'화이바맨'캐릭터리깅 튜토리얼- 2부

글. 이성근

들어가는 말

 캐릭터 리깅 예제로 들어가기에 앞서 뼈대 만들기의 기본 바탕이 되는 인체 뼈대 구조에 대해 알아보겠습니다. 마야 뼈대는 인체 뼈대와 그 구조와 유사하기 때문에 인체 뼈대 구조에 대한 이해가 높으면 높을수록 자연스럽고, 사실적으로 움직이는 마야 뼈대를 만들 수 있습니다.

Part 2. 캐릭터 리깅 예제

Section 01. 뼈대 구조 분석  

Step 01. 뼈대(Skeleton)란?
동물의 몸을 지탱하고 그 형태를 만드는 뼈의 조직을 말합니다. 만약 동물에 뼈대가 없다면 바닥에 떨어져있는 옷처럼 그 형태를 유지할 수 없습니다. 뼈대의 대부분은 관절로 결합되어 있으며 이러한 관절을 통해 움직일 수 있습니다.  

 Step 02. 사람의 뼈대 구조와 각 뼈의 이름

1. 사람의 뼈대 구조
사람의 뼈대는 크게 두개골, 어깨, 흉곽, 척주, 골반, 팔⋅다리, 손⋅발로 나눌 수 있습니다. 각 부분은 유기적으로 연결되어 하나로 통합된 구조를 이루고 있습니다.

 
사람의 뼈대 구조

 2. 사람 뼈의 이름

아래 그림에 인체의 주요한 뼈들이 나와 있습니다. 앞으로 이 뼈들을 기준으로 마야뼈대를 만들 것이므로 신중하게 살펴보세요.  

 
사람 뼈의 이름

 Step 03. 사람의 주요 뼈대

1. 두개골 (Skull)
머리를 감싸고 있는 뼈대로 22개의 뼈로 이루어져 있습니다. 각 뼈들은 움직일 수 없도록 결합되어있지만(봉합) 아래턱뼈만큼은 턱 관절을 통해 움직일 수 있습니다.

두개골

 2. 몸통의 뼈대 (Skeleton of torso)
1) 등골 뼈대 (척주, Spine)
대략 32~35개의 척추로 구성되어 있는 S자 모양의 뼈대로 집의 대들보처럼 우리 몸을 지탱해주는 역할을 합니다.   
• 목등뼈 (경추 7개) : 1~7번째 척추를 말함
• 가슴등뼈 (흉추 12개) : 8~19번째 척추로 12쌍의 갈비뼈와 관절로 결합합니다.
• 허리등뼈 (요추 5개) : 20~24번째 척추로 가장 가동성이 적습니다.
• 선골 (골반의 뒷벽) : 25~29번째 척추를 말합니다. 이 척추들은 나이가 들면서 하나의 선골로 융합됩니다.
• 꼬리뼈 (미골) : 30~33번째 척추를 말합니다. 이 척추들도 선골처럼 나이가 들면서 하나의 미골로 융합됩니다.

 

척주

 2) 흉곽 (Rib cage)
심장과 허파와 같은 내장 기관을 보호하는 하는 뼈대로 가슴뼈와 갈비뼈로 이루어져 있습니다.   
• 가슴뼈 (흉골, sternum)
흉곽의 앞쪽 한복판에 있으며, 좌우에서 갈비뼈와 빗장뼈와 결합합니다.
• 갈비뼈 (늑골, ribs)
흉곽을 구성하는 활모양의 뼈로 총 12쌍이 있습니다. 척주에 있는 가슴등뼈와 흉곽 가운데 있는 가슴뼈와 결합합니다.

 

흉곽

3) 상지대 (上肢帶, Shoulder girdle)
어깨, 팔, 손을 지탱하는 뼈대로 빗장뼈와 어깨뼈로 이루어져 있습니다.   
• 어깨뼈 (견갑골, Scapular)
양쪽 어깨 뒤에 있는 한 쌍의 넓적한 삼각형 모양의 뼈로 위팔뼈⋅빗장뼈와 결합하여 어깨의 움직임을 만들어냅니다.  
• 빗장뼈 (쇄골, Clavicle)
가슴 위쪽 좌우에서 ‘S’ 자 모양을 하고 있는 한 쌍의 뼈로 앞은 가슴뼈와 뒤는 어깨뼈와 결합합니다. 어깨의 움직임을 만들어내는 데 중요한 역할을 합니다.

