[논문]모션 캡쳐 자료를 이용한 동작 분석용 캐릭터 애니메이션의 적용 방법에 관한 연구

손원일; 진영완; 강상학

doi:10.5103/kjsb.2007.17.4.037

[국내논문] 모션 캡쳐 자료를 이용한 동작 분석용 캐릭터 애니메이션의 적용 방법에 관한 연구
A Study on the Application of Character Animation for Motion Analysis Using Motion Capture Data 원문보기

한국운동역학회지 = Korean journal of sport biomechanics, v.17 no.4, 2007년, pp.37 - 44

Abstract ▼ AI-Helper

This study compared the Character Studio of 3ds Max and OpenGL to find an adequate modeling method of character animation to be used in motion analysis in the area of motor mechanics. The subject was one male golfer. We obtained the positional coordinates of marks needed by photographing the subject's golf swing motions. Because the method based on the Character Studio used meticulously designed character meshes, it enabled high.level animation but it took a long time in applying physique and demanded the repeated adjustment of each motion data. With the method based on OpenGL, a character completed once could be usable to almost every testee and desired program control was available, but because each character had to be created by making a computer program, it was hard to make characters delicately. Because the method using the Character Studio is actively studied not only in motor mechanics but also in many research areas, it is expected to be more usable in the near future. On the contrary, the method based on OpenGL is easily applicable and allows the convenient use of other mechanical data.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

모션 캡쳐 자료를 이용해서 동작 분석에 활용할 애니메이션 방식으로 캐릭터 스튜디오와 OpenGL을 이용한 적절한 모델링 방법을 모색해 보았다.
본 연구의 목적은 Max의 캐릭터 스튜디오와 OpenGL을 이용해서 운동역학 분야의 동작 분석에 활용할 캐릭터 애니메이션의 적절한 모델링 방법을 제시하는데 있다.

제안 방법

카메라의 촬영속도는 120frames/s, 노출시간은 1/500초로 설정했다. 기준척은 가로, 세로, 높이 2m의 통제틀로 골프 스윙 동작을 포함할 수 있도록 위치시킨 후 촬영했다. 마크는 인체에 32개와 골프 클럽에 3개를 포함해서 모두 35개를 사용했다.
남자 골프 선수 1명의 드라이브 스윙 동작을 두 대의 고속 비디오카메라(HDR-FX7)로 촬영했다. 카메라의 촬영속도는 120frames/s, 노출시간은 1/500초로 설정했다.
<그림 2>의 오른쪽 바이팻에 왼쪽의 메시를 연결해서 관절을 구부릴 경우, 양어깨를 편 자세에서 셋업을 하면, 어깨를 편 자세에서는 어깨의 관절 부분이 부드럽게 나타나지만, 골프 스윙을 하기 위해 구부리게 되면, 어깨 관절 부분이 부드럽게 나타나기 어렵다. 따라서 본 실험에서는 어깨는 30도, 다리는 각각 15도씩 벌린 자세로 셋업을 했다.
엔빌롭의 크기 조절은 피직의 셋업에서 가장 중요 부분이며, 많은 시간과 노력이 필요한 작업이다. 본 실험에서는 엔빌롭의 크기 조절까지만 했으며, 다음 단계인 Link, Bulge, Tendon, Vertex 조절은 하지 않았다.

대상 데이터

최근 많은 분야에서 모션 자료를 캐릭터에 적용해서 애니메이션에 다양하게 활용하고 있으며, 특히 무용 분야에서도 모션캡쳐 기술을 이용한 캐릭터 애니메이션에 많은 연구(신성아, 2001; 임연미, 2002; 이은선, 2002)가 이루어지고 있는 것을 볼 수 있다. 또 다른 분야로 로봇의 자연스러운 움직임을 생성하기 위해, 사람의 행동에서 얻어낸 모션 캡쳐 데이터를 사용했으며, 이를 로봇에 적용하기 위해 역운동학을 이용하였다(정일웅, 2003).
기준척은 가로, 세로, 높이 2m의 통제틀로 골프 스윙 동작을 포함할 수 있도록 위치시킨 후 촬영했다. 마크는 인체에 32개와 골프 클럽에 3개를 포함해서 모두 35개를 사용했다. 캐릭터 스튜디오에서는 39개의 마크가 필요하며, OpenGL에서는 23개의 마크 자료를 사용했다.
<그림 3>과 같이 캐릭터 스튜디오에서 제공하는 4종류의 바이팻 중 한 종류의 바이팻을 생성한다. 본 실험에서는 남자를 대상으로 했기 때문에 두 번째 바이팻을 사용했다. 또한 골프 클럽의 동작을 기술할 Prop을 하나 생성해 둔다.
마크는 인체에 32개와 골프 클럽에 3개를 포함해서 모두 35개를 사용했다. 캐릭터 스튜디오에서는 39개의 마크가 필요하며, OpenGL에서는 23개의 마크 자료를 사용했다. 동작 분석에 사용된 소프트웨어는 캐릭터 스튜디오가 플러그인 되어 있는 3ds Max와 Visual C++ 6.
반면, 어색한 부분은 허리와 손의 그립 부분으로 나타났다. 허리뼈는 1개에서 10개까지 사용 가능하지만, 본 실험에서는 3개를 사용했다. 하지만 모션 자료가 부족하기 때문에 <그림 7>의 중간 바이팻에서 보는 것처럼 허리의 구부러짐은 한 마디에서만 일어난다.

