KR20080052272A - 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션제작 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 캐릭터의 변형되지 않은 모션을 데이터화한 기존 모션데이터를 입력받아 기존 모션데이터로부터 캐릭터의 각 관절이 갖는 애니메이션 값을 분석하여, 파라미터를 추출하는 모션분석모듈과, 캐릭터의 외관을 나타내는 기존 메쉬데이터, 파라미터 및 뼈대와 메쉬가 밀착을 위해 조합된 정보인 기존 스키닝데이터를 입력받아 변형된 메쉬데이터를 생성하는 메쉬변형모듈과, 기존 모션데이터를 입력받아 파라미터를 이용하여 모션을 변형시키는 모션변형모듈과, 변형된 메쉬데이터, 변형된 모션데이터 및 기존 스키닝데이터를 입력받아 최종적으로 카툰 스타일의 모션을 갖는 캐릭터 애니메이션 데이터를 생성하는 스키닝모듈로 구성되므로, 3차원 애니메이션 제작 기법을 이용하면서도 2차원 셀 애니메이션 스타일의 애니메이션을 제작할 때 캐릭터가 2차원 카툰 스타일로 동작하도록 기존 모션을 변형하고 애니메이션에 따라 메쉬를 만화적으로 과장되게 변형하며 캐릭터가 이를 수용할 수 있는 구조를 제공함으로써, 보다 생동감있는 2차원 애니메이션에 가까운 3차원 애니메이션을 제공하는 효과가 있다.

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Description

캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 방법 및 시스템{The Production method and system of Cartoon animation using Character animation and Mesh deformation}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원의 카툰 애니메이션을 제작하기 위한 시스템 구성을 나타낸 블록 구성도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원의 카툰 애니메이션을 제작하는 과정을 나타낸 순서도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 애니메이션의 단계를 시간에 따라 나타낸 도면.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 모션데이터 및 변형된 모션데이터를 좌표형태로 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명의 애니메이션에 따른 메쉬 변형을 설명하기 위한 개념을 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 새로운 메쉬 변형을 이용하여 제작된 카툰 애니메이션의 한 예를 나타낸 예시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 기존 메쉬데이터 20 : 기존 모션데이터

30a, 30b : 파라미터 40 : 변형된 메쉬데이터

50 : 변형된 모션데이터 60 : 기존 스키닝데이터

70 : 최종 애니메이션 데이터 100 : 모션분석모듈

110 : 모션의 값을 나타내는 축 120 : 시간을 나타내는 축

130 : 모션의 진행방향 200 : 메쉬변형모듈

300 : 모션변형모듈 310 : 준비 단계

320 : 후행 단계 400 : 스키닝모듈

본 발명은 3차원 캐릭터 애니메이션 제작에 있어, 캐릭터가 만화스러운 움직임을 갖도록 하여, 2차원 셀 애니메이션 효과를 극대화하는 방법과 시스템에 관한 것이다.

먼저, 기존의 애니메이션 제작방법은 크게 2가지가 있다. 첫 번째가 2차원의 셀 기반의 애니메이션 제작방법이고, 두 번째가 3차원으로 애니메이션을 제작한 후 렌더링하여 애니메이션을 제작하는 방법이다. 2차원의 셀기반 애니메이션은 키가 되는 장면(키 프레임)을 설정하고, 종이에 원안으로 그린 후 셀로 옮겨 하나의 장 면을 완성한다. 이렇게 키가 되는 장면들을 완성한 후 키와 키 사이의 프레임은 인비트위닝(inbetweening : 보간)으로 채워 넣어서 전체 애니메이션을 완성한다. 3차원 기반 애니메이션은 3차원으로 모델링을 하고, 이 모델링 된 3차원 데이터에 3차원 애니메이션을 설정한 후 렌더링하여 애니메이션을 완성한다.

본 발명에서 캐릭터 애니메이션이란 가상의 캐릭터가 화면상에서 움직이는 애니메이션을 말하며, 최근 컴퓨터 그래픽의 발달로 사람 형태의 캐릭터가 사람처럼 움직이는 것을 표현하는 것이 가능하게 되면서 더욱 더 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 적합한 키프레임(key frame) 방식으로 제작되며, 3차원 캐릭터 애니메이션을 제작하기 위한 키프레임 방식과 인간의 모션캡쳐(motion capture) 방식을 사용한다.

