돌멩이의 거칠기는 숫자로 얼마일까?" 이걸 사람이 일일이 정하기는 힘들어요.

그래서 포토그래메트리라는 기술을 써요. 진짜 돌멩이를 카메라로 여러 방향에서 잔뜩 찍은 다음, 컴퓨터가 사진들을 분석해서 색깔과 거칠기를 알아내는 거예요. 진짜 물건에서 정보를 "복사"해 오니까, 게임 속 돌멩이도 진짜처럼 보이는 거죠.

게임에서는 어떻게 빠르게 계산할까?

빛의 규칙을 완벽하게 계산하려면 시간이 아주 오래 걸려요. 영화는 한 장면을 몇 시간씩 계산해도 괜찮아요. 하지만 게임은 1초에 60장씩 그림을 그려야 해요!

그래서 게임에서는 셰이더라는 작은 계산 프로그램으로 "거의 비슷하지만 훨씬 빠른" 근사 계산을 해요. 반대로 영화처럼 시간이 넉넉하면 레이 트레이싱이나 패스 트레이싱이라는 방법으로 빛 한 줄기 한 줄기를 정성껏 따라가며 계산해요.

• 게임(실시간): 빠른 어림 계산 — "빨리빨리, 그럴듯하게!"
• 영화(오프라인): 느리지만 정확한 계산 — "천천히, 완벽하게!"

정리해요

PBR은 한마디로 "빛의 과학을 그대로 따라 그리기"예요.

1. 빛은 매끈한 곳에서는 반짝, 거친 곳에서는 은은하게 퍼져요.
2. 모든 물체는 조금씩 반짝여요. 벽돌도요!
3. 색상·금속성·거칠기, 이 세 가지가 재료의 신분증이에요.
4. 게임은 빠른 어림 계산, 영화는 느리지만 정확한 계산을 써요.

다음에 게임에서 반짝이는 갑옷이나 젖은 길바닥을 보면 떠올려 보세요. "아, 지금 컴퓨터가 빛의 규칙을 계산하고 있구나!" 하고요. 그게 바로 PBR이에요.

출처

• PBR (물리 기반 렌더링)