"게임 애니메이션의 이해 - 1편"

글. 김상원

1년여에 걸친 게임 그래픽의 이해 부분을 읽어주신 여러분께 감사 드립니다. 앞부분의 배경 및 캐릭터 제작 프로세스를 끝나고 이번부터 애니메이션 부분을 시작하게 되었습니다.

개인 및 여타 사정으로 인해 원고가 더뎌진데다 플라워회원 전용임에도 많은 부분들이 고수들이 읽기에는 부족한 부분이 많아, 지나고 보니 참으로 아쉬운 부분도 많습니다.

이제 지나간 일은 그 나름대로 정리를 하고 새로운 게임 애니메이션 부분으로 지식의 항해를 하려고 합니다. 부족한 부분, 필자의 무지로 틀린 부분들은 충고 어린 지적과 양해를 부탁 드리겠습니다. 역시 전과 마찬가지로 글은 반말로 쓰겠습니다.  

게임 애니메이션의 이해

애니메이션의 어원은 아니마(ANIMA)로 생명, 정신, 영혼을 의미한다.

어원으로부터 생각해보면 애니메이션이란 생명체가 없는 것에 생명을 불어 넣은 작업이라고 할 수 있을 것이다. 멋지지 않는가? 자신이 만든 캐릭터가 살아 움직인다. 멋지게 살리는 것도 이상한 움직임을 만드는 것도 애니메이터의 몫인 것이다. 당신이 캐릭터를 움직일 때 당신은 이미 3d Tool위의 신이다.

애니메이션은 시간 예술이라는 특성상 공간예술인 다른 분야에 비해 포토폴리오가 잘 남지 않고 그림 실력과는 거리가 있다는 일부의 편견에 의해 평가 절하 받고 있지만, 이것은 애니메이션의 예술성과 세계관을 이해하지 못하는 게임 그래픽의 단편만을 보는 어리석은 사람들의 지적일 뿐이다. 실제로 팀을 맡고 있는 현실에서 가장 구하기 어려운 직종의 경력직 아티스트가 애니메이션 아티스트이다.

나는 이 글을 월트 디즈니와 존라스터의 애니메이션의 11가지 원칙이라는 주제를 가지고 쓰고 있다. 기초부터 다시 시작하는 이 작업을 하며 내가 아직도 얼마나 부족한지 그리고 우리나라 애니메이션 분야 교재가 얼마나 적은지 실감했다. 한국의 모델링과 매핑은 이제 세계 수준이다 분명.. 하지만 모델링이 재료는 될 수 있을지는 몰라도 작품을 완성하는 것은 아니다. 애니메이션은 작품을 완성하는 말하자면 하나님이 흙인형에다가 입김을 불어 넣어 생명을 부여하는 신성한 작업인 셈이다. 아직도 한국에서는 이런 멋진 애니메이터들이 너무나 부족한 것이 사실이다. 또한 이러한 애니메이션 교재도 역시 아직까지는 턱없이 부족함에 미리 죄송하다는 말을 드린다.   

여기서 나는 완전히 전통 수작업 애니메이션 이른바 키작업이라는 부분만을 다루려고 한다. 물리법칙을 이용한 Reactor는 멋진 애니메이션을 만들어주지만 게임으로 Export하는 것이 쉽지가 않다. 모션캡쳐는 리얼한 움직임을 제공하지만 비용이 많이 들고 관리를 해줘야 하며, 공중에서 두번 점프하는 등 상상하는 모든 동작을 만들어 줄 수는 없다. 이런 화려하고 왕멋진 역할을 해주는 배우(Actor)가 많지 않기 때문이다. 또한 위의 것들은 수작업 애니메이션을 공부한 후 천천히 해야 한다고 생각한다. 모든 것은 기초가 가장 중요하지 않던가?

접근방법은 가장 일반적인 Pose To Pose 수작업, Controller에 의한 제어, 그리고 캐릭터 스튜디오에 의한 애니메이션 제어가 큰 중심이 된다. 하여 어느 정도 애니메이션을 이해하는 분이라면 어떤 부분은 너무 쉬울 수도 어떤 부분은 조금 이해하기 어려울 수도 있을 것 같다. 무책임한 이야기로 쉬운 부분은 쉬운 부분대로 기초를 정리한다는 의미에서 어려운 부분은 어려운 부분대로 재미있게 봐주시길 바란다.