상기 키프레임 방식은 2차원 또는 3차원 캐릭터 애니메이션 데이터를 제작하 기 위해 키(key)가 되는 프레임을 설정한 후, 키와 키 사이를 보간(in-between)하여 애니메이션을 설정하는 방식이다. 그러나 이러한 키프레임 방식은 캐릭터 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 모션캡쳐 방식은 3차원 캐릭터 애니메이션 데이터를 위한 방식으로, 광학식/기계식/자기식 모션캡쳐 장비를 이용하여, 실제 사람의 움직임을 획득하여 데이터로 만들고, 이를 캐릭터 애니메이션 데이터로 활용하는 것이다. 모션캡쳐 방식은 인간의 움직임을 그대로 가져다 사용하므로 자연스러운 움직임을 제공한다는 장점이 있지만, 데이터의 양이 방대하여 데이터를 후처리하는데 많은 시간이 필요하고, 마찬가지로 데이터의 수정(변경)에도 많은 시간과 노력이 필요하다는 단점이 있다.

최근 애니메이션은 3차원으로 제작하더라도 2차원 셀 애니메이션 같은 느낌을 추구하고 있다. 비사실적 애니메이션 렌더링(NPAR ; non-photorealistic animation and rendering, 이후 NPAR이라 약칭함) 기술 중 카툰 렌더링의 경우, 3차원 그래픽스 기술을 이용하여 2차원 셀 애니메이션의 화면 효과를 제공한다. 카툰 렌더링이 NPAR에서 널리 쓰이게 되면서, 일부 게임과 영화에서는 카툰 렌더링을 제작에 활용하기도 한다. 그러나 2차원 셀 애니메이션 효과를 구현하기 위해서는 카툰 렌더링을 제외하고도 몇 가지 기술이 더 필요하다. 그중 하나가 만화 캐릭터(character)의 만화스러운 움직임이다.

애니메이션에서 관객은 만화 주인공이 사실적으로 움직인다면 어딘가 부자연스럽게 느낄 것이다. 캐릭터가 비사실적인 움직임을 보이기 위해서는 2가지 방법이 있다. 첫 번째는 애니메이터가 애니메이션 작업시 키프레임(key framing)을 만화스타일로 잡는 것인데, 이 경우 애니메이터의 많은 노력이 필요하고, 애니메이션의 질은 애니메이터의 능력에 좌우 된다. 두 번째 방법은 모션 캡쳐와 같은 기존의 사실적인 모션데이터를 변형하여 만화 같은 움직임을 만들어 내는 것이다. 이 경우, 애니메이터의 작업은 줄어들지만 여기서도 만화적 움직임의 모호성 문제가 발생한다. 즉, 바꿔서 말하면, NPAR은 3차원을 2차원처럼 보이기 위해서 맵핑이라는 과정을 거치기 때문에 NPAR은 2D처럼 보이지만 움직이면서 느낌이 부자연스럽게 느껴지기 때문에 2차원 애니메이션에서 지향하는 과장된 움직임을 얻기 힘든 문제점이 있는 것이다.

한편, 3차원의 관절로 이루어진 물체의 애니메이션을 위해서는 뼈대 애니메이션(bone animation) 방법이 일반적으로 사용된다. 뼈대는 인간의 구조를 흉내 내기 위한 계층적 구조를 의미하며, 뼈대는 여러 개의 뼈대로 구성된다. 캐릭터 메쉬는 이러한 뼈대와 밀착되어 있다. 뼈대와 메쉬가 밀착을 위해 조합되는 방법을 스키닝이라고 하며, 이에 의해 생성된 데이터를 스키닝데이터라 한다.

3차원 캐릭터 애니메이션 제작을 위해서는 먼저, 3차원 모델링을 통해 캐릭터 모델을 만들고, 인체와 같은 계층적 애니메이션이 가능하도록 뼈대(bone) 구조를 만든다. 모델링 데이터와 뼈대 구조를 연결하도록 스키닝처리하면, 모델링 데이터는 뼈대 구조의 움직임에 따라 동작한다. 이 뼈대 구조에 맞게 애니메이션 데이 터를 만드는데, 애니메이션 데이터는 사람과 같이 관절에 이동 및 회전의 데이터로 구성되며, 애니메이션 데이터의 시간만큼 관절별로 데이터를 갖는다. 캐릭터 모델에 애니메이션 데이터를 적용하면, 캐릭터 애니메이션이 생성되며, 캐릭터 애니메이션을 확인하고, 수정한 후 렌더링하여 최종 결과를 얻는다.

그러나, 모션이 얼마나 변형해야 만화적 움직임이 되는가와 어떻게 변형된 모션이 실제로 만화적 움직임이라고 관객이 생각하는가에 대한 차이점의 문제이다. 모션에 추가적인 요소를 추가하여 보다 체험자가 2차원 애니메이션에 가깝게 느끼도록 하여 보다 생동감을 느끼게 할 필요가 있다.

