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셀 셰이딩

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목차

1. 개요

셀 셰이딩은 3D 컴퓨터 그래픽스에서 비사실적인 셰이딩 알고리즘을 사용하여 2D 애니메이션 스타일을 모방하는 렌더링 기술이다. 기존 3D 렌더링과 달리 부드러운 조명 대신, 픽셀 색상을 소수의 음영으로 양자화하여 그림자와 하이라이트를 색상 블록으로 표현한다. 툰 렌더링이라고도 불리며, 폴리곤 모델의 밝기에 따라 경계선을 지정하고 윤곽선을 생성하여 셀 애니메이션과 유사한 이미지를 만든다.

이 기술은 영화, 컴퓨터 게임 등에 사용되며, 특히 데포르메된 캐릭터를 표현하거나 손으로 그린 애니메이션과 3D CG를 합성할 때 유용하다. 셀 셰이딩은 텍스처 매핑으로 질감을 보완할 수 있지만, 모델링 자체는 일반적인 모델과 폴리곤 수에 큰 차이가 없으며, 윤곽선 표현 방식에 따라 한계가 존재한다.

셀 셰이딩은 1980년대부터 다양한 CG 애니메이션 영화에 활용되었으며, 1999년 세가 드림캐스트 게임인 '젯 셋 라디오'에서 널리 알려졌다. 이 기술은 게임의 시각적 스타일을 향상시키고, 예술적 표현을 강조하는 데 기여한다. 툰 렌더링은 3ds Max, Blender, Maya 등 다양한 소프트웨어에서 지원된다.

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셀 셰이딩

2. 내용

폰 셰이딩 (왼쪽)과 툰 셰이딩 (오른쪽)의 비교


'''툰 렌더링'''은 3차원 컴퓨터 그래픽스 (3DCG) 기술을 사용하면서도, 애니메이션에서 손으로 그린 듯한 표현을 구현하는 방식이다.

툰 렌더링은 주로 다음과 같은 방법을 사용한다.

  • 폴리곤 모델의 셰이딩을 할 때, 그려지는 면의 밝기에 따라 경계선을 결정하고, 일정 범위 내에 같은 색의 그림자를 그린다.
  • 모델의 가장자리가 되는 부분에 윤곽선 폴리곤을 자동 생성한다.
  • 그림자 부분은 그 면의 원래 색과 지정한 그림자 색을 곱하거나 빼서 칠한다.


설정에 따라 윤곽선을 생략하거나, 음영에 그라데이션을 넣는 것도 가능하며, 일러스트풍이나 회화풍으로 표현하는 것도 가능하다.

셀 룩 CG 애니메이션의 경우, 눈에 보이는 색을 주색, 1 그림자, 2 그림자로 엄밀하게 지정하는 (색채 설계하는) 경우가 많다.[11][12] 툰 렌더링으로 그림자 색의 단순한 곱셈이 아니라 색 지정이 가능하도록 하는 기법이 자주 채용된다. 모든 노멀 컬러·신 컬러 팔레트를 설계하는 노력을 줄이기 위해, 라이팅에 기초한 신 컬러 생성이 채용되는 경우도 있다.[11][13]

기존의 3DCG로는 표현하기 어려운 캐릭터를 더 친근하게 만들 수 있으며, 손으로 그리는 방식으로는 어려운 다양한 액션이나 카메라 워크를 할 수 있게 한다. 데포르메가 강한 캐릭터를 그리게 하는 데에도 효과적이며, 손으로 그린 애니메이션과 3DCG를 합성할 때, 위화감이 적어진다는 장점도 가지고 있다.

툰 셰이딩으로 단순화할 수 있는 것은 재질 (표면의 질감)의 셰이딩이며, 모델링 자체는 일반적인 모델과 폴리곤 수에 큰 차이가 없다. 음영의 표현 방식이나 가장자리가 예상대로 나오지 않는 면도 있으며, 미완성 기술이라고도 할 수 있다. 최근 3D 드로잉을 하는 장치 중에는, 본 표현을 하드웨어 기능으로 이용 가능한 것도 있다.

디즈니나 픽사의 작품과 같은 사실적인 포토리얼에 대해, 기존의 선으로 된 셀화를 재현한 듯한 표현은 셀 룩이라고도 불린다.[14][15]

2. 1. 윤곽선 표현

검은색 윤곽선과 등고선은 다양한 방법으로 만들 수 있다. 한 가지 방법은 물체 자체보다 약간 더 크게 검은색 윤곽선을 렌더링하는 것이다. 숨겨진 면 제거를 반전하고 뒷면 삼각형을 검은색으로 그리는데, 실루엣을 팽창시키기 위해 이러한 뒷면을 약간의 변환을 통해 와이어프레임 모델로 여러 번 그리거나, 뒷면을 정점 셰이더에서 정점 노멀을 따라 정점을 변환하여 솔리드 채우기로 렌더링할 수 있다.[3]

