골격 애니메이션
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1. 개요
골격 애니메이션은 3D 모델이나 이미지를 움직이게 하기 위한 기술로, 뼈대(스켈레톤)를 만들고 캐릭터에 연결하여 애니메이션 컨트롤을 생성하는 과정을 포함한다. 이 기술은 뼈의 계층 구조를 사용하며, 각 뼈는 위치, 크기, 방향 변환을 가지며 부모 뼈의 영향을 받는다. 뼈대는 캐릭터의 시각적 표현인 메쉬의 정점과 연결되어 스키닝 과정을 거치며, GPU에서 셰이더 프로그램을 통해 처리된다. 골격 애니메이션은 캐릭터의 움직임을 효율적으로 제어하고, 뼈의 간단한 움직임으로 애니메이션을 정의할 수 있다는 장점이 있지만, 추상적인 표현이나 현실적인 근육 움직임을 표현하는 데에는 한계가 있다. 최근에는 자동 리깅 기술과 기계 학습을 활용한 기술도 개발되고 있으며, 비디오 게임, 영화 산업, 시뮬레이션 등 다양한 분야에서 활용된다. 한국에서는 게임 산업과 VFX 산업의 발전에 힘입어 스켈레탈 애니메이션 기술이 빠르게 발전하고 있다.
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| 골격 애니메이션 | |
|---|---|
| 애니메이션 기술 정보 | |
| 유형 | 컴퓨터 애니메이션 |
| 사용 분야 | 영화 텔레비전 비디오 게임 |
2. 기술
'''리깅'''은 캐릭터가 움직일 수 있도록 뼈대를 만들고, 뼈대에 움직임을 제어하는 컨트롤러를 연결하는 과정이다.[10] 뼈대는 실제 해부학적 구조와 일치하지 않아도 되며, 계층 구조를 이루어 자연스러운 움직임을 만든다. 대퇴골을 움직이면 하반다리도 함께 움직이는 것처럼, 부모 뼈대의 움직임은 자식 뼈대에 연쇄적인 영향을 준다. 리깅은 순운동학(FK)과 역운동학(IK) 부분으로 구성되어 상호 작용할 수 있다.
'''스키닝'''은 뼈대와 캐릭터의 시각적 표현(메쉬)을 연결하는 과정이다. 뼈는 메시를 구성하는 정점 그룹과 연결되며, 각 뼈는 정점 가중치 (블렌드 가중치)를 통해 정점에 미치는 영향력을 조절한다. 예를 들어, 인간 모델에서 대퇴골 뼈는 대퇴부 다각형을 이루는 정점들과 연결된다. 관절 근처 피부는 여러 뼈의 영향을 받는데, 이때 정점 가중치가 각 뼈의 영향력을 결정한다. 대부분의 최신 그래픽 엔진에서는 GPU에서 셰이더 프로그램을 통해 스키닝을 처리한다.
다각형 메시에서 각 정점은 뼈에 대한 블렌드 가중치를 가질 수 있다. 정점의 최종 위치는 각 뼈의 변환 행렬을 적용하고 가중치로 스케일링하여 계산한다. 이 알고리즘은 행렬-팔레트 스킨닝 또는 선형 블렌드 스킨닝이라고 불린다.[4]
2. 1. 장점
뼈대는 정점 집합을 대표하므로 애니메이터는 모델의 더 적은 특징을 제어하여 효율성을 높일 수 있다.[10] 애니메이터는 대규모 동작에 집중할 수 있어 작업 효율을 높일 수 있고, 뼈는 독립적으로 움직일 수 있다.[10] 애니메이션은 (다각형 메시의 경우) 정점별로 정의하는 대신, 뼈의 간단한 움직임으로 정의할 수 있다.[10]2. 2. 단점
뼈는 정점 집합만 나타낼 수 있으며, 더 추상적이거나 개념적인 표현은 어렵다.[10] 현실적인 근육 움직임과 피부 움직임을 표현하는 데 한계가 있다.[10] 이를 해결하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.[10]- 뼈에 부착된 특수 근육 컨트롤러를 사용한다.
- 생리학 전문가와의 협력을 통해 더 철저한 가상 해부학 시뮬레이션으로 근골격 현실감의 정확성을 높인다.
3. 자동 리깅
최근 몇 년간 순운동학(FK) 및 역운동학(IK)을 사용한 캐릭터 애니메이션의 자동 또는 반자동 리깅 기술이 개발되고 있다. 그중에는 기계 학습을 활용하는 것도 있다.
4. 응용
스켈레탈 애니메이션은 캐릭터나 기계 객체를 장기간 애니메이션화하는 표준적인 방법이다. 비디오 게임 아티스트와 영화 산업에서 일반적으로 사용되며, 기계 객체 및 강성 요소와 관절로 구성된 다른 객체에도 적용될 수 있다.[3]
퍼포먼스 캡처(또는 모션 캡처)는 스켈레탈 애니메이션 과정을 가속화하고 사실성을 높일 수 있다.[3]
래그돌 물리는 골격 프레임을 사용하여 움직임과 저항의 물리를 자동 계산하는데, 이를 통해 리그를 구동할 수 있다. 사지 무게, 근육 반응, 뼈 강도 및 관절 제약과 같은 가상 해부학적 속성을 추가하여 현실적인 바운싱, 찌그러짐, 골절 및 넘어지는 효과를 낼 수 있다.[3]
참조
[1]
웹사이트
Skeletal Animation
http://alumni.cs.ucr[...]
Bourns College of Engineering
2011-01-05
[2]
논문
Joint-Dependent Local Deformations for Hand Animation and Object Grasping
1988-06-06
[3]
웹사이트
What is 3D Rigging for Animation & Character Design?
https://conceptartem[...]
2018-07-26
[4]
웹사이트
Direct Skinning Methods and Deformation Primitives
https://www.skinning[...]
University of Pennsylvania
[5]
간행물
Skeletal Animation
http://alumni.cs.ucr[...]
Bourns College of Engineering
2011-01
[6]
간행물
A Practical Approach to Motion Capture: Acclaim's optical motion capture system: Skeletal Animation
http://www.siggraph.[...]
Siggraph
2011-01
[7]
간행물
Defense
http://www.santoshum[...]
Santos Human Inc
2011-01
[8]
웹인용
Skeletal Animation
http://alumni.cs.ucr[...]
Bourns College of Engineering
2011-01-05
[9]
저널
Joint-Dependent Local Deformations for Hand Animation and Object Grasping
1988-06-06
[10]
서적
Character: Design, Rigging, & Animation
http://dx.doi.org/10[...]
2021-11-24
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