색의 삼원색, 빛의 삼원색: 숨겨진 물리 현상과 과학적 원리

초중고 미술 시간에 배웠던 색의 삼원색과 빛의 삼원색은 대부분 흘려듣거나 시험을 위해 단순히 외우기만 하였습니다. 이번 글에서는 이러한 다양한 색에 숨겨져 있는 과학, 물리 현상에 대해 알아보도록 하겠습니다.

색의 삼원색

색의 삼원색은 미술이나 다양한 인쇄에서 주로 사용되는 기본적인 색상입니다.

서로 다른 색의 물감이나 도료를 혼합하면 색상이 변하지만 밝기가 어두워지고, 계속해서 다양한 색을 추가하여 섞으면 더욱 명도가 낮아지는데 이를 ‘감산혼합’이라고 하며, 이러한 색 체계에서 가장 기본적인 3가지 색을 삼원색이라고 합니다.

과거 미술 시간에는 적색, 청색, 황색으로 배웠으나 실제로는 CMY인 시안(Cyan, 청록색), 마젠타(Magenta, 자홍색), 옐로(Yellow, 황색)에 추가로 검정(Black)까지 4가지 색상이 기본 원색입니다.

청록색, 자홍색, 황색을 모두 혼합하여도 완벽한 검정색이 구현되지 않기 때문입니다.

색의 삼원색(왼쪽)과 빛의 삼원색(오른쪽)

이와 같이 청록색, 자홍색, 황색, 검은색을 다양하게 혼합하여 여러 색상을 표현하는 것이 미술 작품과 사진을 포함한 다양한 인쇄 분야에서 활용하는 색의 체계가 되는 것입니다.

하지만 근본적으로 백색은 어떠한 혼합으로도 표현할 수 없습니다. 색을 섞을수록 명도와 채도가 낮아지는 감산혼합이기 때문입니다.

빛의 삼원색

빛의 삼원색은 레드(Red) 적색, 그린(Green) 녹색, 블루(Blue) 청색으로, 이 3가지 색상의 광원을 혼합하여 다양한 색을 구현합니다.

색을 섞을수록 어두워지는 감산혼합과는 반대로 혼합할수록 밝아지므로 ‘가산혼합’이라고도 부릅니다.

가산혼합과 감산혼합은 서로 반대되는 개념으로 보색 관계에 있게 되어 근접 배치할 경우 시각적 구분이 상대적으로 더욱 명확해집니다. 빛의 삼원색은 그 근원이 빛 자체이기 때문에 가산혼합의 색상 체계는 광학 기기나 전자기기에 널리 사용됩니다.

예를 들면 TV나 컴퓨터 모니터, 스마트 기기의 디스플레이에서 주로 사용됩니다. LED와 같은 빨강, 초록, 파랑 세 가지 색상의 광원을 활용한 RGB 조합으로 디지털화된 다양한 컬러를 구현하는 것입니다.

RGB 각 색상에 8비트인 2⁸ 즉 256컬러를 할당하여 세분화된 색상을 구현할 수 있는데, 총 3가지 색상이므로 2⁸ x 2⁸ x 2⁸ = 2²⁴ 즉 24 비트인 16,777,216 가지의 색상, 약 천칠백만 개의 컬러로 다양한 색상, 명도, 채도를 표현할 수 있는 것입니다.

예를 들어 rgb(0,0,0)은 검은색이며 rgb(255,0,0)은 레드(적색), rgb(0,255,0)은 그린(녹색), rgb(255,255,255)는 화이트(백색)가 됩니다.

색에 숨어있는 물리 현상

조명에 숨어있는 과학에 대해 설명했던 부분과 같이, 우리의 눈으로 볼 수 있는 빛인 가시광선은 약 380 나노미터 길이 파장의 보라색에서 약 760 나노미터 파장의 빨간색까지입니다.

물체가 파랗게 보이거나 인쇄물이 노랗게 보이고 사진 속의 꽃이 붉게 보이는 이유는, 다른 파장의 빛은 대부분 물체나 도료에 의해 흡수되거나 상쇄되지만 파랑, 노랑, 빨강에 해당하는 빛은 반사되어 우리의 눈에 전달되기 때문입니다.   

다양한 파장의 가시광선

물감이나 도료도 특정 색상을 띠는 원리는 동일하며, 만약 다른 색상의 물감이나 도료를 혼합한다면 잘 반사되던 빛도 섞인 다른 물감이나 도료에 의해 흡수되고 상쇄되기 때문에 어두워집니다. 이것이 감산혼합의 원인입니다.

계속해서 다른 색을 혼합한다면 대부분의 빛이 흡수되고 상쇄되어 검은색에 가까워지지만, 모든 빛을 충분히 흡수할 수 없기 때문에 완전한 검은색 구현은 어려운 것입니다. 그러나 광원을 모두 끄거나 가리면서 검은색도 표현할 수 있는 것입니다.

다양한 색상의 빛을 혼합하는 것은 조금 더 이해하기 쉽습니다.

마치 태양 빛을 프리즘으로 파장에 따라 분리하는 분산 현상과 반대의 개념으로, 다양한 파장의 빛들이 더해지고 중첩되어 밝은 색상으로 변하는 가산 혼합이 일어나기 때문에 더 많이 혼합할수록 흰색(백색)에 가까워지는 것입니다.

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