'화이바맨'캐릭터리깅 튜토리얼- 11부(컨스트레인트 적용하기)

글. 이성근

첨부 파일 : maya 파일

들어가는 말

저번 달에 필자가 갑자기 마야 강의를 맡게 돼 강의 준비를 하는 관계로 2월 달에 마야 캐릭터 리깅 연재를 하지 못했습니다. 원고를 기다리신 독자 분께 죄송한 마음을 감출 수가 없습니다. 다음부턴 아무리 바빠도 가능하면 연재를 미루지 않겠습니다.

이번 원고는 저번 달 10회 원고를 이어 “화이바맨”에 컨스트레인트와 Expression을 적용하겠습니다. 그럼 마야 캐릭터 리깅의 세계로 들어가겠습니다.  

본론

1. 팔과 다리 IK 핸들에 Pole Vector Constraint 적용하기

팔과 다리 뼈대의 전체 회전을 컨트롤하기 위해 팔, 다리 IK 핸들의 Pole Vector 속성을 팔꿈치와 무릎 컨트롤 아이콘에 연결하겠습니다. 이를 위해서는 팔과 다리 IK 핸들과 해당 컨트롤 아이콘을 선택하고 Pole Vector Constraint를 적용하는 과정이 필요합니다.   

Note) 컨스트레인트(졸개 부리기)에서 오브젝트 선택 순서   

두 오브젝트에 Constraint를 적용할 때 대장이 되는 물체를 먼저 선택하고, 다음에 Shift키를 누르고 졸개가 되는 물체를 선택해야 합니다. 만약 반대로 선택한다면 졸개가 대장을 부리게 됩니다. 주의하세요.   

1.1. 팔 IK 핸들에 Pole Vector Constraint 적용하기

1.1.1. 왼쪽 팔꿈치 컨트롤 아이콘 선택

왼쪽 팔꿈치 컨트롤 아이콘인 Lt_Elbow를 선택하세요.

1.1.2. 왼쪽 팔 IK 핸들 선택

Shift키를 누르고 왼쪽 팔 IK 핸들인 Lt_ArmIK 선택하세요.

<그림_01> 왼쪽 팔꿈치 아이콘과 왼쪽 팔 IK 핸들 선택하기

1.1.3. Constrain > Pole Vector 선택

왼쪽 팔꿈치 컨트롤 아이콘과 왼쪽 팔 IK 핸들이 함께 선택된 상태에서 Constrain > Pole Vector ❑을 클릭하세요. 메뉴에서 Edit > Reset Setting을 클릭한 후 Add 버튼을 선택하세요.

IK 핸들과 팔꿈치 컨트롤 아이콘을 연결하는 선이 생긴 것을 알 수 있습니다.

<그림_02> Pole Vector 컨스트레인트와 팔꿈치 컨트롤 아이콘과 팔 IK 핸들 연결

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1.1.4. 팔 뼈대 움직임 테스트하기

팔꿈치 컨트롤 아이콘을 이동 툴로 선택하고 위, 아래로 움직여 보세요. 팔 뼈대 전체가 회전하는 것을 알 수 있습니다.

<그림_03> 팔꿈치 컨트롤 아이콘을 위 아래로 움직여 팔 뼈대 전체를 회전시키기

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1.1.5. 오른쪽 팔 IK 핸들에도 Pole Vector 컨스트레인트 적용하기  

왼쪽 팔과 같은 방법으로 오른쪽 팔 IK 핸들에도 Pole Vector 컨스트레인트 적용하세요.

1.2. 다리 IK 핸들에 Pole Vector Constraint 적용하기

1.2.1. 왼쪽 무릎 컨트롤 아이콘 선택

왼쪽 무릎 컨트롤 아이콘인 Lt_Knee를 선택하세요.

1.2.2. 왼쪽 다리 IK 핸들 선택

Shift키를 누르고 왼쪽 다리 IK 핸들인 Lt_LegIK 선택하세요.

<그림_04> 왼쪽 무릎 아이콘과 왼쪽 다리 IK 핸들 선택하기

1.2.3. Pole Vector Constraint 적용하기

왼쪽 무릎 컨트롤 아이콘과 왼쪽 다리 IK 핸들이 함께 선택된 상태에서 Constrain > Pole Vector ❑을 클릭하세요. 메뉴에서 Edit > Reset Setting을 클릭한 후 Add 버튼을 선택하세요.

IK 핸들과 무릎 컨트롤 아이콘을 연결하는 선이 생긴 것을 알 수 있습니다.

