|
Motion Capture 의 전반적인 이해와 기본개념
영화 <Batman & Robin> 에서 보면 Batman이 빌딩 위에서 뛰어내리는
장면이 있다. 일반적으로 이러한 장면에는 진짜 배우대신 스턴트맨이 뛰어내리게 되는데 여기에서는 Batman이
걸치 망토가 스턴트맨으로 하여금 너무 많은 위험 부담을 주게 될 형편이었다. 때문에 이것을 해결하기
위하여 모션캡쳐 장비가 쓰여지게 됐다. 우선 망토 없이 뛰어 내리는 사람의 모습을 모션캡쳐 장비로 잡아
이를 Data화 시켰고 망토는 별도의 Simulation 작업으로 만들었다. 이렇게해서 최종적으로 컴퓨터
그래픽에 의해 망토를 걸친 Batman의 모습이 만들어져서 영화의 한 장면으로 보여지게된 것이다.
Motion Capture 기법은 최근 10년 사이에 전용으로 개발된 장비의 도움 없이도 오래전부터
존재한 애니메이션 기법 중 하나로서 속된 말로 악마의 Rotoscope 라고도 불리운 기법이다. 디즈니사의
장편 만화인 백설공주도 이 기법을 활용 했었다.
 Motion
Capture란 간단히 말하자면 사람의 움직임을 애니메이션 속으로 전달 하는 기법이다. 하지만 애니메이션은
원래 과장과 애니메이터의 손에의한 Touch에 의해 더 그 가치와 표현 가능성이 깊어지므로 디즈니사에서도
이러 한 기법에서 멀어지게 된 것은 자연스러운 과정이라 본다.
하지만 Motion Capture 기법은 Fiction이 아닌 현실성과 정확성을 필요로 하는 프로젝트에서
꾸준히 그 역할을 해왔다. 더구나 근래에 실사와 유사하여 영화와도 같은 컴퓨터 애니메이션들이 등장한
이후로 오히려 사람의 움직임을 십분 자연스럽게 집어넣는 방법으로서 Motion Capture 기법을
사용하는 것이 더 효율적인 작업 방법으로 인정받고 있다.
Motion Capture 종류
- 음향식 (Acoustic motion capture)
이 시스템은 다수의 초음파 발생장치와 3개의 수신장치로 구성된다.
연기자의 각 관절에 부착된 초음파 발생장치들은 순차적으로 초음파를 발생 하고, 그 초음파가 수신장치에
수신 되기까지 걸린 시간과 이 때의 소리 속도를 이용해 발생장치에서 수신장치까지의 거리를 계산한다.
각 전송장치의 3차원 공간상의 위치는 3개의 수신장치에서 각각 계산된 값을 이용한 삼각 측정원리에 의하여
구할 수 있다.
- 기계식 (Mechanic)
 |
|
기계식 시스템의 예
|
기계식 모션캡쳐 시스템은 연기자의 관절 움직 임을 측정하기 위한 전위차계 (Potentiometer)
와 슬라이더(Slider)의 복합체로 구성되어 있다. 이 시스템은 음향식, 자기식, 광학식 시스템의
전형적인 문제점 (자기장이나 원하지 않는 반사 등으로 인한 영향)의 영향을 받지 않는 절대적 인 측정장치이다.
따라서 초기 셋업(Calibration) 과정이 거의 필요 없으며 매우 높은 샘프링 빈도로 모션 데이터를
획득할 수 있다는 장점이 있다.
그러나 이 시스템은 매우 부담이되는 기계장치 를 연기자의 몸에 부착 해야하므로 자연스러운 동작을 연출할
수 없고, 기계 장치가 연기자의 각 관절에 얼마나 정확하게 위치했는지에 따라 정확도가 달라진다는 단점이
있다.
일반적으로 기계식 시스템은 기존의 애니메이션 제작기술인 키프레임 방식 및 동작제어 방식과 함계 사용되어
키프레임이나 스텝 동작의 생성에 이용된다.
- 자기식 (Magnetic motion capture)
 |
|
자기식 모션캡쳐 (Motion
Star)
|
자기식 시스템은 연기자의 각 관절 부위에 자기장을 계측할 수 있는 센서를 부착하고 자기장 발생장치 근처에서
연기자가 움직일 때 각 센서에서 측정하는 자기장의 변화를 다시 공간적인 변화량으로 계산하여 움직임을
측정하는 방식이다. 각 센서와 자기장 발생장치 및 본체는 케이블로 연결되어 있다.
