KR100885996B1 - 대규모 가상 군중 동작의 획득 및 편집 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대규모 가상 군중 장면을 생성하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대규모 가상 군중을 시뮬레이션하기 위해 복잡한 행동양식 모델을 세우고 시뮬레이션하는 과정 없이 실제와 같은 군중의 움직임을 그대로 획득하여 구현함으로써 자연스러운 군중 장면을 쉽게 생성하고 편집할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 대규모 가상 군중 동작 획득 및 편집 방법은, 복수의 개체를 포함하는 특정 영역에 대하여 시간에 따른 상기 복수의 개체 각각의 루트 궤적들을 획득하는 궤적 획득 단계와, 상기 획득된 궤적의 영역 확대 및 시간 축 확장에 의해 상기 복수의 개체 각각의 궤적을 편집하는 궤적 편집 단계 및 상기 편집된 궤적으로부터 상기 복수의 개체 각각의 동작을 합성하는 동작 합성 단계를 포함한다.

가상 군중, 편집

Description

대규모 가상 군중 동작의 획득 및 편집 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CAPTURING AND EDITING MOTION OF LARGE CROWD}

본 발명은 대규모 가상 군중 장면을 생성하기 위한 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실제 군중 동작으로부터 군중을 이루는 각 개체의 루트 위치를 획득하고, 목표로 하는 가상 군중 장면에 맞도록 획득한 군중 궤적들의 영역을 확장하여 군중의 크기를 키우거나 무한 반복함으로써 군중 동작을 재사용할 수 있으며, 확장 또는 반복된 군중 궤적들을 이용하여 각 개체의 동작을 합성함으로써 군중 장면을 획득하고 편집할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호:2005-S-003-02, 과제명: 실사 수준의 디지털 영상 콘텐츠 제작 소프트웨어 개발].

최근 영화에서는 CG(컴퓨터 그래픽)의 비중이 날로 높아지고 있으며 훌륭한 CG 장면은 영화 흥행의 중요한 요소가 되기도 한다. 영화나 3D 애니메이션에 등장하는 CG 장면은 3차원 모델을 이용한 가상의 배경뿐만 아니라 주인공 또는 엑스트라를 가상의 CG 캐릭터로 대체하는 것까지 가능하게 해준다.

대규모 군중 장면 또한 종종 CG로 제작되어 영화에 적용되는데 영화 '반지의 제왕'의 군중 장면과, '트로이'의 전투하는 군중 장면이 좋은 예이다. 이 같은 가상 군중 장면을 통해 관객들에게는 웅장함과 즐거움을 주고 제작자 입장에서는 제작비를 절감시킬 수 있게 된다.

이 같은 가상 군중 장면을 생성하기 위해서는 군중을 이루는 각 개체의 움직임을 시뮬레이션을 통해 계산해내는 것이 보통이다. 애니메이터가 일일이 수작업으로 각 개체의 동선을 지정하기에는 시간도 많이 걸리고, 개체들 간의 충돌 처리도 어렵기 때문이다. 군중 시뮬레이션에 대해서는 학자들이 많은 연구를 하고 있으며, 군중 장면을 생성할 수 있는 상용 소프트웨어도 출시되었다.

그러나 인간의 행동 양식을 모델링 한 후 시뮬레이션을 하여 가상 군중을 생성할 경우 실제 군중의 행동 패턴과 얼마나 유사한지 측정하기 어렵다. 또한, 실제 군중의 행동 패턴 분석으로부터 시뮬레이션에 사용되는 개체들의 행동양식 모델을 수립하는 것도 어렵다.

