3D 컴퓨터 애니메이션이란 무엇일까?

텔레비전에 나오는 만화 영화 속 공룡이 뛰어다니고, 게임 속 용이 날개를 펄럭입니다. 이 그림들은 사람이 손으로 한 장 한 장 그린 걸까요? 요즘은 대부분 컴퓨터가 만듭니다. 이것을 컴퓨터 애니메이션이라고 불러요.

그중에서도 앞뒤가 있고 위아래가 있는, 진짜 물건처럼 생긴 그림으로 움직임을 만드는 것이 바로 3D 컴퓨터 애니메이션입니다.

애니메이션은 그냥 '빠르게 넘긴 그림'이에요

공책 귀퉁이에 그림을 조금씩 다르게 그려 본 적 있나요? 종이를 촤르륵 넘기면 그림이 움직이는 것처럼 보이지요. 이것이 애니메이션의 비밀입니다.

우리 눈은 아주 빠르게 바뀌는 그림을 하나의 움직임으로 착각합니다. 그래서 조금씩 다른 그림을 1초에 24장쯤 보여 주면, 그림이 살아 움직이는 것처럼 느껴져요.

이 한 장 한 장의 그림을 프레임이라고 부릅니다. 애니메이션은 결국 프레임을 엄청나게 많이 쌓아 놓은 것이에요.

2D와 3D는 무엇이 다를까?

도화지에 그린 그림은 2D입니다. 가로와 세로만 있어요. 아무리 돌려 봐도 옆모습은 볼 수 없습니다. 그림은 납작하니까요.

3D는 여기에 '깊이'가 하나 더 있습니다. 찰흙으로 빚은 인형을 떠올려 보세요. 앞에서도 보고, 옆에서도 보고, 뒤로 돌려서도 볼 수 있지요. 3D 컴퓨터 애니메이션은 컴퓨터 속에 이런 찰흙 인형을 만드는 일과 같습니다.

다만 진짜 찰흙이 아니라 숫자로 된 인형이에요. 컴퓨터는 점의 위치를 숫자로 기억합니다.

3D 캐릭터는 이렇게 만들어요

1단계 — 모델링: 찰흙 빚기

먼저 캐릭터의 몸을 만듭니다. 이것을 모델링이라고 해요. 컴퓨터 안에서 점을 콕콕 찍고, 그 점들을 선으로 잇고, 선들 사이를 면으로 채웁니다.

마치 종이접기처럼 작은 삼각형 수만 개를 이어 붙여서 얼굴, 팔, 다리를 만드는 것이지요. 이렇게 만든 형태를 모델이라고 부릅니다.

2단계 — 리깅: 뼈대 넣기

모델만 있으면 딱딱한 조각상입니다. 움직이려면 뼈대가 필요해요. 우리 몸에 뼈와 관절이 있어서 팔을 굽힐 수 있는 것과 똑같습니다.

컴퓨터 캐릭터 안에도 보이지 않는 뼈를 심어 줍니다. 이 일을 리깅이라고 해요. 뼈를 움직이면 그 주변의 살(모델 표면)도 따라 움직이게 연결해 두는 것이지요.

3단계 — 키프레임: 중요한 순간만 정하기

이제 움직임을 만들 차례입니다. 그런데 1초에 24장씩, 10초면 240장을 전부 사람이 정해야 할까요? 너무 힘들겠지요.

그래서 사람은 중요한 순간만 정해 줍니다. 예를 들어 팔을 드는 동작이라면 "0초에 팔은 아래", "1초에 팔은 위" 이렇게 두 장면만 정하는 거예요. 이 중요한 장면을 키프레임이라고 합니다.

그러면 컴퓨터가 그 사이를 알아서 채웁니다. 팔이 조금씩 올라가는 중간 그림들을 자동으로 계산해 주지요. 이것을 '사이를 메운다'는 뜻으로 인비트위닝이라고 불러요.

렌더링 — 컴퓨터가 그림을 '찍는' 순간

여기까지 만든 것은 아직 숫자 덩어리입니다. 컴퓨터 화면에는 회색 인형처럼 밋밋하게 보여요.

마지막으로 컴퓨터가 색깔, 그림자, 반짝임을 계산해서 진짜 사진처럼 만듭니다. 이 과정을 렌더링이라고 해요. 사진기로 찰칵 찍는 순간과 비슷합니다.

렌더링을 하면 이런 일들이 일어납니다.

• 빛이 어디서 오는지 계산합니다.
• 그림자가 어디에 생기는지 계산합니다.
• 피부는 부드럽게, 쇠붙이는 반짝이게 표현합니다.
• 멀리 있는 것은 흐릿하게 만듭니다.

렌더링은 시간이 아주 오래 걸립니다. 극장에서 보는 애니메이션 영화는 그림 한 장을 만드는 데 몇 시간이 걸리기도 해요. 그래서 큰 회사들은 컴퓨터 수천 대를 한꺼번에 돌립니다.

빛을 따라가는 방법

렌더링 방법 중에 광선 추적이라는 것이 있습니다. 빛줄기 하나하나가 어디로 튕겨 나가는지 컴퓨터가 따라가면서 계산하는 방법이에요.

거울에 비친 모습, 유리를 통과한 빛, 물에 비친 그림자까지 아주 진짜처럼 만들 수 있습니다. 대신 계산할 것이 정말 많아서 느리답니다.

전체 흐름을 한눈에

게임은 왜 바로바로 움직일까?

영화는 미리 몇 달 동안 렌더링을 해 둡니다. 하지만 게임은 다르지요. 우리가 조종하는 대로 그 자리에서 바로 움직여야 합니다.

그래서 게임용 컴퓨터는 1초에 60장씩 그림을 새로 만들어 냅니다. 눈 깜짝할 사이에 계산을 끝내야 하니까, 영화만큼 정밀하게는 못 만들어요. 대신 아주 빠릅니다.

영화는 느리지만 아름답게, 게임은 조금 덜 정밀해도 빠르게. 목적이 다르니 방법도 다른 거예요.

움직임을 훔쳐 오는 기술

사람이 걷는 모습을 자연스럽게 만들기는 정말 어렵습니다. 그래서 아예 진짜 사람의 움직임을 그대로 가져오기도 해요.

배우에게 점이 잔뜩 붙은 옷을 입히고 연기를 시킵니다. 여러 대의 카메라가 그 점들의 위치를 계속 기록해요. 그 기록을 컴퓨터 캐릭터의 뼈대에 그대로 씌우면, 캐릭터가 배우처럼 움직입니다.

이것을 모션 캡처라고 불러요. '움직임을 붙잡는다'는 뜻입니다.

정리해 볼까요

• 애니메이션은 조금씩 다른 그림을 빠르게 넘겨서 움직임처럼 보이게 하는 것입니다.
• 3D는 깊이가 있어서 돌려 볼 수 있는 '컴퓨터 속 찰흙 인형'입니다.
• 모양을 만들고(모델링), 뼈대를 넣고(리깅), 중요한 장면을 정하고(키프레임), 그림으로 뽑아냅니다(렌더링).
• 영화는 오래 걸려도 예쁘게, 게임은 빠르게 만듭니다.
• 진짜 사람의 움직임을 가져오는 모션 캡처도 있습니다.

좋아하는 애니메이션 영화나 게임을 다시 볼 때, 캐릭터의 그림자와 팔이 굽는 방식을 한번 살펴보세요. 그 뒤에 얼마나 많은 계산이 숨어 있는지 느껴질 거예요.