본 발명은 전술한 기술의 문제점을 해결하고, 전술한 기술의 필요성을 충족시키기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 사실적인 3차원 캐릭터 애니메이션 데이터를 이용하여, 보다 2차원 카툰 캐릭터에 유사하며 생동감 넘치는 애니메이션이 가능하도록 구성한 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 방법 및 시스템에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 3차원 애니메이션 제작 과정을 거쳐 2차원 셀 애니메이션과 같은 느낌의 애니메이션을 제작할 때, 캐릭터가 2차원 셀 애니메이션과 같은 느낌의 움직임을 갖도록 하여, 전체적인 질의 향상이 가능하도록 하는 데에 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 시스템은 캐릭터의 변형되지 않은 모션을 데이터화한 기존 모션데이터를 입력받아 기존 모션데이터로부터 캐릭터의 각 관절이 갖는 애니메이션 값을 분석하여, 파라미터를 추출하는 모션분석모듈과, 캐릭터의 외관을 나타내는 기존 메쉬데이터, 파라미터 및 뼈대와 메쉬가 밀착을 위해 조합된 정보인 기존 스키닝데이터를 입력받아 변형된 메쉬데이터를 생성하는 메쉬변형모듈과, 기존 모션데이터를 입력받아 파라미터를 이용하여 모션을 변형시키는 모션변형모듈과, 변형된 메쉬데이터, 변형된 모션데이터 및 기존 스키닝데이터를 입력받아 최종적으로 카툰 스타일의 모션을 갖는 캐릭터 애니메이션 데이터를 생성하는 스키닝모듈로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 방법은, 캐릭터의 외관을 나타내는 기존 매쉬데이터, 캐릭터의 변형되지 않은 상태 모션을 데이터화한 기존 모션데이터 및 뼈대와 뼈대를 연결하는 기존 스키닝 데이터를 생성하는 생성단계와, 기존의 캐릭터 애니메이션 제작 방법으로 제작된 캐릭터 애니메이션이 존재할 때, 모션분석모듈은 이 캐릭터 애니메이션의 요소인 캐릭터의 기존 모션데이터의 애니메이션 값으로부터 파라미터를 추출하고 역방향 파라미터를 생성하는 추출단계와, 메쉬변형모듈이 FFD의 제어점에 모션 파라미터를 적용하여 기존 메쉬데이터를 변형하여 변형된 메쉬데이터를 생성하는 제1 변형 단계와, 모션변형모듈이 캐릭터의 기존 모션데이터에 앞서 언급한 파라미터(30)를 이용하여 기존 모션데이터를을 변형하고 변형된 모션데이터를 생성하는 제2 변형단계와, 스키닝데이터, 변형된 메쉬데이터 및 변형된 모션데이터를 이용하여 스키닝하여 최종적으로 카툰 스타일의 모션을 갖는 캐릭터의 최종 애니메이션 데이터를 생성하는 스키닝 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3차원의 카툰 애니메이션을 제작하기 위한 시스템 구성을 나타낸 블록 구성도이다.

도 1을 참조하여 보면, 본 발명은 모션분석모듈(100), 메쉬변형모듈(200), 모션변형모듈(300) 및 스키닝모듈(400)로 구성된다.

입력으로서 캐릭터의 외관을 나타내는 기존 메쉬데이터(10)와 캐릭터의 변형모션을 데이터화시킨 기존 모션데이터(20), 뼈대와 메쉬가 밀착을 위해 조합하여 기존의 방법으로 생성한 정보인 기존 스키닝데이터(60)가 있다.

먼저, 모션분석모듈(100)은 기존 모션데이터(20)를 입력받아 애니메이션의 요소인 캐릭터의 기존 모션데이터(20)로부터 캐릭터의 각 관절이 갖는 애니메이션 값(시간의 변화에 따른 캐릭터의 이동과 회전 정보)을 분석하여 파라미터(30a)를 추출한다. 즉, 모션분석모듈(100)은 캐릭터의 모션 궤적(trajectory)을 시험하여, 모션이 갖는 특징을 추출하는 과정으로 정의할 수 있으며, 캐릭터의 각 관절이 특정 시간 구간에서 이동에 따른 방향각과 거리, 관절의 회전각도의 경향을 파라미터(30a)로서 얻고, 이 파라미터(30a)의 반대 방향인 역방향 파라미터(30b)를 하나 더 생성하여 모션변형모듈(300) 및 메쉬변형모듈(200)로의 입력으로서 사용한다.

그리고, 기존 메쉬데이터(10)와, 생성된 역방향 파라미터(30b) 및 기존 스키닝데이터(60)를 메쉬변형모듈(200)로 입력하여 변형된 메쉬데이터(40)를 생성한다. 변형된 메쉬데이터(40)는 다음의 수학식 1에 의해 생성된다. 수학식 1은 다음과 같다.