소규모 군중의 경우 카메라 등을 사용하여 개체들의 움직임을 획득한 후 이를 이용하여 군중 장면을 생성할 수도 있겠으나 대부분 가상 군중이 필요한 경우는 대규모 군중이란 점과 카메라로 획득할 수 있는 영역에는 물리적 제약이 따를 수밖에 없다는 점은 이 같은 방법의 적용을 어렵게 만든다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상기와 같이 대규모 군중을 시뮬레이션하기 위해 복잡한 행동양식 모델을 세우고 시뮬레이션하는 과정 없이 실제와 같은 군중의 움직임을 그대로 획득하여 구현함으로써 자연스러운 군중 장면을 용이하게 생성하고 편집할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대규모 가상 군중 동작 획득 및 편집 방법은, 복수의 개체를 포함하는 특정 영역에 대하여 시간에 따른 상기 복수의 개체 각각의 루트 궤적들을 획득하는 궤적 획득 단계와, 상기 획득된 궤적의 영역 확대 및 시간 축 확장에 의해 상기 복수의 개체 각각의 궤적을 편집하는 궤적 편집 단계 및 상기 편집된 궤적으로부터 상기 복수의 개체 각각의 동작을 합성하는 동작 합성 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 대규모 가상 군중 동작 획득 및 편집 장치는, 복수의 개체를 포함하는 특정 영역에 대하여 시간에 따른 상기 복수의 개체 각각의 루트 궤적들을 획득하는 궤적 획득 수단과, 상기 획득된 궤적의 영역 확대 및 시간 축 확장에 의해 상기 복수의 개체 각각의 궤적을 편집하는 궤적 편집 수단 및 상기 편집된 궤적으로부터 상기 복수의 개체 각각의 동작을 합성하는 동작 합성 수단을 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 쉽고 간단하게 실제 군중의 동작을 획득하여 군중 장면을 생성할 수 있으며, 군중 동작 영역 확대를 통한 군중 크기 확대나 동작 재사용도 가능하게 된다. 실제 군중의 움직임을 획득하여 사용하므로 결과로 생성되는 군중 장면이 자연스럽다는 장점이 있다.

본 발명이 제안한 편집 방법은 기존의 시뮬레이션을 통해 얻은 루트 궤적들에도 적용할 수 있기 때문에 영화나 애니메이션의 대규모 군중 장면에 널리 활용될 것을 기대할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 군중 동작 획득과 편집 방법을 상세히 설명하고자 한다.

군중 시뮬레이션을 통한 군중 장면 생성에는 크게 두 가지 방법이 있다.

첫 번째 방법은 매 시뮬레이션 스텝마다 각 개체의 동작을 생성하고 다른 개체와의 충돌을 처리하는 방법이다.

그리고, 두 번째 방법은 집단의 전체적인 움직임을 표현하기 위해 각 개체의 루트 위치를 점으로 간주하여 시뮬레이션 한 후 점들의 궤적을 바탕으로 개체의 동작을 합성하는 방법이다.

상기한 첫 번째 방법은 각 개체의 동작이 자연스러운 반면에 집단의 목적(예를 들면 상대 집단의 진영으로 이동하기)을 달성하는 각 개체의 행동양식 모델을 세우기가 어렵다는 문제가 있다.

상기한 두 번째 방법은 집단의 목적은 쉽게 달성할 수 있으나 각 개체의 동작을 궤적으로부터 합성하는 과정이 다소 어렵다는 단점이 있다.

그리고 상기한 두 방법 모두 얻어진 개체의 움직임이 실제 군중의 움직임과 얼마나 일치하는지 측정하기 어렵고 항상 일치한다고 보장하기 어려운 단점이 있다.

본 발명에서 제시하는 군중 동작 획득과 편집을 통한 군중 장면 생성 방법은 상기한 두 번째 방법과 유사하다. 다만, 본 발명은 각 개체의 루트 궤적을 시뮬레이션을 통해 얻지 않고, 실제 군중 장면으로부터 획득하며, 루트 궤적을 편집하는 수단이 추가되는 점이 다르다. 또한, 본 발명은 바닥의 기울기가 일정한 평면 위의 군중 장면을 대상으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 대규모 가상 군중 동작의 획득 및 편집 장치의 블럭도이다.

