KR100727034B1

KR100727034B1 - 3차원 공간상에서 2차원 인간형 캐릭터의 표현 및애니메이션 방법

Info

Publication number: KR100727034B1
Application number: KR1020050120324A
Authority: KR
Inventors: 이지형; 김성예; 김보연; 김희정; 구본기
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2007-06-12
Also published as: US20070132765A1; US7423650B2

Abstract

본 발명은 2차원 캐릭터를 3차원 공간에서 3차원 캐릭터처럼 표현하여 애니메이션을 제작하는 방법에 관한 것으로,

본 발명은 3차원 공간상에서 2차원 캐릭터의 표현을 위해, 캐릭터의 데이터를 준비하고 저장하는 캐릭터 셋업 단계, 3차원 캐릭터 애니메이션을 분석하여 2차원 캐릭터의 모션에 매핑을 준비하는 모션 데이터 셋업 단계를 포함하여 캐릭터 셋업과 모션데이터 셋업을 처리하는 전처리(pre-processing) 단계 및 실제 애니메이션을 제작할 때 2차원 캐릭터를 적용하여 캐릭터 애니메이션을 제작하는 단계를 포함함으로써,

3차원 공간에서 2차원 캐릭터를 쓸 수 있으므로 유용성 확대의 효과가 있고, 2차원 캐릭터의 활용을 3차원으로 확대하여 캐릭터의 과장된 움직임과 비사실적인 느낌의 애니메이션 제작이 용이한 효과가 있다.

2차원 캐릭터, 3차원 캐릭터, 가상 캐릭터, 애니메이션, 모션 매핑, 만화적 모션

Description

3차원 공간상에서 2차원 인간형 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법{METHOD FOR REPRESENTING AND ANIMATING 2D HUMANOID CHARACTER IN 3D SPACE}

도 1은 본 발명에 따른 3차원 공간상에서 2차원 인간형 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법을 이용하여 애니메이션 제작시 2차원 캐릭터를 적용하여 애니메이션을 제작하는 처리 흐름을 나타내는 도,

도 2는 본 발명을 이용하여 애니메이션 제작시 사용되는 데이터를 미리 제작하여 데이터베이스에 저장하는 전처리(pre-processing) 단계의 처리 흐름을 나타내는 도,

도 3은 본 발명에서 전처리 단계에서 캐릭터 셋업을 위해 미리 정의한 카메라의 주요 위치를 나타내는 도,

도 4는 본 발명에서 카메라의 위치에 따라 캐릭터 셋업을 나타내는 도,

도 5는 본 발명에서 캐릭터 셋업에 따라 카메라 시점(view)에 따른 3차원 캐릭터와 2차원 캐릭터의 매핑 관계를 나타내는 도,

도 6은 본 발명에서 카메라 좌표계와 캐릭터 좌표계를 나타내며, 그 좌표계의 변환을 나타내는 도,

도 7은 본 발명에서 캐릭터의 그리는 순서를 위해 신체 부위별로 나눈 것을 나타내는 도,

도 8은 본 발명에서 3차원 모션과 과장된 2차원 모션을 매핑 시킨 결과를 나타내는 도,

도 9는 시간에 따라 3차원 애니메이션에서 선택된 키 프레임과 2차원 캐릭터의 이미지를 매핑 시킴으로써 애니메이션에 적용되는 일실시예를 나타내는 도,

도 10은 본 발명에 의해 제작된 3차원 공간상에서 2차원 인간형 캐릭터의 애니메이션 결과의 일실시예를 나타내는 도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