CG 애니메이션의 원리

Pose To Pose

전통 수작업 애니메이션은 모든 과정을 사람의 손을 거쳐 그려서 완성되었다. 이러한 시스템은 우선 원화가가 키프레임(Key Frame)에 해당하는 원화를 그리고 그 중간에 동화가가 중간의 보간 프레임(Inbetween)을 넣는 식의 공장시스템에 의해 제작된다. 이러한 시스템을 도제식 애니메이션이라고 하였는데, 이것은 고도로 발달된 현대에 이르러서도 마찬가지이다. 다만 요근래는 셸이라고 하는 비닐을 거의 안쓰고 포토샵 등의 디지털툴로 대체되는 추세인 것 같다. 하여 요새의 애니메이션들은 과거의 지글거림 없이 너무 깔삼한 그래픽을 보여준다. 마크로스세대인 필자로서는 조금 아쉽기도 한데. ^ ^

컴퓨터 애니메이션은 이 작업 중 애니메이터들의 동화(inbetween 인비트윈)제작부분을 대폭 줄여주는 성과를 얻게 되었다. 바로 보간 즉 Inbetween 부분을 컴퓨터가 계산해주기 때문인데, 이 때문에 CG애니메이션은 수작업보다는 많은 부분 편리해진 것도 사실이다.

하지만 이러한 편리를 얻기 위해서는 특히 캐릭터의 경우에는 컴퓨터가 애니메이션의 구조를 파악할 수 있도록 오브젝트를 구조화해 주는 것이 필요한데 이것을 우리는 스키닝& 리깅작업이라고 부른다. 스키닝이란 말 그대로 뼈대에 오브젝트의 점을 할당해 피부처럼 만들게 해주는 것이고, 리깅이란 캐릭터 뼈의 움직임 구조를 제어하는 것을 의미한다.

편리해졌다고 하지만 수작업 애니메이션의 원칙이 무시되는 것은 아니다. 애니메이션이 자연스럽게 보이기 위해서는 수작업 애니메이션의 원칙이 지켜줘야 하며, 또한 뼈대의 구조학적인 특징인 IK개념을 반드시 이해해야 한다. 간혹 난 그림을 못 그리니까 애니메이션을 하겠다라는 친구들이 있는데 이것은 드로잉을 못하면서 수채화를 그리겠다는 것과 다를 바가 없는 이야기다. 훌륭한 애니메이션 아티스트는 어느 정도 이상 모델링 능력도 갖추어야 한다고 생각한다. 그래야 인체밸런스와 움직임을 연계시킬 수 있기 때문이다. 등뒤에 견갑골은 팔과 같이 움직인다는 것 등을 아는 애니메이터야 말로 제대로 된 애니메이터라고 말할 수 있겠다.

또한 우리가 다룰 3d Max는 다른 CG툴에 비해 캐릭터 애니메이션에 특화된 막강한 애니메이션 툴인 Character Studio라는 것이 있다. 캐릭터 스튜디오는 초보자가 거의 한 달을 거쳐야 제대로 세팅할 수 있는 본의 완벽한 IK리깅을 이미 애니메이션 전문가가 미리 만들어놓은 뼈대구조인 Biped와 스키닝을 할 수 있는 Physique, 인체의 IK애니메이션을 제어하는 가장 독특한 애니메이션 방식인 Footstep, 군중 애니메이션을 제어하는 Crowd, 여러 모션을 결합하고 편집하는 Motion Flow, Motion Mixer등으로 구성된다. 이 강좌의 구성은 우선 기본적인 일반 애니메이션의 원리 부분을 가볍게 다룬 후 게임 그래픽애니메이션에서 가장 중요한 인체 애니메이션에 가장 특화된 바로 이 Character Studio를 중심으로 전개할 것이다

애니메이션의 원칙

1987년 픽사 스튜디오의 존라스터는 시그라프 ‘87 강의에서 애니메이션의 원리를 3d에서 적용하기 위한 방법을 주제로 강연을 하였다. . "The Principles of Animation"은 월트 디즈니 애니메이터로 일하던 Ollie Johnston과 Frank Thomas가 공저한 "The Illusion of Life - Disney Animation"라는 책으로 존라스터는 이것을 3d애니메이션으로 접목할 때 약간의 몇 가지 기능을 첨부해 접목시키고 있다.