도 1을 참조하면, 대규모 가상 군중 동작의 획득 및 편집 장치는, 복수의 개체를 포함하는 특정 영역에 대하여 시간에 따른 상기 복수의 개체 각각의 루트 궤적들을 획득하는 궤적 획득부(110)와, 상기 획득된 궤적의 영역 확대 및 시간 축 확장에 의해 상기 복수의 개체 각각의 궤적을 편집하는 궤적 편집부(120) 및 상기 편집된 궤적으로부터 상기 복수의 개체 각각의 동작을 합성하는 동작 합성부(130)를 포함하여 이루어진다.

도 2는 본 발명에 적용되는 루트 궤적을 통한 동작 합성을 설명하는 개념도 이다. 도 2에서 참조부호 201은 한 개체(202)의 루트 궤적을 나타낸다. 개체(202)의 동작을 합성하기 위해서는 개체(202)의 진행 방향(203)이 필요한데, 대부분 궤적의 접선 방향과 일치하게 되고 본 발명도 이를 따른다. 도 2에서 참조부호 202는 한 개체를 나타내고 참조부호 203은 접선 방향으로부터 계산된 개체의 진행 방향을 나타낸다. 상기 동작 합성부(130)는 일반적인 모션 캡쳐 데이터베이스와 모션 편집 기술을 이용하여 개체의 동작을 합성할 수 있으며 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 실시할 수 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

상기 궤적 획득부(110)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 특정 캡처 영역 내에 존재하는 각 개체의 머리 위치를 루트 위치로 하여 스테레오 카메라 또는 위치센서에 의해 루트 궤적을 획득한다.

도 3a 및 도 3b 는 카메라 또는 위치 센서에 의한 루트 궤적 획득 방법을 나타내는 개념도이다.

도 3a는 실제 군중의 상단에 장착된 스테레오 카메라(301)를 이용하여 루트의 움직임을 획득하는 장면이다. 걷기 또는 뛰기와 같은 일반적인 군중 동작에서는 상체를 많이 숙이지 않으므로 본 발명에서는 머리의 위치를 루트 위치로 간주한다. 현재의 영상 처리 기술을 이용하여 루트 위치는 용이하게 검출할 수 있다. 여기서, 획득된 루트 위치는 2차원 상의 캡쳐 영역(302)으로 정사영 된 2차원 정보이다. 바닥 평면의 기울기가 일정한 경우로 가정하였으므로 3차원 위치 정보를 다루는 것보다 높이 정보를 뺀 2차원 정보는 생성 및 관리가 용이하다.

도 3b는 GPS와 같은 위치 센서(303)를 이용해 루트의 움직임을 획득하는 장면이다. 위치 센서를 이용한 방법 역시, 루트의 2차원 정보만을 획득한다.

상기한 루트 위치 획득은 주어진 캡쳐 영역에 대해 주어진 시간 동안 매 시간스텝마다 이루어지게 되며 획득한 데이터는 저장된다.

상기 궤적 편집부(120)는, 상기 궤적 획득부에서 획득된 루트 궤적을 시간축으로 확장하여 3차원 경로로 표현하고, 사용자가 상기 3차원 경로로 표현된 루트 궤적을 GUI 도구를 이용하여 3차원 공간상에서 편집할 수 있도록 한다.

도 4는 일반적인 궤적 편집의 어려움을 보여주기 위한 개념도이다.

도 4를 참조하면, 제 1 개체(401)와 제 2 개체(402)가 충돌이 일어난 경우이며, 충돌 회피를 위하여 두 개체 중 하나 또는 둘의 궤적을 수정하여야 한다. 만일, 제 1 개체(401)의 궤적(403)을 변형시켜야 하는 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이, 현재 충돌이 일어난 순간의 개체 위치만으로는 적절한 충돌 회피 경로를 생성하기 어렵다. 이는 매 시간스텝마다 다른 개체들도 이동하고 있기 때문이다.

도 5는 본 발명에 따른 시간 축으로 확장된 각 개체의 3차원 경로를 설명하기 위한 개념도이다.