상기한 식에서 B_{i0 , i1 , i2}는 제어점을 의미하며, 사용자가 캐릭터의 성격에 따라 파라미터(30a) 5및 역방향 파라미터(30b)를 조합하여 나온 값이다. 파라미터(30a)는 모션의 특징을 나타내는 인자들을 의미하며, 인체의 각 관절의 위치 및 회전 정보를 총 모션 시간에 대해 정해진 시간 간격으로 저장하고 있는 기존 모션데이터(20)로부터 다음의 파라미터들을 추출할 수 있다.

1. 캐릭터를 이루는 각 관절의 회전각 : 캐릭터 애니메이션을 위해서 캐릭터 대략 20~30개의 관절로 뼈대(skeleton)로 구성되며, 이 뼈대와 뼈대사이의 관절이 현재 시간(time)에서 갖는 x, y, z축의 회전각을 의미한다.

2. 각 관절의 각속도 : 현재 시간과 바로 이전 시간의 회전각을 이용하여 얻은 각속도(angular velocity) 값을 의미한다.

3. 각 관절의 각속도 변곡점 : 미리 정해진 임계값(threshold)이상 각속도가 급하게 변하는 지점을 의미한다.

4. 각 관절의 위치 : 현재 시간에서 3차원 공간좌표계에서 각 관절이 갖는 위치(x, y, z) 좌표를 의미한다.

5. 각 관절의 가속도 : 현재 시간과 바로 이전 시간의 위치를 이용하여 얻은 각 관절의 속도값을 의미한다.

6. 각 관절의 가속도 변곡점 : 미리 정해진 임계값(threshold)이상 가속도가 급하게 변하는 각 관절 지점을 의미한다.

각 관절의 각속도 변곡점 및 각 관절의 가속도 변곡점의 임계값도 파라미터(30a)가 될 수 있다.

기존 모션의 값에 파라미터(30a) 및 역방향 파라미터(30b)를 이용하여 변이를 주어 신규모션을 구축하는 것이다. 즉, 파라미터(30a) 및 역방향 파라미터(30b)를 조합하여 생성되는 기대효과와 후행효과와 같은 효과를 덧붙임으로써 신규모션을 생성할 수 있는 것이다.

제어점(B_i0,i1,i2)은 선행효과와 후행효과를 주기 위한 좌표점이며, 모션분석모듈(100)에 의해 추출된 파라미터(30a) 및 역방향 파라미터(30b)를 조합하여 구성할 수 있다. 제어점(B_i0,i1,i2)은 사용자가 그 캐릭터의 성격 및 성향에 따라 그 효과를 변경하여 설정할 수 있다. 한편, Md(x,y,z)는 변형된 메쉬데이터(40)를 출력하기 위한 메쉬함수이다. 그리고, N_{io , do}(x)는 FFD(freeform mesh deformation)함수를 조정하기 위한 입체 좌표중 x축 상에서의 가중치이며, N_{i1 , d1}(y)는 FFD함수를 조정하기 위한 입체 좌표중 y축 상에서의 가중치이며, N_{i2 , d2}(z)는 FFD함수를 조정하기 위한 입체 좌표중 z축 상에서의 가중치이다. 그리고, N_{io , do}(x)N_{i1, d1}(y)N_{i2, d2}(z)은 FFD 함수이다.

한편, 모션변형모듈(300)은 캐릭터의 기존 모션데이터(20), 파라미터(30a) 및 역방향 파라미터(30b)를 이용하여 모션을 변형시킨다. 이는 일반적인 툴을 이용하여 변형할 수 있다. 즉, 기존 모션데이터(20)를 이용하여 변형된 모션데이터(50)를 생성하는 수많은 방법이 존재하므로 이에 대해서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

보다 상세하게 설명하면, 모션변형모듈(300)은 앞서 기술한 기대효과(anticipation)와 후행효과를 추가하고, 기존 모션데이터(20)을 수정하여 만화적인 모션으로 변형된 변형된 모션데이터(50)를 생성한다.

스키닝모듈(400)은 변형된 메쉬데이터(40), 변형된 모션데이터(50) 및 기존 스키닝데이터(60)를 입력받아 최종적으로 카툰 스타일의 모션을 갖는 캐릭터의 최종 애니메이션 데이터(70 ; V_d)를 생성한다. 캐릭터의 최종 애니메이션 데이터(70 ; V_d)를 구하는 식은 다음의 수학식 2와 같다.

한편, 각각의 부호는 다음과 같다. V_s는 애니메이션과 상관없이 메쉬가 갖는 정점(vertex)들의 위치이며, M_f는 뼈대 애니메이션을 위한 행렬(matrix)로, Msb* Mb로 얻어진다. 여기서 Msb는 스키닝 오프셋을 나타내는 행렬이며, Mb는 애니메이션을 나타내는 행렬이다. Mb는 Mlb * Mp로 얻어지는데, Mlb는 뼈대에 있어 지역좌표계를 나타내는 행렬이며, Mp는 부모 뼈대의 행렬이다. Md는 메쉬 변형의 결과로 얻어진 행렬이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3차원의 카툰 애니메이션을 제작하는 과정을 나타낸 순서도이다.

