디지털이미지와컴퓨터그래픽스 2010.04.01 첨단영상대학원박경주교수, kjpark@cau.ac.kr, 02-820-5823 http://cau.ac.kr/~kjpark, http://graphics.cau.ac.kr/
2 Topics 게임, 영화, 애니메이션에서의 캐릭터애니메이션 모션캡쳐시스템 자연스러운움직임 키프레임시스템 과장된, 예술적움직임가능 Kinematics IK, FK : 각프레임의포즈를정해야함 자연현상애니메이션 : 물리기반시뮬레이션 유체 강체 변형체
3 모션캡쳐시스템을사용한캐릭터애니메이션
모션캡쳐시스템 영화VFX, CF, Animation, Game, Web 3D Avatar 등에등장하는디지털액터를쉽게움직이게하기위한방법으로모션캡쳐시스템이개발, 발전되어왔다. 모션캡쳐란실제배우의움직임을 3D Data화하여 3D 컴퓨터그래픽으로구현된디지털액터에게동기화하여디지털액터가실제배우의움직임을재현하는것을말한다. 지금까지개발되어온모션캡쳐시스템은기계식, 자기식, 광학식모션캡쳐시스템이있다. 그중에서도장소의제한없이모션캡쳐할수있는 Gyro센서방식을이용한 Gypsy Gyro-18 모션캡쳐시스템을중심으로기본원리부터제작프로세스까지알아본다.
5 모션캡쳐시스템 장점 자연스러운움직임 데이터재사용가능 영화, 게임등사실적인작품에좋음 Medusa.mov 단점 사람이아닌캐릭터로매핑어려움 과장된액션어려움 애니메이션, 게임등전통적인작품에좋음
6 키프레임시스템을사용한캐릭터애니메이션
7 전통적인캐릭터애니메이션 만화같은움직임에필요한조건 Squash and stretch Timing Anticipation Follow through Arcs Slow in, slow out Exaggeration 키프레임시스템을사용하여움직임을제어!!!!!! Froblins.mov
What is a key? 튀는공의경우에는 위치 방향 눌러진정도
What is a key? A Human Model 경우에는위치, 방향 pelvis Right upper leg Left upper leg torso Right lower leg Left lower leg Right upper arm Left upper arm head Right lower arm Left lower arm 사람움직임의역학을잘이해하여야키프레임의 key 를정할수있음
Walk Cycle 의 Key: 걸음걸이역학
Walk Cycle: Keys & Inbetweens 1 7 13 1,,13 키프레임 1 stride 7 passing position 13 stride
12 Keys 를사용한포즈설정 Given Keys 사람움직임의 kinematics 에기반하여포즈를정할수있음 Kinematics 는 뼈대를어떻게움직이게하는지의움직임의공부 관절종류에따라서움직임의종류와범위가달라지 Revolute (hinge) joint: 고정축을기준으로회전 Prismatic joint: 선을따라서이동 Ball-and-socket joint: 임의의축을기준으로회전 몇가지주어진 Keys 를만족시키면서 Kinematics 에어긋남이없는관절위치를찾아낼필요있음
13 포즈설정 IK(Inverse Kinematics) 방법 과정 애니메이터가몇부분의위치좌표를콘트를 ( 애니메이터가 Keys 를제공함 ) IK 를기반으로몸전체의관절각도를추정함 응용예 발을이위치에놓기위한힙, 무릎, 발파라미터를계산 인터랙션에적합 FK(Forward Kinematics) 방법 애니메이터가몸전체의관절각도를콘트를 관절각도에따라서몸전체의위치를추정하여결정
14 Dynamics Fightnight4.mov
자연현상애니메이션
자연현상 CG Visual Effects( 시각효과 ) Star trek II: The Wrath of Khan 1983 년화염에싸이는행성표현을위해 particle system 을최초로사용 물리적수학적사실성 + 시각적인사실성 시각적인사실성을위하여물리적수학적사실성을희생하는경우가대다수 물리기반시뮬레이션
물리기반시뮬레이션대상 유체 수많은파티클 ( 입자 ) 들의집합형태 연기, 불, 비, 폭발등자연현상 강체 모양이불변하는표현으로충돌되면서회전방향과크기가변함 변형체 근육, 옷, 머리카락등모양이변하는물체
뉴톤법칙 제1 법칙 : 관성의법칙 제2 법칙 : Force = Mass * Acceleration 제3 법칙 : 작용반작용의법칙모든힘은쌍으로작용한다 크기는같고방향은반대이다.
