모션 캡처(Motion Capture) 기술

1. 서 론

가상 캐랙터의 동작을 실감나게 재현해 내는 모션 캡처 기술이 국내 실사 영화 산업계에 출사표를 던졌다. 모션 캡처 기술은 3D 애니메이션의 양대 선진국이라고 불리는 미국, 일본에서 주로 사용되고 있는 기법으로 최근 국내에 개봉된 영화 태극기 휘날리며에서 팔이 잘려나가는 위험한 장면과 대규모 전투장면의 수많은 엑스트라를 대신하여 가상 캐랙터의 움직임을 실감나게 재현해 내 화제가 되고 있다. 그러나, 모션 캡처 기술을 영화에 접목할 경우 소요되는 추정초기비용은 약 7억 원으로 모션 캡처 장비, 모션 컨트롤 카메라를 구매하고, 이들 장비를 활용할 수 있는 전문인력을 고용하는데 드는 비용이 너무 높아 기술 접근을 시도하는 초기부터 경제적 장벽이 너무 크다는 견해가 많다.

2. 모션 캡처 기술의 국내 실용화 가능성

미국의 경우, 일찍부터 실리우드 산업을1) 발판으로 타이타닉, 스타워즈 에피소드II, 반지의 제왕, 헤리포터 등 첨단 IT기술을 접목한 굵직굵직한 영화들로 높은 이윤을 창출해 내고 있는 반면, 국내 애니메이션 산업은 그 동안 선진국으로부터 오랜 기간 하청업무를 통해 상당한 노하우가 쌓여 있음에도 불구하고, 애니메이션 산업은 3D업종이란 비판이 있을 정도로 인건비 책정 면에서 지나치게 낮은 평가를 받아왔었다.

실제로 국내 인력이 상당수 노하우를 보유하고 있는 키프레임 방식은 노동 집약적이고 생산성이 낮은 방식으로 인식되고 있는데, 모션 캡처 방식이 아닌 키프레임 방식으로 가상 캐랙터의 동작을 구현할 경우, 매우 숙련된 애니메이터가 작업하더라도 뛰기와 같은 간단한 동작을 구현하는데만도 수십 시간이 걸린다. 덧붙여 여러 명의 사람이 춤을 추는 장면을 제작하려면 최소 몇 달은 소요된다.

반면 모션 캡처 기술은 20명이 각기 다르게 춤을 추고 있다고 해도 캡처에 7일정도가 소요되고, 3D 캐랙터로 저장하는데 넉넉히 3일 정도가 소요되므로 10일이면 동작을 재현해 낼 수 있다. 게다가 실감나는 동작을 재현해 낸다.2) 이와 같은 실효성이 국내에 소개되면서 게임기술지원센터를 비롯한 국내 전문연구기관에서 모션 캡처 기술를 구현하기 위한 고가 장비와 인력을 국내 실사 영화 산업계에 지원하고 있어, 사실상 이를 활용한 영화제작이 실용화되어 가고 있다고 해도 과언이 아니다.

3. 모션 캡처 기술과 가상 캐랙터 동작 재현

가상 캐릭터의 움직임을 재현하는 방법은 현재 크게 시뮬레이션에 의한 방법과 기록에 의한 방법이 있다. 시뮬레이션에 의한 방법은 키프레임(key frame) 방식, 운동 역학(kinematics) 이용방식, 물리 법칙(dynamics) 이용방식이 있고, 기록에 의한 방법은 실존 물체의 동작을 직접 컴퓨터로 입력하여 그 결과를 토대로 애니메이션을 생성하는 방법으로 모션 캡처(motion capture) 방식와 스톱 모션(stop motion) 방식이 대표적이다. 보편적으로 기록에 의한 방법이 시뮬레이션에 의한 결과보다 실감나는 동작을 재현할 수 있어 최근 애니메이터들에게 각광 받고 있다.

모션 캡처(Motion capture) 기술은 가상 캐랙터의 움직임을 실사수준으로 재현하기 위해 사용되는 기술로 일일이 수작업으로 동작을 만들어 가는 기존 방식과 달리, 움직임을 직접 입력 받음으로써 많은 부분을 자동화한 기술이다. 모션 캡처 시스템은 사용하는 입출력 매체에 따라 크게 음향식(Acoustic), 기계식(mechanical), 자기식(magnetic), 광학식(optical) 시스템으로 분류할 수 있다.

. 음향식(Acoustic)

음향식은 시스템의 특성상 초음파 발생장치의 위치를 순차적으로 측정해야 하므로, 인체에 부착된 모든 초음파 발생장치들로부터 원하는 순간 동시에 정보를 입력받기가 힘들다. 또한, 부착장치의 크기가 크고, 케이블로 연결되어 있어 자연스러운 동작을 연출하기가 어렵다. 또한, 초음파가 반사될 때 발생하는 잡음에 의한 영향을 많이 받지만, 위치 측정에 필요한 계산량이 적어 실시간 처리가 용이하고, 값이 싸다는 장점도 있다.

. 기계식(mechanical)

기계식은 음향식, 자기식, 광학식 시스템의 전형적인 문제점인 자기장이나 원하지 않는 반사 등으로 인한 영향을 전혀 받지 않는 방식이다. 그러나, 인체의 주요 관절 부위마다 다소 부담스러울 정도의 무거운 기계장치를 부착해야 하므로 자연스러운 동작을 연출하기가 어렵고, 각 부착 위치의 정확도에 따라 결과에 미치는 영향도 다소 크다.

