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몸의 움직임부터 표정까지 ‘모션캡처’

할리우드의 대작들과 경쟁하기 위해서는 기술개발에 주력해야 할 것


■ 모션 캡쳐(Motion Capture)란?
모션 캡쳐는 사람, 동물과 같은 생물체나 기타 움직임을 갖는 물체와 같은 관찰 대상을 정하고, 그 대상의 움직임과 관련된 위치, 속도, 방향 등과 같은 특정 정보들을 추출하는 시스템 및 그 기술을 포괄적으로 의미한다.

모션 캡쳐를 위한 시스템은 전용의 소프트웨어를 활용하여 획득한 데이터를 3차원 가시화, 편집, 저장 및 분석 기능 등을 제공할 수 있다. 이와 같이 획득된 특정 정보들을 모션 캡쳐 데이터라고 한다.

이러한 모션 캡쳐 데이터는 3D 애니메이션, 영화, 게임 등과 같은 영상물 속 캐릭터의 자연스러운 움직임을 연출하기 위하여 사용하거나, 인간의 보행을 비롯한 다양한 동작의 분석, 가상현실에서의 움직임 분석, 물체의 위치 트래킹 등 광범위한 범위에서 사용된다.

■ 모션 캡쳐의 방식
모션 캡쳐시스템은 데이터를 추출하는 방식에 따라 기계식, 자기식, 광학식으로 구분된다.
기계식은 인체의 각 관절부위의 움직임을 기계장치 부착을 통해 캡처하는 방식으로, 부착된 기계로 인한 행동의 제약이 없다면 가장 이상적인 경우라 할 수 있다.

기계식 모션 캡쳐는 기계 장치가 몸에 부착되기 때문에 대상의 움직임을 실시간으로 캡처할 수 있고, 노이즈가 적은 데이터를 획득할 수 있으며, 무엇보다도 장비의 가격이 가장 저렴하다는 장점이 있다. 그러나, 고중량의 기계 장치를 부착함에 따라 대상이 자연스러운 움직임에 제약을 받게 되고 이로 인해 동작데이터의 추출에도 한계가 있다.

자기식은 대상의 각 관절 부위에 자기장의 방향과 세기를 측정하는 센서를 부착하고 대상의 움직임에 따라 자기장 발생원과의 변화를 측정하여 위치데이터를 추출하는 방식이다. 자기식 모션 캡쳐시스템은 광학식에서 발생하는 문제점인 마커(marker)가 가려져 데이터가 손실되는 경우가 없고, 광학식에 비하여 장비의 가격 및 유지비가 저렴하다는 장점이 있다. 하지만 기계식과 마찬가지로 케이블을 사용하기 때문에 대상의 동작에 제약이 있고, 주위의 금속물체 등에 의한 자기장의 외곡으로 데이터의 손실이 발생할 우려가 있다는 단점이 있다.

광학식은 대상의 움직임을 얻어내기 위한 적절한 부위에 반사 마커를 부착하고 여러 대의 카메라가 2차원이미지로 촬영한 후 그 이미지를 다시 3차원 위치데이터로 계산하여 데이터를 추출하는 방식이다. 광학식 모션 캡쳐는 고속으로 촬영할 수 있어 유실되는 정보가 거의 없고 대상의 움직임을 제약하는 요소가 없어 자유로운 동작 표현이 가능하여 매우 섬세한 동작을 추출해 낼 수 있다. 또한, 즉각적인 피드백은 물론, 물체의 특성에 따라 실시간의 움직임을 포착하는 것이 가능하다.
■ 광학식 모션 캡쳐의 역사
모션 캡쳐는 오래전부터 여러 형태로 존재해 왔으며, 영국의 사진작가 이드위어드 머브릿지(Eadweard Muybridg)까지 포함시킨다면 그 역사는 1세기가 넘는다. 1878년 머브릿지는 24장의 일련된 사진을 통해 말이 달리는 움직임을 포착했다. 과거의 사람들은 말이 질주할 때, 다리를 쭉 뻗으리라 생각해 왔는데, 이런 믿음은 머브릿지에 의해 무너진다. 그는 말이 달리는 길에 24개의 사진기를 차례로 놓고 사진기의 셔터마다 실을 연결해서 말이 달릴 때 실을 끊고 나가게 했다. 사진기의 간격은 약 30cm였으며, 말이 지나가면서 실을 끊으면, 자동으로 사진기의 셔터가 눌러지게끔 설계하였다. 24장의 말 사진을 통해 네 발의 움직임과 몸통의 움직임을 구별 할 수 있게 되었는데, 이보다 더 놀라운 사실은 움직이고 있는 대상의 동작 하나 하나를 사진으로 찍을 수 있다는 가능성의 발견이었다. 이런 사실이 지금으로선 아무것도 아닌 것 같지만 당시로서는 상당히 충격적인 사건으로 받아들여졌다고 한다.