23: 캐릭터 데이터베이스 36: 모션 데이터베이스

101: 가상 카메라의 궤적

102: 육면체 공간에서 26개의 카메라 위치를 간략화한 가상 카메라의 궤적

103: 가상 카메라 위치 104: 육면체 공간에서 가상 카메라 위치

105: 가상 공간상의 촬영대상인 가상 물체

106: 가상 물체의 좌표계 107: 가상 공간의 좌표계

130: 2차원 캐릭터 131: 2차원 캐릭터의 몸통

132: 2차원 캐릭터의 머리 133: 2차원 캐릭터의 오른팔

134: 2차원 캐릭터의 왼팔 135: 2차원 캐릭터의 오른발

136: 2차원 캐릭터의 왼발 137: 2차원 캐릭터의 과장된 모션의 오른팔

138: 2차원 캐릭터의 과장된 모션의 오른발

140: 3차원 캐릭터 141: 3차원 캐릭터의 오른팔

142: 3차원 캐릭터의 오른발

본 발명은 2차원으로 제작된 캐릭터를 3차원 공간에서 3차원 캐릭터처럼 표현하고 애니메이션 하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3차원 공간상에서 가상 카메라에 비친 인간형 캐릭터의 모습을 시점(view)에 따라 미리 준비한 2차원으로 제작된 캐릭터로 표현하고, 3차원 애니메이션의 순서에 따라 2차원 캐릭터에 적용하여 애니메이션 할 수 있는 방법에 관한 것이다.

종래의 애니메이션 제작방법은 크게 2가지가 있다. 첫 번째가 2차원의 셀 기반의 애니메이션 제작방법이고, 두 번째가 3차원으로 애니메이션을 제작한 후 렌더링하여 애니메이션을 제작하는 방법이다. 2차원의 셀 기반 애니메이션은 키가 되는 장면(키 프레임)을 설정하고, 종이에 원안을 그린 후 셀로 옮겨 하나의 장면을 완성한다. 상기와 같이 키가 되는 장면들을 완성한 후 키와 키 사이의 프레임은 인비트위닝(in-betweening)으로 채워 넣어서 전체 애니메이션을 완성한다. 3차원 기반 애니메이션은 3차원으로 모델링을 하고, 이 모델링 된 3차원 데이터에 3차원 애니메이션을 설정한 후 렌더링하여 애니메이션을 완성한다.

캐릭터 애니메이션이란 가상의 캐릭터가 화면상에서 움직이는 애니메이션을 말하며, 최근 컴퓨터 그래픽스의 발달로 사람 형태의 캐릭터가 사람처럼 움직이는 것을 표현하는 것이 가능하게 되면서 더욱 각광받고 있는 분야이다. 캐릭터 애니메이션의 제작 역시 2차원 캐릭터 애니메이션과 3차원 캐릭터 애니메이션이 있다. 2차원 캐릭터 애니메이션은 제작과정이 앞서 말한 2차원 애니메이션의 제작과정을, 3차원 캐릭터 애니메이션은 3차원 애니메이션 제작과정을 거쳐 캐릭터 애니메이션을 만드는 것이다. 이후 2차원 캐릭터는 2차원 애니메이션 방법으로 제작된 캐릭터를, 3차원 캐릭터는 3차원 애니메이션 방법으로 제작된 캐릭터를 의미한다.

2차원 캐릭터 애니메이션은 기존 만화 영화나 인터넷의 플래쉬 애니메이션과 같이 비교적 간단하지만 과장된 움직임을 지향하는 반면, 3차원 캐릭터 애니메이션은 인간과 같은 사실적인 움직임을 지향한다. 따라서 2차원 캐릭터 애니메이션은 셀 애니메이션에 적합하도록 키 프레임(key frame) 방식으로 제작되며, 3차원 캐릭터 애니메이션을 제작하기 위해서는 키 프레임(key frame) 방식과 모션 캡쳐(motion capture) 방식을 같이 사용해야 한다.

상기 키 프레임 방식은 2차원 또는 3차원 캐릭터 애니메이션 데이터를 제작하기 위해 키(key)가 되는 프레임을 설정한 후, 키와 키 사이를 보간(in-between)하여 애니메이션을 설정하는 방식이다. 그러나 이러한 키 프레임 방식은 캐릭 터 애니메이션의 대상으로서 원 모델인 사람에 대하여 각 관절별로 이 작업을 수행해 주어야 하므로, 데이터 제작에 많은 노력과 시간이 필요하고, 작업자의 능력에 따라 데이터의 질이 좌우되는 단점이 있다.

그리고 상기 모션 캡쳐 방식은 3차원 캐릭터 애니메이션 데이터를 위한 방식으로, 광학식/기계식/자기식 모션 캡쳐 장비를 이용하여, 실제 사람의 움직임을 얻어내어 데이터로 만들고, 이를 캐릭터 애니메이션 데이터로 활용하는 것이다. 이러한 모션 캡쳐 방식은 인간의 움직임을 그대로 가져다 쓰므로 자연스러운 움직임을 제공한다는 장점이 있지만, 데이터의 양이 방대하여 데이터를 후처리하는데 많은 시간이 필요하고, 마찬가지로 데이터의 수정(변경)에도 많은 시간과 노력이 필요하다는 단점이 있다.

