"마야를 이용한 폭우속 바다만들기"

글. 김민호
Nthma - Supervisor
마리이야기 3D 팀장
현재 극장용 3D Animation 여우비 제작 참여중
Nthma Production Team (http://www.nthma.com)

The Perfect Storm의 폭우속 바다 따라하기

해당 주제를 선정하게 된 계기
필자는 먼저 이 책과 무관함을 밝힌다.
이 책의 주요 집필 책임자였던 '피터 리'씨의 세미나를 들어본 것 정도의 관계는 있다. ^^ 허나 좋은 책이나 글은 언제나 따라하고 싶은 또는 더욱 발전시키고 싶은 좋은 자극이 된다.

이 책은 그런 면에서 아주 훌륭한 책 임이 분명하며 내용은 어렵지만 연구하고 공부하는 이들을 끌어들이기에 충분한 매력을 지니고 있다. 필자는 책을 볼 때 먼저 두루 천천히 살펴봄으로서 전체를 파악하고 다음에는 더욱 자세히 읽어서 세밀한 파악 후에 작업의 방향을 정한다.

개인적으로 마리이야기에서 폭풍우 바다를 만들어 봤던 경험적 자신감으로 열심히 하면 만들수 있겠다고 생각을 했었으나 그것은 커다란 착각일 수도 있다는 생각이 들었다.

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바다 제작에 있어 구조적인 접근법은 비슷할 수 있다는 기대감에서 였다.
허나 그 퍼펙트 스톰의 섬세하고 정교한 접근법을 알았을 때는 조용한 탄성만이 나왔다.

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우리가 영화상에서 보았던 위의 사람을 비롯해 이미지는 100% 시지로 작업된 것이라고 한다.(요즘은 디지털 엑스트라라는 개념이 이미 일반화 되어 있다)
이것을 완성하기 위해 자체적인 인하스 툴의 개발은 물론 4개월 여간의 R&D가 필요했다고 한다. 나름데로 일주일 정도의 시간을 가지기로 했던 필자의 판단이 말이 안되는 것임을 알게 되었다.
그렇다고 그만 두어야 겠다는 생각 또한 마음에 들지 않았다.그래서 다음과 같은 방향으로 이야기를 풀어나가 보기로 했다.

이미 필자도 효과를 공부해 나가는 사람중에 한 명이라는 생각에 근거한 것이기도 하고 전문가라면 문제를 어렵다고 그만 두기보다는 한 걸음씩 풀어나가야 한다고 생각했기 때문이다.
그래서 제작을 '퍼펙트 스톰' 따라하기 라고 한 것이기도 하다. 그것이 얼마의 시간 동안 어느 정도의 퀄리티로 끝날지는 확신할 수 없다. 필자도 개인적 시간을 할해해서 접근하고 있기 때문이다.
허나 많이 느리지만, 찬찬이 답을 찾으려 나가보려 한다. ^^
(나름데로 좋은 아이디어들이 있기는 한데 잘 될지 여부는 검증해 나가면서 살펴보자)

필자가 목적에 다가가는 다큐멘터리나 메이킹 형태의 글이라고 생각해 주면 좋을 것 같다. 앞으로 진행될 필자의 모든 경험이 이제 들어날 것이며 이 조차도 읽고 보는 이들에게는 좋은 참고가 될 것이라고 본다.

자 이제 그럼 찬찬이 시작해 보도록 하자.

Whip up a storm 분석하고 따라해 보기

소개
필자는 먼저 위의 형태에 접근할 수 있는 기술적 자료들을 수집하기로 했다. 그 결과 많이 부족하지만, 적절한 자료를 발견하게 되었으며 분석에 들어가게 되었다.

아래에서 그 분석과 접근 내용등을 살펴보게 될 것이다.
다음에 소개할 튜터리얼 내용은 외국 작업자에 의해서 이라는 제목으로 영문으로 공개된 자료이다. 먼저 해당 결과물을 살펴보고 시작하자.

그림을 클릭하시면 동영상을 보실 수 있습니다.

바다의 웨이브 만들기 1 - Expression 1) Preference 윈도를 열고 타임라인의 범위를 0~150 으로 설정한다. 그리고 플레이백 스피디는 변하게 둔다.

2) 수평의 정사각형 넙스 플랜을 만든다.
Unit는 With 100*100 으로 설정하고 Patches UV 방향으로 50 스팬으로 나누어준다.

주의 > Scale 값을 100 * 100 으로 해서는 절대 안된다. 아래서 적용할 익스프레션에 문제가 생긴다. 필자는 처음에 이 부분 때문에 조금 고생을 했다.