<그림_05> 무릎 컨트롤 아이콘과 다리 IK 핸들 연결

1.2.4. 다리 뼈대 움직임 테스트하기

무릎 컨트롤 아이콘을 이동 툴로 선택하고 좌우로 움직여 보세요. 다리 뼈대 전체가 회전하는 것을 알 수 있습니다.

<그림_06> 무릎 컨트롤 아이콘을 좌우로 움직여 다리 뼈대 전체를 회전시키기  

그림을 클릭하시면 더 큰 화면으로 볼 수 있습니다. 

1.2.5. 오른쪽 다리 IK 핸들에도 Pole Vector 컨스트레인트 적용하기  

왼쪽 다리와 같은 방법으로 오른쪽 다리 IK 핸들에도 Pole Vector 컨스트레인트 적용하세요.

2. 눈에 Aim Constraint 적용하기

Aim Constraint는 졸개의 로컬 축 중 어느 한 축이 항상 대장을 겨냥하게 만드는 컨스트레인트입니다. 대장과 졸개 사이에 Aim Constraint를 적용하고 대장을 움직이면 옵션에서 지정된 졸개의 로컬 축이 항상 대장을 겨냥하기 위해 졸개가 제자리에서 회전하게 됩니다.

<그림_07> 구와 원뿔에 Aim Constraint를 이용하여 대장과 졸개 관계 만들기

2.1. 왼쪽 눈에 Aim Constraint 적용하기

2.1.1. 왼쪽 눈 오브젝트 선택

왼쪽 눈 오브젝트 Lt_eye를 선택하세요.

2.1.2. Local 축 확인하기

왼쪽 눈 오브젝트의 로컬 축을 확인하기 위해 Display > Component Display > Local Rotation Axes를 선택하세요. 왼쪽 눈 오브젝트의 로컬 축이 보이게 됩니다.

이 때 중요한 것은 눈의 로컬 축 중에서 과연 어느 축이 눈의 방향을 컨트롤하는 아이콘인 삼각뿔을 가리켜야 하는지 확인하는 것입니다. 본 튜토리얼에서는 로컬 Y축이 삼각뿔을 가리키고 있습니다. 따라 로컬 축 중에서 대장을 가리켜야 하는 축이 Y축인 것을 알 수 있습니다.

<그림_08> 왼쪽 눈 오브젝트의 로컬 축 확인하기

2.1.3. 왼쪽 눈 컨트롤 아이콘과 왼쪽 눈 오브젝트 함께 선택 (순서 중요)

왼쪽 눈 컨트롤 아이콘인 Lt_EyeLook를 선택한 다음 Shift키를 누르고 왼쪽 눈 오브젝트인 Lt_eye를 선택하세요.   

2.1.4. Aim Constraint 적용하기

두 오브젝트가 함께 선택된 상태에서 Constrain > Aim ❑을 클릭하세요. 메뉴에서 Edit > Reset Setting을 클릭하여 초기 셋팅으로 바꾸세요.

현재 졸개인 눈 오브젝트의 로컬 Y축이 대장인 삼각뿔 아이콘을 겨냥해야 합니다. 대장을  겨냥하는 졸개의 로컬 축을 선택하는 옵션인 Aim Vector에서 왼쪽부터 차례로 0, 1, 0으로 입력창의 값을 바꾸세요. 이는 Aim Vector의 각 입력창이 차례대로 X, Y, Z축을 나타내며 1의 값을 가진 축이 대장을 겨냥하고 0의 값을 가진 축은 대장을 겨냥하지 않는다는 말입니다.

Up Vector는 로컬 축 중에서 어느 축이 Up(위) 방향을 가리킬 것인가 정하는 것입니다. 본 튜토리얼에서는 로컬 Z축을 선택하겠습니다. Up Vector의 입력창을 차례대로 0, 0, 1으로 바꾸세요. 설정을 다 바꿨으면 Apply 버튼을 클릭하세요.

<그림_09> Aim Constraint 옵션

2.1.5. 움직임 테스트하기

왼쪽 눈 컨트롤 아이콘인 삼각뿔을 움직여보세요. 눈 오브젝트가 삼각뿔을 가리키기 위해 제자리에서 회전하는 것을 알 수 있습니다.

<그림_10> 삼각뿔을 움직여 눈 오브젝트 시선 조정하기

2.1.6. 오른쪽 눈 오브젝트에도 Aim Constraint 적용하기

왼쪽 눈과 같은 방법으로 오른쪽 눈 오브젝트에도 Aim Constraint를 적용하세요.