윤곽선을 그린 후에는 숨겨진 면 제거를 정상으로 설정하여 물체의 음영과 선택적 텍스처를 그린다. 마지막으로, 이미지는 앞면보다 뒷면이 항상 장면에 더 깊게 위치하므로 Z-버퍼링을 통해 합성된다. 결과적으로 물체는 검은색 윤곽선과 내부 등고선으로 그려진다.[3]

"셀 셰이딩"이라는 용어는 원래 윤곽선 적용 여부와 관계없이 플랫 셰이딩 기술을 지칭했지만, 애니메이션 및 게임에서 이 "잉크" 윤곽선 프로세스를 적용하는 것을 지칭하는 데 널리 사용된다.[3]

2. 2. 셀 룩 CG 애니메이션

툰 렌더링은 3차원 컴퓨터 그래픽스(3DCG) 기술을 사용하면서도, 손으로 그린 듯한 애니메이션의 느낌을 표현하는 기법이다. 3DCG의 사실적인 영상 표현과는 다른 방식이다.







여러 알고리즘이 있지만, 주로 다음과 같은 방법을 사용한다.

  • 폴리곤 모델의 셰이딩 시, 면의 밝기에 따라 경계선을 결정하고, 일정 범위 내에 같은 색의 그림자를 그린다.
  • 모델의 가장자리에 윤곽선 폴리곤을 자동 생성하여 셀 화풍의 이미지를 만든다.
  • 그림자 부분은 면의 원래 색과 지정한 그림자 색을 곱하거나 빼서 칠한다.




설정에 따라 윤곽선을 생략하거나 음영에 그라데이션을 넣어 일러스트풍이나 회화풍으로 표현할 수도 있다.




특히 셀 룩 CG 애니메이션에서는 색채 설계(색채 설정)를 통해 주색, 1 그림자, 2 그림자 등을 엄밀하게 지정하는 경우가 많다.[11][12] 툰 렌더링을 통해 그림자 색을 단순 곱셈이 아닌, 색 지정이 가능하도록 하는 기법이 주로 사용된다. 라이팅에 기초한 신 컬러 생성을 통해 컬러 팔레트를 설계하는 노력을 줄이기도 한다.[11][13]




셀 룩 CG 애니메이션은 다음과 같은 장점이 있다.

  • 3DCG의 장점을 활용하여 인물이나 동물 등을 더욱 친근하게 표현할 수 있다.
  • 손으로 그리기 어려운 다양한 액션이나 카메라 워크를 구현할 수 있다.
  • 데포르메가 강한 캐릭터를 표현하는 데 효과적이다.
  • 손으로 그린 애니메이션과 3DCG를 합성할 때 위화감을 줄일 수 있다.




툰 셰이딩은 재질(표면의 질감)의 셰이딩을 단순화하는 것이며, 모델링 자체는 일반적인 모델과 폴리곤 수에 큰 차이가 없다. 렌더링 결과에 나타나는 윤곽은 모델에 포함된 폴리곤의 면 또는 가장자리를 기준으로 생성되기 때문에, 폴리곤을 줄이면 윤곽이나 음영이 제대로 나타나지 않는다. 따라서 텍스처 매핑으로 재질의 질감을 보완할 수 없는 만큼, 사실적인 렌더링과 비교했을 때 부하는 비슷하거나 오히려 높아질 수 있다.




음영 표현 방식이나 가장자리가 예상대로 나오지 않는 문제가 있을 수 있으며, 윤곽선 생성 알고리즘에 따라 오목면에 윤곽을 만들 수 없는 등 미완성 기술이라고도 할 수 있다. 최근에는 3D 드로잉 장치 중 툰 렌더링을 하드웨어 기능으로 지원하는 경우도 있다.




디즈니나 픽사의 작품과 같은 사실적인 포토리얼과 달리, 기존의 선으로 된 셀화를 재현한 듯한 표현을 셀 룩이라고도 부른다.[14][15]

3. 활용

세가 드림캐스트의 게임 ''젯 셋 라디오''는 1999년 도쿄 게임 쇼에서 공개되었으며, 셀 셰이딩 스타일로 언론의 주목을 받았다.[4][5] 이 게임은 캐릭터에 셀 셰이딩을 사용했으며, 생동감 넘치는 시각적 스타일은 비디오 게임에서 셀 셰이딩 사용에 지속적인 영향을 미쳤다. 2000년대 초반 이후, ''젤다의 전설: 바람의 지휘봉''(2002)과 ''오오카미''(2006)와 같은 많은 주목할 만한 비디오 게임들이 이 스타일을 사용했다.

