컴퓨터그래픽스 역사 - 3D 컴퓨터 애니메이션
영원한 인간사랑 ・ 2023. 11. 27. 17:10
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컴퓨터그래픽스 역사
3D 컴퓨터 애니메이션
3차원 컴퓨터 애니메이션은 컴퓨터를 이용해 제작한 3차원 공간의 동영상과 동영상 제작 과정, 제작 기법 등을 통틀어 이르는 말이다. X축과 Y축으로 이루어진 평면 공간에 Z축을 추가해 배경과 사물, 캐릭터 등이 입체적으로 표현된다.
1. 3D CG의 제작과정
1971년 물체에 입체감과 질감을 주는 음영 처리 방법인 고라우드 셰이딩(Gouraud Shading)을 개발한 앙리 구로(Henri Gouraud, 1944~ )
ⓒ 커뮤니케이션북스
3차원 컴퓨터 애니메이션은 물체를 만드는 모델링 작업, 움직임을 주는 애니메이션, 음영처리를 하는 셰이딩, 연산 처리로 최종적인 화면을 만드는 렌더링 단계를 거쳐 완성된다.
모델링은 입체적인 3차원 물체의 형태를 형상화하는 작업인데, 크게 넙스(Nurbs : Non-Uniform Rational B-Spline) 방식과 폴리곤(Polygon) 방식으로 나뉜다. 넙스 방식은 커브와 면을 수학적으로 계산해 만들어 내는 방식으로 부드러운 곡선 형태의 물체를 형상화하는 게 강점이다. 폴리곤 방식은 다각형 면의 집합으로 물체를 형성하는 방식이다. 정밀한 물체를 표현하는 데 있어 제작이 쉽고 빠르다는 장점과 함께 데이터가 무거워진다는 단점이 있다.
애니메이션 단계에서는 물체의 움직임에서 중요한 지점이나 자세에 키 프레임을 지정하는 작업을 한다. 시각의 지속성, 즉 잔상이론에 근거해 필름에서는 초 당 24장, 비디오에서는 초 당 30장의 프레임을 만들게 된다.
셰이딩, 즉 음영 처리 작업은 물체의 표면에 색을 입혀 입체감과 질감을 주는 과정이다. 다각형의 면마다 단색을 지정해 렌더링 시간이 빠른 반면 단조롭고 거친 질감의 플랫 셰이딩(Flat Shading)과 부드럽고 사실적 표현이 가능한 고급 셰이딩 기법인 스무드 셰이딩(Smooth Shading)으로 나뉜다. 스무드셰이딩은 1971년에 유타대학교의 헨리 고라우드(Henri Gouraud) 박사가 개발한 고라우드 셰이딩(Gouraud Shading)에서 1974년에 역시 유타대학교의 베트남 출신인 부이 투엉 퐁(Bui Tuong Phong)이 개발한 퐁 셰이딩(Phong Shading)으로 진화했다. 1980년에 물체의 표면을 고도로 반사시키고 극사실적 표현을 가능하게 해 준 레이 트레이싱(Ray Tracing) 기법을 터너 휘티드(Turner Whitted)가 개발했다. 질감을 입히는 텍스처 매핑(Texture Mapping), 조명 등도 셰이딩 작업에 포함된다.
렌더링은 여러 명령을 계산해 최종적인 화면을 만드는 과정이다. 물체의 수와 텍스처(texture)의 양, 셰이딩의 방식, 해상도의 높고 낮음에 따라 렌더링 수준과 시간이 결정된다. 셰이딩 작업을 렌더링의 단계로 보기도 한다.
2. 3D 애니메이션 소프트웨어
1983년에 캐나다 토론토에 설립된 알리아스시스템즈(Alias Systems Corporation)는 이듬해 고품질 3D 그래픽 소프트웨어인 〈알리아스(Alias)〉를 발표했다. CAD/CAM과 데이터 호환이나 모델링과 자연현상을 표현하는 비주얼 이펙트에 강점을 보여 산업디자인 애니메이션에 적합하다는 평가를 받았다.
시판되는 컴퓨터 애니메이션 툴이 없었던 1984년 미국 산타바버라에서 컴퓨터그래픽스 장비 제작을 목적으로 웨이브프론트(Wavefront)가 설립되었다. 이 회사는 자체 브랜드를 생산했다. 주로 학문적인 연구 분야에서 사용했고, 렌더링에서 물체의 사실감이 떨어지는 단점이 부각되었다. 1995년에 알리아스와 함께 실리콘그래픽스(Silicon Graphics)에 매각·합병되어 알리아스/웨이브프론트로 개명, 2003년에 다시 알리아스로 변경했다. 이후 2006년 1월에는 오토데스크(Autodesk)에 매각되었다.
