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문제 정의
- 모델 데이터를 Maya로 가져와 그 정교한 형태를 유지하면서, 폴리곤 면을 재구성(retopology)하는 수정작업이 용이하게 되었다. 이러한 기존 문제점을 해결하는 효과적인 모델링 공정 연계 시스템의 과정에 대해 살펴보고자 한다.
제안 방법
- Dumvee의 원화 이미지를 바탕으로, ZBrush 소프트 내의 기초 도형(Primitives Object)인 ZSphere를 사용하여 기본 형태의 윤곽을 잡는 베이스 모델을 제작한다.
- 텍스쳐 작업 전 단계인 UV작업은 재질이 동일해 같은 쉐이더를 사용하는 오브젝트들을 한 장에 모아 펼쳐주는 방식으로 진행했고, Maya의 UV Texture Editor를 이용했다. ZBrush에서 스컬프팅한 모델을 텍스쳐 베이킹하여 오클루젼(Occlusion) 맵11)을 생성하고, 이 맵을 바탕으로 모델의 Color Texture를 작업했다.
- DynaMesh는 형태를 유지하며, 불규칙한 크기의 면들을 지정한 밀도의 동일한 크기로 재배치하며 <그림 2(우)>, ZRemesher는 지정한 개수의 사각형 폴리곤들로 면의 흐름이 가이드라인을 따라 재구성된다. ZRemesher 기능을 이용해 만들어진 모델을 Divide9)를 통해 폴리곤의 양을 증가 시킨 후, Projection Master10) 기능을 사용하여 기존 스컬프팅 된 모델의 디테일을 복사한다.
- 기존의 Zbrush와 Maya를 연계한 모델링 제작공정에 대해 캐릭터 제작을 중심으로 살펴보았다. 캐릭터 모델링 제작과정을 베이스 모델(low polygon작업), 하이 폴리곤 작업, 리토폴로지(폴리곤 면 재구성), 텍스쳐 베이킹의 순차적 4단계로 열거 하였고, 캐릭터의 유형을 ① 단순한 캐릭터, ② 게임/ 영화 더미 캐릭터, ③ 실제 인물을 스캔한 캐릭터, ④ 모션 캡쳐를 이용한 애니메이션 캐릭터, ⑤ 영화를 위한 사실적 캐릭터로 분류하였다.
- 초기 단계 Zbrush와 Maya, 두 소프트웨어를 연계한 기존의 모델링 공정의 구성은1)제작과정이 반복되는 번거로움, 2)용량의 제한, 3)데이터호환의 오류, 4)제한적인 텍스쳐 베이킹 용도로만 활용되었다. 본 논문에서 검증하고자 하는 새로운 방식은 모델링 전문 소프트웨어인 ZBrush에서 캐릭터의 형태 제작과 1차 오토 리토폴로지를 진행하고, 애니메이션 소프트웨어인 Maya에서 2차 리토폴로지 과정을 거쳐 캐릭터 모델의 완성도를 높인다. 본 작업의 효율성을 요약하면, 1)베이스모델에서 하이 폴리곤모델까지 효율적인 작업, 2)오토 리토폴로지를 통해 용이한 폴리곤 면의 재구성, 정교한 형태 유지, 용량 감소 및 작업 중인 모델의 자유로운 형태 확인, 3)Maya에서의 부담 없는 리토폴로지 작업, 4)하이 폴리곤 모델의 대용량 문제 해결로 정리될 수 있다.
- 최근 그래픽 소프트웨어의 기능 향상과 함께 디지털 캐릭터 모델링 영역에서 ZBrush의 활용 폭이 점점 더 커져 다양한 공정 시스템 구축이 가능해졌다. 본 연구에서 검증코자 하는 모델링 공정 연계 시스템은 ZBrush에서 베이스 모델링과 스컬프팅을 통한 하이 폴리곤 모델 작업, 1차적 리토폴로지 작업을 먼저 진행하고, 이 폴리곤 모델을 Maya로 가져와 2차 리토폴로지작업을 통해 정교한 형태를 유지하며, 낮은 해상도의 모델을 제작한다. ZBrush에서 작업한 모델링은 텍스쳐 베이킹을 통해 UV 작업된 낮은 해상도의 모델에 적용한다 <표 3>.
- 극중 등장하는 8개의 캐릭터 중 'Dumvee'는 바보스러운 악마로 3등신으로 구성된 SD(Super Deformation)형 캐릭터이다. 본 저자가 pre-production 단계에서 캐릭터 모델링 작업에 참여하였으며, 앞서 제시한 새로운 모델링 공정 연계시스템을 이용하여 제작하였다.