셀 셰이딩은 포토리얼리즘과 같은 다른 시각적 스타일과 대조적으로, 비디오 게임 환경에 더 예술적이거나 환상적인 요소를 부여하기 위해 자주 사용된다. ''오오카미''를 개발하면서, 감독 카미야 히데키는 "일본 시골의 자연스러운 아름다움을 가진 게임을 만들고 싶었습니다... 반짝이고 아름다운 세상을 만들고 싶었습니다."라고 자신의 비전을 설명했다.[6] 프로듀서 이나바 아츠시는 2004년 인터뷰에서 클로버 스튜디오가 전통적인 일본 예술에서 영감을 얻어 ''오오카미''에 대한 "현실적인 스타일을 포기했다"고 회상한다.[6]

게임 스튜디오는 예술적 비전 외의 다른 이유로 개발 과정에서 셀 셰이딩과 같은 스타일을 선택할 수 있다. 셀 셰이딩 그래픽은 일반적으로 시각적 정보가 단순하며, 이는 일부 응용 분야에서 유용할 수 있다. ''젤다의 전설: 바람의 지휘봉''의 경우, 개발자 타키자와 사토루는 이 스타일을 사용하면 "[바람의 지휘봉]의 퍼즐에 대한 메커니즘과 객체를 더 쉽게 이해할 수 있는 방식으로 표현"할 수 있다고 말한다.[7] 또한 포토리얼리즘 그래픽은 이와 반대로 "게임상에서 정보를 표현하기 어렵게 만드는 역효과를 낳았을 것"이라고 주장한다.[7]

셀 셰이딩 기법을 활용한 작품들은 다음과 같다.

연도제목원작비고
1986생쥐 구조대베이즐 오브 베이커 스트리트미국 애니메이션 영화
1988기술적 위협미국 애니메이션 단편
1988올리버와 컴퍼니올리버 트위스트미국 애니메이션 뮤지컬 어드벤처 영화
1989인어 공주동명의 동화미국 애니메이션 뮤지컬 판타지 영화
1990오리 형사 다크오리 형사 다크미국 애니메이션 어드벤처 판타지 영화
1993톰과 제리: 더 무비톰과 제리미국 애니메이션 뮤지컬 코미디 영화
1994라이온 킹미국 애니메이션 뮤지컬 성장 드라마 영화
1994펠리데동명의 소설독일 성인 애니메이션 미스터리 영화
1998러그래츠 무비
1999타잔유인원 타잔미국 애니메이션 어드벤처 영화
2000록키와 불윙클의 모험
2000나는 물고기가 되었어요덴마크-독일-아일랜드 전통 애니메이션 과학 판타지 뮤지컬 영화
2000러그래츠 인 파리: 더 무비
2001꼬마 북극곰독일 애니메이션 영화
2002스피릿: 말의 질주미국 애니메이션 서부 영화
2002릴로 & 스티치미국 애니메이션 SF 코미디 드라마 영화
2002보물성미국 애니메이션 SF 어드벤처 영화
2003러그래츠 고 와일드
2003스티치! 더 무비미국 비디오용 애니메이션 SF 코미디 영화
2003곰돌이 형제미국 애니메이션 뮤지컬 판타지 코미디 드라마 영화
2003핫 휠: 월드 레이스비디오용 애니메이션 영화
2004애플시드일본 애니메이션 영화
2004미키, 도날드, 구피: 삼총사삼총사, 미키 마우스미국 애니메이션 비디오용 뮤지컬 어드벤처 영화
2005릴로 & 스티치 2: 스티치, 엉뚱한 이야기미국 비디오용 애니메이션 SF 코미디 드라마 영화
2005스튜어트 리틀 3: 숲 속으로미국 애니메이션 코미디 영화
2006릴로 & 스티치미국 애니메이션 SF 코미디 텔레비전 영화
2006어 스캐너 다클리
2006Disney DVD Game World: Disney Dogs Edition
2007심슨 가족, 더 무비심슨 가족미국 애니메이션 코미디 영화
2007가필드 리얼가필드미국 애니메이션 어드벤처 코미디 영화
2008초콜릿태국 무술 영화
2012페이퍼맨미국 흑백 컴퓨터 셀 애니메이션 단편 영화
2012소피아 더 퍼스트: 옛날 옛적 공주님
2014카릴 기르반의 예언자컴퓨터 셀 형식으로 제작된 애니메이션 영화
2014피스트미국 2D 애니메이션 로맨틱 코미디 단편 영화
2015피너츠: 더 무비
2017무타파카즈: 오퍼레이션 블랙헤드범죄 단편 영화
2018스파이더맨: 뉴 유니버스
2021톰과 제리
2022칩과 데일: 다람쥐 구조대
2023스파이더맨: 어크로스 더 유니버스
2023님로나
2023원스 어폰 어 스튜디오미국 실사/애니메이션 판타지 코미디 크로스오버 단편 영화
2023위시미국 애니메이션 뮤지컬 영화
2024빅 시티 그린: 스페이스케이션빅 시티 그린미국 애니메이션 SF 뮤지컬 코미디 영화
TBA코요테 vs. 애크미[8]
개봉 예정핑크 팬더


3. 1. 장점



기존의 3DCG에서는 딱딱해지기 쉬운 인물이나 동물 등을, 더욱 많은 사람들에게 친근하게 표현할 수 있다. 또한 손으로 그리는 방식으로는 어려운 다채로운 액션이나 카메라 워크를 할 수 있게 하는 3DCG의 장점도 함께 가지고 있다.

