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모션캡처
모션캡처(motion capture)란 몸에 마커라고 불리는 물체 혹은 센서 등을 부착시켜 위치 데이터를 가지고 컴퓨터가 3차원으로 계산해 디지털 형태로 기록하거나 표현하는 것을 말한다.
초창기 영상매체 중 실제 사람이 출연하지 않는 2D 영상이나 3D 컴퓨터 그래픽 영상에서 사람의 움직임에 부자연스럼움이 많았던 것은 제작자가 동작을 일일이 수작업으로 만들다 보니 생긴 현상이다. 당시 기술력으로는 관절과 근육의 미세한 움직임을 하나하나 재현하려면 엄청난 노력과 자원이 소모되는 일이었기에 정당히 구현하는 선에서 타협을 봐야 했고, 그 결과 상당한 부자연스러운 동작들이 연출되었다 하지만 1970년대 말부터 알려지기 시작하며 1980년대 들어 컴퓨터를 이용하면서 인간의 동작 분석이 학문적으로 시작되었다. 신체 여러 부분에 센서를 부착한 뒤에 센서의 위치 값을 통해 가상캐릭터가 같은 동작으로 하게 하는 것으로 탄생하 것이 모션 캡처이다.
최근 많은 곳에서 영화의 등장인물을 나타내는 데 사용되는데 많이 알고 있는 곳이 '반지의 제왕'에 배우 "앤디 서키스(Andy Serkis)"가 연기한 골룸이다. 영화에서의 골룸의 표정과 동작 등을 실제 배우의 연기를 여러 대의 적외선 카메라로 찍어 컴퓨터로 기록한 다음 그 움직임을 컴퓨터 그래픽으로 만든 골룸 캐릭터로 표현하도록 합성한 것이다. 영화 '리얼 스틸'에 나타나는 로봇의 제어 방식 역시 모션 캡처 방식을 이용한 것이라고 볼 수 있다. 하지만 꼭 영화에서만 한정되어 사용되는 것은 아니다 실제 의료 분야에서는 정형외과 와 재활의학과에서 환자의 걸음걸이나 움직임이 정상적인지를 판단하기 위한 진단의 목적과 수술을 통한 보정 이후의 결과를 예측하기 위한 수단으로 모션 캡쳐를 사용해 왔고 지속적으로 연구되고 있다 그 외에 체육선수들의 자세 교정에도 이용되고 있다.[1][2]
장단점
모션 캡처의 장점은실시간에 가까운 결과물을 얻을 수 있으며 복잡한 물리적/해부학적 움직임 및 상호작용을 아무런 추가 연산 없이 재현할 수 있다 또한 수작업 애니메이션에 비해 사람마다 지닌 자 각각의 스타일, 분위기, 감정 상태, 무게감, 물리적 특성 등 동작을 사실적으로 보이게 만드는 중요한 요소들이 녹화된 동작 데이터에 포함되어 있어 애니메이터의 작업을 도와 애니메이션 제작 기간을 단축하는 데 도움을 준다.[3] [4]
모션 캡처의 단점으로는 물리법칙을 따르지 않는 애니메이션은 생성할 수 없다(예: 유령 등) 또한 가상의 생물이나 촬영이 불가능한 생물 등의 애니메이션을 만들 경우(예: 드래곤등), 인간의 애니메이션을 변형해서 사용해야 하기에 캐릭터의 몸이 스스로 겹쳐지는 등 여러 오류가 발생한다 이와 같이 웬만한 애니메이션은 캡처 대상이 대부분 인간이며 극도로 훈련된 동물도 매우 적어 캡처 대상이 제한적이다.[5]
역사
- 모션캡처의 시발점이 된 것은 영국의 사진작가 애드워드 머이브릿지(Eadweard Muybridg)가 말의 움직임을 포착한 사진이다. 그는 목장을 소유한 친구로부터 말이 장애물을 넘을 때 네 발이 공중에 떠있는 순간이 있는지에 대해 질문을 받았다. 그는 말의 움직임이 너무 빨라 육안으로는 관찰하기 힘들어 1878년 6월 15일 24대의 스틸 카메라를 약 30cm의 간격으로 일렬로 늘어놓고 말이 지나가면서 실을 끊으면 자동으로 사진기의 셔터가 눌러지게끔 설계해 24장의 말 사진을 통해 장애물을 넘는 말의 움직임을 사진에 담는데 성공한다. 24장의 사진은 움직이고 있는 대상의 동작 하나 하나를 사진으로 찍을 수 있다는 가능성의 발견이었기에 그 당시에는 충격적인 사건으로 받아 들여졌다고 한다.
