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사례연구: 영화 '7광구'의 유체 시뮬레이션
A Case Study of Fluid Simulation in the Film 'Sector 7' 원문보기

컴퓨터그래픽스학회논문지 = Journal of the Korea Computer Graphics Society, v.18 no.3, 2012년, pp.17 - 27  

김선태 (동국대학교 컴퓨터공학과) ,  이정현 (동국대학교 컴퓨터공학과) ,  김대영 (동국대학교 컴퓨터공학과) ,  박영수 (모팩 스튜디오) ,  장성호 (모팩 스튜디오) ,  홍정모 (동국대학교 컴퓨터공학과)

초록
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본 논문에서는 영화 '7광구'에서 사용된 유체 시뮬레이션 적용 사례를 분석하고 구현된 기법들을 소개한다. 영화에 적용된 장면 중 상세한 유체 움직임을 표현하기 위하여 대형 수조에서 물이 터지면서 나오는 장면은 물의 미세한 움직임을 표현하기 위해 smoothed particle hydrodynamics(SPH) 기법을 사용하였고, 잠수정 유리를 깨고 바닷물이 쏟아지는 장면에서는 파티클과 레벨셋의 혼합 시뮬레이션 기술을 적용하였다. 영화의 주요 캐릭터인 괴물이 불타는 장면을 실감나게 연출하기 위해 높은 정교함을 보여주는 detonation shock dynamics(DSD) 화염 시뮬레이션 기법을 사용하였으며, 이때 높은 와동력을 가하더라도 유체의 비압축성을 유지하기 위해 무발산 와동 입자기법을 적용하였다. 또한, 효율적인 영상제작을 위해 업샘플링 기법을 사용하였다. 결과적으로 고품질의 영상을 국내 기술로 제작할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we describe a case study of the film 'Sector 7' which was produced by technologies applied fluid simulation. For the CG scenes in the movie which include highly detailed fluid motions, we used smoothed particle hydrodynamics(SPH) technique to express subtle movements of seawater from ...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 기존 영화제작 파이프라인에 시뮬레이션 엔진을 적용하는 과정은 단순히 기존 상용 프로그램과의 파일 포맷을 맞추는 것 외에 전체적인 작업 방식에도 변화가 필요했으며, 효율적인 작업을 위해 시뮬레이션 엔진으로 생성한 데이터를 별도의 변환과정 없이 상용 프로그램의 플러그인으로 제작하여 작업을 진행하였다.
  • 본 논문은 다음 절에서 국내와 해외 영화에 사용된 특수효과 제작 사례 및 유체 시뮬레이션 관련연구를 소개하고, 3절에서 시뮬레이션 기법들을 설명한 후, 영화 '7광구'에 사용된 유체 시뮬레이션 작업과정을 4절에서 소개한다. 5절과 6절에서 각각 시뮬레이션 환경과 결과를 설명하고, 마지막으로 7절에서 시뮬레이션 결과에 대한 분석으로 결론을 맺는다.
  • 본 절에서는 근래 해외와 국내에서 제작된 영화에 사용된 VFX 제작 사례를 살펴본 후, 영화에 사용되는 유체 시뮬레이션 기법 관련 연구를 액체와 화염 시뮬레이션으로 각각 나누어 설명한다.
  • 시뮬레이션 엔진을 이용하여 총 일곱 가지 장면을 연출하였으皿 그 중 화염 시뮬레이션은 다섯 장면, 물 시뮬레이션에 두 장면에 각각 적용하였다.
  • 실험은 동일 사양의 컴퓨터 시스템을 일반적인 네트워크 환경일 경우와 인피니밴드(InfiniBand) 네트워크 기반일 경우로 분리해서 진행하였다. 시스템 사양은 다음과 같다:
  • [그림 22]에서는 SPH 파티클 기법만으로 대형 수조에서 괴물이 나오는 장면을 제작하였으며, [그림 23]에서는 SPH 파티클과 레벨셋 기법을 혼합하여 제작하였다. 유체 시뮬레이션 결과가 물리적 현상을 정확히 재현하는 것 보다 해당 장면의 시각적 효과를 극대화 하는 것에 초점을 맞추었으며, [표 4]에 영화에 사용된 각 장면의 해상도, 시스템의 코어 개수 및 수행 시간과 프레임당 실행 시간을 비교하여 나타내었다.
  • '국가대표'는 높은 수준의 합성기술로 결과물을 완성하였다. 이 영화의 주요 장면은 각각 다른 계절 및 다른 장소에서 실제 스키선수의 활강하는 장면을 촬영한 후, 슈퍼컴퓨터를 사용해 배우의 얼굴과 계절을 합성하는 방식으로 결과 영상을 재현했다[13]. 렌더링 과정은 KISTI[14]가 자체 설계, 구축 및 운영하고 있는 그래픽스 전용 슈퍼컴퓨터 피카소에서 MentalRay[15] 등을 사용하여 제작하였다[16].
  • 해당 장면 연출에 대한 작업이 본격적으로 시작되기 전에 기존 스튜디오에서 사용하던 상용 툴과 비교 분석함으로써 엔진 적용 여부를 판단하였다. 상용 프로그램과 비교하면 불의 움직임이 사실적으로 묘사되는 것을 [그림 16]를 통해 확인 할 수 있다.