사실적인 CG에는 잘 어울리지 않는 데포르메가 강한 캐릭터를 그리는 데에도 효과적이며, 손으로 그린 애니메이션과 3DCG를 합성할 때 위화감이 적다는 장점도 있다.

3. 2. 한계



툰 셰이딩은 음영의 표현 방식이나 가장자리가 예상대로 나오지 않는 면도 있으며, 기존의 3DCG와는 또 다른 모델링 기술을 요구한다. 윤곽선 생성 알고리즘에 따라, 오목면에 윤곽을 만들 수 없는 등의 문제도 있어, 미완성 기술이라고도 할 수 있다.

어떤 툰 셰이딩 알고리즘이든, 렌더링 결과에 나타나는 윤곽 (음영이나 색을 칠해 구분한 경계 부분 포함)은 원칙적으로 모델에 포함된 폴리곤의 면 또는 가장자리를 기준으로 생성하기 때문에, 폴리곤을 줄이면 렌더링 결과에 올바르게 윤곽이나 음영이 나타나지 않는다. 따라서 렌더링 결과의 채색은 단순해 보이지만, 텍스처 매핑으로 재질의 질감을 보완할 수 없는 만큼, 사실적이거나 데포르메한 듯한 터치의 일반적인 렌더링과 비교하여 부하는 비슷하거나, 경우에 따라서는 (윤곽을 내기 위해 폴리곤을 많이 사용하는 만큼) 부하가 더 커진다.[14][15]

4. 명칭

툰 렌더링이라는 명칭은 일본에서 이 기술을 널리 알린 초기 작품 중 하나인 두근두근 메모리얼 3 ~약속의 저 곳에서~에 코나미가 이 기술을 채택하면서 붙여졌다.[1] 전문적으로는 "'''툰 셰이딩'''" 또는 "'''셀 셰이딩'''"이라고 불린다.

5. 툰 렌더링을 지원하는 소프트웨어



다음은 개발이 종료된 소프트웨어이다.

  • Messiah|메시아영어
  • 미쿠미쿠 댄스 (개발 종료 후 업데이트는 계속됨)
  • Softimage
  • 육각대왕 Super

참조

[1] 웹사이트 Stylized Rendering Post Processing https://docs.unreale[...] 2019-09-13
[2] 웹사이트 Celshader.com FAQ http://www.celshader[...] 2005-08-02
[3] 서적 The Cel Shading Technique http://raulreyesfina[...] 2012-12
[4] 뉴스 IGNDC Interviews The Creators of Jet Grind Radio https://www.ign.com/[...] 2000-05-26
[5] 웹사이트 TGS: Sega Shows Jet Grind Radio http://www.gamespot.[...] 1999-09-19
[6] 웹사이트 Okami – 2004 Developer Interviews http://shmuplations.[...] 2021-06-01
[7] 웹사이트 Iwata Asks: The Legend of Zelda: The Wind Waker HD https://iwataasks.ni[...] 2021-06-01
[8] 웹사이트 A Critical Human on Twitter https://twitter.com/[...]
[9] 웹사이트 Why Some People Are Bothered By Marvel's What If Animation Style https://screenrant.c[...] Screen Rant 2021-08-10
[10] 웹사이트 セルシェーディングとは https://school.dhw.c[...] Digital Hollywood null
[11] 간행물 西川善司の「試験に出るゲームグラフィックス」（1）「GUILTY GEAR Xrd -SIGN-」で実現された「アニメにしか見えないリアルタイム3Dグラフィックス」の秘密，前編 https://www.4gamer.n[...] 4Gamers.net 2014
[12] 간행물 2017年までのセルルック表現の基礎の振り返り https://a-film-produ[...]
[13] 간행물 セルルックCGパイプラインとその課題 https://a-film-produ[...]
[14] 웹사이트 「このままでは日本のアニメが世界で負ける」は的外れ？　海外で広がる“日本風“アニメ https://news.yahoo.c[...] null 2021-10-17
[15] 웹사이트 セルルック：アニメ新手法の可能性　3DCGの女の子は可愛くなるのか？ - MANTANWEB（まんたんウェブ） https://mantan-web.j[...] 2015-05-06


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