디지털이미지와컴퓨터그래픽스 - CAUcau.ac.kr/~kjpark/courses/2010_1_de/Lec5.pdf · 3...

디지털 이미지와 컴퓨터그래픽스

첨단영상대학원 박경주 교수, [email protected], 02-820-5823

http://cau.ac.kr/~kjpark, http://graphics.cau.ac.kr/

2010.04.01

mailto:[email protected]

http://cau.ac.kr/~kjpark

모션그래픽스연구실(http://graphics.cau.ac.kr/)

박경주 교수([email protected])

Topics2

게임, 영화, 애니메이션에서의 캐릭터 애니메이션 모션캡쳐 시스템 – 자연스러운 움직임 키프레임 시스템 – 과장된, 예술적 움직임 가능 Kinematics – IK, FK : 각 프레임의 포즈를 정해야 함

자연현상 애니메이션: 물리기반 시뮬레이션 유체 강체 변형체

모션캡쳐시스템을 사용한 캐릭터 애니메이션3




모션캡쳐 시스템

영화VFX, CF, Animation, Game, Web 3D Avatar 등에 등장하는 디지털액터를 쉽게

움직이게 하기 위한 방법으로 모션캡쳐시스템이 개발, 발전되어 왔다.

모션캡쳐란 실제 배우의 움직임을 3D Data화 하여 3D 컴퓨터 그래픽으로 구현된 디지털

액터에게 동기화하여 디지털 액터가 실제 배우의 움직임을 재현하는것을 말한다.

지금까지 개발 되어온 모션 캡쳐 시스템은 기계식, 자기식, 광학식 모션캡쳐 시스템이

있다.

그중에서도 장소의 제한 없이 모션캡쳐 할수 있는 Gyro센서 방식을 이용한 Gypsy

Gyro-18 모션캡쳐 시스템을 중심으로 기본원리부터 제작프로세스까지 알아본다.



모션캡쳐 시스템

장점

자연스러운 움직임

데이터 재사용 가능

영화, 게임 등 사실적인 작품에 좋음

Medusa.mov

단점

사람이 아닌 캐릭터로 매핑 어려움

과장된 액션 어려움

애니메이션, 게임 등 전통적인 작품에 좋음

5

키프레임시스템을 사용한 캐릭터 애니메이션6




전통적인 캐릭터 애니메이션

만화같은 움직임에 필요한 조건

Squash and stretch

Timing

Anticipation

Follow through

Arcs

Slow in, slow out

Exaggeration

…

키프레임 시스템을 사용하여 움직임을 제어!!!!!!Froblins.mov

7



What is a key?

튀는 공의 경우에는

위치

방향

눌러진 정도



What is a key?

pelvis

Right upper leg

Left upper leg

torso

Right lower leg

Left lower leg

Right upper arm

Left upperarm

head

Right lowerarm

Left lowerarm

사람 움직임의 역학을 잘 이해하여야 키프레임의 key를 정할 수 있음

A Human Model 경우에는 위치, 방향



Walk Cycle의 Key: 걸음걸이 역학



1 713

1,…,13 키프레임1 stride7 passing position13 stride

Walk Cycle: Keys & Inbetweens



Keys 를 사용한 포즈 설정Given Keys

사람 움직임의 kinematics 에 기반하여 포즈를 정할 수 있음

Kinematics 는

뼈대를 어떻게 움직이게 하는 지의 움직임의 공부

관절 종류에 따라서 움직임의 종류와 범위가 달라지

Revolute (hinge) joint: 고정축을 기준으로 회전

Prismatic joint: 선을 따라서 이동

Ball-and-socket joint: 임의의 축을 기준으로 회전


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몇 가지 주어진 Keys 를 만족시키면서 Kinematics 에 어긋남이 없는 관절 위치를 찾아낼 필요 있음



포즈 설정

IK(Inverse Kinematics) 방법 과정

애니메이터가 몇 부분의 위치 좌표를 콘트를 (애니메이터가 Keys 를 제공함)

IK 를 기반으로 몸 전체의 관절 각도를 추정함

응용예 발을 이 위치에 놓기 위한 힙, 무릎, 발 파라미터를 계산

인터랙션에 적합

FK(Forward Kinematics) 방법 애니메이터가 몸 전체의 관절 각도를 콘트를

관절 각도에 따라서 몸 전체의 위치를 추정하여 결정

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Dynamics14

Fightnight4.mov

자연현상 애니메이션



자연현상 CG Visual Effects(시각효과)

Star trek II: The Wrath of Khan

1983년 화염에 싸이는 행성 표현을 위해 particle system 을 최초로 사용

물리적 수학적 사실성 + 시각적인 사실성 시각적인 사실성을 위하여 물리적 수학적 사실성을 희생하는 경우가 대다수

물리기반 시뮬레이션



물리기반 시뮬레이션 대상

유체 수많은 파티클(입자)들의 집합형태 연기, 불, 비, 폭발 등 자연현상

강체 모양이 불변하는 표현으로

충돌 되면서 회전방향과 크기가 변함

변형체 근육, 옷, 머리카락 등

모양이 변하는 물체



뉴톤 법칙

제1 법칙: 관성의 법칙

제2 법칙: Force = Mass * Acceleration

제3 법칙: 작용 반작용의 법칙 모든 힘은 쌍으로 작용한다

크기는 같고 방향은 반대이다.