. 자기식(magnetic)

자기식 시스템 또한, 인체에 수많은 케이블을 연결한 상태에서 동작을 해야 하므로 빠른 동작을 자연스럽게 표현하는 것은 불가능한 방식이다. 최근 무선 시스템이 개발되어 판매되고는 있지만, 역시 인체에 송신기를 부착해야 하므로, 자기식 시스템은 주로 간단한 동작을 캡처하는데 사용되고 있다. 그러나, 장비가격이 저렴하고 장비 외의 추가적인 시설투자가 필요 없을 뿐 아니라, 운용이 비교적 쉽기 때문에 경제적으로 접근하기 쉬운 방식이다.

. 광학식(optical)

광학식 시스템은 인체에 부착되는 마커(marker)의 크기가 작고, 케이블도 연결되지 않으며, 마커의 개수가 제한되지 않아 동작이 상당히 자유롭고 아주 미세한 묘사까지 재현해 낼 수 있다. 또한 다른 시스템에 비해 다소 넓은 범위에서 활동한 움직임도 캡처 가능하고, 2명 이상이 빠른 동작을 할 경우에도 움직임을 편리하게 캡처해 낼 수 있다. 선진국에서 주로 사용하고 있는 방식이 광학식 모션 캡처 방식으로 대신, 광학식 방식을 적용하려면 고가의 장비세트를 갖추어야 하는 경제적 부담감이 있다.

4. 세계 상용 모션 캡처 장비 및 소프트웨어 제품 동향

. 상용 모션 캡처 장비

현재 자기식 모션 캡처 장비와 광학식 모션 캡처 장비가 전체 사용량의 70~80%를 차지할 정도로 널리 쓰이고 있다. 자기식 모션 캡처 장비로는 Ascension사의 Motion Star Wireless와 Polhemus 사의 Star track system(StarTrak)제품이 유명하며, Ascension의 자기식 장비는 현재 가장 인지도가 높아 널리 쓰이는 장비로 ETRI VR 센터에도 12개의 자기식 센서가 설치되어 있어 지원을 받아 실험을 할 수 있다.

광학식 모션 캡처 장비로는 Vicon Motion System사의 Vicon 370E, Adaptive Optics Associate (AOA)사의 Multi-Trax pro, Motion Analysis사의 Expert Vision HiRES system(EVA), Northern Digital Inc(NDI)사의 Opto Track system(OPTOTRAK 3020)이 잘 알려져 있다. 그 외 상용화되어 있는 다양한 모션 캡처 장비는 <표 2>과 같다.

. 상용 모션 캡처 지원 소프트웨어

모션 캡처된 데이터를 3D 캐랙터로 저장하는 작업을 캐랙터 맵핑(character mapping)이라고 하며, 이들 작업은 주로 소프트웨어를 통해 처리된다. 가장 뛰어난 기능을 가지고 있는 소프트웨어는 Kaydarf FILMBOX로 실시간 매핑 기능 및 모션 비선형편집(NLE) 기능이 지원된다. 반면, Lambsoft pro Motion은 변환(Conversion)기능이 우수하고, 다른 3D소프트웨어와의 호환이 잘된다. 그 밖에 캐랙터의 얼굴 모션을 맵핑하는 기능을 제공하는 Famouse, 춤추는 동작을 다양하게 재현해 내는 Dance Studio, 강력한 Pose DB생성 및 library 기능을 제공하는 Poser 3, layer editing 기능이 돋보이는 Character Studio등의 소프트웨어 제품이 있다.

5. 국내 업계 전망

국내 애니메이션 기술중에서 일찍부터 상당 부분 노하우를 가지고 있는 3D keyframe interpolation, warping/morphing, light model/coloring/mapping, shading, ray tracing, render filtering 분야외에 최근 모션 캡처 기술 노하우를 보유한 업체가 국내에 많이 생겨나고 있다. 업계에서는 현시점에서 가상 캐랙터의 움직임을 재현하는 여러 가지 방법들의 장단점을 고려해 볼 때, 기존의 키프레임 방식에 광학식 모션 캡처 방식을 도입하면 시간대비 최상의 퀄러티를 얻을 수 있을 것이라고 진단하고 있으며, 앞으로 모션 캡처 방식을 이용한 캐랙터 재현 노하우의 발전으로 영화, 애니메이션 게임 업계에 많은 활용될 것으로 기대하고 있다.



1) 실리우드 = 실리콘밸리+헐리우드 : 실리콘밸리의 첨단 IT기술들이 영화, 애니메이션, 게임 등에 활용되어 상품화된 시장

* 본 컬럼은 정보통신연구진흥원 IT정보단 정보서비스팀에서 작성한 내용입니다. 본 내용과 관련된 사항은 정보서비스팀 손소현(☎ 042-869-1354, email: sohyun@iita.re..kr)로 문의하시기 바랍니다.

2) 키프레임 기술은 1프레임을 만드는데 수시간이 소요되지만, 모션 캡쳐 기술은 애니메이션의 복잡도에 따라 다소 차이가 있다고 가정하여도, 대략 분당 $500(미국내)의 저렴한 가격으로 하루에 20분 정도의 애니메이션을 만들 수 있다.