자기식 시스템의 대표적인 것으로는 Polhemus사의 Ultratrak과 Ascension사의 MotionStar
등이 있다. 자기식 시스템의 가격은 약 $5,000 에서 $4,000 정도의 저렴한 가격이며, 운용이
쉽고 장비 자체외의 시설 투자가 필요없다는 장점을 갖는다. 또한 필요한 숫자만큼 센서를 구입하여 사용하게
되므로 불필요한 투자를 하지 않아도 된다.
반면 이러한 자기식의 경우 가장 큰 단점은 센서를 연기자의 몸에 부착할 시에 발생되는 센서 본체와
연결된 수많은 케이블로 인한 문제다. 이러한 케이블들은 연기자의 동작에 제한을 주고 이것으로 인해 복잡하고
빠른 움직임을 자연스럽게 표현하는 것을 불가능하게 한다. 다행히도 몇몇 회사들은 케이블이 필요없는 무선
시스템을 개발하여 판매하고 있지만 역시 연기자의 신체에 송신기를 부착하지 않으면 안되는 단점을 갖고
있다. 따라서 자기식 시스템의 사용은 간단한 동작 등을 캡쳐하는데 적당하다.
- 광학식 (Optical motion capture)
 |
|
광학식 모션캡쳐 (ExpertVision
HIRES)
|
Optical 시스템은 Light, Camera, 반사점 (Reflective dots)을 이용하여
3차원 공간에서 Join의 위치를 결정 한다. 즉, 이들 시스템은 연기자의 몸에 부착된 캡쳐 센서로부터
정보를 읽어 들이는 카메라들을 설치하고, 이들 센서들이 2차원 위치를 제공 하면, 모션캡쳐 소프트웨어가
3D 데이터로 계산한다.
Optical motion capture system 의 주요 장점은 Magnetic system과
달리 금속에 의해 영향을 받지 않으며, 동작에 제한이 없어 자유로울 뿐 아니라 2명 이상이 연기할 경우
편리하며 스포츠 선수의 동작과 같이 매우 빠른 움직임 등을 캡쳐할 때도 유용하다.
또한 연기자에 부착되는 마커의 크기가 작고 케이블로도 연결되지 않으며 개수가 제한되지 않아 연기자가
움직임을 수행하는 동안 자유로움을 제공하며, 움직임의 아주 미세한 묘사까지도 가능하게 한다. 광학식
시스템은 다른 시스템에 비하여 넓은 범위에서 캡쳐가 가능하며 캡쳐 정밀도의 면에서도 높다.
반면 광학식 시스템의 주요 단점은 센서들이 카메라들이 추적할 수 없게 가려지는 경우 데이터를 놓치는
현상이다. 이런 경우 3차원 좌표를 얻는것이 불가능하고 이것으로 인하여 많은 사후 처리과정을 필요로
하게 되어 실시간 처리가 불가능하게 되거나 모션캡쳐과정을 더욱 복잡하게 만들면서 전체의 성능을 떨어뜨리는
요인이 된다.
Motion Capture 장비
- Polhemus사의 Star Track system
- Vicon Motion Systems사의 Vicon 370E
- Adaptive Optics Associate(AOA)사의 Multi-Trax pro
- Moton Analysis사의 Expert Vision Hires system
- NDI사의 Opto Track system
- Analogus사의 Gypsy 와 Animation Motion Capture System
- Virtual Technologies사의 Cyber glove, Cyber suit
Motion Capture 지원 소프트웨어
Motion Capture data가 3D 캐릭터에 전해지기 위한 사전 작업을 보통 캐릭터 매핑이라고
한다. (Texture 작업이 아님)
이 캐릭터 매핑 과정은 소프트웨어마다 형식, 방법, 폭에 있어 많은 차이가 있다. 가장 좋은 방법은
캐릭터 매핑 전용 소프트웨어를 사용하는 것이다. 전용 소프트웨어들은 보통 대표적으로 사용되고 있는 3D
Software들을 지원한다. 만약 Maya에서 만들어진 맵핑을 하지말고 전용 소프트웨어로 Maya
캐릭터를 불러들여 캐릭터 맵핑을 하고 완성된 캐릭터 맵핑을 Maya로 보내는 것이 더 좋다. 전용 소프트웨어는
아무래도 이러한 작업들이 쉽게 될 수 있게 배려되어 있기 때문이다. 대표적으로 다음의 두 가지 전용
소프트웨어가 있는데 가격은 대략 $5,000에서 $10,000을 훨씬 넘게 된다.
