'화이바맨'캐릭터리깅 튜토리얼- 1부

글. 이성근

들어가는 말

애니메이션 작업 과정에서 캐릭터 리깅(Character rigging)은 풍부한 해부학적 지식과 정확한 툴 사용이 필요한 분야입니다. 대충 어설프게 캐릭터 리깅을 하면 그 만큼 애니메이션 작업이 어려워지기 때문에 반드시 넘어야 하는 높은 산과 같습니다. 그러나 험한 산을 힘들게 올라 마침내 정상에 서면 탁 트인 하늘과 넓은 대지를 볼 수 있듯이, 훌륭한 캐릭터 리깅은 뛰어난 애니메이션을 보장합니다.

 본 튜토리얼은 험한 산과 같은 캐릭터 리깅을 보다 쉽고, 체계적으로 설명하는 것을 목표로 삼고 있습니다. 물론, 산에 오르는 길이 여러 가지가 있듯이 제가 설명하는 방법이 가장 훌륭하고, 완벽한 방법이라고 말할 순 없습니다. 하지만 무엇보다도 캐릭터 리깅에 기본이 되는 여러 개념과 툴 사용법, 그리고 최신 리깅 방법을 소개하고자 합니다. 독자에게 분명 도움이 되도록 최선을 다할 것을 약속드리겠습니다. 그럼 지금부터 마야 캐릭터 리깅의 세계로 힘차게 들어가겠습니다.      

Part 1. 캐릭터 리깅 소개

Section 01.

캐릭터 리깅(Character Rigging)이란?

마야(Maya)나 맥스(3dsMax)같은 3D 툴을 다룬지 얼마 안 되는 분들은 캐릭터 리깅(Character Rigging)이란 말이 상당히 낯설게 느껴질 것입니다. 필자도 처음 이 말을 접했을 때 캐릭터(Character)라는 말은 익히 들어 알고 있었지만 리깅(Rigging)이란 말이 도대체 무엇을 뜻하는지 알 수가 없었습니다. 그래서 사전을 찾아보니 Rigging이란 “장비”, “용구”라는 뜻이었습니다. 그럼 캐릭터 리깅(Character Rigging)이란 캐릭터에 장비나 용구를 갖춘다는 뜻이 되는데 캐릭터에 무슨 장비를 갖춘다는 말일까요?

궁금하시죠! 답을 말씀드리겠습니다. 캐릭터 리깅(Character Rigging)이란 애니메이션 작업 과정에 들어가기에 앞서 캐릭터 리깅 아티스트(Character rigging artist)가 캐릭터의 움직임과 관련된 도구인 뼈대(Skeleton), IK 핸들, 컨스트레인트(Constraint) 등을 이용해 애니메이터가 캐릭터를 마음껏 움직일 수 있도록 모든 준비를 하는 것입니다. 이러한 준비 과정이 끝나게 되면 캐릭터는 애니메이터에게 넘겨져 실제 연기를 하게 됩니다.

< 애니메이션 작업 과정 >

단계	내용
1	Modeling (모델링) - 3D 모델링은 컴퓨터를 이용해 3차원 서피스(오브젝트, 캐릭터)를 창조하는   과정을 말합니다. 2 Animation (애니메이션)
2	Animation (애니메이션) - 오브젝트의 액션(포즈, 타이밍, 운동)을 개발하는 과정을 말합니다
3	Character Rigging (캐릭터 리깅) - 캐릭터가 움직이는 데 꼭 필요한 장비를 갖추는 과정을 말합니다.
4	Material and Texture (머티리얼과 텍스쳐) - Material : 랜더링이 되었을 때 오브젝트의 서피스가 어떻게 보일 것인가를    자세하게 설명하는 명령의 세트(set of instructions)를 말합니다. 다른 말로 Shader라고도 불립니다.  - Texture : 서피스의 디테일을 수정(modify)하는 이미지를 말합니다.
5	Lights and Cameras (조명과 촬영)  - Light : Scene에 빛을 비추는 물체를 말합니다.    - Camera : Scene의 view를 셋업하는 방법을 말합니다.
6	Effects (효과) - 불, 물, 연기처럼 Texture나 Modeling으로 표현하기 어려운 복잡한 움직임을   쉽게 표현하는 것을 말합니다.    예) Maya의 “Particle”, “Paint Effects” 등
7	Rendering and Compositing (랜더링과 합성) - Rendering : Scene에서 이미지("jpg", "tiff" 등)나 이미지 시퀀스를 창조하는 과정을 말합니다.  - Compositing : 이미지나 영상을 2개 이상 결합하여 새로운 이미지나 영상을   만들어내는 것을 말합니다.