이것은 월트 디즈니의 기존 도제 애니메이션 방법을 근간으로 정한 원칙이었는데 11가지의 원칙으로 나누어 진다. 3d애니메이션이라고 해서 정통 2d애니메이션과 원리가 다른 것은 아니다. 우선 이 원리를 중심으로 애니메이션의 감각을 익힌 후 실제의 애니메이션 작업을 해보도록 하자.

1. Squash and Stretch
2. Timing (The Speed of an Action)
3. Anticipation
4. Staging
5.  Follow Through and Overlapping Action
6. Straight Ahead and Pose-To-Pose Action
7. Slow in and out
8. Arcs
9. Exaggeration
10. Secondary Action
11. Appeal

여기까지 애니메이션의 11가지 원리를 주제 위에 3d애니메이션에서는 위의 원리를 기반으로 몇 가지 원리가 더 접목되는데 이중 가장 중요한 몇 가지 개념을 이야기 해보면

1. Controller와 Constrain(구속)을 이용한 애니메이션
2. Kinematics & IK(Rigging)
3. Weight
4. Posing(Anatomy)
5. Non-symmetrical Posing and Performing

등을 들 수가 있다. 앞으로의 연재 순서는 이러한 순서를 기본 골격으로 하되 작업 순서를 염두해 두어 CG에 맞는 순서로 나가게 될 것이다.

1. Squash and Stretch (수축과 팽창)

살아있는 즉, 살과 근육으로 이루어진 것들은 아무리 말라 비틀어졌더라도 액션을 통해 나아가면서 형태에 상당한 변화를 보여준다. 좋은 예를 들자면 팔을 굽혔을 때 이두박근이 부풀어 오르거나 팔이 곧게 폈을 때 기다란 근육형태만 보이는 경우를 들 수 있겠다. 웅크리고 있는 사람은 명확하게 수축되어 있는 것을 알 수 있고, 반면에 최대한 몸을 뻗친 사람은 그 반대를 볼 수 있겠다. 무언가를 씹거나 웃거나 말하거나 혹은 단지 표정을 바꿀 때도 뺨이나 입술이나 눈이 형태를 변화할 때만 살아있는 것처럼 보인다. 오직 박물관의 밀랍인형들이나 딱딱하게 형태를 변화하지 않는 법이다. CG에서는 딱딱하게 형태를 변화하지 않는 물체를 강체(Rigid Body:리지드 바디)라고 하며 살아있는 살덩이들(?)을 연체(Soft Body: 소프트 바디)라고 한다.

Squash 스쿼시, 즉 찌그러진 포즈는 큰 힘으로 눌려 납작해졌거나, 함께 눌려 뭉뚱그려진 것처럼 나타낼 수 있다.

Stretch스트레치, 즉 늘려진 포즈는 항상 같은 형태에서 늘어난 상태를 보여준다. 애니메이션의 가장 핵심적인 요소는 한 장의 그림에서 다음장의 그림에서 나오는 움직임이다. 미소는 단지 얼굴 위에 펼쳐진 하나의 단순한 선이 될 수 없다. 그 선은 입술과 입술이 뺨과 이루는 관계를 설명해야 한다. 다리는 굽혀진 파이프나 고무 호스로 표현될 수 없다, 다리들은 접혔을 때 스쿼시되고 펼쳤을 때 스트레치되어야 한다.

다만 스쿼시된 그림이 단순한 팽창으로 보이는 것이나 또 스트레치된 포지션이 엿가락같거나 시들하게 보이는 것은 좋지 않다. 기본적인 부피는 변화가 없다라고 생각하며 애니메이션을 세팅해야할 것이다. 존라스터는 이를 위해 기본적으로 밀가루 푸대를 생각해보라고 추천하고 있다.

