감정변화에 따른 3D캐릭터의 표정연출에 관한 연구 (해부학적 구조 중심으로) A Study on Effective Facial Expression of 3D Character through Variation of Emotions (Model using Facial Anatomy)원문보기
하드웨어의 급속한 기술발전은 3차원 영상정보를 포함한 다양한 디지털 영상정보의 급속한 발전과 확대를 가져왔다. 애니메이션, 가상현실, 영화, 광고, 게임 분야에서도 3차원 디지털 영상처리는 매우 다양하고 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 3차원 디지털 영상 속에 등장하는 3D캐릭터는 의인화된 동작이나 음성, 표정등을 통해 관객에게 감동과 정보를 전달하는 중요한 역할을 담당한다. 3D캐릭터의 활용도와 사용범위가 확대되어감에 따라 효과적인 3D캐릭터의 동작연구나 표정연출에 대한 관심도 또한 높아지고 있다. 본 연구에서는 내적감정상태의 효과적 수단으로 사용되는 표정에 대해 연구해본다. 해부학적 구조에 기반한 얼굴근육의 운동방향과 변화에 따른 3D 캐릭터의 표정구현에 대해 살펴보고 효과적인 표현방법을 모색해보고자 한다. 또한 선행연구로 진행된 2D캐릭터 표정연구와의 비교를 통하여 그 차이점과 특징에 대해 살펴보고자 한다.
하드웨어의 급속한 기술발전은 3차원 영상정보를 포함한 다양한 디지털 영상정보의 급속한 발전과 확대를 가져왔다. 애니메이션, 가상현실, 영화, 광고, 게임 분야에서도 3차원 디지털 영상처리는 매우 다양하고 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 3차원 디지털 영상 속에 등장하는 3D캐릭터는 의인화된 동작이나 음성, 표정등을 통해 관객에게 감동과 정보를 전달하는 중요한 역할을 담당한다. 3D캐릭터의 활용도와 사용범위가 확대되어감에 따라 효과적인 3D캐릭터의 동작연구나 표정연출에 대한 관심도 또한 높아지고 있다. 본 연구에서는 내적감정상태의 효과적 수단으로 사용되는 표정에 대해 연구해본다. 해부학적 구조에 기반한 얼굴근육의 운동방향과 변화에 따른 3D 캐릭터의 표정구현에 대해 살펴보고 효과적인 표현방법을 모색해보고자 한다. 또한 선행연구로 진행된 2D캐릭터 표정연구와의 비교를 통하여 그 차이점과 특징에 대해 살펴보고자 한다.
Rapid technology growth of hardware have brought about development and expansion of various digital motion pictured information including 3-Dimension. 3D digital techniques can be used to be diversity in Animation, Virtual-Reality, Movie, Advertisement, Game and so on. 3D characters in digital motio...
Rapid technology growth of hardware have brought about development and expansion of various digital motion pictured information including 3-Dimension. 3D digital techniques can be used to be diversity in Animation, Virtual-Reality, Movie, Advertisement, Game and so on. 3D characters in digital motion picture take charge of the core as to communicate emotions and information to users through sounds, facial expression and characteristic motions. Concerns about 3D motion and facial expression is getting higher with extension of frequency in use and range about 3D character design. In this study, the facial expression can be used as a effective method about implicit emotions will be studied and research 3D character's facial expressions and muscles movement which are based on human anatomy and then try to find effective method of facial expression. Finally, also, study the difference and distinguishing between 2D and 3D character through the preceding study what I have researched before.
Rapid technology growth of hardware have brought about development and expansion of various digital motion pictured information including 3-Dimension. 3D digital techniques can be used to be diversity in Animation, Virtual-Reality, Movie, Advertisement, Game and so on. 3D characters in digital motion picture take charge of the core as to communicate emotions and information to users through sounds, facial expression and characteristic motions. Concerns about 3D motion and facial expression is getting higher with extension of frequency in use and range about 3D character design. In this study, the facial expression can be used as a effective method about implicit emotions will be studied and research 3D character's facial expressions and muscles movement which are based on human anatomy and then try to find effective method of facial expression. Finally, also, study the difference and distinguishing between 2D and 3D character through the preceding study what I have researched before.