- 1985년 로버트 아벨은 슈퍼복 SLS 텔레비전 방송 중 방영을 위해 "브릴리언스(Brilliance)"라는 광고를 제작했는데 여기 등장하는 여성형 로봇의 사실적인 움직임을 얻기 위해 연기자에게 흰색의 레오타드를 입히고 주요 관절 부위에 검정색으로 표시한 뒤, 연기자의 움직임을 촬영한 후 컴퓨터를 통해 3차원으로 계산해 냈다. 실세계에서는 표현하기 힘든 은빛의 반짝이는 금속재질의 여성형 로봇에 모션캡처를 이용한 움직임을 더한 것이다. 이는 최초의 광학식 모션캡처로 기록되어 있다.
- 1988년 실리콘 그래픽스(Sillicon graphics, Inc)와 드그라프-워먼(deGraf-Wahrman, Inc)에 의해 개발된 "마이크 말하는 얼굴(Mike the talking head)"은 얼굴 표정 캡처를 이용하여 실시간 얼굴 애니메이션이 가능함을 보여주었다. 실제 사람 마이크 크리블(Mike Gribble)이 각각의 음소를 발음하는 얼굴을 3차원 스캔하여 다면체(polygon)로 이루어진 얼굴 모델을 얻고 음소에 해당되는 표정들을 보간(interpolate)하여 사실적인 얼굴 애니메이션을 얻었다.[6] [7] [8]
구현 방법
광학식
특정 주파수만 받아들이는 필터를 갖춘 여러 대의 비디오카메라를 이용하여 캡처 대상이 최소 두 개 이상의 카메라에서 동일한 지점에 투영되도록 한 뒤 삼각측량법을 통해 대상의 삼차원적 좌표를 역산한다[9]
일반적으로 측정의 정확도를 위해 캡처 대상에 마커를 부착한다. 마커는 광학적 성질로 인해 데이터 적으로 식별이 용이하여 보다 정확한 측정을 가능하게 한다. 하지만 최근의 시스템은 각각 동적으로 식별된 표면 기능을 추적함으로써 정확한 데이터를 생성할 수 있게 되었다. 많은 수의 배우들을 추적하거나, 캡처 영역을 확대하는 것은 카메라의 수를 늘리는 것으로 해결된다.
패시브 마커
패시브 마커는 특정한 파장의 빛을 재귀반사하는 물질로 코팅된 마커로서, 주로 적외선을 재귀반사하며 적외선 카메라와 대응하여 사용된다.
(과학적 원리는 다음주소를 참고 해주시기 바랍니다)
위키백과 - https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%AA%A8%EC%85%98_%EC%BA%A1%EC%B2%98
패시브 마커의 가장 큰 장점은 사람이 아닌 무기, 탈것 등의 오브젝트 모션이 필요할 경우 대상이 되는 오브젝트가 단순히 하나의 강체(Rigid body)라면 적당히 몇 개의 마커를 붙이는 것 만으로도 추후에 소프트웨어에서 간단히 오브젝트의 모션을 생성해 낼수가 있다. 그 외에 액티브 마커에 비해 상대적으로 가격이 저렴하며 캡처 대상이 느끼는 신체적 부담이 적다 또한 마커의 구조가 간단하고 캡처 대상이 값비싸고 불편한 기계식/전자식 장비를 착용할 필요가 없다.[10]
패시브 마커의 단점에는 크게 두가지가 있는데 그 중 하나는 모든 마커가 동일한 파장의 빛을 반사하기 때문에 마커끼리의 상호간 식별이 불가능하다 예를 들어 캡처 대상이 뒤로 돌았을 경우는 전면의 마커가, 앞으로 돌았을 경우는 후면의 마커가 보이지 않아 마커끼리의 상호 위치관계가 달라지거나 손실된 상태로 촬영되어 그 결과물을 디지털 기록으로 변환할 시, 각각의 마커가 캡처 대상의 어느 부위에 붙어 있었는지 데이터 상으로는 알 수 있는 방법이 없다 그렇기에 애니메이션을 적용할 대상 캐릭터의 뼈대와 관절에 대입하면 엉망진창이 된다 위와 마찬가지로 다수의 캡처 대상을 촬영할 경우 순수 데이터상으로는 어느 마커가 어느 캡처 대상을 지칭하는지 알 수 있는 방법이 없다.
위와 같은 문제를 해결하기 위해서는 수백개의 달하는 다수의 카메라를 사용하여 오차가 발생하는 영상의 개수를 최소화할 수 밖에 없으며, 그럼에도 발생하는 오류들은 애니메이터들이 수작업으로 수정할 수 밖에 없다.