상지대

4) 하지대 (下肢帶, Pelvic girdle)
넓적다리뼈와 몸통뼈를 잇는 뼈로 2개의 대칭적인 관골(寬骨)로 이루어져 있습니다. 관골은 뒤에 있는 척주의 선골⋅ 미골과 함께 골반을 형성합니다. 골반은 대부분의 중요한 운동이 발생하는 근원으로 캐릭터 애니메이션의 시작점이 됩니다. 이런 이유로 3D 캐릭터 뼈대를 만들 때 엉덩이 부분을 뼈대의 뿌리관절(Root joint)로 정합니다.
• 관골 : 좌우 한 쌍의 장골(腸骨), 치골(恥骨), 좌골(坐骨)로 이루어져 있습니다.
• 선골⋅미골 : 척주의 아래 부분에 위치하는 뼈로 골반의 뒷벽을 이룹니다.

 

하지대

3. 팔⋅다리 뼈들 (Bones of Arm⋅Leg)
1) 팔의 뼈들(Bones of Arm)
• 위팔뼈 (상완골, Humerus)
위팔뼈는 위에서 어깨뼈와 아래로는 앞팔뼈와 관절을 이룹니다. 상지대와 함께 어깨의 움직임을 만들어 냅니다.
• 앞팔뼈 (전완골, Forearm)
앞팔은 위팔과 달리 2개의 뼈 즉, 요골 (노뼈, Radius), 척골 (자뼈, Ulna)로 구성되어 있습니다. 앞팔뼈는 위로는 위팔뼈와 아래로는 손목뼈와 관절을 이루고 있습니다. 요골이 척골 주위를 회전함에 따라 앞팔을 비틀 수 있습니다.

팔의 뼈들

 2) 다리의 뼈들(Bones of Leg)
다리는 무릎을 기준으로 위쪽은 대퇴골, 아래쪽은 하퇴골이라 부릅니다.
• 대퇴골 (넓적다리뼈, Femur)
대퇴골은 우리가 보통 말하는 넓적다리뼈로 위로는 골반과 아래로는 정강이뼈와 관절을 이루고 있습니다.
• 하퇴골 (정강이뼈 +종아리뼈)
하퇴골은 아래팔과 비슷하게 정강이뼈와 종아리뼈 2개로 이루어져 있습니다.   
- 정강이뼈(경골, Tibia) : 위로는 넓적다리뼈와 아래로는 발목뼈와 관절을 이루고 있습니다.
- 종아리뼈(비골, fibula) : 위로는 정강이뼈와 아래로는 발목뼈와 관절을 이루고 있습니다.

다리의 뼈들

4. 손⋅발의 뼈들 (Bones of Hand⋅Foot)
1) 손의 뼈들 (Bones of Hand)
손은 8개의 손목뼈와 5개의 손바닥뼈, 14개의 손가락뼈로 이루어져 있습니다. 주의할 점은 엄지손가락 뼈는 다른 손가락뼈와 달리 2개의 뼈를 가지고 있습니다. (다른 손가락뼈는 모두 3개의 뼈를 가지고 있습니다.)

손의 뼈들

 2) 발의 뼈들 (Bones of Foot)
발은 7개의 발목뼈와 5개의 발바닥뼈, 14개의 발가락뼈로 이루어져 있습니다. 엄지발가락뼈도 엄지손가락뼈와 같이 2개의 뼈를 가지고 있습니다. (다른 발가락뼈는 모두 3개의 뼈를 가지고 있습니다.)

 
발의 뼈들

Step 04. 사람의 관절과 그 이름

1. 관절(Joint)이란?
뼈와 뼈가 서로 맞닿아 움직일 수 있도록 연결된 부분을 관절이라고 합니다. 사람은 이러한 관절을 통해 무릎을 구부리거나 고개를 돌리는 등의 운동을 할 수 있습니다.

<참고하세요>
실제적인 관절의 움직임은 뼈에 부착되어있는 근육의 수축과 팽창에 의해 일어납니다.

 
팔굽 관절

 팔굽 관절을 통해 앞팔뼈와 위팔뼈가 결합하여 앞팔을 구부리거나 펼 수 있습니다.  

2. 관절의 구성
관절은 밑의 그림처럼 넓적다리의 불룩한 머리(관절머리)가 움푹 들어가 있는 정강이뼈의 홈(관절오목)에 결합하는 구조를 가집니다. 뼈들이 움직일 때 발생하는 마찰을 최소화하기 위해 각 뼈는 매끄러운 연골로 덮여 있으며, 가운데 있는 관절강에는 윤활유와 같은 구실을 하는 활액이 분비됩니다.  

<참고하세요>
관절머리와 관절오목 : 불룩한 머리를 관절머리라 하며 동그랗게 움푹 들어간 곳을 관절오목이라고 합니다.
관절강(關節腔) : 관절의 두 뼈 사이에 활액(滑液)이 차 있는 공간을 말합니다.
활액(滑液) : 관절의 운동을 부드럽게 해 주는 미끄럽고 끈끈한 액체를 말합니다.