<그림_01> 캐릭터 리깅에 사용되는 여러 도구들

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<참고하세요>
• 캐릭터 리깅(Character Rigging)이란?
완성된 모델(캐릭터)과 이와 관련된 여러 물체가 애니메이터에 의해 움직일 수 있도록 준비하는 것을 말합니다. 다른 말로 캐릭터 셋업(Character Setup)이라 부릅니다. 

Section 02.

캐릭터 리깅 작업 순서

캐릭터 리깅 작업을 할 때 이때는 반드시 이것을 해야 하고 저 때는 반드시 요것을 해야 한다는 절대적인 기준은 없습니다. 단지 작업의 흐름과 각 캐릭터의 특성 그리고 캐릭터 리깅 아티스트(Character rigging artist)의 취향에 따라 보다 편한 방법과 순서만이 있을 뿐입니다. 여기에서는 캐릭터 리깅의 일반적인 작업 흐름을 전달하는 것이 목적이기 때문에 보통 많이 사용하는 작업 순서를 따르겠습니다.  

< 일반적인 캐릭터 리깅 작업 순서 >

1. 뼈대 만들기

2. IK 핸들 만들기 (관절 사슬을 실로 연결하기)

3. 선택하기 쉬운 아이콘 만들기

4. 컨스트레인트 만들기 (Constraint, 일명 : “졸개 부리기”)

5. 하나의 구조로 통합하기

6. 속성 연결하기

7. 피부 만들기

8. 관절 부위의 피부 변형 조절하기

9. 근육과 돌출한 뼈 효과내기

10. 얼굴 표정 셋업하기

11. 캐릭터 만들기

12. 단계별 애니메이션 모델 만들기

완성된 모델(캐릭터)과 이와 관련된 여러 물체가 애니메이터에 의해 움직일 수 있도록 준비하는 것을 말합니다. 다른 말로 캐릭터 셋업(Character Setup)이라 부릅니다.

Step 01. 뼈대 만들기

 마야에서 뼈대(Skeleton)는 실제 사람의 뼈대처럼 3D 캐릭터가 관절을 통해 움직일 수 있도록 도와주는 역할을 합니다. 캐릭터에 뼈대를 만듦으로서 보다 쉽게 자세를 잡을 수 있으며 아울러 다양한 애니메이션 작업을 할 수 있습니다.

<그림_02> 사람의 뼈대와 마야의 뼈대 비교

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캐릭터 리깅에서 뼈대 만들기는 캐릭터의 운동 범위를 정하는 중요한 단계로 다른 모든 과정의 바탕이 됩니다. 따라 뼈대가 적절한 운동 범위를 가질 수 있도록 관절을 정확한 위치에 심는 것이 중요합니다. 관절을 위치를 정확히 잡기 위해서는 캐릭터를 뼈대에 바인딩한 후 관절을 회전시켜 피부 변형을 시험하거나, 저해상도의 뼈대 오브젝트를 가이드로 사용합니다.   

<그림_03> 저해상도의 뼈대 오브젝트를 이용하여 정확한 위치에 마야 관절 심기

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<참고하세요>
• 뼈대(Skeleton)란?
뼈대의 사전적 의미는 몸의 형태를 유지하고 지탱하며 근육과 더불어 움직임을 만들어내는 뼈의 조직을 말합니다. 다른 말로 골격(骨格)이라 부릅니다. 마야에서 뼈대는 뼈(Bone)와 관절(Joint)로 이루어진 구조물을 말하며, 변형 가능한 오브젝트에 계층 구조(Hierarchy)와 관절 운동(articulated deformation effect)을 만듭니다.   
• 변형 가능한 오브젝트(Deformable object)란?
넙스 서피스처럼 통제점(Control Point)으로 그 형태를 조절할 수 있는 오브젝트를 말합니다. 넙스 서피스, 폴리곤 서피스, 라티스, 서브디비전 서피스가 여기에 속합니다.
• 관절(Joint)이란?
뼈와 뼈가 서로 맞닿아 움직일 수 있도록 연결된 부분으로 다른 말로 뼈마디라고 합니다.

