임성욱 * 김운환 ** Ⅰ. 머리말 Ⅱ. 사진실측의준비 1. 왜곡의보정 2. 광원의반사 Ⅲ. 작업과정 1. 사전작업 2. 사진촬영 3. 후보정작업 Ⅳ. 유물사진실측의장단점 Ⅴ. 맺음말 * 겨레문화유산연구원유물관리팀연구원 ** 겨레문화유산연구원유물관리팀연구원
국문요약 유물의사진실측활용방안에대한연구는고가의왜곡보정프로그램구입문제, 다양한소프트웨어의전반적인이해를필요로하는점, 효율성과정확성에대한객관적인검증이되어있지않다는점때문에외면받고있다. 따라서본고에서는이런문제점을극복할수있는사진실측방법을자기문양중심으로제안하고자한다. 문양을사진실측할경우왜곡방지를위해가급적표준또는망원계열렌즈를사용하고, 조리개수치를높게설정하여촬영한다. 촬영한사진은포토샵을이용하여사전에작업한외곽선과유물사진을일치시킨다. 문양을제외한부분을제거하면문양의사진실측작업이완성된다. 이런유물실측방법은기존수작업에의한자기문양의실측에비해시간을단축시킬수있으며작업과정의수정작업이용이하고문양의농도및사실적표현이자유롭다는장점이있다. 이외에도도면을파일로보관할수있기때문에편리하다. 유물문양의사진실측활용은보고서작성에있어서아주작은부분을개선하는것에불과하다. 그러나이를바탕으로사진실측의방법적개선을위한연구가계속진행된다면보다양질의보고서를작성할수있는발판이될것이다. 주제어 : 사진실측, 문양, 왜곡보정
Ⅰ. 머리말 다양한분야의기술적인발전은최근고고학조사에많은영향을미쳤다. 현장조사는수작업방식에서각종측량기기등의디지털장비를활용하는방식으로대체되어조사방법의질적 양적인발전을가져왔다. 특히유구의실측작업은 3D스캔이나사진실측을병행하여대규모발굴의조사기간을단축시키는역할을하였다. 현장조사와는달리실내조사에서유물의사진실측을활용하는방법에대한연구는몇가지이유때문에미진한것이사실이다. 첫번째는유물사진실측을할때사진왜곡을조정하기위한프로그램들의가격이고가라는점이다. 1) 따라서적은양의유물을실측하기위해왜곡보정프로그램을구입하는것은부담이된다. 두번째는유물에대한지식과함께사진측량소프트웨어및포토샵, 일러스트, 캐드등에대한전반적인이해를필요로하는점이다. 세번째는유물사진실측의효율성과정확성에대한객관적인검증이되어있지않다는점이다. 그러나사진실측은단시간내에복잡한자기의문양이나농도등을효과적으로나타낼수있는장점이있고 3D스캔에비해비용을절감할수있다. 따라서필자는앞에서언급한문제점을극복할수있는자기문양사진실측방법을제안하고자한다. Ⅱ. 사진실측의준비 유물문양사진실측방법을구체적으로알아보기전에그개념에대해이해하여야한다. 유물문양사진실측이란유물을카메라로촬영한후, 촬영된이미지를컴퓨터에실제대상물의스케일에맞게보정하여도면화하는작업이다. 2) 평면의경우조감도의시각에서사진실측이이루어지더라도문제가발생하지않지만입면도에문양을표현해야하는경우실질적으로곡면에있는것을촬영후평면화시켜야한다. 1) 사진왜곡수정을위한검정프로그램에는 V-STARS, Australis, Photomoder 등이있다. 2) 허의행 안행기, 2008, 야외조사에있어사진실측의적용과활용방안, 야외고고학 제 4 호, ( 사 ) 한국문화재조사연구기관협회.