1986년은 3D 프로그램 패키지에서 크게 진보한 해였다. 우선 크리스털 그래픽스(Crystal Graphics)가 최초의 PC급 3D 애니메이션 프로그램 〈토파즈(TOPAS)〉를 발표했다. 또한 프랑스의 TDI(Thomson Digital Image)가 〈익스플로러(Explore)〉를 개발했다. 〈익스플로러〉는 풍부한 텍스처 라이브러리를 통해 다양한 표면 재질을 표현할 수 있으며, 모델링 기능의 강화로 물체의 꼬임, 늘림, 회전, 굽힘 등의 표현이 가능했다.
이 해에는 또 캐나다 몬트리올에서 캐나다 전국영화위원회와 영화제작자인 대니얼 랭글로이스(Daniel Langlois)가 주축이 되어 소프트이미지(Softimage, Co.)를 설립했다. 소프트이미지는 1988년 빠르고 사용하기에 편한 3D 애니메이션 패키지를 개발했다. 초기의 명칭은 〈소프트이미지 크리에이티브 인바이론먼트(Softimage Creative Environment)〉였으며 후에 〈소프트이미지 3D〉로, 다시 〈소프트이미지 XSI〉로 업그레이드하며 명칭을 변경했다. 캐릭터 애니메이션과 렌더러(Renderer)의 독자적 방식인 멘탈레이(Mental Ray)에 강점이 있었다. 1994년에 마이크로소프트, 1998년에 아비드 테크놀로지로 매각되었다가 2008년 10월에 다시 오토데스크가 인수했다.
1990년에는 오토데스크가 PC 기반의 3D 소프트웨어 〈3D Studio〉를 발표했고 이후 〈3D 스튜디오 맥스(Max)〉를 거쳐 2009년에 〈Autodesk 3ds Max〉로 명칭을 변경했다. 이 프로그램은 PC 기반의 3D 소프트웨어 시장에서 오랫동안 선두를 지키고 있다.
1998년에 알리아스/웨이브프론트가 발표한 〈마야(MAYA)〉는 새로운 작업 환경과 편리한 사용자 인터페이스를 제공한 강력한 3D 애니메이션 소프트웨어 프로그램이다.
3. 3D 애니메이션의 역사
1970년에 보잉의 윌리엄 페터(William Fetter)가 노렐코(Norelco) 면도기를 3차원 모델로 만들어 사용법을 보여 주는 TV 광고를 제작한 것이 최초의 3D 시뮬레이션이었다.
1982년 디즈니가 발표한 장편영화 〈트론〉은 3D 컴퓨터 애니메이션과 실사의 합성 영화로 비록 흥행은 실패했지만 약 20분의 애니메이션 장면은 당시로선 가장 긴 것으로, 이후 3D 컴퓨터 애니메이션이 비약적으로 도약하는 계기가 되었다.
1992년에 제이오스(Xaos, Inc)가 디지털 효과를 담당한 장편영화 〈론머맨〉에서는 부분적으로 풀 3D CG로만 제작한 여러 장엄한 장면들을 보여 주었다.
이 무렵 픽사가 최초로 완전 컴퓨터 제작 장편영화를 만들기 위해 디즈니와 계약서에 서명했는데 3년 후인 1995년에 드디어 최초의 풀 3D 컴퓨터 애니메이션 영화 〈토이 스토리〉를 개봉해 흥행에 큰 성공을 거뒀다.
이 해에 스티븐 스필버그가 제프리 카젠버그(Jeffrey Katzen berg), 데이비드 게펜(David Geffen) 등과 함께 드림웍스SKG(DreamWorks SKG)를 공동 설립하고, 완전 컴퓨터 애니메이션 영화인〈개미〉를 1998년에 개봉했다.
1999년에는 픽사가 또 다시 〈토이스토리 2〉를 개봉했고 2001년에는 PDI/드림웍스가 〈슈렉〉을 발표해 픽사와 드림웍스는 3D 컴퓨터 애니메이션을 이끄는 쌍두마차로 인식을 확고히 했다. 〈슈렉〉은 개봉 첫 주에 6200만 달러를 벌어들이면서 할리우드 투자자들에게 3D 컴퓨터 애니메이션이 장편영화 제작의 새로운 형태라는 것을 분명히 각인시켰다. 일련의 성공적인 3D 컴퓨터 애니메이션 영화는 아름다운 동화 이상이라는 것을 증명했다. 이것은 컴퓨터그래픽스가 50년 넘게 발전해 온 결과로 볼 수 있다.
2001년에 미국 영화예술협회는 오스카상에 최우수장편애니메이션영화(Best Animated Feature Film)라고 이름 붙인 새로운 시상 부문을 승인했다. 2002년에 〈슈렉〉은 이 부문의 첫 수상작이 되었다.