Step 02. IK 핸들 만들기 (관절 사슬을 실로 연결하기)

 IK 핸들이란 팔과 다리와 같은 관절 사슬을 단 한 번에 움직이기 위해 필요한 부분에 실을 연결하고 그 실을 잡아당겨 캐릭터의 자세를 잡을 수 있는 도구를 말합니다. 이는 꼭두각시 인형극에서 인형의 팔, 다리를 움직이기 위해 사지에 묶여 있는 실을 잡아당기는 것과 비슷합니다.

<그림_04> 꼭두각시 인형과 캐릭터에 적용된 IK 핸들

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캐릭터에 IK 핸들을 적용하는 주된 이유는 캐릭터의 말단이 어떤 목표로 향해 나아가는 목표 지향적 운동(Goal-directed motion) 쉽게 하기 위해서입니다. 쉬운 예를 들어 캐릭터가 아침 운동을 하고 돌아와 탁자 위에 있는 시원한 물을 마시는 것을 상상해 봅시다. 캐릭터가 물을 마시기 위해서는 팔을 움직여 손이 물 컵(목표)에 닿아야 합니다. 만약 팔에 IK 핸들을 적용하지 않고 그냥 관절을 움직인다면 어깨 관절과 팔굽 관절을 차례로 움직여야  컵 쪽으로 손을 옮길 수 있습니다. 하지만 우리는 이와 같은 행동을 할 때 거의 반사적으로 각 관절을 움직이지 어깨 관절을 이 만큼 회전한 다음에 팔굽 관절을 요 만큼 회전해야지 속으로 생각하지 않습니다. 따라 이러한 직관적인 움직임을 보다 쉽게 하기 위해 팔과 다리와 같이 목표 지향적 운동을 많이 하는 부분에 IK 핸들을 적용합니다.

 이처럼 캐릭터에 IK 핸들을 적용하면 캐릭터의 자세를 쉽게 잡을 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 IK 핸들이 움직일 때 실에 묶여 있는 관절들이 한꺼번에 회전하기 때문에 정밀하고 부드러운 동작을 표현하기에는 많은 무리가 있습니다. 이처럼 IK 핸들은 장단점이 명확하게 구분되는 도구이기 때문에 상황에 맞게 적절하게 사용해야 합니다.

<그림 05> 팔에 IK 핸들을 적용한 다음, 이동 툴로 핸들을 움직여 단 한 번에 팔을 움직이기 
 
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<참고하세요>
• IK 핸들(Inverse Kinematics Handle)이란?
 Inverse Kinematics에서 Inverse는 “역(逆)”이라는 뜻이며 Kinematics는 “운동학”이라는 뜻입니다. 따라 Inverse Kinematics는 “역운동학”이라 번역할 수 있습니다. 이는 물이 아래에서 위로 거꾸로 흐르는 것처럼 운동의 순서가 반대로 진행하는 것을 말합니다. IK 핸들은 이러한 역운동학을 마야에서 가능하게 하는 도구입니다.
• 관절 사슬(Joint chain)이란?
 관절과 뼈가 연속적으로 연결되어 있는 묶음을 말합니다.   
• 목표 지향적 운동(Goal-directed motion)이란? 
손이 커피 잔을 잡기 위해 움직이는 것처럼 몸이 어떤 목표를 향해 움직이는 것을 목표 지향적 운동이라고 합니다.

Step 03. 선택하기 쉬운 아이콘 만들기

 캐릭터가 복잡하면 복잡할수록 덩달아 뼈대가 복잡해지고 많은 IK 핸들과 졸개(컨스트레이트, Constraint), 새로운 속성이 첨가됩니다. 이럴 경우 애니메이터가 원하는 부분을 정확히 선택하기란 쉬운 일이 아닙니다. 이는 결국, 애니메이터의 짜증과 함께 작업 시간이 늘어나게 결과를 낳을 수 있습니다. (작업 능률의 저하!)

 이러한 문제점을 극복하기 위해 선택하기 쉽고, 그 역할을 한 눈에 알 수 있는 컨트롤 아이콘(Control Icon)을 사용합니다. 컨트롤 아이콘은 뼈대나 IK 핸들, 졸개, 사용자가 만든 속성들을 효율적으로 선택하고 관리하는 역할을 하는 도형(2, 3차원 도형)과 문자를 말합니다.  

