실시간 페이스 캡쳐 시스템의 응용 표현에 관한 연구 = On System-related Research of Real Time Camera Face Capture
저자
발행사항
부산 : 동서대학교 디자인&IT 전문대학원, 2010
학위논문사항
학위논문(석사)-- 동서대학교 디자인&IT 전문대학원 : 디자인학과 2010. 2
발행연도
2010
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
부산
형태사항
47 p. ; 26cm
소장기관
영화기술의 발전과 더불어 페이스 캡쳐(face capture)기술을 영화에 대량으로 사용하고 있다. 이는 어떤 영화에서 진짜 사람이 출현할 수 없는 상황을 해결하였고, 따라서 영화에서 갈수록 많은 가상캐릭터(허구인물)가 출현하게 되었다. 예를 들면《반지의 제왕》,《킹콩》,《슈렉》,《폴라 익스프레스》,《아바타》등 영화에서는 모두 이 기술을 응용하였으며, 상당히 높은 평가와 상업적 가치를 취득하였다. 그 중 아바타는 영화 역사상 역대흥행 성적 1위(박스 오프시 차트 랭킹 1위)에 올랐다. 본문은 첫번째로 페이스 캡쳐기술을 사용한 “반지의 제왕”으로부터 지금 한창 열기를 띠고 있는 “아바타”에 이르기까지, 사용된 기술, 시스템의 우결점(우점과 결점), 페이스캡쳐의 발전과정 등을 분석 비교함으로서, 페이스 캡쳐기술의 응용에 대하여 연구하고자 한다. 모션캡쳐(퍼포먼스 캡쳐)기술의 발전은 비교적 이르며(빠르다) 상세기(20세기) 80년대에 이미 개발되어, 미국Biomechanics 실험실, Simon Fraser 대학, 매사 추세츠 공과 대학교에서 컴퓨터 인체 모션캡쳐에 대한 연구를 진행 하였으며, 페이스 캡쳐기술(이모션 캡쳐)이 따라서 개발되었다. 이 기술이 정식으로 상업제작에 응용된 시기는 2001년이다. 영화 “반지의 제왕”에서 골룸은 사람들에게 깊은 인상을 남겨주었다. 그는 추한 외모를 가진 호빗족으로서, 영화에서는 완전한 3D 가상 캐릭터이며, 캐릭터의 신체와 얼굴표정 변화는 전적으로 진짜 사람의 동작을 캡쳐하여 완성한 것이다.
본문에서 분석하고자 하는 작품은 maya와Max/msp/jitte 을 공동으로 이용하여 제작한 시스템으로서, 명칭은R.T.C Face capture이다. maya부분은 blendshape와 Rig을 포함하며, Blendshape은 maya가 자체로(셀프 lf) 가지고 있는 표정제작 도구이며, 대부분의 표정 애니메이션은 Blendshape으로 제작할수 있다. 원리는 모델을 카피한 후 퓨전변형을 진행하여 기쁘거나 화내는 등 얼굴표정을 제작한다. 그리고 마지막으로 Blendshape을 통하여 새로운 디포머를 생성하는데, 일반적으로 약 20개의 모델을 제작해야 생동감 있는 효과에 달할 수 있다. Rig은maya중의 컨트롤러로서, 표정변화를 편리하게 제어할 수 있으며, 또 Rig와Max/msp/jitter 연계를 통하여 데이터 전송을 실행할수 있다. Max/msp/jitter는 주요하게color capture부분을 연구하며 카메라로 사람의 얼굴 표정변화를 찍은 후 컬러 센서점(마커)의 위치이동을 기록하고 Max/msp/jitter는 컬러의 이동에 대하여 데이터 분석을 진행 한 후maya중의Rig에 전송함으로서, 카메라 실시간 페이스 캡쳐를 실현하여3D표정 애니메이션을 생성한다.이 시스템을 이용하여 《막차》라는 3D 애니메이션을 제작하였다. 한 청년이 마지막 버스를 기다릴때 발생한 재밌는 에피소드를 다룬 것으로서 본 작품에서 출현하는 모든 표정은 전부 R.T.C 시스템으로 제작한 것이다. 전반 작품의 제작과정은 세개 부분으로 나뉘어서 완성되었다. 첫번째는 사전 준비작업 단계이며, 스크립트와 Maya에서 캐릭터의 모델과 바인딩 과정을 포함한다. 두번째 단계는 표정을 캡쳐하는 과정인데, 카메라로 진짜 표정을 찍은 뒤 R.T.C 시스템에 입력시켜 최종적으로Maya의 모델표정을 컨트롤 한다. 세번째 단계는 편집단계(Postproduction)로서, Maya에서 렌더링과정을 마친 후After Effect에서 합성하여 단편으로 제작한다.
