들어가는 말
피사체 휘도 (Subject Luminance)
**휘도(Luminance)**는 특정 방향으로 방출되는 빛의 밝기를 나타내는 물리량입니다.
핵심 개념
- 단위: cd/m² (칸델라 per 제곱미터) = nit
- 의미: 관찰자가 보는 표면의 밝기
- 방향성: 특정 방향에서 본 밝기 (viewing angle 중요)
예시
태양 표면: ~1,600,000,000 cd/m²
컴퓨터 모니터: 100~300 cd/m²
달 표면: ~2,500 cd/m²
흰 종이 (실내): ~100 cd/m²
사진/렌더링에서
피사체 휘도가 높을수록:
- 더 밝게 보임
- 더 짧은 노출 시간 필요
- 더 작은 조리개 사용 가능 (큰 F-number)
수학적 정의
L = dΦ / (dA × dΩ × cos θ)
L = 휘도
Φ = 광속 (luminous flux)
A = 면적
Ω = 입체각 (solid angle)
θ = 표면 법선과의 각도
조도 (Illuminance)
조도는 표면에 입사하는 빛의 양을 나타내는 물리량입니다.
핵심 개념
- 단위: lux (lx) = lumen/m²
- 의미: 표면이 받는 빛의 세기
- 방향성 없음: 모든 방향에서 오는 빛의 총량
예시
직사광선 (한여름): ~100,000 lux
흐린 날 야외: ~10,000 lux
사무실 조명: ~300~500 lux
보름달 빛: ~0.1 lux
별빛: ~0.001 lux
사진/렌더링에서
조도가 높을수록:
- 표면이 더 밝게 보일 가능성 (반사율에 따라 다름)
- 더 빠른 셔터 스피드 가능
- 더 낮은 ISO 사용 가능
수학적 정의
E = dΦ / dA
E = 조도
Φ = 광속 (luminous flux)
A = 면적
휘도 vs 조도: 핵심 차이
| 항목 | 휘도 (Luminance) | 조도 (Illuminance) |
|---|---|---|
| 의미 | 표면이 방출/반사하는 빛 | 표면이 받는 빛 |
| 관점 | 관찰자가 보는 밝기 | 광원에서 오는 빛의 양 |
| 방향성 | 있음 (특정 방향) | 없음 (전체 입사광) |
| 단위 | cd/m² (nit) | lux (lx) |
| 측정 대상 | 발광체, 반사면 | 조명받는 표면 |
비유로 이해하기
조도 (Illuminance):
"이 책상에 얼마나 많은 빛이 비추고 있는가?"
→ 입사하는 빛의 양
휘도 (Luminance):
"이 책상이 내 눈에 얼마나 밝게 보이는가?"
→ 반사되어 나오는 빛의 밝기
둘의 관계
반사율을 통한 연결
L = E × ρ / π
L = 휘도 (cd/m²)
E = 조도 (lux)
ρ = 반사율 (albedo, 0~1)
π = 램버트 반사 가정
예시:
조도 500 lux의 사무실에서
흰 종이 (반사율 90%):
L = 500 × 0.9 / π ≈ 143 cd/m²
검은 종이 (반사율 5%):
L = 500 × 0.05 / π ≈ 8 cd/m²
사진/카메라에서의 의미
노출 결정
적정 노출 = f(피사체 휘도, ISO, 셔터 스피드, 조리개)
노출 값(EV) = log₂(L × S / K)
L = 피사체 휘도
S = ISO 감도
K = 반사 상수 (보통 12.5)
실전 예시
맑은 날 야외 촬영:
조도: ~100,000 lux (태양빛이 지면에 내리쬠)
↓
흰 셔츠 휘도: ~28,000 cd/m² (반사율 90% 가정)
↓
적정 노출: f/16, 1/125초, ISO 100
렌더링에서의 활용
PBR (Physically Based Rendering)
// 조도 (입사광)
vec3 irradiance = lightColor * lightIntensity;
// 표면 반사 (BRDF 계산)
vec3 reflectance = BRDF(normal, viewDir, lightDir);
// 휘도 (출사광, 최종 픽셀 밝기)
vec3 luminance = irradiance * reflectance;HDR 렌더링
휘도 범위:
- LDR: 0~255 (8비트)
- HDR: 0~무한대 (floating point)
tone mapping으로 HDR 휘도를 LDR로 변환
요약
| 개념 | 한 문장 정의 |
|---|---|
| 조도 | 표면이 받는 빛의 양 |
| 휘도 | 관찰자가 보는 표면의 밝기 |
관계:
빛 → 조도 (표면 입사) → 반사 → 휘도 (눈/카메라 도달)
사진에서:
- 조도: 조명 설정 (스튜디오 조명의 lux 값)
- 휘도: 노출 결정 (측광계가 측정하는 값)
렌더링에서:
- 조도: Direct lighting (광원에서 표면으로)
- 휘도: 최종 픽셀 색상 (표면에서 카메라로)