1. 왜곡의보정 유물문양을사진실측할때가장중요한점은유물을카메라로촬영하는과정에서발생하는왜곡을조정하는것이다. 유물을촬영할때다양한원인으로인해왜곡이발생하게되는데, 특히카메라렌즈의수차에의한가장자리의왜곡현상이가장대표적이다. 렌즈수차의종류에는크게단색수차와색수차로나눌수있다. 단색수차는렌즈의기학학적인형태에서비롯된것으로코마수차, 구면수차, 비점수차가있으며색수차는매질이가지는분산특성에의해발생되는수차이다. 3) 코마수차는물체의한점에서렌즈의광축에의해비스듬한사광선이입사될때한점에서맺히지않고혜성꼬리모양의흐림이생기는것을의미한다 < 그림 1>. 이는렌즈가구면이기때문에발생하는현상으로특히대구경렌즈에서많이발생한다. 따라서조리개수치를높이면극단적인사광선이많이차단되어코마수차를줄일수있다. 구면수차는평행으로렌즈의주변부를통과한빛이렌즈의중심부를통과한빛보다더짧은거리에초점을맺는현상이다 < 그림 2>. 렌즈표면의형태를비구면으로만들면이문제를해결할수있지만, 비구면가공에는기술적인어려움과많은비용이들기때문에렌즈설계과정에서여러개의오목렌즈와볼록렌즈를결합하여이부분을상쇄하도록구성하는것이일반적이다 < 그림 3>. 그리고최근대구경렌즈 ( 최대개방조리개수치가낮은렌즈 ) 의수요가늘어나면서구면수차, 코마수차를개선하기위한방법으로비구면요소를사용한렌즈설계가점차 3) 유경선 박재건외, 1995, 사진용어사전, 미진사, 186p
증가하고있다 < 그림 4>. 4) 물체의한점으로부터렌즈의광축에비스듬히입사된사광선의수직방향성분과수평방향성분은각기다른지점에초점을맺게된다. 그결과수직선이초점이맞으면수평선이맞지않고, 수평선이초점이맞으면수직선이초점이맞지않게되는데이것을비점수차라고한다 < 그림 5>. 색수차는빛의파장에따라렌즈의경계면에서굴절률이달라지는것때문에발생한다. 물체의한점으로부터빛이렌즈를투과할때물체의한점을구성하는각기다른파장이굴절의정도가달라서한점에초점을맺지못하게한다 < 그림 6>. 이런색수차는조리개수치와관계 4) 일반적으로비구면요소가들어가있는렌즈는 asp(aspherical lens) 표시된다. 최근에만들어진대부분의렌즈는 1 매이상비구면요소를가지고있다.
없이저분산물질을사용하여조절한다. Nikon 의경우 ED(Extra-low Dispersion) 렌즈에저분산물질이코팅되어있다. 앞에서살펴본렌즈수차에의한왜곡외에도화각에의한왜곡이존재한다. 최근공학적인발전으로좋은렌즈는수차에의한왜곡은줄었지만, 같은화각의렌즈는왜곡이거의동일하다. 렌즈종류에따른왜곡정도를비교하기위해 5cm 간격의방안선을각각 16mm, 50mm, 100mm 렌즈로촬영하였다. 5) 동일한카메라를사용하였으며면적을기준으로초점거리에차이를두어촬영하였는데그결과는다음과같다 < 그림 7~9>. 16mm 렌즈의경우 < 그림7> 과같이배럴왜곡 6) (barrel distortion) 현상이발생한다. 상대 5) 촬영에사용된카메라는 Canon 1Ds markⅢ 이다. 렌즈는 Canon EF 16~35mm 1:2.8 LⅡ USM, Canon EF 50mm 1:1.4, Canon macro EF 100mm 1:2.8L IS USM 를사용하였다. 6) 배럴왜곡 (barrel distortion) 이란화면중심에서외면으로갈수록볼록하게휘어지는현상이다. 주로광각
적으로 50mm 와 100mm 렌즈에비해왜곡의정도가크기때문에사진실측에부적합하다. 50mm 렌즈의경우중심부에는왜곡이발생하지않지만주변부에미세한배럴왜곡 (barrel distortion) 이발생했다. 100mm 렌즈는핀쿠션왜곡 7) (pincushion distortion) 이주변부에서 발생하지만 16mm 렌즈보다는왜곡의정도가작다. 따라서유물문양을사진실측할경우광 각렌즈의사용보다는표준계열또는망원계열의렌즈를사용하는것이유용하다고판단된다. 또한카메라의주변부로갈수록왜곡의정도가심해지기때문에사진찍히는범위의중심부분 만사용하는것이왜곡을줄이는데효과적이다. 유구사진실측은유구와카메라의거리상의문제로인하여부분적으로겹치게나누어서촬 영한후프로그램으로합치거나광각계열의렌즈를사용한후왜곡을조정하는방법을사용한 다. 하지만유물사진실측은카메라와유물의거리를조정하는것이비교적자유롭기때문에 표준또는망원계열의렌즈를사용하는것이유리하다. 그외에도구면수차를줄이기위해광 렌즈에서많이발생한다. 7) 핀쿠션왜곡 (pincushion distortion) 이란화면중심에서외면으로갈수록오목하게휘어지는현상이다.