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문제 정의
대해 연구를 진행하고자 한다. K. Waters가 제안한 근육모델에 필요한 근육을 추가하고 표정 형성에 주로 영향을 미치는 주요한 근육운동의 방법과 움직임의 물리적 운동측면을 분석하여 특정 표정을 구현하는 방법에 대해 연구를 진행한다.
여 캐릭터를 제작한다. 기본 3D모델에 2D캐릭터를 바탕으로 진행한 기존 사례연구 결과(2005.김지애[10])를 3D 캐릭터에 적용하여 근육운동과 AU 조합에 있어 2D캐릭터와 3D 캐릭터가 어떠한 공통점과 차이점이 있는지를 비교, 분석해 보고자 한다. 2D캐릭터와 3D 캐릭터는 표현방법이나 제작과정의 차이로 인하여 표정을 연출하는 방법에도 약간씩의 차이가 나타날 것인데, 이를 물리적 측면인 근육운동 측면과 Facs 이론의 AU조합 측면을 기준으로 차이점이나 공통점들을 찾아내고 이를 데이터베이스화 하고자 한다.
다양한 얼굴애니메이션 제작방법 가운데 본 연구에서는 리얼리틱 기반의 3D 캐릭터를 제작하기에 효과적인 방법으로 해부학적 구조 기반의 애니메이션 방법에 대해 연구를 진행하고자 한다. K.
따라서 본 연구에서 캐릭터의 얼굴표정이 어떠한 물리적 변화를 일으키는지에 대한 물리적 분석기준으로, KWaters의 선형, 평형, 원형근육을 중심으로 이들 근육들의 수축과 이완작용에 대해 분석하고자 한다.
FACS이론은 현재 표정 애니메이션을 위한 얼굴 모델에서 기본적인 표정을 생성하기 위하여 널리 통용되는 방법이다. 본 연구에서는 사례연구를 통하여 수집된 캐릭터의 얼굴표정의 변화를 분석할 때 이 FACS을 활용하고자 한다. 그 이유는 FACS이론에서 제시하는 46개의 AU조합을 통하여 복합적이고 다양한 얼굴표정 생성이 용이하기 때문이다.
그러나 얼굴표정에 대한 연구는 여전히 까다로운 분야로 남아있는데, 근육이나 피부 등의 미세한 움직임으로 다양한 느낌을 전달하는 얼굴표정은 다관절체의 움직임을 보여주는 동작과는 상당히 다른 각도의 미세한 접근방식이 필요하기 때문이다. 본 연구에서는 선행연구로 실시된 2D 캐릭터의 표정 연구 결과와의 비교를 통해 3D 캐릭터가 가지고 있는 특징과 2D캐릭터 표정과의 차이점을 살펴보고, 보다 효과적인 3D캐릭터의 표정연출 방법에 대해 모색해보고자 한다. 안면근육의 움직임과 얼굴 변형에 영향을 주는 표정근의 움직임을 고려하여 3D 캐릭터의 얼굴표정 표현에 대해 살펴보고자 한다.
본 연구에서는 선행연구로 실시된 2D 캐릭터의 표정 연구 결과와의 비교를 통해 3D 캐릭터가 가지고 있는 특징과 2D캐릭터 표정과의 차이점을 살펴보고, 보다 효과적인 3D캐릭터의 표정연출 방법에 대해 모색해보고자 한다. 안면근육의 움직임과 얼굴 변형에 영향을 주는 표정근의 움직임을 고려하여 3D 캐릭터의 얼굴표정 표현에 대해 살펴보고자 한다.
이해하는 것이 중요하다. 이에 해부학적 구조에 기반한 애니메이션 제작 방법에 대해 살펴보고자 한다.
제안 방법
김지애[10])를 3D 캐릭터에 적용하여 근육운동과 AU 조합에 있어 2D캐릭터와 3D 캐릭터가 어떠한 공통점과 차이점이 있는지를 비교, 분석해 보고자 한다. 2D캐릭터와 3D 캐릭터는 표현방법이나 제작과정의 차이로 인하여 표정을 연출하는 방법에도 약간씩의 차이가 나타날 것인데, 이를 물리적 측면인 근육운동 측면과 Facs 이론의 AU조합 측면을 기준으로 차이점이나 공통점들을 찾아내고 이를 데이터베이스화 하고자 한다.