또한 최근 애니메이션은 3차원으로 제작하더라도 카툰쉐이딩이나 비사실적인 과장된 모션을 이용하여, 흡사 2차원으로 제작된 셀 애니메이션같은 질감과 느낌을 중요시하고 있어, 이들의 혼용이 절실한 상황이다. 그러나 제작과정의 상이성으로 인해 같이 사용하기가 어렵고, 혼용하더라도 각자의 장점을 모두 살리기 어렵다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 최종 애니메이션에 등장하는 캐릭터가 3차원 공간상에서 움직이지만 2차원 캐릭터의 장점을 갖는 비사실적인 느낌의 애니메이션을 용이하게 제작할 수 있도록 2차원으로 제작된 캐릭터를 3차원 캐릭터와 같이 3차원 공간상에서 표현하고, 애니메이션 하는 방법을 제공하는 것이다.

한편, 본 발명의 다른 목적은 2차원 캐릭터를 3차원 애니메이션에 혼용하여 사용시 2차원 캐릭터의 단점과 3차원 캐릭터의 단점을 해결함으로써, 2차원 캐릭터를 3차원 캐릭터 애니메이션 데이터에 대응하여 3차원 공간상에 직접 표현하는 방법을 제공하는 것이다.

상세하게는 2차원 캐릭터 애니메이션의 경우, 제작 후 수정이 어렵고, 제작된 움직임의 재사용 빈도가 낮다는 단점이 있고, 3차원 캐릭터 애니메이션의 경우는, 처음 제작 및 습득은 어렵지만, 일단 완성되면, 장면(scene)의 설정 자체가 바뀌지 않는 한, 카메라의 변환 등에 의해 영향을 받지 않으므로 재사용성이 높지만, 모션 캡쳐와 같은 데이터를 사용할 경우, 그 사실적인 움직임으로 인해 2차원 셀 애니메이션에서 사용할 수 없다는 단점이 있다. 따라서 본 발명은 2 차원 캐릭터를 3차원 애니메이션에 혼용하여 사용시 2차원 캐릭터의 단점과 3차원 캐릭터의 단점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 일반적으로 캐릭터 애니메이션은 2차원 혹은 3차원으로 제작되며, 캐릭터가 아닌 다른 물체나 카메라 애니메이션의 경우에만 2차원 제작방식과 3차원 제작방식을 같이 사용하고 있는 것에 대해, 본 발명은 캐릭터에 대해서도 2차원 제작방식과 3차원 제작방식을 같이 적용할 수 있도록 하는 것으로, 3차원 공간상에서 가상 카메라에 비친 인간형 캐릭터의 모습을 시점(VIEW)에 따라 미리 2차원으로 제작된 캐릭터로 표현하고, 3차원 애니메이션의 제작 순서에 따라 캐릭터의 2차원 캐릭터를 변경시켜 애니메이션 할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 3차원 공간상에서 2차원 인간형 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법은, 3차원 공간에서 2차원 캐릭터를 3차원 캐릭터처럼 표현하고 애니메이션 하기 위해, 캐릭터 애니메이션 제작에 필요한 데이터를 미리 준비하여 저장하는 전처리(pre-processing) 단계 및 상기 전처리 단계에서 미리 저장된 2차원 캐릭터에 대한 데이터를 이용하여 캐릭터 애니메이션을 제작하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 전처리 단계는 상기 3차원 공간상에서 카메라로부터 얻을 수 있는 캐릭터의 모습을 카메라 시점에 따라 2차원 캐릭터 데이터로 미리 제작하여 캐릭터 데이터베이스에 저장하는 캐릭터 셋업 단계 및 3차원 캐릭터 애니메이션을 분석하여 2차원 캐릭터의 애니메이션으로 매핑하여 모션 데이터베이스에 저장하는 모션 데이터 셋업 단계를 더 포함하고, 이를 통해 캐릭터 데 이터베이스, 모션 데이터베이스를 구축하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 애니메이션 제작 단계는, 애니메이션 제작자에 의해 결정된 3차원 공간상에서 캐릭터의 자세 및 카메라의 위치 정보에 해당하는 모션 데이터베이스에 저장된 키 프레임 데이터를 검색하여 추출하는 단계, 상기 모션 데이터베이스에서 검출한 키 프레임을 기반으로 각 프레임의 모션 값을 얻고, 상기 모션 값과 카메라 위치 정보를 이용해 좌표계 변환하는 단계, 상기 좌표계 변환 결과로부터 캐릭터의 방향과 크기를 알아내고, 이에 해당하는 캐릭터의 키 그림(drawing)을 캐릭터 데이터베이스에서 검색하는 단계, 상기 검색된 캐릭터의 키 그림에 해당하는 신체 부위별 그림 순서를 모션 데이터베이스로부터 검출하여 그 프레임에 해당하는 캐릭터 키 그림을 변경하는 단계 및 현재 키 프레임과 바로 다음 키 프레임 사이의 프레임을 인터폴레이션(interpolation)을 이용하여 인비트위닝(in-betweening)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 3차원 공간상에서 2차원 인간형 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 들어 상세히 설명하기로 한다.