월트 디즈니에 입사한 초보 아티스트들을 위한 일반적인 애니메이션 테스트는 튕기는 공을 그리는 것이었다. 이 테스트는 빨리 그려지고 쉽게 고칠 수 있으며 아주 놀랍게도 애니메이션에 대한 많은 것을 가르쳐주는 연습이다. 숙제는 공을 단순한 원으로 표현하고, 이러한 순차적인 원의 그림들을 통해서 그것을 떨어지게 하고, 바닥에 부딪히게 하고 그리고 다시 공중으로 튕겨 오르게 하고 이러한 모든 과정을 반복할 수 있도록 하는 것이었다. 이것은 단순한 애니메이션이지만 그러나 이 테스트를 통해 아티스트로 하여금 씬을 애니메이팅하는 구조적인 테크닉을 배우게 하고 또한 타이밍과 스쿼시/스트레치를 소개하는 과정이 되었다고 한다.

월트디지니와 같이 우리도 이러한 테크닉을 이용해 3d에서 간단한 공 튀는 애니메이션을 만들어 보자. 우리는 이 예제를 통해 스쿼시와 스트레치의 원리를 이해하며 맥스의 모션 그래프 제어를 할 수 있게 될 것이다. 간단한 공 튀기기이지만 실상 알아야 할 것은 그리 간단하지 않다라는 것을 곧 알게 될 것이다. 집중하여 하나도 빠짐없이 기억해두도록 하자.

예제 )  Ball Bounce

1. Sphere를 만든 후, 선택한 상태에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭, Property의 Trajectory를 체크한다. 이것으로 우리는 애니메이션의 경로를 눈으로 확인할 수 있다.

2. 애니메이션 버튼을 누르고 프레임 20으로 이동 X축으로 약간 이동한다.

3. 프레임 10으로 옮긴 후 같은 창에서 Y축으로 아래로 내려보자.
Trajectory가 체크되어 있으므로 다음과 같은 모습이 나타날 것이다.

이러한 모양은 이미 파악했겠지만 분명 실생활의 모양과 맞지 않다. 공은 최고점에서 가장 느리며 바닥에서 가장 빠르다. 결국 바닥부분은 Fast탄젠트가 적용 되어져야 하며, 최상부분은 Slow탄젠트가 적용되어져야 한다. Curve Editor를 이용하여 이것을 수정해 보자.

현재의 커브 에디터를 보면 빨간 라인이 X축 이동 파란라인이 Z축 이동이다.  X축 이동은 등속도 운동이 되어야 하므로 탄젠트 커브를 선형으로 만들어 줘야 하며 Z축은 아까와 같이 최하점에서 가장 빠르게 만들어 주어야 한다. 다음과 같이 수정하자.

이러한 방식으로 고친 그래프이다. Dope에티터와 마찬가지로 키에서 마우스 오른쪽 버튼을 눌러 키의 속성을 고칠 수가 있다. 이제 움직임이 꽤 자연스러워진 것을 볼 수 있을 것이다.

4. 애니메이션이 한번만 튀기는 것은 좋지 않으므로 Out of Range를 이용해 애니메이션을 확장시켜보자. Curve Editor의 X포지션을 클릭하고 메뉴의 Controller의 Out of Range를 선택하자. 거기서 오른쪽 화살표에 해당하는 부분을 Relative Repeat으로 체크해준다. Z축도 역시 같은 식으로 수정하자.

이제 반복되는 자연스러운 애니메이션을 볼 수 있을 것이다.

이제 애니메이션이 대충은 완성되었지만 무언가 부족하다는 것을 느낄 수 있다. 바로 우리가 이야기 하려던 애니메이션의 원리인 Stretch And Squash이다. 공은 바닥에 부딪칠 때 바닥으로 눌린 느낌이 나는 것이 좋으며 이동 시엔 늘어나는 것이 보기 좋다. 이동시의 방향에 따라 늘어나는 것은 조금 어려우므로 바닥에서 찌그러지는 것을 한번 해보도록 하자.