3) Dynamics/ Soft Rigid Bodies/ Create Soft Body 를 실행해서 플랜을 소프트 바디로 만든다.
이리하여 당신은 모든 플랜상의 CV들을 파티클로 변환하였다.
이 파티클 쉐입 노드의 이름을 seaparticle 이라고 바꾼다.

Note > outlinear에서 노드 이름을 바꾸려면, 해당 노드를 더블클릭해서 수정하면 된다. ^^

4) seaparticle에 대한 속성창을 연다. (seaparticleShape Note)
Per Particle (Array) Attributes라는 섹션으로 이동한다,
이 메뉴 그룹은 대부분 파티클 각 입자의 속성을 Ramp나 Expression을 통해서 제어할 수 있는 영역이다.
Position 필드에서 오른 마우스 클릭하고 Runtime Expression을 팝업 메뉴로 부터 선택한다.

Note > Runtime이란 각각의 파티클들이 각 프레임마다 변화되어 Expression 연산 방식을 의미한다.

다음의 익스프레션 문장을 입력하도록 한다.

vector $dummy1 = seaparticle.position0;
vector $dummy2 = <<$dummy1.x/6 + 59 - frame/20, 27 + frame/40, $dummy1.z/20 + 32>>;

seaparticle.position = <<$dummy1.x, 2.4 * noise($dummy2), $dummy1.z>>;

자 이제 장면을 플레이 하면, 당신은 폭우가 치는 바다 표면처럼 위아래로 움직이는 것을 보게 될 것이다.

위의 익스프레션을 해석해 보자.
seaparticle의 각 파티클 위치값은 vector $dummy1에 입력이 된다.
그 값은 두번째 공식에 의해서 vector $dummy2에 입력이 된다.
2개의 위치 값이 나오는 것이다.
그것에 의해서 파티클의 다음 위치값이 결정되는 원리인 것이다.
순환식이라고 이해하면 되는 것이다.

위의 설정대로 수식을 조절하여 바다의 웨이브를 만들어 보았다.

그림을 클릭하시면 동영상을 보실 수 있습니다.

필자와 더불어 익스프레션에 대한 이해가 풍부하지 않은 경우에는 관련 수식 생성은 물론 제어 자체도 어려운 부분일수 있다. ^^;;;;

다음에서는 Turbulence 필드를 적용해서 만드는 과정을 알아보자.

바다의 웨이브 만들기 2 - Turbulence Field
다음의 접근법은 박진기님의 다이나믹서 내용 중 필드 관련 파트인 p 146의 내용을 토대로 접근한 것임을 밝힌다.

이 방식은 위와 차이는 있느나 초보자들이 접근하기에 좋은 방식이다.

1) 위와 동일하게 넙스 플랜을 생성해 준다.
2) Plane을 선택하고, Soft/Rigid Bodies > Create Soft Body 옵션을 열어 다음과 같이 설정하고, 실행한다.

Soft Body 옵션 설명 >
Make Soft : 단순히 자체를 Soft Body로만 만들어준다. (Non-Goal Soft Body라고 할 수 있다) Goal이 없기 때문에 외부 힘에 의해 형태를 잃으면 회복 불가

Duplicate, Make Copy soft : 복사본화 하며, 해당본이 Soft Body 가 된다. (Goal Soft Body)

Duplicate, Make Original soft : 복사본화 하며, 원본이 Soft Body 가 된다. (Goal Soft Body)

위의 경우는 Goal 오브젝트의 형태를 유지하는 힘이 있기 때문에 형태 복원이 가능

아래 옵션들은 Duplicate 간의 연계성과 기타 설정에 대한 부분이다.
3) Plane에 생성된 파티클을 선택하고, Fields> Turbulence를 실행한다.
수치를 아래와 같이 입력한다. 웨이브가 발생하는 것을 볼 수 있다.

4) 제자리에서 발생하는 웨이브에 방향성을 주는것의 핵심은 Phase 값을 애니메이션하는 것이다.

셋키로도 충분하지만 여기서는 Expression을 사용한다.
PhaseZ의 다음의 익스프레션을 입력한다.

turbulenceField1.phaseX = turbulenceField1.phaseX + -.2;

위 식은 phaseZ 값을 매 프레임마다 0.2씩 감소시켜주는 것을 의미한다.
프레임 증가에 따른 순환식에 해당한다.

5) 기본적인 모션은 만들어 졌으니, 위의 Turbulence 수치를 조절해서 바다의 웨이브를 마무리 하자.

이미지를 클릭하시면 동영상을 보실 수 있습니다.

