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매크로 X-선 형광(MA-XRF)을 사용해 예술가가 안료의 화학적 조성을 바탕으로 어떤 색상을 사용했는지, 그리고 이를 적용한 순서는 무엇인지 자세히 조사 가능

AI가 라파엘 그림의 색상 그라데이션을 보여준다.
알고리즘은 두 개의 역사적인 제단祭壇에서 안료를 안정적으로 감지한다.

AI를 사용해 작품 분석:
미술사학자들은 역사적인 그림의 X선 스캔을 손으로 평가하는 것보다 더 빠르고 정확하게 평가하는 데 사용할 수 있는 알고리즘을 개발했다. AI는 실수를 줄이고 안료와 색상 혼합물의 화학 원소를 안정적으로 인식한다. 이를 통해 미술 전문가는 라파엘로와 같은 거장의 작품에 대한 상세한 분석을 수행할 뿐만 아니라 원본에 맞게 복원하는 것도 더 쉽게 할 수 있다. 

▲ 라파엘로의 제단화 중 두 조각, 즉 “성모 마리아”(왼쪽)와 “성부 하나님”(오른쪽)을 살펴보았다. © Danilo Pavone, ISPC-CNR, Catania

요즘에는 역사화를 다양한 기법으로 살펴보고 층별로 분석할 수 있다. 예를 들어 매크로 X-선 형광(MA-XRF)을 사용하면 예술가가 안료의 화학적 조성을 바탕으로 어떤 색상을 사용했는지, 그리고 이를 적용한 순서는 무엇인지 자세히 조사할 수 있다. 이러한 스캐너는 이제 오래된 그림과 그 기원을 조사하기 위해 박물관과 보존 작업실에서 일상적으로 사용된다.

이러한 녹음을 평가하려면 높은 수준의 기술 지식을 갖춘 미술 전문가라도 많은 노력과 연습이 필요하다. 그 이유는 한편으로는 엄청난 양의 데이터뿐 아니라 복잡한 색상 혼합으로 인해 발생할 수 있는 X선 이미지의 간섭 신호 때문이기도 하다.

알고리즘은 페인팅 스캔을 평가

이탈리아 국립연구위원회(CNR)의 Zdenek Preisler가 이끄는 팀은 이제 이러한 MA-XRF 이미지를 자동으로 검색하고 평가하는 알고리즘을 개발했다. 이를 위해 연구원들은 50만 개 이상의 색상 스펙트럼으로 AI를 훈련시켰고 AI에 포함된 57가지 색소와 색상 화합물을 인식하도록 가르쳤다.

Preisler와 그의 동료들은 이 AI를 사용하여 르네상스 예술가 Raffaello Sanzio da Urbino(줄여서 Raphael(1483-1520))가 1500년에서 1501년 사이에 그린 두 개의 유명한 역사적 그림인 "아버지 하나님"과 "성모 마리아"를 분석했다. 두 예술 작품 모두 라파엘이 이탈리아 마을 치타 디 카스텔로에 있는 같은 이름의 교회를 위해 Evangelista da Pian di Meleto와 함께 그린 제단화 "Pala of Blessed Nicholas of Tolentino"에 속한다. 오늘날에는 여러 개의 나무 패널로 구성된 한때 거대했던 제단의 파편 4개만 남아 있다.

▲ 라파엘로의 제단 재건. 위의 두 그림은 나폴리의 Museo di Capodimonte 컬렉션에 속한다. 아래 두 개의 천사 그림은 파리의 루브르 박물관과 브레시아의 피나코테카 토시오 마르티넨고에 걸려 있다. © Danilo Pavone, ISPC-CNR, Catania

 

빠르고 안정적인 안료 검색

AI는 이러한 이미지에서 납, 수은, 구리를 포함한 다양한 화학 원소를 안정적으로 인식했다. 납은 프라이머의 납백색[Pb3(CO3)2(OH)2]에서 나왔고 이미지가 강조되었다. 수은은 Raphael이 피부색과 대비 효과에 사용한 주홍색(HgS)의 일부다. 구리는 직물의 녹색 톤에 포함돼 있다. 철과 망간 산화물도 두 인물과 이미지의 배경 요소를 표시했다.

분석 결과 라파엘이 사용한 녹색과 파란색 색상에는 미량의 칼륨이 포함돼 있는 것으로 나타났다. 이는 이러한 색조가 녹색 구리 수지산염 또는 청색 남동석[Cu3(CO3)2(OH)2] - 순수하거나 노란색 래커 안료와 혼합되어 만들어졌음을 시사한다. 파란색 톤은 또한 납의 흔적에서 알 수 있듯이 파란색 청금석과 흰색 납의 혼합물로 덮여 있었다.

연구원들은 이 실험을 통해 AI가 X선 스캔을 빠르게 평가할 수 있게 함으로써 미술 전문가의 작업을 더 쉽게 만들 수 있다는 결론을 내렸다. AI 결과는 '손으로' 평가한 데이터보다 훨씬 정확하며 간섭 효과가 발생하는 위치와 실제 색소가 존재하는 위치를 정확하게 구별한다고 팀은 설명했다. 

▲ 고해상도 MA-XRF 지도는 각 원소의 특성 X선(K/L/M 껍질)으로 기록된 "God Father"의 원소 분포를 보여준다. (A)스캔된 영역의 보이는 이미지다. (B) 납(Pb-L)의 원소 맵. (C) 수은(Hg-L)의 원소 지도. (D) 수은, 철(Fe-K) 및 구리(Cu-K)의 원소 맵의 적록청색(RGB) 이미지. 이 그림은 라파엘로의 회화 기법에 대한 통찰력을 제공한다. (E) 납(Pb-M)의 원소 분포 맵. AI는 여기에서 더 적은 양을 찾아내지만 간섭 신호도 더 적다. (F)황(S-K)의 원소 분포 지도. © Photo (A) Danilo Pavone, ISPC-CNR, Catania

AI는 미술사가의 작업을 더 쉽게 만든다

AI는 또한 위양성 데이터 포인트 없이 금색 톤을 안정적으로 감지했다. “MA-XRF 스캔은 또한 현재 보이는 이미지 구성에서 부분적으로 가려져 있던 두 패널 그림의 금박 모티브를 보여주었고 발생한 복원 작업도 드러냈다. 시간이 지남에 따라 "시대착오적인 색소가 발생했다"라고 Preisler와 그의 동료들은 보고했다.

이렇게 덧칠된 세부 사항을 바탕으로 미술사가들은 이제 그림의 원래 모습에 대한 결론을 도출할 수 있으며, 보다 현대적인 안료를 사용해 원본과 동일하게 복원할 수 있다.
(Science Advances, 2024; doi: 10.1126/sciadv.adp6234)
출처: 미국과학진흥협회(AAAS)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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