뉴톤법칙에따른시뮬레이션 현상태 질량이 m 이고, 현재위치가 x, 현재속도가 v 인물체가있다. 물체에작용하는외부힘에의한시뮬레이션 없을때 ( 제1법칙 ) 있을때 ( 제 2법칙 ) 힘 f 가작용한다면, f 로부터가속도 a 를계산할수있다 가속도 a 값만큼속도 v 를증가한다 속도 v 값에따라위치 x 를이동한다 위의방법을시간축의흐름에따라반복시뮬레이션한다.
물리기반시뮬레이션 : 파티클시스템 http://www.shiffman.net/tecahing/nature/particles/ 파티클시스템 파티클을 점, 원, 빗선 등조그마한걸로표현 파티클을방출하는위치설정 파티클이움직이는동선 http://www.shiffman.net/itp/classes/nature/week05_s09/simpleparticles/ 텍스쳐를입힌파티클 색상또는텍스쳐로 점, 원, 빗선, 대체 http://www.shiffman.net/itp/classes/nature/week05_s09/simpleparticles/ 충돌하는파티클 표면과충돌후방향변경 http://www.shiffman.net/itp/classes/nature/week05_s09/particlesplusforces/ 파티클과다른객체와의상호작용 particles.mov
파티클사용유체표현기술 액체 바다와같은정적인대규모액체 컵에쏟아지는물 폭포 기체연기, 구름, 불, 폭발
정적대규모유체 동적액체, 연기, 불 Etri.mov
유체표현예 : 포세이돈 2006 공기방울과스프레이디스플레이스먼트쉐이더 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? 모양이불변하는표면으로애니메이션도중에충돌 Dynamics 시뮬레이션에사용 당구공, 볼링공,. 게임에응용 예 ) ball 과 plank 가충돌하면, 중력에내려가던 ball 이 plank 와충돌후에 rebound 함
Rigid body dynamics 공간상크기가있는객체들에한하여파티클시스템외에강체역학을사용 => 충돌후회전력이생기는경우 Video_by_kaufman, video_by_guendelman
변형체 헤어, 옷, 근육등탄성성질에따른움직임을묘사 나니아연대기사자털 헤어와헤어간의상호작용, 충돌처리 헤어를빗는모습 렌더링 실사와의합성
변형체 스프링탄성계수, 물질성질등에따라서움직임즉변형의정도와회복하려는정도가다름 변형체 /coarsening.avi Shrek 동키의귀 캐리비안해적의 David Jones
변형체 헤어 : 충돌후변형정도 + 헤어간의상호작용 + 충돌처리 The Day After Tomorrow 의 CG 늑대 Shrek 기네뷔르의곱슬머리올림 Shrek 잠자는공주의긴머리 The Day After Tomorrow 의합성장면
31 변형체 - 옷 파티클 스프링 스프링을바둑판처럼연결한것으로옷모델링 Cloth 비디오 : Mom Shrek 라푼잘의머리채옷
변형체 가상수술시뮬레이션 인체구성의장기, 근육등은탄성물질이복잡한변형체의일종으로시뮬레이션 Tissue 변형체 /big09_softtissuesg09 Muscle, Organ 변형체 /Chentanez2009-ISN 장기의 tissue 들의물질성질은 불균일하고불연속적이며서로다름 따라서, 외부에서자극되는힘에따른변형정도와방향충돌에따른변형정도와방향등이고려되어야한다