Turblence 옵션 일부 설명 >
Interpolation Type : Linear는 속도는 빠리지만 거친 결과를 가진다.
Quadratic은 속도는 느리지만, 부드러운 결과를 갖는다.

Noise Level : 값이 높을수록 불규칙성이 강화된다.

Noise Ratio : Noise Level에 맞추어 Noise의 연속성 비율을 조절한다. 값이 0 이면 Noise Ratio는 아무런 의미가 없다. 값을 높일수록 우리가 만든 Wave의 연속성은 점차 사라진다.
연속성이 사라진다는 의미는 Wave가 시발점에서의 형태가 도착점에서도 어느 정도 유지된다는 것이다.

바다의 질감 처리 - Shading
바다의 느낌에 대한 질적 결정에 있어 가장 큰 변수는 쉐이딩이라고 해도 과언이 아니다.

질감 처리시에는 무턱대고하는 것보다는 참고 영상이나 사진을 수시로 비교하면서 퀄리티에 대한 질적 목적을 가지고 참고하며 작업해야 훌륭한 결과를 만들 수 있게 된다.

아래 이미지는 <퍼펙트 스톰>에서 참고가 될 이미지를 선택한 것이다.

자 찬찬이 쉐이딩에 들어가 보자.
여기의 쉐이딩 구성은 일단 원필자의 방식을 존중하는 형태를 유지하면서 필요한 부분을 나름데로 일부 수정이나 변화를 통해 풀어나가겠다.

1) 쉐이딩 작업에 앞서 기본이 될 라이팅 작업을 먼저하도록 하자.
그래야 바른 질감 정의가 가능해 지기 때문이다. 일단 주조명과 필조명 정도면 충분하다.

위의 이미지는 색상 조명 기법으로 주조명과 필조명의 위치를 잡은 것이고 아래의 이미지는 밝기에 대한 배분을 설정해 준 것이다.

2) 바다의 깊은 심도감을 표현하는 것은 쉽지가 않다. 이것을 표면 쉐이더 하나로 해결하려면 여간 번거로운 것이 아니다.
그래서 필자는 다음의 방법을 주로 사용해서 쉽게 해결한다.

바다 표면의 하층면에 물의 심도 색감에 해당하는 Gradient Ramp 가 적용된 플랜을 하나 만들어 준다.

이는 수면 아래의 바닦이라 여겨도 좋다.
후에 바다 표면에 투명성을 정의해 주면 자연스러운 심도 느낌이 잘 배어 나온다. 이 플랜이 있고 없고는 품질에 커다란 영향을 미친다.

아래는 위의 표면에 대한 쉐이딩 네트워크와 해당 램프의 설정을 보여준다.

3) 바다 표면에 해당하는 Blinn 쉐이더를 하나 만들고 다음과 같이 설정한다.

여기서 Transparency 설정은 바다의 투명성과 투과성을 의미한다. 무엇보다도 Specular Shading을 잘 설정하는 것이 중요하다.
바다 느낌의 사실성은 Specular에 의해서도 많이 좌우되기 때문이다.

4) Blinn 쉐이더의 Bump Mapping 항목에 fractal 텍스쳐를 불러 들여 범프처리를 통해 사실적인 스펙큘러를 잡아내자. 해당 네트워크 구성과 fractal 세팅은 다음과 같다.

place2dTexture 노드는 Coverage (3, 3), Tranlaste Frame (-2,0), Repeat UV (8,8)로 설정한다.

렌더링 하면 아래와 같은 결과가 나온다.

5) 마지막으로 바다 표면의 색감을 잡아보자. 아래는 완성된 네트워크 구성을 보여준다.

먼저 Ramp 쉐이더를 만들자, 이유는 다음과 같다.
아래 그림에서 보면 물그물 (하얀색 부분)이 원경까지 선명하게 들어나 원경으로 갈수록 시선이 옅어지는 느낌을 해쳐 부자연스럽게 보인다.
이는 후에 Fog 효과를 넣음으로서 해결이 가능하지만, 여기서는 처음부터 해당 느낌을 해결해 보자.

Color에 Ramp를 넣으면 다음과 같은 결과가 나온다.

Ramp의 근경부 (붉은색) 영역에 crater (물그물) 텍스쳐를 이용해서 물그물 효과를 넣으면 위에서 지적한 부자연스러움을 해결할 수 있다.

Crater의 설정은 아래와 같이 한다.

place3dTexture 노드는 Translate (0,0,-30), Scale (4,4,4)로 설정한다.

6) 마지막으로 Raytracing에 의한 반사와 굴절 설정을 통해 물 쉐이딩을 마무리 한다.

최종 렌더링 결과물은 다음과 같다.