도 2를 참조하여 보면, 먼저, 앞서 종래기술에서 언급한 바와 같이 캐릭터의 외관을 나타내는 기존 매쉬데이터(10), 캐릭터의 변형되지 않은 상태의 모션을 데이터화한 기존 모션데이터(20) 및 뼈대와 뼈대를 연결하는 정보인 기존 스키닝 데이터(60)를 생성한다(S202).

그리고, 기존의 캐릭터 애니메이션 제작 방법으로 제작된 캐릭터 애니메이션이 존재할 때, 모션분석모듈(100)은 이 캐릭터 애니메이션의 요소인 캐릭터의 기존 모션데이터(20)를 분석하여(S204), 캐릭터의 각 관절이 갖는 애니메이션 값(시간에 따른 이동과 회전 정보)에 대응하여 파라미터(30a) 및 역방향 파라미터(30b)를 생성한다(S206).

즉, 본 발명의 S204에 대해서 보다 상세하게 설명한다면, 캐릭터의 모션 궤적(trajectory)을 시험하여, 캐릭터의 모션이 갖는 특징을 추출하는 과정으로 정의할 수 있으며, 캐릭터의 각 관절이 특정 시간 구간에서 이동에 따른 방향각과 거리, 관절의 회전각도의 경향을 파라미터(30a)로서 얻고, 이 파라미터(30a)의 반대 방향인 역방향 파라미터(30b)를 하나 더 생성하여 모션변형모듈(300) 및 메쉬변형모듈(200)로의 입력으로서 각각 사용한다.

기대효과를 추가하거나 과장시킴으로서 캐릭터의 모션을 만화적으로 만들 수 있다. 그러나 만화적이란 느낌은 매우 주관적인 것이므로, 만화적 모션에는 모호성이 존재하게 된다. 따라서 메쉬변형모듈(200)이 기존의 메쉬데이터(10)를 변형한다(S208). 이러한 메쉬 변형을 위해 FFD를 사용한다. FFD는 메쉬와 이를 둘러싼 제어점으로 구성되어, 제어점의 움직임을 기존 메쉬데이터(10)에 반영하여 메쉬를 변형시키는 기존 방법이다. 즉, 단계 본 발명에서는 FFD의 제어점에 파라미터(30a) 및 역방향 파라미터(30b)를 이용하고 수학식 1을 적용하여 애니메이션과 결합된 변형된 메쉬데이터(40)를 생성한다(S210).

한편, 모션변형모듈(300)은 캐릭터의 기존 모션데이터(20)에 파라미터(30a) 및 역방향 파라미터(30b)를 이용하여 모션을 변형한다(S212). S212에서 기대효과와 후행효과를 추가하고, 이 추가된 모션에 맞도록 수학식 2를 적용하여 기존 모션데이터(20)를 수정함으로써 만화적인 모션으로 변형된 변형 모션데이터(50)을 생성한다(S214). 전술한 실시예에서는 S208이 S212에 선행하여 진행되는 것으로 표시하였지만, S208과 S212는 동시에 진행될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

후술하는 도 3에 나타나 있듯이 일반적으로 인간의 동작은 준비 단계(pre-action, 310)와 실제 동작 단계(action), 그리고 후행 단계(post-action, 320)로 분류될 수 있다. 실제 사람의 동작에서 준비 단계(310)와 후행 단계(320)의 동작은 크게 눈에 띄지 않아, 애니메이션 데이터에는 생략되어 있는 경우가 많다. 그러나 만화적인 동작에서는 이 부분이 매우 과장되어 있으며, 본 발명에서는 캐릭터의 생략된 애니메이션 데이터 준비 단계와 후행 단계의 동작을 파라미터(30a) 및 역방향 파라미터(30b)을 이용하여 생성하고, 기존 모션(20)의 앞뒤에 추가한 후, 기존 모션데이터(20)가 이들과 부드럽게 연결되도록 변형한다. 그 결과 변형되어 생성된 변형 모션(50)은 원래의 길이보다 긴 애니메이션이 생성된다.