3. 허리와 가슴등뼈에 간단한 Expression 적용하기

3.1. Expression Editor 열기

Window > Animation Editor > Expression Editor를 선택하세요.

Expression Editor는 수식(Expression)을 이용하여 속성을 연결하는 편집창을 말합니다. 수식으로는 가장 기본적인 사칙 연산과 값이 순환하는 함수인 싸인, 코사인 등을 이용할 수 있습니다. 수학적인 개념으로 속성을 연결하기 때문에 처음에는 상당히 어렵게 보이지만 우리가 학창 시절에 배웠던 수학을 약간만 응용하면 애니메이션을 손쉽게 자동화할 수 있는 편린한 도구입니다.

<그림_11> Expression Editor

Expression Editor에서 두 속성 간에 대장과 졸개의 관계를 만들 수 있는데, 이때 등호(=)를 이용하여 속성을 연결합니다. 등호 우측에 있는 속성이 대장이고 등호 좌측에 있는 속성이 졸개가 됩니다. 따라 등호 우측에 있는 대장의 속성에 +,- 같은 사칙 연산을 이용하여 식을 만들면 그 값이 졸개의 속성에 바로 적용됩니다.

<Expression 기본 공식>

1. 기본 설정 : 대장이 되는 물체 - 정육면체(Cube), 졸개가 되는 물체 - 구(Sphere)

<그림_12> 대장과 졸개의 관계

2. 속성 간에 수식 : Sphere.translateX = 0 + Cube.rotateZ / 10 ;

<그림_13> Expression Editor에 수식 입력

3. 수식 설명

 1) “Sphere.translateX”는 졸개가 되는 속성
 2) “Cube.rotateZ”는 대장이 되는 속성
 3) “0” 은 졸개가 되는 오브젝트의 시작 위치나 현재 위치를 가리킴 (만약 0이 아닌 값을   가질 경우 구의 그 값에서 X축 위치 이동이 시작함)
 4) “+”는 오브젝트의 방향 설정 (-일 경우 +의 반대 방향)
 5) “/10” 구의 X축 위치 이동 값을 조절하는 양 따라 졸개인 구의 X축 이동 속성 값은 초기 값 0에다 정육면체의 Z축 회전 값을 10으로 나눈 값을 더한 값이 됩니다.   

4. 대장인 정육면체의 Cube.rotateZ의 값이 25일 경우 졸개인 구의 X축 위치값은?

위의 수식에 따르면 Sphere.translateX = 0 + 25/10이므로 값이 2.5가 됩니다.

Sphere.translateX = 2.5, 즉 구는 X축으로 2.5 유니트만큼 이동합니다.  

<그림_14> Cube.rotateZ의 값이 25일 경우 Sphere.translateX는 2.5 유니트만큼 이동

3.2. 속성 간에 수식 만들기

척주의 회전은 허리등뼈와 가슴등뼈를 같이 회전시킬 경우, 허리등뼈보다 가슴등뼈가 더 많이 회전할 때 보다 자연스런 결과를 얻을 수 있습니다. 따라 이러한 작업 방침에 따라 허리등뼈와 가슴등뼈의 회전량을 수식을 이용해 조절하겠습니다.

먼저 허리, 가슴등뼈 관절의 로컬 축을 보이게 해 어느 축이 어떤 회전을 담당하는지 확인하겠습니다. 척주의 뿌리 관절인 BackRoot 관절을 선택하고 Status Line에서 Component 타입(단축키 F8) 버튼을 선택하세요. Status Line에서 Component 타입이 활성화됩니다. 이 중에서 맨 끝에 있는 버튼인 “?” (Miscellaneous)"를 선택하세요. 허리, 가슴등뼈 관절의 로컬 축이 보이게 됩니다. 각 로컬 축을 확인한 결과 Z축 회전이 앞, 뒤로 구부리는 운동을, Y축이 회전이 옆으로 구부리는 운동을, X축 회전이 상체를 비트는 운동을 담당하는 것을 알 수 있습니다

<그림_15> 허리, 가슴등뼈의 로컬 축 확인

자, 그럼 허리, 가슴등뼈가 옆으로 구부러지는 운동부터 살펴보겠습니다. 이 운동은 허리, 가슴등뼈 관절의 로컬 Y축 회전을 통해 구현할 수 있습니다. 이를 허리, 가슴등뼈가 옆으로 구부러지는 운동을 컨트롤하는 BackBend 아이콘의 Z축 회전에 연결하면 등뼈 관절 회전과 컨트롤 아이콘의 회전을 연결할 수 있습니다.