후에 지금의 쉐이딩 네트워크 구성을 정교하게 확대함으로서 <퍼펙트 스톰>의 해일을 만들게 될 것이다. 아직은 부족함이 많다. ^^;;;

바다의 쉐이더 애니메이션 하기
여기서는 이미 설정되어진 바다 표면 쉐이딩의 프로시츄얼 텍스쳐의 파라미터를 조절하므로서 애니메이션 작업을 하게 된다.

1) 먼저, Bump 쪽 네트워크의 노드를 애니메이션을 처리하고
2) 마지막으로 Color (물그물)의 네트워크 노드를 애니메이션해서 마무리 하겠다.

Note > 쉐이딩 애니메이션의 빠른 결과를 확인하기 위해 Raytracing은 잠시 꺼놓는 것이 좋다.

node	channel	value at frame 0	value at frame 150
bump fractal	time	0	0.5
bump fractal's tex placement	translateFrameU	-2	-1.7

time 값은 fractal의 무늬의 움직임을 조절하게 된다. (노트 : 높은 값은 비에 의한 물출렁임 같은 효과)

translateFrameU 값은 이동값을 의미한다.
렌더링 결과는 아래와 같다.

이미지를 클릭하면 동영상으로 볼 수 있다.

아래 표는 Crater (물그물효과)의 애니메이션 수치이다.

node	channel	value at frame 0	value at frame 150
crater's texture placement	translate X	0	32
	translate Y	0	-10

crater는 3D 텍스쳐 이므로, 자연스레 공간 좌표 위치값에 따라 물그물의 움직임 현상이 자연스레 발생한다.
특히 Y 값을 줌으로서 해당 효과는 더욱 두드러진다.

렌더링 결과는 아래와 같다.
이미지를 클릭해서 동영상을 살펴보자.

위의 두 노드를 동시에 렌더링해서 최종 결과물을 확인해 보자.

이미지를 클릭하면 동영상을 볼 수 있다.

물그물에서 일어나는 포말 - Particle Spray
필자가 마야의 파티클을 처음 공부할 당시 Texture Emission을 보고 아~ 이 기능 정말 마음에 든다 무지하게 유용하겠구나 하는 생각이 들었다.
매트 촬영을 해서 캐릭터나 사물을 먼지로도 날릴 수 있겠구나, 등등.....^^

여기서는 물그물의 애니메이션 테이타를 Texture Emission 소스로 활용해서 하얀 부분에서 물보라가 발생하는 것을 만들어 보려한다.

Note > 원 저자는 텍스쳐 에미션을 하는 별도의 애니메이션 노드를 생성해서 작업을 했다.

1) 메뉴 선택자에서 Dynamics로 전환한다.
바다 표면 서비스의 쉐입 노드를 선택하고, Particle -> Emit from Object 옵션을 연다.

Emitter Name 옵션창에서, 에미터를 위한 이름을 입력하고, 다음과 같이 설정을 적용한다.

Emitter Type: Surface
Rate: 20000

Max Distance: 0.2
Min Distance: 0

Speed: 3
Speed Random: 1
Tangent Speed : 0.5
Normal Speed : 0.5

파티클들이 바다표면 전체에서 올라오게 된다.

이미지를 클릭하시면 동영상을 보실 수 있습니다.

2) 허나 우리가 원하는 것은 하얀 물그물 부에서 방출을 원하는 것이다. 그럼 기존의 물그물을 표현하는 쉐이더를 활용하면 된다.
기존 쉐이더에서 표시한 부분의 색상만 조금 조절해서 사용하면 된다.

Note> - Texture Emission
이 기능은 텍스쳐의 색상을 통해 방출량을 조절하게 하는 기능으로 완전 검은색은 방출이 없고, 완전 하얀색은 설정한 Rate의 완전 방출을 한다.
중간 단계도 물론 반영된다.

3) 이 부분은 하드웨어 렌더링 작업이 되므로 편하게 씬파일을 따로 저장해서 사용하자.
아래의 불필요한 노드들은 지원준다. 텍스쳐의 모양새가 잘 보이도록 다음과 같이 설정해 준다.

Transparency : 완전 검은색
Bline의 Hardware Texturing / Texture resolution : Hightest (256*256)

Crater는 다음과 같이 수정한다. 이는 입자 방출을 선명하게 하기 위한 것이다.

Ramp는 아래와 같이 설정한다.

이유는 근경부에서만 입자 방출을 유도하기 위해서이다. 그렇지 않으면 엄청나게 많은 입장를 감당할 수 없게 된다.
원경의 경우 포그나 Volumetric성 방법으로 접근하는 것이 좋을 수 있다.