도 5를 참조하면, 루트의 궤적은 2차원 캡쳐 영역에 정사영 되었으므로 이들 궤적은 2차원 정보이다. 여기에 매 시간스텝을 고려하여 시간 축을 추가하면 루트 궤적이 도 5에 도시된 바와 같이 3차원으로 표시된다. 도 5에서 참조부호 501은 한 개체의 3차원 이동 경로의 예이다. 도 5는 두 줄로 열을 맞춰 x축 방향으로 이동하 는 개체들을 예로 들어 나타낸 것이다.

상기한 바와 같이, 궤적 편집부(120)는 한 개체의 3차원 경로(501)에 대해 궤적 편집을 수행하며, GUI를 통해 사용자가 직접 조작할 수 있도록 한다. 현재 영화 제작에 널리 사용되는 대표적인 S/W인 Maya와 같은 3D 프로그램은 3차원 궤적 편집을 위한 GUI(그래픽 유저 인터페이스)를 갖추고 있다. 도 4와 비교해 볼 때 도 5와 같이 3차원 경로로 표시된 개체들의 궤적은 시각적으로 알아보기 쉬우며 GUI를 통해 편집 작업하기 훨씬 쉽게 된다. 도 4에서의 개체 간 충돌은 특정 거리 이하로 개체 간 거리가 가까워 졌을 때 감지 가능하며, 도 5에서의 개체 간 충돌은 3차원 경로를 나타내는 임의의 3차원 곡선들이 특정 거리 이하로 가까워 졌거나 교차가 일어났을 때 감지 가능하다. 이는 수학적으로 미리 계산될 수 있으며 색상이나 특정 3D 객체로 표시함으로 써 사용자의 편집 작업에 도움을 줄 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 군중 크기 확장과 군중 동작 재사용을 설명하는 개념도이다.

도 5에서 보는 바와 같이 특정 캡쳐 영역에 대해 특정 시간 동안 획득된 루트 궤적은 육면체 내부(502)의 3차원 경로들의 집합으로 표현된다. 도 6에서 육면체 내부(502)에 해당하는 기본 육면체를 참조부호 601로 나타내었다. 또한 도 6에서 참조부호 602는 군중 동작 영역을 x축 양의 방향으로 확장시키기 위한 새로운 경로 집합을 포함하는 육면체이다. 그리고 도 6에서 참조부호 603은 특정 시간 동안만 획득된 군중 동작을 무한 반복하기 위해 시간 축으로 확장하기 위한 새로운 경로 집합을 포함하는 육면체이다. 여기에서 군중 동작 영역을 x축 양의 방향으로 확장한 육면체(602)와 시간 축으로 확장한 육면체(603)는 모두 기본 육면체(601)와 같은 3차원 경로 집합을 포함한다. 영역 확장을 통한 군중 크기 확대 및 시간 축 확장을 위해 사용자는 궤적 편집부(120)에 의해 기본 육면체(601) 내의 3차원 경로들을 편집하고 x축 양의 방향으로 확장한 육면체(602) 또는 시간 축으로 확장한 육면체(603)의 경로들과 부드럽게 이어주게 된다. 기본 육면체(601)와 x축 방향으로 확장한 육면체(602) 모두, 또는 기본 육면체(601)와 시간 축으로 확장한 육면체(603) 모두 편집하는 방법도 있으나 본 발명의 본질에는 큰 차이가 없으므로 여기에서는 기본 육면체(601) 내의 경로들만 편집하는 경우를 설명한다.

도 7은 본 발명에 따른 개체의 이동 경로 편집 과정을 상세히 설명하기 위한 개념도이다.

도 7은 영역 확장을 위해 기본 육면체(601)와 x 축 방향으로 확장한 육면체(602)의 3차원 경로를 부드럽게 이어주는 경우를 나타내고 있다. 기본 육면체(601)의 어떤 경로와 x 축 방향으로 확장된 육면체(602)의 어떤 경로를 부드럽게 연결할 것인지를 선택하는 것은 사용자의 선택에 의해 결정될 수 있다. 수학적 최소화 알고리즘을 통해 이어줄 경로 끝단 위치 간 거리 제곱들의 합을 최소화함으로써 경로 연결 작업을 할 경로 선택을 자동으로 할 수도 있을 것이다. 짝이 맞지 않아 경로 연결 작업이 불가능할 경우에는 남는 경로를 삭제한다. 즉, 삭제된 경로에 해당되는 개체를 삭제되는 것과 같다. 군중과 같이 개체 수가 클 경우에는 결과 영상에 큰 영향을 미치지 않는다. 끊어진 경로 끝단(701, 702)을 연결하거나 주어진 경로를 사용자 임의로 변형하는 과정은 널리 알려진 스플라인(spline) 보간 기법 등을 이용하여 쉽게 가능하다.