영화에서 처음 3D 모델들(캐릭터)이 사용된 이래 ‘움직임의 정확한 포착’이라는 목표는 이러한 모델들의 사실적인 움직임을 생성하고, 작업의 속도를 올리는 것이었다. 다시 말해서 영화 산업의 3D 모션 캡쳐는 3차원 공간에서 배우의 움직임을 캡처하여 이를 3D 캐릭터에 적용하는 것이다. 이를 모션 캡쳐(Motion Capture), 다른 말로는 모캡(mocap)이라고 부른다.

■ 모션 캡쳐 작업
광학식 모션 캡쳐는 일정한 공간 안에서 이루어진다. ‘볼륨(Volume)’이라고도 불리는 이 공간에는 고속, 고해상도 카메라들이 일정한 간격으로 최적화되어 정렬해 있게 된다. LED 조명들은 카메라의 랜즈를 둘러싸고 설치되어있는데, 이는 움직이는 대상에 부착된 반사체 마커(marker)들의 반사 광원의 역할을 하기 위해서이다. 이 마커들이 바로 3D상에서 모션을 트랙킹하기 위한 포인트 역할을 하게 된다. 반사체 마커가 적외선 조명을 받아 이를 반사 하면 매우 밝게 빛나는데, 이 반사를 통해 조명의 적외선을 다시 렌즈로 보내게 된다.

모션 캡쳐 볼륨 주위에 설치된 카메라는 서로 다른 각도에서 공간 안에 있는 마커들의 3차원 위치를 삼각측량을 통해서 교차 참조하는 방식으로 공간 좌표 등의 3D정보를 획득한다. 이 트랙킹 된 공간 마커의 정보들은 대상 캐릭터 3차원 골격의 상응하는 위치에 붙여져야 하는데, 이러한 과정을 ‘리타게팅(Retargeting)’이라고 부른다. 어떤 경우에는 이 리타게팅이 실시간으로 보여지기도 하는데, 3D 에디팅 소프트웨어를 사용하면 모션 캡쳐된 골격 정보가 3D 캐릭터의 라이브 애니메이션으로 바로 컨버팅할 수 있다.

■ 애니메이션 분야의 모션 캡쳐의 활용
모든 영화 제작 현장에서 배우들은 그들이 연기하는 캐릭터와 그리고 진행되고 있는 장면의 순간들과 관련하여 몇몇 도전에 직면해 있다. 예를 들면, 뜨거운 조명과 분장이나 소품을 위해 장면 뒤에서 여기 저기 뛰어다니는 수십 명의 스탭들의 분주함, 오디오 녹화 등이 그것이다. 그러나 모션 캡쳐의 볼륨 내에서는 이러한 여러 가지 정신 산만한 것들이 필요 없다. 액터들은 적외선 마커가 붙어있는 꽉 달라붙는 옷을 입고 필요한 경우 얼굴에 마커를 붙이고, 수천의 근적외선 조명이 비추는 수 백 개의 카메라로 둘러싸인 오픈된 무대에 서 있게 된다.

모션 캡쳐에서 배우는 단지 자신이 원하는 연기에만 몰입하면 된다. 그 이후의 모든 일은 원하는 대로 후반작업에서 처리해 줄 수 있기 때문이다. 모든 샷을 모션 캡쳐를 이용하는 영화와 전통적인 방법으로 제작하는 영화에서의 촬영 계획을 비교해 보면 전통적인 촬영 스케줄의 경우, 짧은 경우에도 보통 25일에서 30일정도의 촬영 일정이 잡히는데, 모션 캡쳐를 사용했을 때는 이 스케줄의 1/2에서 1/3만이 소요된다.

지금까지 모션 캡쳐의 개요와 애니메이션 산업에서의 활용에 대해 기술하였다. 최근에는 대상의 움직임뿐만 아니라 대상의 표면(사람의 피부 등), 조명 등에 대한 3D 스캐닝이 동시에 가능한 통합 기술 개발도 활발히 진행되고 있다. 할리우드의 제작사들이 이와 같은 모션 캡쳐 기술을 개발하고 적극적으로 활용하는 이유는 제작공정을 단축함으로써 제작비 절감이라는 큰 파급 효과를 갖기 때문이다. 국내 디지털콘텐츠 시장도 급성장하는 아시아 시장을 지속적으로 선도하고, 나아가 할리우드의 대작들과 경쟁하기 위해서는 관련기술 개발에 보다 더 주력해야 할 것이다.

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