<그림_06> 컨트롤 아이콘의 예 
 
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컨트롤 아이콘으로 캐릭터의 세부 요소(관절, IK 핸들, 졸개 등)를 움직이기 위해서는 컨트롤 아이콘과 캐릭터 세부 요소를 부모 자식 관계로 묶어야 합니다. (컨트롤 아이콘을 부모로 캐릭터 세부 요소를 자식으로 만듦) 예를 들어 넙스 박스에 IK 핸들을 자식으로 묶은 다음 넙스 박스를 움직이면 자식인 IK 핸들이 따라 움직입니다.      

<그림_07> 캐릭터에 적용된 컨트롤 아이콘

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<참고하세요>
• 아이콘(Icon)이란?
컴퓨터의 각종 명령, 기능 그리고 메시지를 나타내는 그림 문자로 마우스로 선택해 그 기능과 명령을 실행합니다.  

• 컨트롤 아이콘(Control Icon)이란?
애니메이션 작업에 필요한 캐릭터 구성 요소를 쉽게 선택하기 위해 만드는 도형과 문자를 말합니다. 보통 랜더링이 될 필요가 없기 때문에 넙스 커브(CV Curve Tool이나 EP Curve Tool 사용)로 만듭니다. 컨트롤 아이콘을 만들 때 주의할 점을 모든 View(Pers, Top, Front, Side View)에서 선택이 용이해야 합니다.

Step 04. 컨스트레인트 만들기 (일명 : “졸개 부리기”)

 컨스트레인트(Constraint)라고 하는 것은 어떤 한 오브젝트가 다른 오브젝트를 일방적으로 따르게 만드는 도구를 말합니다. 쉽게 말해 오브젝트들 사이에 대장과 졸개의 관계를 만들어 대장이 되는 오브젝트가 졸개가 되는 오브젝트를 부리는 것입니다.  

 마야에서는 이러한 애니메이션 컨트롤러를 컨스트레인트(Constraint)라 부르며 오브젝트들 사이의 위치(Point), 크기(Scale), 회전(Rotate), 노말 방향(Normal vector) 등을 컨트롤합니다. 앞으로 설명과 이해를 쉽게 하기 위해 어려운 말인 컨스트레인트(Constraint)라는 단어 대신 “졸개 부리기”라는 말을 사용하겠습니다.     

<그림 08> Aim constraint 사용하기

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 <그림 08>을 보면 넙스 원과 캐릭터 눈에 Aim Constraint를 적용해 넙스 원을 대장으로 캐릭터의 눈을 졸개로 만들었습니다. Aim Constraint는 졸개가 항상 대장을 겨냥하게(aim) 만드는 컨트롤러입니다. 넙스 원(대장)을 움직이자 캐릭터 눈(졸개)이 제자리에서 회전하면서 대장을 겨냥하는 것을 알 수 있습니다.  

Step 5. 하나의 구조로 통합하기

 캐릭터에 뼈대, IK 핸들, 졸개, 컨트롤 아이콘을 만들게 되면 이들을 하나의 계층 구조(Hierarchy)로 통합하는 과정이 필요합니다. 보통 뼈대를 만들 때 작업의 편의를 위해 각 부분을 분리해서 만듭니다. (팔, 다리, 몸통, 골반, 머리 등을 각각 따로 만듭니다) 그런 다음 IK 핸들, 졸개를 필요한 부분에 적용합니다. 이처럼 분리된 구조를 가진 캐릭터를 하나의 구조로 통합하기 위해서는 먼저 서로 떨어져있는 관절 사슬과 IK 핸들 그리고 졸개를 해당 컨트롤 아이콘에 자식으로 묶어야 합니다. 이러한 과정이 끝나게 되면 각 컨트롤 아이콘을 다시 하나의 노드에 자식으로 묶습니다.

결국, 캐릭터의 모든 요소는 하나의 노드에 부모 자식의 관계로 묶여지게 되며 그 노드를 정점으로 통합된 구조를 갖게 됩니다.