- 이러한 두 개 소프트웨어의 장점을 연계한 캐릭터 모델링 방식이 구축되었으나 몇 가지 한계점이 도출되었으며,3) 이에 따라, 기존에 비해 기능이 향상된 두 소프트웨어(Z Brush, Maya)를 바탕으로 보다 새로운 연계적 공정의 최적화 시스템이 일부 업체에서 활용되고 있다. 새로운 연계적 공정 시스템에 대한 검증을 위해 본 논문에서는, 첫째, ZBrush의 모델링 작업과 폴리곤 면을 재구성하는 리토폴로지4) 작업에 대해 살펴보고, 둘째, 기존 모델링 공정 연계시스템의 문제점을 살펴보고, 그 원인을 분석한다. 셋째, 이를 바탕으로, 단편 애니메이션 ‘큐라와 미나’의 Dumvee 캐릭터 제작과정을 사례로 하여 새로운 모델링 연계시스템의 효율성을 검증하고 그 시사점을 살피고자 한다.
- 셋째, 이를 바탕으로, 단편 애니메이션 ‘큐라와 미나’의 Dumvee 캐릭터 제작과정을 사례로 하여 새로운 모델링 연계시스템의 효율성을 검증하고 그 시사점을 살피고자 한다.
- 앞서 4단계로 분류한 모델링 공정 연계 시스템을 기준으로 단편 3D 애니메이션 'Cula & Mina'의 캐릭터인 'Dumvee' 의 제작과정에 적용하여 그 효율성을 알아보았다.
- 연계적 모델링 제작과정에 대한 분석을 위해 콘셉트 및 캐릭터디자인 등 Pre-Production 과정 이후 컴퓨터 그래픽 소프트웨어에서 시작되는 Main-Production의 Modeling & Texturing 부분을 본 논문에서 다루는 모델링제작 영역으로 한정 짓는다 (참조 ).
- 이를 바탕으로, 모델링 제작 과정을1)베이스 모델링, 2)하이 폴리곤 모델링 과정인 스컬프팅, 오토 리토폴로지(Auto Retopology), 3)폴리곤 면을 재구성 및 수정하는 리토폴로지 작업, 4) 텍스쳐 베이킹의 4단계로 유형화 하였다.
- 이를, 검증하기 위해 3D 단편 애니메이션 ‘Cula & Mina’의 Dumvee 캐릭터 제작과정에 적용하였으며, 이를 통해, 작업에 소요되는 시간을 줄일 수 있었으며, 저용량 대비 매우 정교한 모델을 제작할 수 있었다.
- 기존의 Zbrush와 Maya를 연계한 모델링 제작공정에 대해 캐릭터 제작을 중심으로 살펴보았다. 캐릭터 모델링 제작과정을 베이스 모델(low polygon작업), 하이 폴리곤 작업, 리토폴로지(폴리곤 면 재구성), 텍스쳐 베이킹의 순차적 4단계로 열거 하였고, 캐릭터의 유형을 ① 단순한 캐릭터, ② 게임/ 영화 더미 캐릭터, ③ 실제 인물을 스캔한 캐릭터, ④ 모션 캡쳐를 이용한 애니메이션 캐릭터, ⑤ 영화를 위한 사실적 캐릭터로 분류하였다. 절대적인 폴리곤 면의 개수를 제시하는데 어려움이 있으나, ①에서 ⑤유형으로 갈수록 캐릭터의 폴리곤 면의 개수가 늘어나며, 형태가 정교해 진다.
- 텍스쳐 작업 전 단계인 UV작업은 재질이 동일해 같은 쉐이더를 사용하는 오브젝트들을 한 장에 모아 펼쳐주는 방식으로 진행했고, Maya의 UV Texture Editor를 이용했다. ZBrush에서 스컬프팅한 모델을 텍스쳐 베이킹하여 오클루젼(Occlusion) 맵11)을 생성하고, 이 맵을 바탕으로 모델의 Color Texture를 작업했다.
- 이를 기본으로 하여, 정교한 묘사를 위해 다양한 브러쉬툴을 이용한 스컬프팅 작업으로 연계된다<그림 2(좌)>. 하이 폴리곤 모델에 대한 스컬프팅 작업 과정 중 오토 리토폴로지 작업을 병행해 진행한다. 오토 리토폴로지는 DynaMesh, ZRemesher, Decimation Master의 기능이 있으며, 하이 폴리곤 상태의 정교한 형태를 유지하며, 폴리곤 개수를 낮추어 용량을 떨어뜨리는 기능을 한다.