뉴톤 법칙에 따른 시뮬레이션

현 상태

질량이 m 이고, 현재 위치가 x, 현재 속도가 v 인 물체가 있다.

물체에 작용하는 외부 힘에 의한 시뮬레이션

없을 때 (제1법칙)

있을 때 (제 2법칙)

힘 f 가 작용한다면, f 로부터 가속도 a 를 계산할 수 있다

가속도 a 값만큼 속도 v 를 증가한다

속도 v 값에 따라 위치 x 를 이동한다

위의 방법을 시간 축의 흐름에 따라 반복 시뮬레이션한다.



물리기반 시뮬레이션: 파티클 시스템

http://www.shiffman.net/tecahing/nature/particles/

파티클 시스템

파티클을 „점, 원, 빗선 …‟ 등 조그마한 걸로 표현

파티클을 방출하는 위치 설정

파티클이 움직이는 동선http://www.shiffman.net/itp/classes/nature/week05_s09/simpleparticles/

텍스쳐를 입힌 파티클

색상 또는 텍스쳐로 “점, 원, 빗선,…” 대체 http://www.shiffman.net/itp/classes/nature/week05_s09/simpleparticles/

충돌하는 파티클

표면과 충돌 후 방향 변경 http://www.shiffman.net/itp/classes/nature/week05_s09/particlesplusforces/

파티클과 다른 객체와의 상호작용

particles.mov

http://www.shiffman.net/itp/classes/nature/week05_s09/simpleparticles/

http://www.shiffman.net/itp/classes/nature/week05_s09/simpleparticles/

http://www.shiffman.net/itp/classes/nature/week05_s09/particlesplusforces/



파티클 사용 유체표현기술

액체 바다와 같은 정적인 대규모 액체 컵에 쏟아지는 물 폭포

기체연기, 구름, 불, 폭발



Etri.mov

동적 액체, 연기, 불정적 대규모 유체



유체표현 예: 포세이돈 2006

공기방울과

스프레이

디스플레이스먼트

쉐이더

You Tube: Poseidon trailer, Virtual Sailor Poseidon, Poseidon Start, , Poseidon‟s Last Stand

Virtual Sailor: Poseidon(2006) capsize, Virtual Sailor:Princess of the Stars 등 Virtual Sailor 시리즈



0310.mov, 0481.avi



강체

강체란?

모양이 불변하는 표면으로 애니메이션 도중에 충돌

Dynamics 시뮬레이션에 사용

당구공, 볼링공, …. 게임에 응용

예) ball 과 plank 가 충돌하면, 중력에 내려가던 ball이 plank 와 충돌후에rebound 함



Rigid body dynamics

공간상 크기가 있는 객체들에 한하여파티클 시스템 외에 강체 역학을 사용=>충돌 후 회전력이 생기는 경우

Video_by_kaufman, video_by_Guendelman



변형체

헤어, 옷, 근육 등 탄성 성질에 따른 움직임을 묘사

나니아 연대기 사자 털

헤어와 헤어 간의 상호작용, 충돌처리

헤어를 빗는 모습

렌더링

실사와의 합성



변형체스프링

탄성계수, 물질성질 등에 따라서 움직임 즉 변형의 정도와 회복하려는 정도가 다름

변형체/coarsening.avi

Shrek 동키의 귀

캐리비안 해적의 David Jones



변형체헤어:

충돌 후 변형정도 + 헤어 간의 상호작용 + 충돌처리

Shrek 기네뷔르의 곱슬머리올림 Shrek 잠자는 공주의 긴머리

The Day After Tomorrow 의 CG 늑대

The Day After Tomorrow의 합성장면



변형체 - 옷31

파티클 스프링

Cloth 비디오 : Mom

스프링을 바둑판처럼 연결한 것으로 옷 모델링

Shrek 라푼잘의 머리채 옷



변형체 – 가상 수술 시뮬레이션

인체구성의 장기, 근육 등은 탄성물질이 복잡한 변형체의 일종으로 시뮬레이션

Tissue – 변형체/big09_SoftTissueSg09

Muscle, Organ – 변형체/Chentanez2009-ISN

장기의 tissue 들의 물질 성질은

불균일하고 불연속적이며 서로 다름

따라서, 외부에서 자극되는 힘에 따른 변형정도와 방향

충돌에 따른 변형정도와 방향

등이 고려되어야 한다

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