우선, 본 발명은 캐릭터 애니메이션 제작에 있어서 사용되는 데이터를 미리 제작하여 데이터베이스에 저장하는 전처리(pre-processing)부 및 상기 전처리부에 의해 저장된 데이터를 이용하여 캐릭터 애니메이션을 제작하는 애니메이션 제작부로 구성된 시스템에서 구현된다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 공간상에서 2차원 인간형 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법을 이용하여 애니메이션 제작시 2차원 캐릭터를 적용하여 애니메이션을 제작하는 처리 흐름을 나타낸다.

본 발명의 애니메이션 제작 방법은, 캐릭터 애니메이션 제작에 있어서 사용되는 데이터를 미리 제작하여 데이터베이스에 저장하는 전처리(pre-processing) 단계 및 상기 전처리 단계에서 저장된 데이터를 이용하여 캐릭터 애니메이션을 제작하는 단계를 포함하여 이루어진다.

전처리 단계에서 캐릭터 애니메이션 제작에 사용될 데이터를 준비한 후, 도 1에 나타낸 바와 같은 과정을 거쳐 애니메이션이 제작된다. 본 발명에 따른 애니메이션 제작에 있어서 전처리 단계의 구체적인 과정은 이후에 도 2 내지 도 10을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 2의 전처리 단계에 의해 데이터가 준비되면, 애니메이션 제작자가 애니메이션 기획을 참조하여 배경 및 캐릭터의 정보를 확인한 후, 전체적인 카메라의 움직임(path)과 어떻게 처리할 것인가를 결정한다(S10). 카메라의 움직임과 어떻게 처리할 것인가에 대한 정보가 애니메이션 제작자에 의해 결정되면(S10), 캐릭터를 배경공간의 어디에 위치시킬 것인가를 애니메이션 제작자가 결정하고(S11), 이때 캐릭터가 어떤 모션을 가질 것인가를 또한 애니메이션 제작자가 결정한다(S12). 이 결정된 사항을 토대로 3차원 공간상에서 캐릭터가 취해야 할 자세(모션) 및 카메라의 위치 등이 결정된다. 이 결정된 정보들을 이용하여 모션 데이터베이스(36)에 저장된 데이터(키 프레임 정보)를 읽어온다(S13).

모션 데이터베이스(36)에서 얻어온 자료인 키 프레임을 기반으로 각 프레임의 모션 값을 얻고, 이 모션 값과 카메라 정보를 이용해 좌표계 변환을 실시한다(S14). 모션 데이터의 좌표계 변환 결과로부터 캐릭터의 방향과 크기를 알 수 있고, 이에 따라 해당하는 2차원 캐릭터의 키 그림(drawing)을 캐릭터 데이터베이스(23)에서 검색하여 추출한다(S15).

그 후, 모션 데이터베이스(36)에 저장된 신체 부위별 그리는 순서를 검출하여 부위별 그리는 순서에 따라 그림을 변경하고, 그 프레임에 해당하는 캐릭터 그림을 완성한다(S16). 그런 다음, 현재 키 프레임과 다음 키 프레임 사이의 프레임을 인터폴레이션(interpolation)을 이용하여 인비트위닝(in-betweening)하고(S17), 그 결과, 키 프레임 사이의 각 프레임도 캐릭터의 그림을 갖게 된다. 그 후, 다음 키 프레임과 그 다음 키 프레임을 이와 같이 반복해서 처리하여 전체 프레임이 모두 캐릭터 그림을 갖게 되면(S18), 모든 프레임의 처리가 끝난 것이며 (YES), 이들 전체 프레임을 연결하면 하나의 애니메이션이 제작된 것이다(S19). 모든 프레임의 처리가 완료되지 않은 경우(NO), 다시 모션 데이터베이스(36)로부터 키 프레임 정보를 읽어와(S13) 다시 그 이후 처리(S14 ~ S18)를 반복한다.