본문의 연구목적은 기존 이모션(emotion) 캡쳐기술에 대하여 새로운 탐색과 시도를 진행하여Maya와Max/msp/jitter의 결합을 통하여 3D 애니메이션 단편작품을 제작하는 것이다. 본 시스템의 우세는(우월한 점) 실시간 표정캡쳐가 가능하며 3D 애니메이션 제작 속도를 증가시킬 수 있다. 단점은 정밀도가 부족한 것이다. 얼굴의 센서점을 증가시키면 보다 풍부한 표정을 캡쳐할수 있으며 시스템을 진일보 완벽화 시킬수 있다.
Face capture technology is researched and developed with the bases of Motion capture technology, and applied more and more in these fields in recent years like film, 3D animation, and games etc. To understand Face capture technology, we must understand the working principles of Motion capture first.
Motion capture technology involves these data on the aspects like location and direction finding etc. in the size measurement and physical space, which can be understood and processedby computer. We should set up tracker at the key parts of an object in motion, captures tracker’s position with Motion capture system. And then, after processing it with the computer, we transmit data that can be applied in the animation to the users. When the data is identified by computer, the animator can adjust and control the moving objects in the scene generated by computer.
From the application point of view, performance animation system can be mainly divided into two types: capture of expression and capture of physical activities; from real-time point of view, it can be divided into real-time capture system and non real-time capture system. From the technical point of view, the essence of motivation capture is to measure, track and record the movement locus of objects in three-dimensional space.
In the previous 3D animation, we are using the three-dimensional animation software (such as 3D MAX MAYA) to produce the images of three-dimensional role and adjust the role action. All the role movements are adjusted by the operator manually, therefore, the production work of movements become very cumbersome, complex, inefficient and are prone to errors. As a result, most of the movements produced by 3D animation software will need very long operating time, and some movements produced are very clumsy. It’s not difficult to find this phenomenon in some films and television works.
However, the animation system based on Face Capture has changed this situation, which can capture actor’s expressions naturally, and there is no need for animators to re-create. These movements are very characteristic and very sharp, for example: in the figures produced by computer, the actions of male and female expressions are different. After recording the data of actual movement, we have to input it into a computer, and reinstate in the virtual camera by computer when processed. Since it records the actual movements of objects, it’s precise in the movements, high in efficiency, and very realistic in the effect of animation. In recent years, with the development of Motion Capture technology, many film and television production companies as well as game companies have began to abandon the traditional methods of adjusting role movements manually under 3D software in order to achieve the most perfect effect of products, which is replaced by more true and accurate Motion Capture technology.
At present, Face Capture is mainly applied in the fields of animation, video and games in CG. There are generally two functions in the fields of animation and film. The first is to save cost and reduce the difficulty of producing stunt in animation and film; the second is to make the expression of 3D role in animation and film become more realistic and more plentiful. Expression capture here plays the role of animators. Expression capture technology has not yet been widely used in the field of game, but many game companies have began to focus on the R & D of man-machine interaction game, such as the Nintendo wii sensor controller, the especial expressions capturecamera researched and developed by sony for PS, the PS3's motion-sensing games etc. I believe that this technology will have unlimited development potential and space in the future.
Existing Motion capture and Face capture are used by part of the larger film and television companies, animation companies and universities. The system needs a professional infrared camera to capture, as well as the relevant facilities like light sensors point, which make the facilities complex and prices much higher, so they are still not widely used. Moreover, most systems do not support real-time expressions capture, and need the later analysis of video to complet animation.
In summary, through the studies of maya as well as Max, MSP and jitter, this paper tries to develop a new set of Face capture system, which enables ordinary cameras to capture expressions in real-time, can greatly reduce the cost of the system, and has widespread applications. It can be used for producing set key of expression animation, film and television expression of virtual characters, as well as the real-time expression capture of interactive games. I hope I can develop a set of low-cost, real-time expression capture system, which set animators free from the tedious expression animation and make animation a simple and happy thing.
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