성능/효과
- 이러한 제작 공정을 통해1) Maya-ZBrush-Maya의 작업의 번거로움을 ZBrush-Maya로 단축, 2) ZBrush에서 폴리곤 면 구성에 제한없이 자유로운 하이 폴리곤 형태작업, 3)ZBrush에서 하이 폴리곤 작업 후 간편한 오토 리토폴로지(Auto Retopology를 통해 다음 단계인 Maya에서의 리토폴로지 작업 부담 감소, 4) 하이 폴리곤에서 오는 대용량의 문제점 해결 등 기존 시스템의 문제점을 보완할 수 있다. 또한, ZBrush에서 모델 작업 중 형태 확인이 빠르고, Auto Retopology 작업으로 형태와 움직임에 맞는 효과적인 토폴로지 작업을 진행할 수 있다.
- 2) 이로 인해, 기존 방식과 달리 빠른 속도로 섬세한 형태의 구현이 가능하며, 또한, 대용량의 폴리곤 모델 제작에도 용이하다. 하지만, 모델링 제작 중심의 기능으로 인해, 제작된 캐릭터의 텍스쳐 맵핑(texture mapping)과 애니메이션을 위해서는 일반 애니메이션 소프트웨어인 Maya나 Max로 연계되어 작업한다.
- 이 세 가지 기능의 오토 리토폴로지를 통해, 효과적 폴리곤 면의 재구성, 정교한 형태 유지, 용량 감소의 효과를 거두었다. 또한, Zbrush에서 작업중 발생한 삼각형 형태의 폴리곤 면은 Maya에서 무리 없이 리토폴로지 작업이 가능하다.
- 본 논문에서 검증하고자 하는 새로운 방식은 모델링 전문 소프트웨어인 ZBrush에서 캐릭터의 형태 제작과 1차 오토 리토폴로지를 진행하고, 애니메이션 소프트웨어인 Maya에서 2차 리토폴로지 과정을 거쳐 캐릭터 모델의 완성도를 높인다. 본 작업의 효율성을 요약하면, 1)베이스모델에서 하이 폴리곤모델까지 효율적인 작업, 2)오토 리토폴로지를 통해 용이한 폴리곤 면의 재구성, 정교한 형태 유지, 용량 감소 및 작업 중인 모델의 자유로운 형태 확인, 3)Maya에서의 부담 없는 리토폴로지 작업, 4)하이 폴리곤 모델의 대용량 문제 해결로 정리될 수 있다. 이를, 검증하기 위해 3D 단편 애니메이션 ‘Cula & Mina’의 Dumvee 캐릭터 제작과정에 적용하였으며, 이를 통해, 작업에 소요되는 시간을 줄일 수 있었으며, 저용량 대비 매우 정교한 모델을 제작할 수 있었다.
- Decimation Master를 통해 정교한 형태는 유지하면서 매우 가벼운 데이터로 전환되었다. 이 세 가지 기능의 오토 리토폴로지를 통해, 효과적 폴리곤 면의 재구성, 정교한 형태 유지, 용량 감소의 효과를 거두었다. 또한, Zbrush에서 작업중 발생한 삼각형 형태의 폴리곤 면은 Maya에서 무리 없이 리토폴로지 작업이 가능하다.
- 이를 보면, 캐릭터의 유형에 따라 ① 외형이 단순한 캐릭터는 Maya에서 작업이 완료되며, ② 게임캐릭터와 ⑤영화의 사실적 캐릭터는 1단계의 Maya 작업에서 low polygon과 UV펴기 작업, 2단계에서는 Zbrush에서 하이 폴리곤 작업, 그리고, 3단계에서는 UV 와 리토폴로지 작업이 이루어진다. ③실제 인물을 사용한 캐릭터와 ④모캡데이터를 활용한 극장용 애니메이션 캐릭터는 결과물의 목적에 따라 부분적 생략이 이루어진다.
후속연구
- 또한, 에서 제시된 것과 같이 폴리곤 캐릭터 모델의 사용용도와 적용 장르에 맞추어 리토폴로지 과정이 재구성되어, 다양한 모델링 공정 연계 시스템이 구성될 수 있음을 알 수 있다.
- 이를, 검증하기 위해 3D 단편 애니메이션 ‘Cula & Mina’의 Dumvee 캐릭터 제작과정에 적용하였으며, 이를 통해, 작업에 소요되는 시간을 줄일 수 있었으며, 저용량 대비 매우 정교한 모델을 제작할 수 있었다. 본 논문을 통해, 정교한 모델링 공정 연계방식을 일반화하여 향후 3D 캐릭터 모델링 관련 대학교 수업을 위한 참고자료로 쓰이길 기대한다.
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