사례연구에서 각 근육의 움직임 정도값이 추출되지 않았기 때문에, 실증연구를 진행하기 위한 3D 캐릭터의 얼굴 표정을 생성하는데 있어서는 변화의 최소값인 1에서부터 최대값인 10단계까지를 단계별로 적용하여 표정을 생성하였다. 즉 FaceGen Modeller를 사용하여 제작한 3D 캐릭터의 얼굴 표정 생성 단계에서 선행연구의 결과에 따라 눈, 코, 입의 특징적 요소들의 움직임과 근육운동의 방향 및 변화값을 1~10단계로 나누어 점차적으로 변화 정도를 증가시켰다.
따라서 표정을 통해서 내적상태를 추론하기 위해서는 얼굴표정을 나타내는 핵심적인 요소들을 찾아내야 하는데, 얼굴 인식의 결정적인 단서들을 알아내려는 연구를 통해서 Rhodes(1988)[3]은 얼굴인식에는 눈썹, 눈, 코, 입 등의 특징요소들이 머리카락, 피부, 주름, 점과 같은 얼굴의 다른 요소들보다 중요한 요인임을 밝혔다. 사례연구에서는 간접적 의사전달 방법 가운데 얼굴표정을 나타내는 특징 요소들의 표현 방법에 초점을 맞추어 연구를 진행한다.
선행연구의 결과를 3D캐릭터에 적용하여 실증연구를 진행하였다. 사례연구에 사용되는 3D 캐릭터는 Realistic 3D Face를 만들어주는 Facegen Modeller 3.
연구방법은 감정과 표정에 관한 이론적 고찰을 통하여 얼굴표정을 형성하는데 결정적 영향을 미치는 근육운동의 원리와 종류에 대해서 살펴보고, 이러한 해부학적 구조를 바탕으로 표정이 생성되어지는 패턴을 찾아보고자 한다. Realistic 3D캐릭터를 대상으로 표정연출에 대한 연구를 진행하는데, 연구모델이 되는 3D캐릭터는 Facegen 프로그램을 이용하여 기본적인 남.
사례연구에서 각 근육의 움직임 정도값이 추출되지 않았기 때문에, 실증연구를 진행하기 위한 3D 캐릭터의 얼굴 표정을 생성하는데 있어서는 변화의 최소값인 1에서부터 최대값인 10단계까지를 단계별로 적용하여 표정을 생성하였다. 즉 FaceGen Modeller를 사용하여 제작한 3D 캐릭터의 얼굴 표정 생성 단계에서 선행연구의 결과에 따라 눈, 코, 입의 특징적 요소들의 움직임과 근육운동의 방향 및 변화값을 1~10단계로 나누어 점차적으로 변화 정도를 증가시켰다. 변화된 3D캐릭터의 각 추출물을 대상으로 조사한 결과, 사용자들이 7단계 이상에서는 지나친 왜곡으로 인하여 동일 캐릭터로 인지하는데 어려움이 따랐다.
표정을 생성하기 위해 변화값을 적용하였는데, 감정차원 척도상에 비슷하게 위치해있는 우울하다, 슬프다 같은 미묘한 감정은 변화의 정도나 판단이 힘들었기 때문에, 쾌-불쾌, 수면-각성 차원 가운데 각 차원의 최상극에 위치하는 쾌-불쾌, 수면-각성의 대표적인 감정 형용사인 화나다 (Angry)와 흥겹다(Exciting)의 감정 표정을 대상으로 변화를 시도하였다. 사례연구에서 각 근육의 움직임 정도값이 추출되지 않았기 때문에, 실증연구를 진행하기 위한 3D 캐릭터의 얼굴 표정을 생성하는데 있어서는 변화의 최소값인 1에서부터 최대값인 10단계까지를 단계별로 적용하여 표정을 생성하였다.
대상 데이터
변화된 3D캐릭터의 각 추출물을 대상으로 조사한 결과, 사용자들이 7단계 이상에서는 지나친 왜곡으로 인하여 동일 캐릭터로 인지하는데 어려움이 따랐다. 따라서 실증연구의 모델로는 동일 캐릭터로 인지되어지는 범위 가운데 가장 감정을 대표할 수 있는 7단계 표정을 대표적 표정으로 선택하였다.