<그림_09> Hypergraph에서 캐릭터의 모든 구성 요소를 하나의 구조로 통합하기  
 

<참고하세요>
• 노드(Node)
마야에서 Scene을 구성하는 기본적인 요소를 말합니다. Transform 노드의 경우 부모 자식 관계를 맺을 수 있어 노드 간 위, 아래 관계를 만들 수 있습니다.
• 계층구조(Hierarchy)
오브젝트(Object)나 씬(Scene)을 구성하고 있는 연결된 모든 노드들의 부모⋅자식 관계 배열을 말합니다. 관절 사슬의 경우 이러한 계층구조를 “뼈대 계층구조(Skeleton Hierarchy)”라 부릅니다.
• 부모 자식 관계 (Parent-Child relationship)
부모가 자식에게 영향력을 행사하듯이 오브젝트 간에 위, 아래 관계를 만드는 것을 말합니다. (자식이 되는 오브젝트는 부모의 공간 안에 존재하게 됩니다.) 오브젝트 간에 부모 자식 관계가 형성되면 자식이 되는 오브젝트는 부모가 되는 오브젝트의 Transformation 속성(위치 이동, 회전, 크기 조절 등)을 따라가게 됩니다. 부모 자식 관계를 만들기 위해서는 Edit 메뉴에 있는 Parent 명령을 사용합니다. (Edit ‣ Parent, 단축키 p)

Step 06. 속성 연결하기

 마야에서 속성(Attribute)은 오브젝트가 가지고 있는 성질이나 특성을 말합니다. 예를 들어 사과의 특성을 생산지, 형태, 색, 등으로 말하듯이 마야에서도 오브젝트의 특성을 위치, 색, 형태 등으로 표현할 수 있습니다.

 오브젝트의 속성은 다른 오브젝트의 속성에 연결할 수 있습니다. 이러한 연결을 통해 한 오브젝트의 속성이 다른 오브젝트의 속성으로 이동하게 됩니다. 속성의 이동에는 일정한 방향이 있는데 속성 값을 주는 오브젝트에서 속성 값을 받는 오브젝트로 이동합니다. 마치 자동차로 일방통행 길을 가는 것과 같습니다.

 캐릭터 리깅에서는 빗장뼈와 위팔뼈처럼 긴밀하게 연결되어 있는 부분을 자동적으로 움직이기 위해 속성을 연결합니다. 마야에서 속성을 연결하는 도구로는 Connection Editor, Set Driven Keys(SDK), Expression Editor 등이 있습니다.

<그림_10> 팔뼈와 빗장뼈의 속성을 SDK로 연결함 (팔뼈가 위로 움직이자 빗장뼈가 자동으로 따라 움직임을 알 수 있습니다. )
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<참고하세요>
• 속성 (Attribute)
마야에서 속성은 노드의 특성(Characteristic)을 말합니다. 각 노드는 이러한 속성의 묶음을 가지고 있습니다. 보통 속성을 노드가 가지고 있는 데이터로 생각하기 쉬우나 속성은 데이터 자체가 아니며 데이터의 타입을 구체적으로 나타내는 역할을 합니다.

Step 07. 피부 만들기

1. 캐릭터를 뼈대에 묶기 (바인딩, Binding)
뼈대 만들기 과정을 통해 캐릭터에 맞게 뼈대를 만들었지만 아직 뼈대와 캐릭터를 연결하지 않았습니다. 따라 뼈대를 움직여도 캐릭터가 움직이지 않습니다. 캐릭터가 뼈대를 따라 움직이기 위해서는 캐릭터와 뼈대를 묶는 과정이 필요합니다. 마야에서는 캐릭터를 뼈대에 묶는 것을 바인딩(Binding)이라 하며 이러한 바인딩 과정을 거쳐 캐릭터가 뼈대를 따라 움직이게 됩니다.

<그림_11> 바인딩은 로프를 이용하여 캐릭터를 뼈대에 묶는 것과 유사합니다.

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2. 피부 만들기 (Skinning)
마야에서 캐릭터를 뼈대에 묶는 과정을 피부 만들기(Skinning)라고 하며 뼈대에 묶여진 캐릭터의 서피스(Surface)를 피부(Skin)라고 부릅니다.  

<그림_12> 캐릭터의 피부  

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3. 피부를 만드는 방법
마야에서 피부를 만들기 위해서는 일반적으로 Smooth Skinning(부드럽게 변형되는 피부 만들기)과 Rigid Skinning(딱딱하게 변형되는 피부 만들기)이라고 불리는 2가지 방법을 사용합니다. 이 방법은 캐릭터의 피부를 구성하는 점(Point)에 몇 개의 관절이 영향을 미치는가에 따라 구분합니다. Smooth Skinning은 피부를 구성하는 점에 여러 개의 관절이 영향을 미치는 방법으로 아주 부드러운 피부 변형을 얻을 수 있습니다. 반면 Rigid Skinning은 피부를 구성하는 점에 오직 하나의 관절만이 영향을 미치는 방법으로 관절을 굽힐 때 딱딱한 피부 변형이 일어납니다.