도 6에서 확장된 육면체(602, 603)는 기본 육면체(601)와 같은 경로를 포함하는 것으로 설명하였지만, 획득한 군중 동작이 많을 경우 기본 육면체(601)와 다른 임의의 경로 집합들을 이용하여 군중 동작 영역 확장 및 시간 축 확장을 할 수 있는 점은 자명하다. 도 6에서처럼 기본 육면체(601)와 같은 경로를 포함하는 시간 축으로 확장한 육면체(603)를 사용하여 시간 축 확장 편집을 하였을 경우 획득한 동작 시간과 관계없이 무한 반복하여 군중 동작을 재생할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 대규모 가상 군중 동작의 획득 및 편집 장치의 블럭도,

도 2는 루트 궤적을 통한 동작 합성을 설명하는 개념도,

도 3은 본 발명에 따른 카메라 또는 센서를 통한 루트 궤적 획득을 설명하는 개념도,

도 4는 개체 간 충돌 발생 시 편집의 어려움을 설명하기 위한 개념도,

도 5는 본 발명에 따른 시간축으로 확장된 각 개체의 3차원 경로를 설명하는 개념도,

도 6은 본 발명에 따른 군중 동작 영역 및 군중 크기 확장을 위한 편집을 설명하는 개념도,

도 7은 본 발명에 따른 경로 편집 과정을 상세히 설명하는 개념도이다.

Claims (7)

1. 복수의 개체를 포함하는 특정 영역에 대하여 시간에 따른 상기 복수의 개체 각각의 루트 궤적들을 획득하되, 상기 특정 영역 내에 존재하는 각 개체의 머리 위치를 루트 위치로 하여 스테레오 카메라 또는 위치센서에 의해 루트 궤적을 획득하는 궤적 획득 단계와;

   상기 획득된 궤적의 영역 확대 및 시간 축 확장에 의해 상기 복수의 개체 각각의 궤적을 편집하는 궤적 편집 단계; 및

   상기 편집된 궤적으로부터 상기 복수의 개체 각각의 동작을 합성하는 동작 합성 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 대규모 가상 군중 동작 획득 및 편집 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 획득된 루트 궤적은 2차원 상의 특정 영역으로 정사영된 2차원 정보임을 특징으로 하는 대규모 가상 군중 동작 획득 및 편집 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 궤적 편집 단계는,

   상기 궤적 획득 단계에서 획득된 루트 궤적을 시간축으로 확장하여 3차원 경 로로 표현하는 단계; 및

   상기 3차원 경로로 표현된 루트 궤적을 GUI 도구를 이용하여 3차원 공간상에서 편집하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 대규모 가상 군중 동작 획득 및 편집 방법.
5. 복수의 개체를 포함하는 특정 영역에 대하여 시간에 따른 상기 복수의 개체 각각의 루트 궤적들을 획득하는 스테레오 카메라 또는 위치 센서인 궤적 획득 수단과;

   상기 획득된 궤적의 영역 확대 및 시간 축 확장에 의해 상기 복수의 개체 각각의 궤적을 편집하는 궤적 편집 수단; 및

   상기 편집된 궤적으로부터 상기 복수의 개체 각각의 동작을 합성하는 동작 합성 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 대규모 가상 군중 동작 획득 및 편집 장치.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서, 상기 궤적 편집 수단은,

   3차원 궤적 편집을 위한 GUI 도구임을 특징으로 하는 대규모 가상 군중 동작 획득 및 편집 장치.

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