- Kaydarf FILMBOX
Full option을 다 갖추면 현존 software 중에서 가장 막강하다. 보통 custom 형식으로
지원되는 realtime performance system 기능이 user frindly 하게 제공된다.
Motion NLE도 갖추고 있다.
- Lambsoft pro Motion
Move Tools, Swurve, Smirke 등의 독립 package 들을 합치면 매우 많은 기능을
제공한다. Filmbox가 Realtime Performance에 강하다면 Pro Motion 은 Conversion과
3D software 들에 더 친밀한다. 캐릭터 매핑에는 많은 방법들이 있으며 어떤 한가지 방법만이
최상의 방법은 아니다. 캐릭터 매핑 시 생각하게 되는 사항은 capture시의 performer와 컴퓨터상의
캐릭터의 팔다리를 포함한 몸의 크기와 다를때 어떻게 해결하는가 하는 것이다. 이에 따라 Motion
data는 몇가지로 구분되고 카메라의 시점에 따라 더 세부적으로 구분되고 다르게 처리된다.
그 밖의 지원 소프트웨어
- Famouse
캐릭터 얼굴 모션 맵핑에 그 기능이 집중된 Software 이다.
많은 Format을 지원한다.
- Artiface
캐릭터 얼굴 모션 맵핑에 그 기능이 집중된 Software 인데 motion data를 일반 비디오
카메라로 찍은 영상으로부터 추출해 내는 것이 독특하다. 따라서 저 예산 제작을 위한 시스템인듯 하며
현재는 SGI version 밖에 없다.
- Dance Studio
Metacreation 사의 최근 software로서 가격이 매우 저렴하다. 춤추는 동작을 다양하게
만들어 낼 수 있는데 그 비결은 software에 내장된 다양한 Motion Capture data의
database에 있다. 현실감은 약간 떨어져 미묘한 동작은 못 만들어 주나 3DS Max의 Character
Studio에 Data를 보내 약간 손을 보아줄 수 있어서 Character Studio 작업자들에게는
꼭 한번 사용해 볼만한 Software 이다. 참고로 Dance Studio에서 Export 된 BVH
Data는 수정을 해야지만 Character Studio에 불러진다. BVH는 ascii data 이므로
word processor 로 일단 열어서 joint 이름들을 적절하게 바꾸어 주어야 한다. Character
Studio 에 불러지는 BVH와 비교하면 된다.
- Poser 3
BVH만 지원하는 것이 흠이나 소프트웨어에 따라오는 모델드른 매우 훌륭한 편이고 수정도 매우 쉽게 이루어진다.
외부에서 몸 동작을 캡쳐해 온 후 추가적인 손가락 등의 애니메이션들을 만들 수 있고 꽤 강한 편인 Library
기능을 사용하여 Pose 들의 data base를 만든는 것도 가능하다.
- Character Studio
BVH 만 지원하는 또 다른 Software인데 아쉽게 BVH export 도 되지 않는다.
최종적으로 Max 만을 사용한다면 매우 강력한 layer editing 기능이 돋보인다.
- Life Form
한 두 명의 캐릭터와 모션 data를 취급하는것이 아니고 많은 캐릭터의 안무를 진행해야 한다면 고려해
볼만하다. 출시 된지는 매우 오래됐지만 최근에 들어서야 활용이 가능하게 되었다고 본다.
- Life Source
Turn Key System으로 손가락과 얼굴 표정을 한꺼번에 Realtime으로 해결해 주기 위한
시스템이다. FILMBOX에 장비가 포함된 것으로 보면 된다. 가격이 매우 높은데 영문 브로셔를 보면
한국통신의 캐릭터인 한통이가 미소를 짓고 있다.
- Clovis
역시 Turn Key System으로 상황에 따라 configuration이 바뀐다.
|