Expression Editor에서 다음과 같이 입력하세요. 입력이 끝난 후 Expression Editor 밑에 있는 Create 버튼을 클릭하세요.   

BackRoot.rotateY = 0 + BackBend.rotateZ;
Back2.rotateY = 0 + BackBend.rotateZ;
Back3.rotateY = 0 + BackBend.rotateZ;

BackBend 아이콘을 선택하고 Z축으로 회전시키면 허리, 가슴등뼈가 다 같이 옆으로 회전하는 것을 알 수 있습니다. 그러나 허리, 가슴등뼈의 3개 관절이 모두 똑같은 양으로 회전하기 때문에 움직임 자연스럽지 못합니다. 자연스러운 움직임을 구현하기 위해서는 다음과 같은 수식을 사용하여 등뼈 관절이 위로 올라갈수록 회전 값이 점진적으로 커지게 해야 합니다.   

BackRoot.rotateY = 0 + BackBend.rotateZ/4;
Back2.rotateY = 0 + BackBend.rotateZ/3;
Back3.rotateY = 0 + BackBend.rotateZ;

위의 수식을 살펴보면 허리, 등뼈 관절의 첫 번째 관절인 BackRoot가 BackBend 아이콘의 회전 값의 1/4만큼 회전하며, 두 번째 관절인 Back2가 BackBend 아이콘의 회전 값의 1/3만큼 회전하고, 세 번째 관절인 Back3가 BackBend 아이콘의 회전 값만큼 회전하게 됩니다. 따라 허리, 가슴등뼈 관절이 BackBend 아이콘이 회전함에 따라 아래에서부터 위로 점진적으로 회전하게 돼 보다 자연스러운 결과를 얻을 수 있습니다.

위와 같은 방법으로 허리, 가슴등뼈 관절의 나머지 운동인 앞, 뒤로 구부리는 운동과 비트는 운동을 표현할 수 있습니다. 다음의 수식은 Expression Editor에서 연이어 입력하세요. 입력이 끝난 후 Expression Editor 밑에 있는 Edit 버튼을 클릭하세요.

BackRoot.rotateZ = 0 + BackBow.rotateX / 4;
Back2.rotateZ = 0 + BackBow.rotateX / 3;
Back3.rotateZ = 0 + BackBow.rotateX;
BackRoot.rotateX = 0 + BackTwist.rotateY / 4;
Back2.rotateX = 0 + BackTwist.rotateY / 3;
Back3.rotateX = 0 + BackTwist.rotateY;

<그림_16> Expression Editor에 수식 입력하기  

BackBow을 선택하고 X축으로 회전하며 허리, 가슴등뼈가 앞뒤로 구부러지는 것을 알 수 있으며, BackTwist 아이콘을 선택하고 Y축으로 회전하면 허리, 가슴등뼈가 옆으로 비트는 것을 알 수 있습니다.

<그림_17> 허리와 가슴등뼈 아이콘을 회전시켜 움직임 확인하기  

첫 번째 그림 : BackBend 컨트롤 Z축 회전
두 번째 그림 : BackBow 컨트롤 X축 회전
세 번째 그림 : BackTwist 컨트롤 Y축 회전

그림을 클릭하시면 더 큰 화면으로 볼 수 있습니다. 

맺는 말

이상으로 “화이바맨”에 컨스트레인트와 척주 회전을 자동화하는 Expression을 적용하였습니다. Expression은 캐릭터의 움직임을 자동화하기 때문에 보다 수준 높은 애니메이션을 위해서는 사용을 자제하는 것이 좋다고 생각합니다. 하지만 기계적인 움직임이나 간단한 캐릭터의 애니메이션 작업 시에는 그 효용 가치를 무시할 수 없습니다. 따라 상황에 맞게 Expression을 사용하길 바랍니다.

이상으로 11회 원고를 마치고요. 다음 회에서는 미처 다루지 못한 Inverse Foot과 추가 사항을 다루도록 하겠습니다.  

참고 문헌

1. Chris Maraffi,『Maya Character Creation: Modeling and Animation Controls』, New Riders Publishing, 2003.
2. Alis|Wavefront,『Learning Maya Character Rigging and Animation』, 2002.
3. Paul G. Thuriot, Hyper-Real Body Setup, Siggraph 2004 - Maya Masters Class     Seminar
4. 마야 매뉴얼  

테크리컬 라이터  이성근 (woodolee@hanmail.net)