원이충분하다면최대한조리개수치를높게촬영해야한다. 야외에서유구촬영시인공광원을사용하지않고태양광을주로이용하기때문에셔터스피드나조리개값의설정이제한적이다. 하지만실내촬영은스트로보등의인공광원을사용하기때문에조리개값을높게설정할수있다. 그외에도최대화소수가높은카메라를사용하고, 파일설정에서압축하지않은 raw 파일 8) 로촬영을해야한다. raw 파일의경우변환을거쳐야하는불편함과파일이커져서작업속도가느려지는문제가존재한다. 하지만이런불편함보다파일보관의안정성이나색온도, 밝기, 샤프니스 (sharpness), 콘트라스트 (contrast) 등의조절이자유롭다는장점이있다. 2. 광원의반사 유물사진실측시또하나주의해야할점은직접반사가일어나는부분이문양이나유물의외곽부분에생기지않게하는것이다. 직접반사는광원이반사되어렌즈에직접적으로들어와생기며주로자기유물등에발생한다. 자기유물의경우유약의영향으로인해표면에광이반사되어나타난다. 이것은빛의밝기보다광원과카메라의위치에의해서발생한다. 빛이들어오는방향과카메라의위치가 F.O.A 9) 범위안에있을시직접반사가발생한다 < 그림 10~11>. 10) 따라서광택이있는자기류를촬영할때조명의위치를조정해서직접반사가생기는부분을조절할수있다 < 그림 12~13>. 하 8) Raw 파일이란이미지파일포맷중카메라나이미지스캐너의센서에의해압축되지않은형식의파일이다. raw 파일의확장자는업체나제조사에따라다른데캐논 (Canon) 의경우 cr2 를사용하고니콘 (Nikon) 의경우 nef 를사용한다. 9) Family Of Angles 의약자로직접반사가발생하는각의범의를의미한다. 10) Fil Hunter, Paul Fuqua ( 최군성 이종옥역 ), 2002, 조명실기, 학창사, 31p
지만구형에가까운자기유물의경우조명을조절한다고하더라도직접반사의범위에서벗어 나기어렵다. 추가적인방법으로촬영용돔 (dome) 을사용하거나광택을줄여주는스프레이를 사용할수있지만스프레이사용은유물에손상을줄수있으므로주의해야한다. Ⅲ. 작업과정 기존의사진실측방법은왜곡보정프로그램으로왜곡을수정한후캐드를통해유물선을그려서전자도면을완성하는방법을사용한다. 이방법은왜곡수정을객관적으로한다는장점이있지만비용의문제와프로그램의종류에따른오차범위및적용범위가한정적이라는단점이있다. 넓은범위의유구를사진실측할경우오차범위가크기때문에왜곡보정프로그램을반드시거쳐야한다. 하지만유물실측의경우촬영대상의크기가작아왜곡의정도가미미하다. 따라서필자는왜곡보정프로그램을사용하지않고카메라와렌즈의선택및외곽선기준으로포토샵을통하여사진을수정하는방법으로대체하고자한다. 1. 사전작업
1단계 - 방안지에외곽선을실측한다 < 그림 14>. 11) 문양을제외한부분을정확하게실측후도면을스캔한다. 스캔설정의크기는원본크기그대로유지하며 dpi 는최소 300 이상으로최대한크게받는다. 12) 2 단계 - 스캔받은방안지를캐드에 불러온후전자도면을작성한다 < 그림 15>. 3 단계 - 완성된전자도면을 pdf 파일 로출력한다. 이과정에서 dpi 설정및축 적을정확하게설정한다 < 그림 16>. 11) 사진실측의경우촬영된이미지만을가지고정확한축적및크기를맞추기어렵기때문에보완적인방법으로외곽선을직접실측하여작업한다. 외곽선의경우촬영된이미지를캐드에서그리는것은한번더왜곡을보정하는절차를거쳐야하기때문에상대적으로비효율적이다. 12) Dpi 는 dots per inch 의약자로모니터등의디스플레이나프린터의해상도단위이다. 화면 1 인치당몇개의점이들어가는지를의미하며 dpi 가높을수록해상도가뛰어나다.