Step 08. 관절 부위의 피부 변형 조절하기

1. 관절의 영향을 받는 캐릭터의 피부
캐릭터를 뼈대에 묶는 과정이 끝나면 캐릭터의 서피스는 각 관절에 영향을 받게 됩니다.(다시 말해 캐릭터의 서피스가 피부가 됩니다.) 관절을 회전시켜 캐릭터의 포즈를 잡을 때 피부가 적절한 관절의 영향을 받지 않으면 뜻하지 않은 피부 변형이 일어날 수 있습니다. 이럴 경우 어색하게 변형되는 피부 주위에 영향을 미치는 관절의 영향력을 다시 조절해야 합니다.

<그림_13> 어색한 피부 변형

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<그림_13>은 캐릭터를 Smooth Skinning으로 피부를 만들고 팔을 굽히기 위해  IK 핸들을 움직였습니다. 팔굽 관절 부위에서 피부가 어색하게 변형되고 있는 것을 알 수 있습니다. 이는 피부에 인접한 각 관절의 영향력이 적절하게 분배되지 못해 생기는 현상입니다. (단, 팔굽 관절 부분은 피부에 대한 관절의 영향력 조절만으로는 자연스러운 피부 변형을 얻기 어려운 곳입니다.)

 2. 관절 부위 피부 변형 조절하는 방법
위와 같이 어색한 피부 변형을 조절하기 위해 2가지 방법을 사용할 수 있습니다. 첫 번째 방법은 피부에 대한 관절의 영향력을 검은색에서 흰색으로의 점진적인 색의 단계(Grayscale)로 조절하는 방법입니다. 사용자가 원하는 색의 단계를 정하고 마우스로 캐릭터의 서피스를 드래그하면 그 단계 값이 피부를 구성하는 점에 지정됩니다. 두 번째 방법은 편집창(Eiditor)을 이용하는 방법으로 수치를 입력하여 관절의 영향력을 조절할 수 있습니다.
1) 첫 번째 방법 - Paint Skin Weights Tool(Skin ‣ Smooth Skin ‣ Paint Skin Weights Tool❒)
우측에 있는 툴 박스에서 원하는 관절을 선택하고 그 영향력을 0~1 사이에서 조절한 다음, 붓(마우스 커서가 붓 모양으로 바뀜)으로 캐릭터의 서피스를 칠하면 영향력 값이 0이면 검은색으로 1이면 흰색, 0~1사이면 이에 해당하는 회색으로 칠해집니다. 영향력의 정도를 검은색에서 흰색으로 나아가는 점진적인 단계로 알 수 있기 때문에 매우 직관적인 방법입니다.

<그림_14> Paint Skin Weights Tool
 
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2) 두 번째 방법 - Component Editor(Window ‣ General Editors ‣ Component Editor)
Component Editor는 구성 요소에 지정된 데이터 값을 수치로 조절할 수 있는 창을 말합니다. 창 위를 보면 여러 가지 탭이 있는데 이 중에서 피부 만들기와 관련된 탭은 Rigid Skins, Smooth Skins 탭입니다.  위의 그림에서는 캐릭터를 Smooth Skinning으로 뼈대에 묶었기 때문에 Smooth Skins 탭을 선택하였습니다.
이 탭을 선택한 후 캐릭터의 피부에서 관절의 영향력을 고치고 싶은 점들을 선택하면 세로 방향으로 각 점의 목록이, 가로 방향으로는 각 점에 영향을 미치는 관절 목록이 나오게 됩니다. 수치가 나오는 박스는 각 점에 대한 관절의 영향력을 나타내는 것으로 원하는 수치를 입력하여 관절의 영향력을 조절합니다.   

<그림_15> Component Editor

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<참고하세요>
1. 피부에 대한 관절의 영향력이란?
 보다 정확히 말하면 피부의 구성하는 각 점에 대한 관절의 영향력이라 말할 수 있습니다. 각 점이 관절에게서 받는 영향의 정도를 Weight라고 부릅니다.
2. 그레이스케일(Grayscale)이란?
이미지를 256단계를 가진 검정과 흰색으로 표현하는 이미지모드를 말합니다. 0 단계는 검정색을, 255 단계는 순수한 흰색을 표현하고 중간 단계인 128은 회색으로 표현합니다.