Squash(찌그러짐)를 가미해 더욱 자연스러운 애니메이션을 만들어 보겠다. Animate버튼을 켜고 10프레임 정도에서 Select & Squash Scale을 이용하여 XY평면으로 크기를 늘려주자. 중요한 것은 부피가 변화가 없어야 한다는 것이다. 보면 일단 실생활과는 거리가 많은 것이 보인다. 공이라는 것은 부딪치는 순간부터 찌그러 들기 시작하며 튀어나오는 순간 복구되게 되어있다. 부딪치는 순간을 9프레임으로 가정하면 펴지는 순간은 반대로 11프레임이 될 것이다. (실상은 펼쳐지는 것은 천천히 일어난다. 이것은 커브에서 수정할 것인다) 또한 9프레임까지는 변형이 없어야 하므로 이 구간의 보간은 스텝이 되어야 한다.

그림에서 보다시피 0프레임의 뒤쪽과 9프레임의 뒤쪽은 스텝모드가 되어야 한다. 또한11프레임부터는 서서히 복귀되어야 하므로 11프레임의 Out은 Smooth로 지정해주자. 20프레임에서는 원래대로 돌아와야 하므로 0프레임의 키를 카피해 주자.

0~9프레임 : 찌그러짐 없음
9~11프레임 : 찌그러진 상태
11~20프레임 : 펴지는 상태

공의 Squash패턴은 이러한 20프레임의 반복이 되어야 할 것이다.

이제 역시 후반부 애니메이션의 연결을 위해 Dope창을 열고 Out of Range를 Loop로 설정해 준다.

결과를 보자. 이 정도로 충분히 다듬어졌지만 더욱 자연스럽게 될 때까지 설정을 생각해 보자.

이제 이 단순한 애니메이션에 각자의 창의성을 넣어보자. 어떤 애니메이터는 커다란 바운스로 시작해서 점점 탄력을 잃고 낮게 튕기는 공을 그려낼 수도 있으며. 어떠한 사람은 3차원적인 공간 안에서 공이 어떻게 튕겨 나갈 것인가 하는 복잡한 움직임을 만들 수도 있을 것이다. 어떤 이는 또 공에 줄무늬를 입혀서 공이 얼마나 회전하는지를 보여줄 수도 있다.

우리는 여기서 Curve Editor의 Multipier와 Ease Curve를 이용해서 공이 점점 바운스를 줄여가고 속도도 점점 느려지는 타이밍을 제어하는 방법을 공부할 수 있을 것이다.

1. Animate버튼이 꺼져있는 상태에서 10프레임으로 이동 볼의 Z포지션 값을 0으로 한다. 이것은 최하점을 고정시키기 위한 장치이다.

2. Curve Editor에서 Z포지션을 선택 Mulitplier Curve를 적용한다.

3. Multiplier Curve를 처음엔 1 최후엔 0이 되도록 조정하자. Tangent는 Linear로 설정한다.

이제 애니메이션을 지켜보자. 공의 최고점이 점점 작아지는 것을 볼 수 있을 것이다.

자 이제 무언가가 부족할까? 공이 높이가 낮아지면 그 주기도 짧아진다. 즉 거리도 작아져야 한다. X축 포지션의 운동이 점점 줄여야 하는 것이다. 이것은 수치가 아니라 프레임의 간격을 줄여야 하는 것으로 Muliplier Curve로는 수정할 수 없다. 이것을 해주는 것이 바로 Ease Curve이다.

X포지션에 Ease Curve를 적용하자. 50프레임의 값을 75로 수정해 보자.

이제 X축의 폭이 점점 줄어드는 것을 볼 수가 있을 것이다.

간단한 공튀기는 애니메이션 자체도 얼마나 많은 애니메이션 원리가 들어가 있는지를 알 수 있을 것이다.

다음 시간에는 오브젝트 애니메이션과 캐릭터 애니메이션의 차이를 공부하고 기존에 만든 캐릭터를 세팅하는 Rigging작업에 대해 다루겠다.

김상원
Ism Korea 조감도 파트 주임
유니아나 아케이드 1팀
톱니소프트 팀장
소프트 액션 개발 2팀 팀장
현 주성대학 북경 사무국 교재 편찬위원