진행하였다. 사례연구에 사용되는 3D 캐릭터는 Realistic 3D Face를 만들어주는 Facegen Modeller 3.1 프로그램을 이용하여 남, 여 기본 모델을 제작하였다.
성능/효과
2D캐릭터와 3D캐릭터는 그 표현기술과 방식의 차이로 약간씩의 차이를 보였는데, 대체적으로 왜곡과 과장이 심한 2D캐릭터는 실제 사람의 근육운동보다 더욱 과장하고 부풀려 그 표현력을 극대화하는 점에서 리얼리틱 기반의 3D 캐릭터와 약간씩의 차이를 나타내었다. 향후 연구에서는 복합적 표정에 관한 사례연구를 통하여 보다 풍부하고 다양한 표정 연출 방법에 대해 알아보고, 이를 데이터베이스화 하여 애니메이션을 제작하고자 하는 학생과 애니메이터에게 자료로 사용될 수 있도록 체계화하고자 한다.
긍정적 표정은 눈썹과 눈꺼풀의 이완 정도, 입 양끝의 상향움직임 정도, 입 벌림의 크기 정도에 따라 각각의 감정이 표현되었다.
긍정적 표정을 나타내는 흥겹다, 행복하다, 편안하다, 놀라다의 얼굴표정은 얼굴근육이 전체적으로 이완되는 것을 볼 수 있는데, 입양끝의 대협골근과 전두근이 모두 상향운동을 하면서 이완되었다. 긍정적 표정은 눈썹과 눈꺼풀의 이완 정도, 입 양끝의 상향움직임 정도, 입 벌림의 크기 정도에 따라 각각의 감정이 표현되었다.
다른 다양한 감정을 표현해낸다. 얼굴 표정을 나타내는 데는 얼굴의 다양한 근육들의 움직임이 작용하지만, 본 연구를 통해서 표정을 나타내는데 주로 영향을 미치는 요소로 눈 주변의 전두근, 후두근과입 주변의 대협골근이 표정연출이 많은 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 근육의 이완, 수축의 정도와 근육운동의 운동방향에 따라 다양한 표정이 연출되었다.
이를 살펴본 결과 표정을 나타내는데 영향을 미치는 얼굴근육은 주로 눈과 입 주변의 근육이 많은 영향을 미치고 있음을 알 수 있었고, 이들 근육들의 수축과 이완을 통하여 운동방향이 변화함을 알 수 있었다. 따라서 본 연구에서 캐릭터의 얼굴표정이 어떠한 물리적 변화를 일으키는지에 대한 물리적 분석기준으로, KWaters의 선형, 평형, 원형근육을 중심으로 이들 근육들의 수축과 이완작용에 대해 분석하고자 한다.
움직임이 있는지를 파악할 수 있었다. 즉, 긍정적 표정에서는 얼굴근육이 전체적으로 이완되는 것을 확인할 수 있었는데, 눈썹과 눈커풀의 이완정도, 입양끝의 상향움직임 정도, 입 벌림 크기 정도에 따라 각각의 감정들이 표현된다. 부정적 표정은 얼굴 근육이 전체적으로 수축되는 공통점을 찾을 수 있었다.
하지만 ReaHstic 3D캐릭터는 이러한 왜곡이 불가능하기 때문에, 3D 캐릭터의 '화나다'는 눈주위의 전두근과 안륜근을 하향운동하여 최대한 수축하고, 동시에 입 주변의 구각하체근을 하향운동하여 보다 부정적인 표정을 연출할 수 있었다. 즉, 턱을 내리지 않고 아랫입술은 더 많이 내린 남자캐릭터가 여자캐릭터보다 더 화난 표정으로 보이는 것을 확인할 수 있다. 이를 AU조합으로 표현하면 AU4+AU42 +AU15이다.
후속연구
나타내었다. 향후 연구에서는 복합적 표정에 관한 사례연구를 통하여 보다 풍부하고 다양한 표정 연출 방법에 대해 알아보고, 이를 데이터베이스화 하여 애니메이션을 제작하고자 하는 학생과 애니메이터에게 자료로 사용될 수 있도록 체계화하고자 한다.
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