이론/모형

하지만 바이팻은 CSM 파일에서 읽어 들인 위치값을 회전값으로 바꾸어서 처리한다. 운동역학 분야에서는 거의 대부분이 위치값을 사용하기 때문에 본 실험에서도 CSM 포맷 방식을 사용했다. 캐릭터 스튜디오에서는 양손에 물건을 쥐고 어떤 동작을 취할 경우를 대비해서 PROP에 3개의 마크를 추가해서 총 6개의 마크를 부착할 수 있게 되어 있다.
0을 사용했다. 필요한 인체 마크들의 좌표화는 본 연구자가 제작한 비디오 분석 시스템으로 했으며, 양쪽 비디오 화상에서 얻은 평면 좌표들은 DLT(Direct Linear Transformation) 방식으로 공간 좌표를 산출했다.

후속연구

유명 골프 선수의 스윙 자세를 보관하고자 한다면, 스윙 모션을 캡쳐해서 캐릭터 애니메이션을 적용한 자료를 보관하면, 다음에 그 자료를 이용하는 사람은 세계적인 골프 선수의 우수한 스윙 자세를 원하는 어느 곳에서의 뷰포인트에서라도 동작을 정확히 관찰할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 다른 역학적 자료들도 동시에 저장 가능하며, 차후에 이들을 이용해서 원하는 역학적 자료들을 추가로 산출해 낼 수도 있다. 따라서 비디오 카메라로 촬영해서 동영상으로 저장했을 때와는 비교도 안될 만큼 유익한 정보들이 저장되는 것이다.

참고문헌 (15)

강상학(2006). 동작분석용 컴퓨터 그래픽 프로그램에 관한 연구. 체육과학연구. 17(1). 37-44.
박상철(2001). 3D Studio Max 3로 배우는 휴먼 캐릭터 모델링. 인포북.
서성열(2000). 캐릭터 스튜디오 2.X. 삼각형.
서승욱(2002). 서승욱의 Character Studio 3.2 & Hint. 성안당.
신성근(2003). Movie Study(Character Studio & Reactor). 디지털북스.
신성아(2001). 모션 캡쳐 테크놀로지의 무용교육 적용방법 고찰. 한양대학교 석사학위논문.
정일웅(2003). 모션 캡쳐 데이터를 이용한 휴머노이드 로봇의 동작 생성. 한국과학기술원 석사학위논문.
이은선(2002). 모션 캡쳐를 이용한 무용 3D 캐릭터 애니메이션 활용 방안. 조선대학교 교육대학원 석사학위논문.
임연미(2002). 모션 캡쳐를 활용한 무용의 멀티미디어화에 관한 연구. 이화체육논집. 제6집. 81-97.
진영애, 김성현(2001). 3차원 Character Animation 모델링에 대한 연구. 동서대학교 연구센터논문집. 4. 287-298.
Bousquet, M. & McCarthy, M. (2006). 3ds Max Animation with Biped. New Riders.
Kulagin, B. & Morozov, D. (2004). 3ds Max 6 Animation with Character Studio 4 and Plug-ins. A-LIST, LLC.
Dreammotion(2007). http://www.dreammotion.co.kr
Steven, T. (2006). Exploring 3d Animation with 3ds Max 7. Delmar Learning.
Wright, R. S. & Benjamin, L. (2004). OpenGL Superbible. Macmillan Computer Pub.

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