도 2는 본 발명에서 사용되는 데이터를 미리 제작하여 데이터베이스(23, 36)에 저장하는 전처리(pre-processing) 단계의 처리 흐름을 나타내는 도이다.

전처리 단계는 3차원 공간에서 2차원 캐릭터를 표현하기 위해 3차원 공간의 카메라로부터 얻을 수 있는 캐릭터의 모습을 카메라 시점(view)에 따라 미리 2차원으로 제작하고, 이때 3차원 애니메이션을 분석하여 해당하는 2차원 애니메이션으로 매핑하여 데이터베이스에 저장하는 과정이다. 이러한 전처리 단계는 캐릭터 셋업 단계와 모션 데이터 셋업 단계를 포함한다.

먼저 도 2의 캐릭터 셋업 단계는, 도 3에서 3차원 공간상에 위치 가능한 가상 카메라의 위치(104)에 따라 26개의 가상 위치를 미리 설정하고(102), 그 카메라 위치(104)에서 취득할 수 있는 캐릭터의 모습에 해당하는 2차원 캐릭터의 키 그림(drawing)을 그려서 그림 데이터를 준비한다(S20). 또한 3차원 캐릭터는 계층구조로 되어 있어 손과 발 등 신체 부위의 움직임이 변할 수 있으므로 2차원 캐릭터의 키 그림도 26개 위치에서 취득할 수 있는 신체 부위의 모습으로 분리하여 그림을 그려서 처리한다(S21). 2차원 캐릭터의 신체 부위별 분리는 도 7에 나와 있다. 이로써 3차원 캐릭터의 계층구조도 2차원 캐릭터에서 유지될 수 있다. 이렇게 얻어진 캐릭터의 키 그림을 캐릭터 데이터베이스(23)에 입력하여 저장한다(S22).

전처리 단계의 모션 데이터 셋업 단계는 먼저 3차원으로 제작된 캐릭터 애니메이션 데이터를 수집하여 준비한다(S30). 이 데이터는 모션 캡쳐 데이터 혹은 3차원 키 프레임 방식으로 제작된 캐릭터 애니메이션 데이터이며, 이 수집된 3차원으로 제작된 캐릭터 애니메이션 데이터로부터 키 프레임을 추출한다(S31). 키 프레임 방식의 데이터는 3차원 키 프레임이 이미 설정되어 있으나, 모션 캡쳐 데이터는 그렇지 않으므로 사용자가 3차원 키 프레임을 설정한다. 추출하여 얻어진 키 프레임 데이터를 3차원 캐릭터에 적용할 경우, 카메라의 각도와 캐릭터의 방향에서 얻어지는 모습을 보고, 캐릭터 데이터베이스(23)에서 이에 해당하는 2차원 캐릭터의 카메라 위치정보를 검색하여 매핑 정보를 추출하고(S32), 그 매핑 관계 정보를 모션 데이터베이스(36)에 저장한다(S35). 추출된 키 프레임의 모션에 해당하는 3차원 캐릭터의 자세(모션)를 분석하여(S33) 2차원 캐릭터의 신체 부위별 그림(drawing) 순서를 결정하여(S34), 모션 데이터베이스(36)에 저장한다(S35). 이때 그림 순서는 카메라 시점을 기준으로 신체 부위의 단말(end-effect)과 캐릭터 몸통과의 거리를 가지고 계산된다.

도 3은 캐릭터 셋업 단계에서 카메라 위치에 따른 캐릭터 그림 데이터 작성 단계를 나타낸 것으로, 가상공간에서 촬영할 가상 물체(105)를 가운데 두고, 가상 카메라(103)가 움직일 수 있는 가상공간상의 궤적(101)과 그 궤적에서의 카메라 위치를 26개 방위로 설정하여 간략화한 것(102)을 나타낸다. 본 발명에서는 이와 같은 간략화를 통해, 가상 카메라로 촬영할 수 있는 가상 캐릭터의 모습을 미리 결정하고 캐릭터 데이터베이스(23)에 저장할 수 있다.