무릎 관절의 구성

3. 관절의 축
관절을 통과하여 2개의 뼈에 반듯하게 뻗친 방향의 축을 종축이라 하며, 종축에 대하여 직각인 방향을 직각축, 직각축 ·종축에 각각 직각인 축을 수직축이라 합니다. 아래 그림은 실제 관절의 축과 마야의 관절의 축(Local 축)을 비교한 것입니다. 마야 관절의 X축이 실제 관절의 종축에, Y축이 직각축에 Z축이 수직축과 일치함을 알 수 있습니다.

 

 

관절의 축과 마야의 Local 축

4. 축에 따른 관절의 종류
관절을 회전이 가능한 축에 따라 구분하면, 3개의 축을 중심으로 운동할 수 있는 관절을 3축성 관절이라 하며, 2개의 축을 중심으로 운동할 수 있는 관절을 2축성 관절, 1개의 축을 중심으로 운동할 수 있는 관절은 1축성 관절이라고 합니다.
3축성 관절로는 어깨 관절, 엉덩 관절을 들 수 있으며, 2축성 관절로는 손목 관절, 턱 관절이 있습니다. 마지막으로 1축성 관절로는 팔굽 관절, 무릎 관절을 들 수 있습니다.  

5. 관절 단면에 따른 관절의 종류
관절면의 뼈의 모습에 따라 다음과 같이 나눌 수 있습니다.
1) 절구 관절
절구처럼 관절 머리가 볼록하고 관절와가 오목하여 자유롭게 회전할 수 있는 관절로 3방향 운동이 가능합니다.
예) 어깨 관절, 엉덩 관절

절구 관절

2) 경첩 관절
경첩처럼 한 방향으로만 운동할 수 있는 관절을 말합니다.  
예) 팔굽 관절, 무릎 관절, 손가락뼈 사이 관절

경첩 관절

3) 차축 관절
원판 모양의 관절머리와 이를 감싸고 있는 관절와가 결합하여 마치 바퀴가 굴러가듯 회전할 수 있는 관절로 1방향 운동이 가능합니다.
예) 요골, 척골 관절

차축 관절

4) 타원 관절
관절머리가 타원형이고 관절와는 얕은 오목 모양의 관절로 2방향 운동이 가능합니다.
예) 손목뼈 관절

타원 관절

5) 안상 관절
관절머리와 관절와가 모두 말안장처럼 생긴 관절로 2방향 운동이 가능합니다.  
예) 손목⋅엄지 손바닥뼈 관절  

안상 관절

 6) 평면 관절
관절머리와 관절와가 모두 평면을 이루어 활동하는 관절로 결합하는 면은 곡면을 이룹니다. 움직임의 범위가 매우 작습니다.  예) 추간 관절(척추들이 결합하는 관절)

평면 관절

 6. 사람의 주요 관절 이름

사람의 주요 관절

7. 사람의 주요 관절과 운동  
1) 턱 관절
아래턱과 두개골이 결합한 관절로 2방향으로 회전할 수 있는 타원관절입니다.
턱을 위⋅아래나 좌우로 움직일 수 있습니다.
육식 동물의 경우 위⋅아래 운동을 초식 동물의 경우 좌우 운동을 주로 합니다.

턱 관절의 운동

2) 어깨 관절 (Shoulder joint)
위팔뼈의 머리가 견갑골의 관절오목에 결합한 관절로 3방향으로 회전할 수 있는 절구관절입니다. 인간의 관절 중 가장 자유롭게 움직일 수 있습니다.

어깨 관절의 운동

3) 팔굽 관절 (Elbow joint)
위팔뼈와 앞팔의 요골, 척골이 결합한 관절로 2가지 운동을 할 수 있습니다.
①팔굽을 몸 안쪽으로 구부렸다 바깥쪽으로 펴는 운동
위팔뼈와 앞팔의 요골, 척골이 결합한 관절로 한 방향으로만 회전할 수 있는 경첩 관절입니다. 이 관절의 운동을 통해 팔굽을 굽혔다 펼 수 있습니다.

팔굽 관절의 운동

②앞팔을 비트는 운동
앞팔의 요골과 척골이 결합한 관절로 요골이 척골 주위를 회전할 수 있는 차축 관절입니다. 이 관절의 운동을 통해 앞팔을 비틀어 손바닥이 하늘을 보게 하거나 땅을 보게 할 수 있습니다.