후술하는 도 4a는 각 관절의 원래 모션데이터(20)를 좌표 형태로 나타낸 것이며, 도 4b는 변형된 모션데이터(50)로서, 준비 단계(310)의 동작과 후행 단계(320)의 동작이 기존 모션데이터(20)에 추가된 것을 좌표 형태로 나타낸 것이다. 즉, 각 관절의 원래 모션데이터(20)에 준비 단계(310)의 동작과 후행 단계(320)의 동작이 원래의 모션데이터(20)에 추가되어 도 4a와 도 4b를 합하여 변형된 모션ㄷ데이터(50)을 형성하고 있음을 나타낸 것이다. 바꿔 말하면, S212 및 S214를 통해 기대 단계(310) 및 후행 단계(320)를 추가하여 캐릭터의 모션을 과장시킴으로써 셀 애니메이션에 가깝게 만화적으로 만들 수 있다.

한편, 기존의 방법으로 만들어진 스키닝데이터(60)와 S210에서 생성된 변형된 메쉬데이터(40) 및 S214에서 생성된 변형된 모션데이터(50)를 이용하여 스키닝한다(S216). S216의 스키닝을 통해 최종적으로 카툰 스타일의 모션을 갖는 캐릭터 의 최종 애니메이션 데이터(70)가 생성된다(S218).

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 애니메이션의 단계를 시간에 따라 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하여 보면, 일반적으로 인간의 동작은 준비 단계(pre-action, 310)와 실제 동작 단계(action), 그리고 후행 단계(post-action, 320)로 분류될 수 있다. 실제 사람의 동작에서 준비 단계(310)와 후행 단계(320)의 동작은 크게 눈에 띄지 않아, 애니메이션 데이터에는 생략되어 있는 경우가 많다. 그러나 만화적인 동작에서는 이 부분이 매우 과장되어 있어 생동감을 불러 일으킨다. 따라서, 본 발명에서는 캐릭터의 생략된 애니메이션 데이터 준비 단계(310)와 후행 단계(320)의 동작을 파라미터(30a) 및 역방향 파라미터(30b)를 조합하여 생성하고, S212에서와 같이 기존 모션의 앞뒤에 추가한 후, 기존 모션데이터(20)가 이들과 부드럽게 연결되도록 변형한다. 그 결과 변형되어 생성된 변형 모션데이터(50)를 이용한 애니메이션은 원래의 애니메이션 길이보다 긴 애니메이션이 생성된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 모션데이터 및 변형된 모션데이터를 좌표형태로 나타낸 그래프이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하여 보면, 도 4a는 각 관절의 원래 모션데이터(20)를 의미하며, 도 4b는 아래 그림은 변형된 모션(50)으로, 준비 단계(310)의 동작과 후행 단계(320)의 동작이 원래의 모션데이터(20)에 추가되어 변형된 모션데이터(50)를 생성함을 나타낸다.

도 5는 본 발명의 애니메이션에 따른 메쉬 변형을 설명하기 위한 개념을 나 타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 새로운 메쉬 변형을 이용하여 제작된 카툰 애니메이션의 한 예를 나타낸 예시도이다.

도 5 및 도 6을 참조하여 보면, 도 5의 상부에는 시간축이 도시되어 있으며 시간 축(120)에 있어서 위의 그림은 기존의 스키닝(60)이 적용된 캐릭터 애니메이션을 의미하며, 뼈대의 움직임에만 기존 메쉬데이터(10)가 변형하고, 애니메이션의 진행방향(130)에는 기존 메쉬데이터(10) 변형이 이루어지지 않는 것을 보여준다. 반면 도 5의 아래 그림은 본 발명에서 제안하는 것으로, 뼈대 변형에 따른 메쉬 변형뿐 아니라, 애니메이션의 진행방향(130)에 따라서 변형된 메쉬데이터(40)에 의해 외형이 형성된다.

다시 스키닝모듈(400)은 기존 스키닝데이터(60)를 이용하여, 뼈대 애니메이션에 따라 변형된 메쉬데이터(40)와 변형된 모션데이터(50)를 변형하여 최종 애니메이션 데이터(70)를 생성한다. 최종 애니메이션 데이터(70)에 의해 애니메이션의 진행방향(130)에 따라 도 6과 같은 애니메이션이 만들어진다.

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

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경 및 변환이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 3차원 애니메이션 제작 기법을 이용하면서도 2차원 셀 애니메이션 스타일의 애니메이션을 제작할 때 캐릭터가 2차원 카툰(만화) 스타일로 동작하도록 기존 모션을 변형하고 애니메이션에 따라 메쉬를 만화적으로 과장되게 변형하며 캐릭터가 이를 수용할 수 있는 구조를 제공함으로써, 보다 생동감있는 2차원 애니메이션에 가까운 3차원 애니메이션을 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 3차원 애니메이션 제작기법을 이용하여 2차원 셀 애니메이션 스타일의 애니메이션을 제작할 때, 기존의 카툰 렌더링으로 해결할 수 없었던 2차원 셀 스타일의 캐릭터 동작을 제공할 수 있으므로 보다 다양한 동작을 표현할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서 제시한 이러한 변형은 카툰 스타일뿐 아니라, 다른 여러 스타일에도 적용될 수 있으며, 인터넷 기반의 어플리케이션이나, 가상현실 시스템 및 게임 등에도 사용될 수 있는 등 그 활용분야가 다양한 효과가 있다.