2. 사진촬영 4단계 - 유물을외곽선실측방향과동일하게촬영한다 < 그림 17>. 유물을촬영할때실측도면의외곽선과동일한각도를유지해야한다. 따라서카메라를직접들고촬영하는방법보다삼각대, T자형삼각대를이용해서정확한수직수평을조절하는것이중요하다. 최근에는카메라자체적으로수직, 수평데이터를볼수있는카메라가출시되고있기때문에이런카메라를활용하는것도유용하다. 또한카메라와컴퓨터를연결하여도면과사진이일치하는지확인해야한다. 사진촬영에서가장중요한점은왜곡이일어나지않게하는것이다. 이를위해서가급적표준계열렌즈의조리개수치를최대한높여서촬영해야한다 < 그림 18>. 스트로보등의인공광원을사용하기때문에충분한광량을사용하는것이도움이되는데, 자기유물의경우직접반사가생기는부분이발생하지않게조명의위치를주의하여야한다. 이외에도최대화소수가높은카메라를사용하고파일설정에서 raw 파일로촬영하는것이후보정작업에도움이된다. 3. 후보정작업 5 단계 - 어도비브릿지 (Adobe Brige) 를통해 raw 파일의색온도, 노출, 콘트라스트 (contrast), 샤프니스 (sharpness) 등을조절한다 < 그림 19>. 색온도는촬영시그레이카드를사용하거나필 터를사용해도되지만 raw 파일의그래프를보면서미세조정하는것이보다유용하다.
6단계 - 캐드를 통해 외곽선을 출력한 pdf파일을 포토샵 프로그램으로 불러온다<그림 20~21>. Pdf파일의 dpi설정은 전자도면 출력시 dpi와 동일하게 맞추어야 이미지의 축적에 문 제가 발생하지 않는다. 캐드에서 출력 당시 300dpi로 설정하였다면 포토샵에서도 300dpi로 불 러와야 한다. 7단계 - 유물의 배경을 제거한다<그림22~23>. 유물의 배경을 제거하는 방법에는 여러 가 지가 있는데, 가장 좋은 방법은 사진을 300% 이상 확대해 펜 툴 기능으로 배경과 유물의 경계 를 그려주는 것이다. 일반적인 마우스보다는 펜 마우스를 사용하면 속도를 높일 수 있지만 숙 련도가 필요하다. 배경과 유물의 차이가 많이 나는 경우에는 자동 툴을 이용할 수 있다.