도 4는 도 3의 가상 카메라의 위치에 따라 캐릭터의 셋업이 어떻게 되는지를 나타낸 것으로, 간략화된(102) 26개의 방위 중 카메라의 위치(104)가 실제 가상공간의 카메라 궤적(101)의 어디에 해당하는지(101)를 어떻게 알 수 있으며, 그 위치(104)에서 가상 카메라로 취득할 수 있는 캐릭터의 모습이 2차원 캐릭터(130)의 키 그림(drawing)과 어떻게 연결되는지를 나타낸다.

즉, 가상 공간상의 궤적(101)에서의 카메라의 위치를 26개의 방위로 나누어 간략화한 궤적(102)에서 카메라의 위치를 설정하고, 가상 공간상의 카메라 위치(103)에서 취득하는 2차원 캐릭터(130)의 모습과 간략화한 궤적(102)에서의 카메라 위치(104)에서 취득할 수 있는 캐릭터의 모습을 매핑하고(a), 가상 공간상의 카메라 위치(103')에서 취득하는 2차원 캐릭터(130)의 모습과 간략화한 궤적(102)에서의 카메라 위치(104')에서 취득할 수 있는 캐릭터의 모습을 매핑하고(b), 가상 공간상의 카메라 위치(103")에서 취득하는 2차원 캐릭터(130)의 모습과 간략화한 궤적(102)에서의 카메라 위치(104")에서 취득할 수 있는 캐릭터의 모습을 매핑한다 (c).

도 5는 도 4를 더욱 상세하게 나타낸 그림으로, 카메라의 위치(104, 104',...)에 따라 2차원 캐릭터(130)의 키 그림이 어떻게 배열되는지를 예시하며, 이때 2차원 캐릭터(130)의 키 그림은 3차원 캐릭터(140)를 카메라의 위치에 따라 카메라가 취득하는 모습을 보고 결정된다.

도 6의 (a)는 카메라가 가지는 공간을 나타내는 좌표계(107)를 나타내고, (b)는 캐릭터(105)가 위치한 좌표계(106)를 나타낸다. 또 (c)는 이러한 두개의 좌표계(106, 107)를 하나의 공간에 두었을 때의 캐릭터의 모습과 움직임을 위한 변환된 좌표계를 나타낸다. (a)는 공간좌표계(world coordinate)이고, (b)는 캐릭터 좌표계이고, 캐릭터는 롤(roll), 피치(pitch), 요우(yaw)의 축을 따라 회전이 가능하다. 캐릭터가 공간좌표계에 있을 경우, (c)에서 나타나듯이 캐릭터(105)가 공간좌표계(107)의 원점에서 떨어진 점 P(a, b, c)에 있으며, 좌표축도 일치하지 않는다. 따라서 캐릭터 좌표계(106)를 공간좌표계(107)로 바꿔 주어야 한다. 이를 위해, 캐릭터의 3차원 공간상의 표현과 애니메이션의 기준이 되는 점 P를 알아야 하고, 이 점 P를 알기 위해서는 이동값과 회전값을 알아야 한다. 이동값(T)은 캐릭터 좌표계(106)의 원점이 공간좌표계(107)에서 존재하는 위치(P(a, b, c))를 알고 있으므로 점 P를 벡터로서 구성하여 계산하여 산출한다. 회전값(R)은 캐릭터의 방위각(orientation; Ori)과 이동값(T)을 이용하여 아래 [수 학식 1]로부터 계산하여 산출한다.

[수학식 1]

도 7은 본 발명에서 사용하는 2차원 캐릭터(130)를 표현하기 위해 신체 부위별로 나누어 나타낸 것으로, 본 발명에서는 몸통(131), 머리(132), 오른팔(133), 왼팔(134), 오른발(135), 왼발(136)의 6개의 신체 부위로 나누었다. 2차원 캐릭터(130)가 그려질 때, 몸통(131)을 기준으로 그려지고, 각 부위가 가진 단말(end-effect)이 카메라 시점을 기준으로 몸통보다 카메라에 근접하였는지, 아닌지를 판단하여 그리는 순서를 결정하며, 그리는 순서는 카메라에서 먼 부위부터 그리기 시작하여 가까운 부위의 순서로 그려진다.