Claims (13)

1. 캐릭터의 변형되지 않은 모션을 데이터화한 기존 모션데이터를 입력받아 상기 기존 모션데이터로부터 캐릭터의 각 관절이 갖는 애니메이션 값을 분석하여, 파라미터를 추출하는 모션분석모듈과;

   캐릭터의 외관을 나타내는 기존 메쉬데이터, 상기 파라미터 및 뼈대와 메쉬가 밀착을 위해 조합된 정보인 기존 스키닝데이터를 입력받아 변형된 메쉬데이터를 생성하는 메쉬변형모듈과;

   상기 기존 모션데이터를 입력받아 상기 파라미터를 이용하여 모션을 변형시키는 모션변형모듈과;

   상기 변형된 메쉬데이터, 상기 변형된 모션데이터 및 상기 기존 스키닝데이터를 입력받아 최종적으로 카툰 스타일의 모션을 갖는 캐릭터 애니메이션 데이터를 생성하는 스키닝모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 애니메이션 값은 시간의 변화에 따른 캐릭터의 이동과 회전 정보인 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 파라미터는,

   캐릭터를 이루는 각 관절의 회전각, 캐릭터의 각 관절의 각속도, 캐릭터의 각 관절의 각속도 변곡점, 캐릭터의 각 관절의 위치, 캐릭터의 각 관절의 가속도, 캐릭터의 각 관절의 가속도 변곡점 및 상기 각 관절의 각속도 변곡점과 상기 각 관절의 가속도 변곡점을 설정하는 기설정된 임계값인 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 모션분석모듈은,

   상기 파라미터의 반대 방향인 상기 역방향 파라미터를 더 생성하여 모션변형모듈과 메쉬변형모듈로의 입력으로 사용하는 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   상기 변형된 메쉬데이터는 다음의 수학식에 의해 계산되며,

   

   상기 Md(x,y,z)는 변형된 메쉬데이터(40)를 출력하기 위한 메쉬함수를 의미하고, 상기 B_{i0 , i1 , i2}는 상기 파라미터 및 역방향 파라미터를 조합하여 구성한 제어점을 의미하며, 상기 N_{io , do}(x)는 FFD함수를 조정하기 위한 입체 좌표중 x축 상에서의 가중치이고, 상기 N_{i1 , d1}(y)는 FFD함수를 조정하기 위한 입체 좌표중 y축 상에서의 가중치이며, 상기 N_{i2 , d2}(z)는 FFD함수를 조정하기 위한 입체 좌표중 z축 상에서의 가중치이고, 상기 N_{io , do}(x)N_{i1, d1}(y)N_{i2, d2}(z)은 FFD 함수를 의미하는 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 시스템.
6. 제1항에 있어서,

   상기 캐릭터의 최종 애니메이션 데이터(V_d)는 다음의 수학식에 의하여 구하며,

   

   상기 V_s는 애니메이션과 상관없이 메쉬가 갖는 정점(vertex)들의 위치이며, 상기 M_f는 뼈대 애니메이션을 위한 행렬이고, Msb* Mb로 얻어지며, 상기 Msb는 스키닝 오프셋을 나타내는 행렬이며, 상기 Mb는 애니메이션을 나타내는 행렬이고, 상기 Mb는 Mlb * Mp로 얻어지며, Mlb는 뼈대에 있어 지역좌표계를 나타내는 행렬이고, Mp는 부모 뼈대의 행렬이며, Md는 메쉬 변형의 결과로 얻어진 행렬인 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 시스템.
7. 캐릭터의 외관을 나타내는 기존 매쉬데이터, 캐릭터의 변형되지 않은 상태 모션을 데이터화한 기존 모션데이터 및 뼈대와 뼈대를 연결하는 기존 스키닝 데이터를 생성하는 생성단계와;

   기존의 캐릭터 애니메이션 제작 방법으로 제작된 캐릭터 애니메이션이 존재할 때, 모션분석모듈은 이 캐릭터 애니메이션의 요소인 캐릭터의 기존 모션데이터의 애니메이션 값으로부터 파라미터를 추출하고 역방향 파라미터를 생성하는 추출단계와;

   메쉬변형모듈이 FFD의 제어점에 모션 파라미터를 적용하여 기존 메쉬데이터를 변형하여 변형된 메쉬데이터를 생성하는 제1 변형 단계와;

   모션변형모듈이 캐릭터의 기존 모션데이터에 앞서 언급한 파라미터(30)를 이용하여 기존 모션데이터를을 변형하고 변형된 모션데이터를 생성하는 제2 변형단계 와;