8단계13) -배경이 제거된 유물사진을 도면의 외곽선 위에 복사해서 불러온 후 편집의 변형 기능(Edit Transform Ctrl+T) 이용하여 외곽선과 일치시킨다<그림 24~25>. 유물 방향의 수직 수평을 조절하기 위해서 필터의 렌즈교정 기능(Fiter Distort Lens Correction)을 사 용한다<그림 26>. 사진과 외곽선의 부분적인 미세한 오차를 조절하기 위해 뒤틀기 기능(Edit
Warp) 및 퍼펫 뒤틀기 기능(Edit Puppet Warp)을 활용한다<그림 27>. 퍼펫 뒤틀기 기능 은 많은 기준점을 사용할 수 있으므로 세부적인 수정이 가능하다. 13) 9단계 - 외곽선과 유물사진을 일치시킨 후 사진에서 문양을 제외한 부분을 제거해야 한다. 일반적으로 지우개 도구와 펜 도구를 이용하지만 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 따라서 커브곡선의 화이트 포인트를 이용하여 문양이 아닌 부분을 제거하고 나머지는 지우개 도구를 활용하여 지워준다<그림 28~30>. 수정작업을 위해 모든 작업은 레이어(layers)를 분리해서 작업한다<그림 31>. 10단계 - 보고서가 흑백으로 제작되는 경우 흑백으로 전환한다. 흑백을 전환하는 방법은 여 13) 유물을 촬영하면 조감도의 형태로 사진이 찍힌다. 기존의 보고서는 문양의 조감도를 평면화시켜서 작업 하기 때문에 이 논고에서는 같은 방법으로 작업하는 것을 예시하였다. 물론 보고서의 양식에 따라 조감 도 자체로 문양을 입히는 것도 가능하다.
러가지가있지만단순한흑백전환방법 (Image Mode Grayscale) 보다레이어를활용한색상별흑백농도조절을사용한다 < 그림 32>. 최종파일로저장하기전에레이어가분리되어작업과정이남아있는 psd 파일로저장한다. 왜냐하면레이어가분리되어저장되어야수정작업이수월하기때문이다. Psd 파일로저장한후레이어합치기 (Merge Layer) 을사용하여 jpeg 파일로저장한다.
Ⅳ. 유물 사진실측의 장단점 앞에서 살펴본 자기 문양의 사진실측은 수작업과 비교할 때 몇 가지 장점이 있다.
첫째, 기존수작업에비해서시간을단축시킬수있다. 수작업의경우유물실측후수정작업, 트레싱작업, 보고서를출판하기위한스캔작업등을거쳐야한다. 하지만앞에서살펴본방법은트레싱작업을생략할수있어시간및인력을확보할수있다. 특히복잡한문양의경우문양실측에많은시간이소요되므로상대적으로사진실측의유용성이크다. 둘째, 작업중간의수정이용이하다. 사진실측은작업과정이 psd 파일로저장되기때문에수정작업을신속하게할수있다. 특히수작업은트레싱작업후수정을해야하는경우트레싱작업을다시하는번거로움이발생하지만전자도면과사진실측의경우프로그램에서간단하게수정이가능하다. 셋째, 수작업에의한방법보다는문양의농도및사실적표현이가능하다. 특히채색위주의문양을표현할때효과적이다. 넷째, 도면의보관이용이하다. 기존의유물실측도는종이에작업하기때문에시간에따른변색, 파손, 분실로부터자유롭지못하다. 그리고많은양의도면을보관하기위한공간의문제도발생한다. 하지만사진실측도면은파일형태이기때문에분산보관이가능하다. 또한안정성이높고열람이편리하기때문에효율적이다. 이런장점에도불구하고자기문양의사진실측은다음과같은단점이있다. 첫째, 채색의특징이거의드러나지않고음 양각으로표현된자기의경우앞에서제시한방법으로는문양을나타내기어렵다. 문양을표현하더라도시간의효율성이떨어지고마지막출력에있어서트레싱작업보다미묘한선의재현능력이떨어진다는단점이있다. 그러나음 양각무늬의경우조명과각도를잘조정하면실측그림과큰차이가없는식별성을지닌사진을만들수있다. 나아가투사그림의경우는사진을이용한편집으로더욱양질의정보를제공할수있기때문에이러한방향의연구도추후에필요하다고판단된다. 둘째, 유물에반복적인문양이시문되어있는경우대표적인문양을선별하여도면에표현하면되지만곡면에전체적으로시문되어있는경우한부분만으로표현하기부적합하다. 따라서이런문양은도면에넣어서표현하기보다는평면화하여문양사진을도면옆에배치하는방법 < 그림 33> 문양을평면화시킨예 ( そばちょこ展開文樣集, 2010)
을고려해볼수있다.< 그림 33> 셋째, 유물촬영시생기는왜곡을수정하기위하여객관적인수학식에의한왜곡보정이아니라카메라와렌즈의선택및포토샵을통한직관적인방법을활용한다는점이다. 따라서작업을실행하는사람의개인차가존재할수있으며, 일정이상의결과를내기위해서많은경험이필요하다. Ⅳ. 맺음말 지금까지유물의문양을사진실측하는방법에대해알아보고장점과한계점을살펴보았다. 앞에서제시한문양사진실측방법은특정유물에제한된방법이라는점과외곽선을수작업으로작성한다는한계점을가지고있다. 하지만이런한계점에도불구하고문양의사진실측은많은장점을가지고있다. 시간과경제적비용을줄일수있고문양의사실적표현에유용하다. 최근발굴조사및보고서작성에있어서디지털장비의활용은기존수작업방식의여러가지단점을보완하고있다. 이것은단순히시간및인력투입을줄이는의미가아니라양질의조사및보고서를작성하기위한노력이다. 앞에서살펴본유물문양의사진실측방법또한기존수작업의한계를극복함과동시에시간과경제적인여유를확보하여다른곳에투자함으로써보다양질의보고서를작성하기위한방법중하나라고할수있다. 앞으로기술의발전은현장조사및보고서작성방법에많은변화를가지고올것으로예상된다. 따라서디지털방식의변화에대해소극적인대처나불신보다는능동적으로익히고활용하는자세가필요하다. 본고가제시한유물문양의사진실측방법은보고서작성에있어서작은부분을개선하기위한방법에불과하다. 특히음 양각의문양의경우위에방법으로는표현할수가없다. 따라서사진실측의방법적개선방안에대한연구가계속진행된다면보다양질의보고서를작성할수있는발판이될것이다. 접수일 2012.1.10 심사일 2012.1.26 게재확정일 2012.2.14