이론/모형

  • 기술 수요가 높은 분야이다. 고품질의 화염 시뮬레이션 결과를 위해서 DSD 기법을 사용한다. DSD 기법은 화염 표면의 섬세한 패턴을 표현할 수 있는 기법으로 원시 화염 모델에서 상수로 사용되었던 화염 반응 속도(Reaction speed) 에 폭발 중격파(Detonation shock wave)의 대류를 표현하는 고차 방정식을 적용하였다[2].
  • 바다로 둘러싸인 환경적인 요건과 주요 캐릭터인 괴물이 스스로 타는 성질을 갖고 있기에 물과 화염 등을 표현할 수 있는 유체시뮬레이션 엔진이 필수 요건이었다. 괴물이 불타는 여러 장면에서는 DSD(Detonation shock dynamics) 기법 [2] 및 무발산 와 동 입자 등이 사용된 화염 시뮬레이션이 필요하였으며, 잠수정 및 대형 수조 등이 깨지면서 쏟아지는 물의 움직임을 표현하기 위해 레벨셋 (Levelsets) 기법 [3]과 SPH(Smoothed particle hydrodynamics) 기법[4]의 혼합 시뮬레이션 기법[5]이 필요하였다. 또한 영화의 몰입도 향상을 위해 높은 해상도의 영상이 요구되기 때문에 고해상도의 시뮬레이션을 효율적으로 제작할 수 있는 업샘플링 기법을 적용하였다[6].
  • 따라서 영화에서 사용 가능한 고해상도의 결과물을 짧은 시간에 효율적으로 얻는 방법으로 업샘플링 기법을 영화 '7광구 제작 과정에 도입하였다.
  • 괴물이 불타는 여러 장면에서는 DSD(Detonation shock dynamics) 기법 [2] 및 무발산 와 동 입자 등이 사용된 화염 시뮬레이션이 필요하였으며, 잠수정 및 대형 수조 등이 깨지면서 쏟아지는 물의 움직임을 표현하기 위해 레벨셋 (Levelsets) 기법 [3]과 SPH(Smoothed particle hydrodynamics) 기법[4]의 혼합 시뮬레이션 기법[5]이 필요하였다. 또한 영화의 몰입도 향상을 위해 높은 해상도의 영상이 요구되기 때문에 고해상도의 시뮬레이션을 효율적으로 제작할 수 있는 업샘플링 기법을 적용하였다[6].
  • 이 영화의 주요 장면은 각각 다른 계절 및 다른 장소에서 실제 스키선수의 활강하는 장면을 촬영한 후, 슈퍼컴퓨터를 사용해 배우의 얼굴과 계절을 합성하는 방식으로 결과 영상을 재현했다[13]. 렌더링 과정은 KISTI[14]가 자체 설계, 구축 및 운영하고 있는 그래픽스 전용 슈퍼컴퓨터 피카소에서 MentalRay[15] 등을 사용하여 제작하였다[16]. ‘디워’의 경우 기존의 상용 프로그램을 활용하여, 좋은 품질의 CG 영상을 제작한 것으로 평가되었고, 국내 흥행에 성공하였으며 해외시장 진출이라는 성과를 얻었다.
  • 표시하고 있다. 이류 단계에서 각 고해상도 매질에 적용할 속도를 업샘플링 기법을 이용하여 생성한다. 소싱 단계에서는 소스의 대입 방법을 고해상도에 맞게 근사하고, 프로젝션 단계에서는 기본 해상도 시뮬레이션과 동일하게 적용함으로써 가장 많은 시간이 소모되는 단계를 효율적으로 계산한다.
  • 것을 확인할 수 있다. 일반 와동 입자를 적용할 경우 비압축성 유체 시뮬레이션의 조건을 만족하지 않을 가능성이 크기 때문에 이를 방지하기 위해 무발산 와동 입자 기법을 사용하였다[6].
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참고문헌 (38)

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  6. 김대영, 무발산 와동 입자와 슈퍼 샘플링 기법을 이용한 레벨셋 기반 화염 시뮬레이션의 개선, 동국대학교석사학위논문, 2011 

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  13. 이준기, "영화 '국가대표'에 활용된 국산 슈퍼 컴퓨터 화제, http://www.dt.co.kr/contents.htm?article_no 2009081102011057731002, 2009 

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