요골⋅척골 관절의 운동

4) 손목뼈 관절 (Wrist joint)
요골과 손목뼈가 결합한 관절로 2방향으로 회전할 수 있는 타원관절입니다. 이 관절을 통해 손목을 위⋅아래로 움직이거나 옆으로 움직일 수 있습니다. (앞팔을 구성하는 척골은 손목뼈와 연골을 통해 간접적으로 연결되어 손목의 회전을 도와줍니다.)

 

손목뼈 관절의 운동

 5) 손가락뼈 관절
각 손가락뼈가 결합한 관절로 1방향으로만 회전할 수 있는 경첩관절입니다. 이 관절 운동을 통해 손가락을 한 방향으로 구부리고 펼 수 있습니다.

손가락뼈 관절의 운동

6) 척추 관절
① 목등뼈 관절
목등뼈와 두개골, 목등뼈 사이에서 결합하는 관절로 2가지 운동을 할 수 있습니다.
• 머리를 위⋅아래로 움직이거나 좌우로 움직이는 운동
- 중심 관절 : 두개골 밑 부분(뒤통수뼈)과 제 1 목등뼈가 결합한 관절 (2방향으로 운동할 수 있는 타원 관절입니다.)   
이 관절 운동이 중심이 되어 목뼈가 회전해 머리를 앞⋅뒤, 좌우로 움직일 수 있습니다.

목등뼈 관절 좌⋅우,  위⋅아래 운동

• 머리를 비트는 운동
중심 관절 :  제 1 목등뼈와 제 2 목등뼈가 결합한 관절(1 방향으로 회전할 수 있는 차축 관절입니다.) 이 관절 운동이 중심이 되어 목뼈가 회전해 머리를 비틀 수 있습니다.   

목등뼈 관절의 비틀기 운동

② 가슴등뼈⋅허리등뼈 관절
• 가슴등뼈 관절
각 가슴등뼈가 결합한 관절로 앞뒤, 좌우로 움직이거나 비트는 운동을 주로 합니다.
• 허리등뼈 관절
각 허리등뼈가 결합한 관절로 척주에서 가동성이 제일 적은 관절입니다. 주로 앞뒤로 구부리고 펴는 운동을 합니다.  
허리등뼈는 주로 무게를 지탱하는 역할을 하며 가슴등뼈에 비해 움직임이 작습니다. 주로 상체를 굽혔다 펴는 운동에만 관여합니다.

가슴등뼈⋅허리등뼈 관절의 3가지 운동

7) 엉덩 관절

 골반과 넓적다리뼈를 잇는 관절로 관골의 관절와에 넓적다리뼈의 관절머리가 결합한 절구 관절입니다. 어깨 관절 다음으로 운동 범위가 큰 관절로 3방향으로 회전할 수 있습니다.

 
엉덩 관절의 3가지 운동

 8) 무릎 관절

 넓적다리뼈와 정강이뼈, 무릎뼈가 결합한 관절로 1방향으로 회전할 수 있는 경첩 관절입니다. 이 관절의 운동을 통해 다리를 무릎 뒤쪽으로 굽힐 수 있습니다.

무릎 관절의 굽힘

9) 발목 관절

 발목뼈와 정강이뼈, 종아리뼈가 결합한 관절로 1방향으로만 회전할 수 있는 경첩 관절입니다.

발목 관절의 발등 굽힘, 발바닥 굽힘

10) 발가락뼈 관절

 각 발가락뼈가 결합한 관절로 1방향으로만 회전할 수 있는 경첩관절입니다. 이 관절의 운동을 통해 발가락을 한 방향으로 구부리고 펼 수 있습니다.
“손가락뼈 관절의 운동”그림을 참고하세요.

맺는 말
이상으로 인체 뼈대의 구조와 주요 관절의 운동에 대해 살펴보았습니다. 해부학은 일단 그 용어가 생소하고 내용이 복잡해 공부하기가 어려운 분야입니다. 하지만 캐릭터를 자연스럽고, 사실적으로 움직이기 위해서는 3D 아티스트가 반드시 알아야 하는 필수 과목과 같습니다. 위에서 다룬 내용이 많이 부족하지만 독자들에게 도움이 되길 바라며 다음 장부터는 본격적으로 마야 뼈대 만들기를 시작하겠습니다.      

 

테크니컬 라이터  이성근 (woodolee@hanmail.net)

 

<참고문헌>
• Ferdi Scheepers,『Anatomy-Based Modeling of Human Musculature』, SIGGRAPH 1997 conference proceedings.
• 루이즈 고던 저, 문 범 역, 『인체해부와 묘사법』, 미진사, 1998.
• Blandine Calais-Germain 저, 조상현 외 역, 『움직임 해부학』, 영문출판사, 1999.
• Chris Maraffi,『Maya® Character Creation: Modeling and Animation Controls』,New Riders Publishing, 2003.