참고문헌 구자봉 윤선희, 2004, 고고유물의실측방법, 춘추각. 서두천 안기원 조병진 유주현, 1999, 사진측량및수치지도 (2) : 근거리수치사진측량에있어서렌즈왜곡의직접보정, 대한토목학회 : 학술발표회논문집. 유경선 박재건외, 1995, 사진용어사전, 미진사. 허의행 안행기, 2008, 야외조사에있어사진실측의적용과활용방안, 야외고고학 제4호, ( 사 ) 한국문화재조사연구기관협회. 田所耕一, 2010, そばちょこ展開文樣集, マリア書房 Leslie Alsheimer Bryan O'Neil Hughes, 2009, Black and White in Photoshop CS4 and Photoshop Lightroom, Focal Press. Babara London Upton ( 성낙인 배병우역 ), 1987, 사진, 미진사. Fil Hunter Paul Fuqua ( 최군성 이종옥역 ), 2002, 조명실기, 학창사. Katrin Eismann ( 석시환역 ), 2005, PHOTOSHOP MASKING & COMPOSITING, ( 주 ) 도서출판길벗.
Abstract Photogrammetry Method of Artifacts - With focus on porcelain pattern - Lim, Sung Uk Kim, Un Hwan (Gyeore Institute of Cultural Heritage) A study of photogrammetry actual measurement on artifacts has been avoided for following three reasons; costliness of auto calibration program, overall understanding for variety of applications (software) are required and accuracy and effectiveness in appraisal outcomes are not objectively investigated yet. Therefore, in this article, more effective photogrammetry method for porcelain pattern measurement will be proposed to surmount those weaknesses. First of all for the preventing distortion of the pattern, aperture on standard lens must be closed to the maximum when actual picture is taking. After that, this pictures and contour line of artifacts which prepared in advance should lay on the top of each other by Photoshop program. Except the patterned area on porcelain, only for those remaining portion will be converted to black and white and it is final step for the photogrammetry method. The biggest advantages of this method are economized of working hours, simplified modification, and concentration of the pattern for more realistic description is relatively practicable. Also, saving a drawing to PDF or other format is much more convenient for further working process. Proposed photogrammetry method is not only a tiny improvement, but also it would pave the ground for continuous study which will bring the great developing on photogrammetry method for artifacts pattern measurement. Key words : photogrammetry, pattern, distortion calibration