Step 09. 근육과 돌출한 뼈 효과내기

1. 실제 사람과 3D 캐릭터의 근육 운동  
실제 사람의 운동은 뼈에 붙어있는 근육이 수축, 팽창함에 따라 뼈가 움직이는 구조로 이루어져 있습니다. 그러나 3D 캐릭터의 경우는 뼈가 움직임에 따라 피부가 움직이는 정반대의 구조로 운동이 일어납니다.

2. 3D 캐릭터에서 근육과 뼈 효과를 내는 방법
1) 근육 효과 내기
3D 캐릭터 경우 뼈대를 따라 피부가 움직이는 단순한 구조로 이루어져 있습니다. 따라 피부 만들기(Skinning)만으로는 아래팔을 접을 때 위팔의 이두근이 부풀어 오르는 것과 같은 사실적인 근육 효과를 만들기 어렵습니다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 Influence object, Cluster deformer, Wrap deformer, Flexor, Blend shape 등 다양한 방법을 사용합니다.   

<그림_16> Influence object를 사용하여 이두근 수축 효과 내기

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<그림_17> Blend shape deformer를 이용하여 팔꿈치 부위 어색한 피부 변형 수정과 이두근 수축 효과, 돌출한 팔꿈치 효과를 만듦

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2) 돌출한 뼈 효과 내기
인체를 보면 피부에서 두드러지게 돌출해 있는 뼈들이(팔꿈치, 빗장뼈, 광대뼈 등) 있습니다. 이러한 뼈들을 캐릭터에서 제대로 표현할 수 있다면 보다 사실적인 효과를 얻을 수 있습니다. 그러나 캐릭터의 피부를 Smooth Skinning을 사용하여 만들 경우, 팔꿈치처럼 뼈가 두드러지게 피부에 돌출해있는 부분이 관절 회전 시 그 형태를 유지하지 못하고 부드럽게 변형될 수 있습니다. 그냥 넘어갈 수 있는 사소한 문제라고 생각할 수 있으나 사실적인 캐릭터에서는 어색하게 보일 수 있습니다.
이러한 문제점을 극복하기 위해 근육 수축 효과와 같은 방법을 사용하는데 <그림_17>은 돌출한 팔꿈치를 표현하기 위해 Blendshape deformer를 사용하였습니다.  

Step 10. 얼굴 표정 셋업하기

 얼굴은 캐릭터의 감정과 대사를 전달하는 아주 중요한 부분입니다. 얼굴 표정 셋업이 잘못된 경우 감정 전달과 스토리 전개에 치명적인 영향을 끼칠 수 있으므로 특히 신중을 기해야 합니다.
보통 얼굴 표정 셋업을 할 때 다음과 같은 3가지 방법을 많이 사용합니다. 첫 번째 방법은 관절을 이용하는 방법으로 얼굴을 해당 관절에 바인딩한 후 얼굴 피부에 대한 관절의 영향력을 조절하여 얼굴 표정을 만듭니다. 주로 턱과 눈꺼풀의 회전처럼 아크(Arc, 호) 형태의 움직임에 적합합니다. 두 번째 방법은 Blendshape deformer를 이용하는 방법입니다.  Blendshape는 어떤 오브젝트로 다른 오브젝트의 형태를 바꾸는 deformer로 얼굴 표정을 애니메이션 하는데 아주 적합합니다. 사용 방법은 얼굴을 구성하는 각 요소(I눈, 코, 입 등)별로 기본적인 감정이나 발음을 표현하는 표정을 만들고 이 표정을 Blendshape Editor를 이용해 서로 섞습니다.(Blend) 이러한 과정을 통해 캐릭터의 얼굴을 원하는 표정으로 바꿀 수 있습니다. 하지만 Blendshape에 의한 서피스 변형은 점들이 직선으로(linearly) 움직이기 때문에 앞에서 말한 턱이나 눈꺼풀처럼 아크 형태로 회전하는 얼굴 표정에는 적합하지 않습니다. (단, 이를 해결하기 위해 여러 개의 중간 형태를 만들고 Blendshape 옵션에서 in-between체크하면 완벽하진 않지만 아크 형태로 회전하는 blendshape를 만들 수 있습니다.) 마지막 방법으로 Cluster deformer를 이용하는 방법입니다. 반드시 Cluster deformer를 사용할 필요는 없지만 Cluster deformer는 점에 대한 영향력을 Paint Cluster Weights Tool과 Component Editor를 이용하여 다양하면서도 점진적으로 조절할 수 있습니다. 이러한 장점 때문에 부드럽게 변형되는 얼굴 표정을 만드는데 적합합니다.     