   상기 스키닝데이터, 상기 변형된 메쉬데이터 및 변형된 모션데이터를 이용하여 스키닝하여 최종적으로 카툰 스타일의 모션을 갖는 캐릭터의 최종 애니메이션 데이터를 생성하는 스키닝 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 방법.
8. 제7항에 있어서,

   상기 애니메이션 값은 시간의 변화에 따른 캐릭터의 이동과 회전 정보인 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 방법.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,

   상기 파라미터는,

   캐릭터를 이루는 각 관절의 회전각, 캐릭터의 각 관절의 각속도, 캐릭터의 각 관절의 각속도 변곡점, 캐릭터의 각 관절의 위치, 캐릭터의 각 관절의 가속도, 캐릭터의 각 관절의 가속도 변곡점 및 상기 각 관절의 각속도 변곡점과 상기 각 관절의 가속도 변곡점을 설정하는 기설정된 임계값인 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 방법.
10. 제7항에 있어서,

    제1항에 있어서,

    상기 변형된 메쉬데이터는 다음의 수학식에 의해 계산되며,

    

    상기 Md(x,y,z)는 변형된 메쉬데이터(40)를 출력하기 위한 메쉬함수를 의미하고, 상기 B_{i0 , i1 , i2}는 상기 파라미터 및 역방향 파라미터를 조합하여 구성한 제어점을 의미하며, 상기 N_{io , do}(x)는 FFD함수를 조정하기 위한 입체 좌표중 x축 상에서의 가중치이고, 상기 N_{i1 , d1}(y)는 FFD함수를 조정하기 위한 입체 좌표중 y축 상에서의 가중치이며, 상기 N_{i2 , d2}(z)는 FFD함수를 조정하기 위한 입체 좌표중 z축 상에서의 가중치이고, 상기 N_{io , do}(x)N_{i1, d1}(y)N_{i2, d2}(z)은 FFD 함수를 의미하는 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 방법.
11. 제7항에 있어서,

    상기 캐릭터의 최종 애니메이션 데이터(V_d)는 다음의 수학식에 의하여 구하며,

    

    상기 V_s는 애니메이션과 상관없이 메쉬가 갖는 정점(vertex)들의 위치이며, 상기 M_f는 뼈대 애니메이션을 위한 행렬이고, Msb* Mb로 얻어지며, 상기 Msb는 스키닝 오프셋을 나타내는 행렬이며, 상기 Mb는 애니메이션을 나타내는 행렬이고, 상기 Mb는 Mlb * Mp로 얻어지며, Mlb는 뼈대에 있어 지역좌표계를 나타내는 행렬이고, Mp는 부모 뼈대의 행렬이며, Md는 메쉬 변형의 결과로 얻어진 행렬인 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 방법.
12. 제7항에 있어서,

    상기 제2 변형단계는,

    실제 동작 단계에 상기 파라미터 및 상기 역방향 파라이터를 이용하여 캐릭터의 생략된 애니메이션 데이터 준비 단계와 후행 단계의 동작을 생성하고 상기 기존 모션데이터의 각각 앞뒤에 추가한 후, 기존 모션이 이들과 부드럽게 연결되도록 변형하는 것을 특징으로 하는 캐릭터 애니메이션과 메쉬 변형을 이용한 카툰 애니메이션 제작 방법.
13. 캐릭터의 외관을 나타내는 기존 매쉬데이터, 캐릭터의 변형되지 않은 상태 모션을 데이터화한 기존 모션데이터 및 뼈대와 뼈대를 연결하는 기존 스키닝 데이터를 생성하는 생성단계와;

    기존의 캐릭터 애니메이션 제작 방법으로 제작된 캐릭터 애니메이션이 존재할 때, 모션분석모듈은 이 캐릭터 애니메이션의 요소인 캐릭터의 기존 모션데이터의 애니메이션 값으로부터 파라미터를 추출하고 역방향 파라미터를 생성하는 추출단계와;

    메쉬변형모듈이 FFD의 제어점에 모션 파라미터를 적용하여 기존 메쉬데이터를 변형하여 변형된 메쉬데이터를 생성하는 제1 변형 단계와;

    모션변형모듈이 캐릭터의 기존 모션데이터에 앞서 언급한 파라미터(30)를 이용하여 기존 모션데이터를을 변형하고 변형된 모션데이터를 생성하는 제2 변형단계와;

    상기 스키닝데이터, 상기 변형된 메쉬데이터 및 변형된 모션데이터를 이용하여 스키닝하여 최종적으로 카툰 스타일의 모션을 갖는 캐릭터의 최종 애니메이션 데이터를 생성하는 스키닝 단계를 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록한 기록매체.

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