다음과 같은 결과를 뷰에서 볼 수 있을 것이다.

4) 자 이제 입자를 방출할 모든 준비가 끝났다.
seaWaveSpray1 에미터 노드를 선택해서 Texture Emssion Attrubites로 간다.
Enable Texture Rate를 On 한다. 파티클의 방출을 텍스쳐로 조절하겠다는 의미이다. 그리고, Ramp 노드를 끌어서 Texture Rate의 맵버튼 위에 올려 놓는다.

이로 인해 연결이 완료된다. 이제 방출하는 입자들에 대한 미세한 조절작업만이 남은 것이다.
다음과 같이 결과를 얻게 된다.

그림을 클릭하시면 동영상을 보실 수 있습니다.

자 그럼 방출 입자를 조절해서 작업을 완성해 보자.
5) seaWaveSpray Emitter 설정은 다음과 같이 한다.

Rate : 2000000

Min Distance : 0.0
Max Distance : 0.2

Speed : 3
Speed Random : 1
Tangent Speed : 0
Normal Speed : 0

6) ParitcleShape 설정은 다음과 같이 한다.

Lifespane Mode : Random range / Lifespan : 1.5 / Lifespan Random : 0.5

Particle Render Type : MultiStreak
Color Accum : on
Color RGB : 0,3 / 0,3 / 0,3
Line Width : 1
Multi Count : 50
Multi Radius : 1
Tail Size : 0.3

7) 여기서는 방출 입자의 움직임을 제어하는데 Air와 Turbulence 두 개의 필드가 사용되었다.
Air 필드 설정은 다음과 같이 했다.

Turbulence 설정은 다음과 같이 한다.

8) Blaster로 렌더링 하면 결과는 다음과 같다.

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렌더링 작업 - Particle Hardware Render
바다의 표면의 경우 유저의 취향에 맡게 라이팅과 렌더링을 설정한 후, Software Render 모드를 이용해서 렌더링을 하면 된다.
이는 일반적인 과정이다. 그러나 스프레이 파티클들은 아래의 절차를 거쳐서 하드웨어 렌더링을 해야한다.

1) 먼저 컴에 어떠한 스크린 세이버도 작동 시켜서는 안된다. ^^;;;
이유는 Viewport OpenGL 방식의 렌더러이기 때문에 해당 장면이 같이 찍힐 수 있기 때문이다.

2) 메인 메뉴에서, Window -> Render Editors -> Hardware Render Buffer를 선택해서 연다.

3) 하드웨어 렌더창에, Render -> Attributes에서 출력 프레임을 지정하고, 해상도를 소프트웨어와 일정해서 설정한다. 그리고 아래처럼 설정해 준다.

Alpha Source: Red Channel

Line Smoothing: on
Geometry Mask: on

Multi Pass Rendering: on
Render Passes: 4
Anti-Alias Polygons: on
Edge Smoothing: 5

Note >
마야는 하드웨어 렌더링 창을 잘못된 해상도로 디스플레이하는 것에 대한 버그를 지니고 있다,
작업자가 처음 렌더링을 띄울 때 말이다.
그래서 Render -> Render Sequence를 열기전에 Render -> Test Render를 먼저 실행한 다음, 창을 닫고 다시 열어야 한다.

4) 렌더링을 해서 바다와 스프레이 시퀀스를 합성해서 마무리 했다.

이미지를 클릭하시면 동영상을 보실 수 있습니다.

마치며
한 주간 짬짬히 한 작업이라 더욱 손볼 구석이 많이 있지만 나름데로 재밌고 좋은 작업이였다.
일단은 개인적 일정탓에 한 4주 후에야 더욱 발전적 형태로 이어 하게 되겠지만,이를 통해 새로운 사실을 많이 알게 되었다.
(늘 느끼지만 경험을 통해 배우는 것은 휠씬 위대하다)

스펙큘러 범프 애니값을 심하게 하면 비가 내리는 듯한 표면처럼 보인다는 것.
Particle Emission에는 좀 더 정교한 설정이 필요하는 것.
Fluid를 활용한다면 퍼펙트 스톰 못지 않은 결과물이 나올 수 있겠다는 것 등.
여러 일정 탓에 당분간을 손을 놓겠지만, 한 6개월 동안의 이 작품에 대한 제작을 마음속에 간직하고 좋은 자료와 방법론에 대해 노트와 수집을 해보려 한다. ^^

글. 김민호
Nthma - Supervisor
마리이야기 3D 팀장
현재 극장용 3D Animation 여우비 제작 참여중
Nthma Production Team (http://www.nthma.com)