본 발명에서 최종적으로 제작된 도 10의 2차원 캐릭터 애니메이션(도 10의 b)과 같이 2차원 캐릭터가 만화적으로 과장된 모습을 지니도록 하기 위해, 도 8에서 2차원 캐릭터(130)의 키 그림(b)을 카메라와 3차원 캐릭터(143)의 모션(a)에 맞추어 매핑할 때 2차원 캐릭터(130)의 키 그림(b)을 의도적으로 과장된 모습으로 매핑 시키는 것을 보여준다. 3차원 캐릭터(143)의 오른팔(141)과 오른발(142)의 모션(a)을 2차원 캐릭터(130)의 키 그림(b)에 적용시키기 위해, 2차원 캐릭터(130)의 변형된 오른팔(137)과 오른발(138)의 그림을 사용하여 과장시켜 매핑하여 모션 데이터베이스(36)에 저장한다.

도 2 내지 도 8을 통해 본 발명에 따른 애니메이션 제작 과정 중 전처리 과정을 설명하였다. 이러한 과정으로 데이터를 준비한 후, 상술한 도 1의 단계를 거쳐 애니메이션의 제작이 이루어진다.

도 9는 시간(Time)에 따른(T-1, T-2, T-3, T-4) 3차원 애니메이션 데이터에서 3차원 캐릭터(140)의 키 프레임(143-1, 143-2, 143-3, 143-4)을 선택하고, 그 키 프레임(143-1, 143-2, 143-3, 143-4)에 해당하는 2차원 캐릭터(130)의 키 그림을 캐릭터 데이터베이스(23)에서 추출해서 시간에 따른(T-1, T-2, T-3, T-4) 애니메이션 순서에 따라 배열하고(120-1, 120-2, 120-3, 120-4), 그 중간 프레임의 보간을 통해 애니메이션을 완성하는 중간 과정을 보여준다.

도 10은 도 1 내지 도 9와 같은 애니메이션 절차를 거쳐 3차원 캐릭터(140)의 모션(a)을 2차원 캐릭터(130)의 키 그림과의 매핑을 통해 제작된 최종 모습(b)을 나타낸다.

따라서 상기와 같은 본 발명에 따른 캐릭터 애니메이션 제작은 인터넷 기반 의 어플리케이션 뿐만 아니라, 가상현실 시스템, 게임 등에도 사용될 수 있다.

또한 상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 롬, 램, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다.

이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 실시될 수 있고, 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니다.

상기와 같은 본 발명은, 3차원 공간상에 2차원 캐릭터를 3차원 캐릭터처럼 표현할 수 있는 방법과, 3차원 캐릭터 애니메이션에서 사용되는 3차원 모션 데이터를 이용하여 2차원 캐릭터의 2차원 모션으로 매핑하여 애니메이션 하는 방법에 관한 것으로, 모션캡쳐 데이터 등을 사용하여 사실적인 3차원 캐릭터 애니메이션을 2차원 모션의 매핑을 통해 더욱 쉽게 2차원적인 애니메이션을 만들 수 있도록 하였으며, 만화적 과장과 같은 2차원 애니메이션의 장점을 살릴 수 있다. 또한 기존의 2차원 애니메이션에서 곤란한 모션의 재사용을, 데이터베이스를 구축하고, 그 데이터베이스를 통한 재사용이 가능하도록 함으로써, 3차원 데이터와 같은 재사용 성을 제공하는 효과가 있다.

이러한 본 발명의 캐릭터 시스템은 애니메이션뿐만 아니라, 인터넷 기반의 어플리케이션이나, 가상현실 시스템, 게임 등에도 사용될 수 있다. 또한 본 발명에서 얻어진 애니메이션 제작 방법을 합성기법과 함께 사용하면 2차원과 3차원의 경계를 넘나드는 효과가 있다.