패시브 마커의 또 하나의 단점은 적외선을 활용하기 때문에 태양광의 간섭에 취약하여 야외 환경이나 창문에서 태양광이 들어오는 환경등에서는 데이터가 제대로 얻어지지 않는다. [11]
액티브 마커
액티브 마커는 외부의 빛을 반사하는 방식이 아닌 마커 스스로가 빛을 발산한다(이때 주로 LED 등을 이용) 한 번에 하나의 LED를 매우 빠르게 점등하여 위치 값을 삼각측량을 하거나 소프트웨어가 있는 여러 개의 LED로 위치를 식별한다.[12] [13]
액티브 마커의 장점은 패시브 마커와 달리 각 마커의 색깔이나 주사율을 달리하는 등의 방식으로 마커 간의 식별이 가능하다. 또한 마커 자체적으로 빛을 발산하기에 패시브 마커보다 더 먼 거리에서 식별할 수 있으며, 적외선 카메라와 같이 카메라가 별도 파장의 빛을 발산하고 탐지할 필요가 없다. 그렇기에 보다 넓은 환경에서의 동적 촬영, 혹은 야외 환경에서의 촬영을 가능하게 한다.[14][15]
하지만 당연 액티브 마커의 단점도 존재한다. 패시브 마커와 달리 각 마커의 색깔이나 주사율을 달리하는 등의 방식으로 마커 간의 식별이 가능하다 또한 마커 자체적으로 빛을 발산하기에 패시브 마커보다 더 먼 거리에서 식별할 수 있으며, 적외선 카메라와 같이 카메라가 별도 파장의 빛을 발산하고 탐지할 필요가 없다. 그렇기에 보다 넓은 환경에서의 동적 촬영, 혹은 야외 환경에서의 촬영을 가능하게 한다.[16][17]
마커리스
마커리스는 컴퓨터의 연산능력과 소프트웨어의 발전을 이루면서 패턴인식, 특정 추출 등의 영상처리와 분석기술을 통해 캡처 대상의 움직임을 포착함으로써 이루어진다. 이미지 모션 캡처라고도 불린다.[18]
마커 리스 캡처 방식의 장점은 가격과 접근성이다. 다수의 특수 카메라와 마커가 필요하지 않고 전용 스튜디오도 필요 없다. 캡처를 위한 어떠한 사전준비도 필요하지 않기에 매우 쉬운 캡처가 가능하다.[19]
하지만 당연히 캡처가 쉬운만큼 정확성이 떨어진다 영상 처리기술만으로는 머커를 이용하는 방식에 비해 물리적으로 정확성의 한계가 존재한다. 영상 산업용으로 사용할 때에는 트래킹 밴드라 불리는 검정색, 흰색이 번갈아 있는 줄무늬 띠를 착용하여 어느 정도 정확성을 높일 수 있으나, 결국 심각한 오차로 인해 애니메이션 적용을 위해서는 수작업 애니메이션 작업과 동일한 수준의 대규모 보정 작업이 필요하고, 정확한 캡처를 위해서는 초근접 촬영이 필요하므로 촬영 환경이 자유롭다는 이점조차 무색해진다. 트래킹 밴드가 없는 순수 마커리스 캡처는 영상 산업용으로는 사용하기에는 힘들어 개인 혹은 소유모의 영상 제작에서 예산이 부족한 부득이한 경우에 사용하게 된다
비 광학식
각주
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《나무위키》
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《위키백과》
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《나무위키》
- ↑ 이제희,〈모션 캡쳐의 과거,현재,그리고 미래〉, 《서울대학교 컴퓨터공학부》, 2004-03-02
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《나무위키》
- ↑ 공세진 기자, 〈몸의 움직임부터 표정까지 ‘모션캡처’〉, 《계명대신문》 , 2011-05-23
- ↑ 이제희,〈모션 캡쳐의 과거,현재,그리고 미래〉, 《서울대학교 컴퓨터공학부》, 2004-03-02
- ↑ 홍석찬, 〈로토스코핑에서 이모션 캡처로의 발전 과정〉,《제작기술논문》, 2013-12-31
- ↑ 이제희,〈모션 캡쳐의 과거, 현재, 그리고 미래〉, 《서울대학교 컴퓨터공학부》, 2004-03-02
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《나무위키》
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《나무위키》
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《나무위키》
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《위키백과》
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《나무위키》
- ↑ 〈R&D Book 결과물〉2020-02-21
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《나무위키》
- ↑ 〈R&D Book 결과물〉2020-02-21
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《나무위키》
- ↑ 〈모션 캡처〉, 《나무위키》
참고자료
- 공세진 기자, 〈몸의 움직임부터 표정까지 ‘모션캡처’〉, 《계명대신문》 , 2011-05-23
- 이제희,〈모션 캡쳐의 과거,현재,그리고 미래〉, 《서울대학교 컴퓨터공학부》, 2004-03-02
- 홍석찬, 〈로토스코핑에서 이모션 캡처로의 발전 과정〉,《제작기술논문》, 2013-12-31
- 〈모션 캡처〉, 《나무위키》
- 〈모션 캡처〉, 《위키백과》
같이 보기