<그림_18> Blend shape와 턱 관절을 이용하여 얼굴 표정 셋업

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<참고하세요>
1. 아크(Arc, 호)란?
수학적 개념으로 원 둘레(원주)나 곡선 상의 두 점 사이의 부분을 말합니다. 본 튜토리얼에서는 뼈가 관절을 중심으로 원 둘레를 회전하는 것과 같이 움직이는 것을 뜻합니다. 팔굽 관절을 중심으로 아래팔이 회전하는 것을 생각하면 이해가 빠를 것입니다.
2. Paint Cluster Weights Tool이란?
오브젝트에 Cluster deformer를 적용한 다음, 오브젝트를 구성하고 있는 점에 대한 Cluster deformer의 영향력을 검은색에서 흰색으로의 점진적인 색의 단계(Grayscale)로 조절할 수 있는 툴을 말합니다. Smooth Skinning의 Paint Skin Weights Tool과 사용 방법이 유사합니다.   

Step 11. 캐릭터 만들기

 캐릭터 리깅을 끝내고 애니메이션 작업을 할 때 관련된 부분의 속성을 한 곳에 모아서 체계적으로 분류할 수 있다면 키 작업이 상당히 편할 것입니다. 이를 위해 관련된 속성들의 모음(Set)인 캐릭터(Character) 노드를 사용합니다. 캐릭터 노드는 속성의 묶음을 체계적으로 구분하기 위해 위, 아래 관계를 가지는 메인 캐릭터(Main Character)와 서브 캐릭터(Sub Character)로 나눠집니다.  
아울러 캐릭터 노드는 작업한 애니메이션 데이터를 클립(Clip)으로 만들어 Trax Editor에서 애니메이션을 편집할 수 있기 때문에 여러모로 활용도가 높은 도구입니다.

<그림_19> Outliner에서 캐릭터 노드

   <그림_20> 채널 박스에서의 캐릭터 노드
 

Step 12. 단계별 애니메이션 모델 만들기

 만약 애니메이터가 최종 랜더링에 사용할 고해상도의 폴리곤 모델이나, 서브디비전 모델을 가지고 애니메이션 작업을 한다면 키 작업을 제대로 하기 어렵습니다. 그 이유는 모델링 데이터가 너무 크기 때문에 실시간으로 애니메이션 작업을 할 수 없기 때문입니다. 따라 저해상도의 모델을 가지고 애니메이션 작업을 하는 것이 필요합니다.  

 저해상도의 모델은 보통 고해상도의 폴리곤 모델의 폴리곤 수를 줄인 다음, 그 모델을 관절 부위에 따라 자르고 각 관절에 해당 서피스를 Parent시켜 만듭니다. 이와 같은 저해상도의 모델을 이용하면 실시간으로 정확한 애니메이션 작업을 할 수 있습니다.

<그림_21> 저해상도 애니메이션 모델

 그림을 클릭하시면 큰그림을 볼 수 있습니다.

맺는 말

 이상으로 캐릭터 리깅의 뜻과 작업 순서에 대해 중요 사항 위주로 간단하게 살펴보았습니다. 실제 작업에 들어가기에 앞서 작업 흐름을 이해하는 것이 시행착오를 줄이며 작업할 수 있는 좋은 방법이므로 작업 순서만큼은 명심하기 바랍니다.

제 2 부에서는 기본적인 해부학과 실제 예제를 중심으로 튜토리얼을 진행하도록 하겠습니다.

 

 테크리컬 라이터  이성근 (woodolee@hanmail.net)

 

<참고 문헌>
• Chris Maraffi,『Maya® Character Creation: Modeling and Animation Controls』, New Riders Publishing, 2003.
• Alis|Wavefront,『Learning Maya Character Rigging and Animation』, 2002.
• Peter Ratner, 『3-D HUMAN MODELING AND ANIMATION』, John Wiley & Sons, Inc., 2003.
• Alis|Wavefront,『CHARACTER SETUP』, 2001.
• Alias|Wavefront Education, 최유미 외 역『the art of Maya』,(주)영진닷컴, 2002.
• Maya 매뉴얼  
• Jeff Unay, Hyper-Real Modeling, Siggraph 2004 - Maya Masters Class Seminar
• Erick Miller, Hyper-Real Facial Rigging, Siggraph 2004 - Maya Masters Class     Seminar