Claims

캐릭터 애니메이션 제작에 있어서,

3차원 공간에서 2차원 캐릭터를 3차원 캐릭터처럼 표현하고 애니메이션 하기 위해 필요한 캐릭터의 데이터를 미리 준비하여 저장하는 전처리(pre-processing) 단계; 및

상기 저장된 캐릭터의 데이터를 이용하여 캐릭터 애니메이션을 제작하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서 2차원 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법.
제 1항에 있어서, 상기 전처리 단계는,

상기 3차원 공간상에서 카메라로부터 얻을 수 있는 캐릭터의 모습을 카메라 시점에 따라 2차원 캐릭터 데이터로 미리 제작하여 캐릭터 데이터베이스에 저장하는 캐릭터 셋업 단계; 및

3차원 캐릭터 애니메이션을 분석하여 2차원 캐릭터의 애니메이션으로 매핑하여 모션 데이터베이스에 저장하는 모션 데이터 셋업 단계;

를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서 2차원 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 애니메이션 제작 단계는,

애니메이션 제작자에 의해 결정된 3차원 공간상에서 캐릭터의 자세 및 카메라의 위치 정보에 해당하는 모션 데이터베이스에 저장된 키 프레임 데이터를 검색하여 추출하는 단계;

상기 모션 데이터베이스에서 검출한 키 프레임을 기반으로 각 프레임의 모션 값을 얻고, 상기 모션 값과 카메라 위치 정보를 이용해 좌표계 변환하는 단계;

상기 좌표계 변환 결과로부터 캐릭터의 방향과 크기를 알아내고, 이에 해당하는 캐릭터의 키 그림(drawing)을 캐릭터 데이터베이스에서 검색하는 단계;

상기 검색된 캐릭터의 키 그림에 해당하는 신체 부위별 그림 순서를 모션 데이터베이스로부터 검출하여 그 프레임에 해당하는 캐릭터 키 그림을 변경하는 단계; 및

현재 키 프레임과 바로 다음 키 프레임 사이의 프레임을 인터폴레이션(interpolation)을 이용하여 인비트위닝(in-betweening)하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서 2차원 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법.
제 2항에 있어서, 상기 캐릭터 셋업 단계는,

3차원 공간상에 위치 가능한 가상 카메라의 위치에 따라 26개의 가상 위치를 미리 설정하는 단계;

상기 가상 카메라의 위치에서 취득할 수 있는 캐릭터의 모습을 2차원 캐릭터의 키 그림(drawing)으로 그려서 준비하는 단계;

상기 2차원 캐릭터의 키 그림을 상기 26개 가상 위치에서 취득할 수 있는 상기 캐릭터의 모습으로 분리하여 준비하는 단계; 및

상기 분리된 캐릭터의 키 그림을 캐릭터 데이터베이스에 입력하여 저장하는단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서 2차원 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법.
제 2항에 있어서, 상기 모션 데이터베이스에 저장된 데이터는 모션 캡쳐 데이터 또는 3차원 키 프레임 방식으로 제작된 캐릭터 애니메이션 데이터인 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서 2차원 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법.
제 2항 또는 제 4항에 있어서, 상기 모션 데이터 셋업 단계는,

3차원으로 제작된 캐릭터 애니메이션 데이터로부터 키 프레임을 추출하는 단계;

상기 추출한 키 프레임 데이터를 3차원 캐릭터에 적용할 경우, 카메라의 각도와 캐릭터의 방향을 고려하여 상기 캐릭터 데이터베이스에서 해당하는 2차원 캐릭터의 카메라 위치정보를 검색하여 매핑 관계 정보를 추출하는 단계;

상기 추출된 키 프레임의 모션에 해당하는 3차원 캐릭터의 자세를 분석하여 2차원 캐릭터의 신체 부위별 그림(drawing) 순서를 결정하는 단계; 및

상기 매핑 관계 정보와 상기 결정된 2차원 캐릭터의 신체 부위별 그림 순서를 상기 모션 데이터베이스에 저장하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서 2차원 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법.
제 6항에 있어서, 상기 2차원 캐릭터의 신체 부위별 그림 순서의 결정은, 카메라 시점을 기준으로 신체 부위의 단말이 캐릭터 몸통보다 카메라에 근접하는지 아닌지를 판단하여, 카메라에서 먼 부위부터 그리기 시작하여 가까운 부위의 순서로 결정되는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서 2차원 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법.
제 4항에 있어서, 상기 2차원 캐릭터의 키 그림을 상기 26개 가상 위치에서 취득할 수 있는 상기 캐릭터의 모습으로 분리하여 준비하는 단계에서,

상기 캐릭터의 모습의 분리는 3차원 캐릭터의 계층구조를 유지하기 위해 캐릭터의 신체 부위별로 나누어 준비되고 저장되는 것을 특징으로 하는 3차원 공간상에서 2차원 캐릭터의 표현 및 애니메이션 방법.