6. 피부 세포까지 구현한다, 안면
시뮬레이션 기술 진화의 끝은 어디인가?

게임 및 영화 제작시, CGI 기반의 등장인물의 사실성은 콘텐츠의 질적 수준을 좌우하는 중요한 요소이나 기존 가상인물의 표정 등은 밀랍인형처럼 현실감이 떨어지는 것이 보통이었음. 영국 임페리얼공대(ICL)와 미국 서던캘리포니아공대(USC)의 공동연구진은 피부의 마이크로 단위 움직임을 감지할 수 있는 특별한 조명과 초고화질(16K)스캐닝 시스템을 통해 극사실적인 안면 시뮬레이션 기술을 개발하여, 게임 및 영화업계는 물론, 시뮬레이션을 통한 고객의 가상화장 등이 가능하여 화장품 업계에서도 큰 관심을 받고 있음.

1. 디지털 배우의 자연스러운 표정, 영상기술의 핵심

▶ 그동안 게임업계나 영화계에서는 디지털 캐릭터, 특히 디지털화된 배우 얼굴의 자연스러움은 프로젝트의 성패를 좌우하는

    중요한 요소로 인식하고 배우의 얼굴을 3D로 캡처하는 기술을 널리 사용함
  • 얼굴 피부와 형상을 캡처한 것은 게임과 영화에서 컴퓨터 기반의 특수 효과의 다양한 기본 기술로 배우 얼굴을 3차원 모델로

     캡처하는 기술은 엔터테인먼트 업계에서 널리 사용됨
  • <Beowulf>나 <The Polar Express>와 같은 실사영화에서 관객들은 디지털 캐릭터의 얼굴표정, 질감 등에 부정적인 반응을

     보이고 있음에 따라 업계에서는 실사수준의 안면시뮬레이션개발에 박차를 가하고 있음

▶ 영화와 게임 제작자들은 지금까지는 결코 실제 얼굴이라고 할 수 없는 밀랍인형과 같은 수준의 CGI얼굴을 울며 겨자먹기로

    받아들였지만, 실제 얼굴과 같은 수준으로 구현할 수 있는 더욱 발전된 안면시뮬레이션 기술이 개발됨(Phys.org, 2013. 7. 6)

  • 영국의 ICL(Imperial College London)대학의 Abhijeet Ghosh 교수와 미국의 USC(University of Southern California) 대학의

     Paul Debevec 교수님이 이끄는 공동연구팀은 피부 세포 수준까지 구현해내는 CGI얼굴을 만들어내는 기술을 개발함
  • 이 기술은 극도로 사실적인 피부 시뮬레이션을 만든 것으로 모공, 잡티, 주름, 소름 그리고 그림자와 같은 렌더링 세부사항들

     모두 너무 리얼하게 가상얼굴을 구현 할 수 있는 것으로 알려짐

2. 진화하는 CGI 기술, 실사와 동일한 디지털 얼굴 구현

▶ 이번 ICL대학과 USC대학이 개발한 안면시뮬레이션 기술은 얼굴 리얼리즘을 살리기 위해 피부의 고해상도 (16K) 렌더링을 위한

    몇 미크론의 해상도에서 피부 마이크로기하학 측정의 결과를 기반으로 하여 자연스러움과 사실성 측면에서 이전 시스템보다

    진일보한 것으로 평가됨
  • 연구진들은 가능한 한 시스템을 정교화하기 위해 인간의 피부에서 반사되는 빛을 시뮬레이션화하였는데, 각각의 시뮬레이션된

     광원이 4개의 광선으로 나뉘어져 하나는 표피층에서 반사되어 나오고 나머지 세 개는 각각 피부층의 깊이에 따라 침투하게 됨
  • 연구프로젝트 책임자인 ICL대학의 Ghosh 교수에 따르면 본 시스템에 활용된 기술은 첫째, 고해상도 얼굴 형상 및 모양의 광

     단계 기반 획득 기술, 둘째, 편광 구형 그라데이션 조명, 셋째, 제어 조명 아래에서 측정의 작은 세트를 사용하여 표면 및 표면

     하의 산란 등의 계층 피부 반사율을 측정하는 방법임
  • 연구진들은 3차원 반구형 특수 스캐너를 사용하여 자원 봉사자의 뺨, 턱 그리고 이마에서 인간의 피부 고해상도 이미지를

     만들었는데, 시뮬레이션된 조명과 결합된 피부의 세밀한 렌더링은 주목할만한 결과를 만들어냄

▶ 한편, Disney 연구소는 2012년 Siggraph에서, 다양한 디지털 캐릭터 얼굴에 적용할 수 있는 얼굴 피부와 털을 3D로 동기화할

    수 있는 시스템을 발표함(Disney Research, 2012.8.10.)
  • 미국 Cornell University와 공동으로 개발한 디지털화된 얼굴의 털과 피부 동기화 시스템은 지금까지의 시스템이 디지털화 된

     얼굴의 털과 피부의 움직임을 적절하게 처리 할 수 없었음과 비교하면 디지털 캐릭터 안면 분야에서 중요한 기술로 평가받고 있음
  • 본 프로젝트의 주요 책임자인 Thabo Beeler는 ‘우리의 방법은 개개인의 얼굴 털을 캡처하고 그것들을 실제 인간의 얼굴과는

     별도로 저장을 하며, 컴퓨터를 사용하여 얼굴에 털을 가진 사람에게 가상 면도를 할 수도 있다’고 밝힘
  • 연구진들은 여러 각도에서 캡처된 이미지를 멀티뷰스테레오(MVS)라는 수학적인 방법을 통해 3차원으로 피부와 털을 재구성

     하여, 얼굴과 털에 대한 다양한 표현을 적용할 수 있게 함

▶ 실사와 동일한 디지털 얼굴 구현은 게임 및 영상분야의 완성도를 높이는 동시에 기술의 적용분야를 전통산업분야로 확장시킬

    가능성이 충분한 것으로 나타남
  • ICL의 Ghosh 교수는 ‘게임 및 엔터테인먼트 기업들이 자신들의 기술 방식에 많은 관심을 보이고 있을 뿐만 아니라, 화장품

     업계도 이 기술에 관해 높은 관심을 가지고 있다고 밝히며, 소비자가 화장품 키오스크에서 얼굴 스캐닝을 통해 구입 전에

     가상으로 기초 피부의 형태와 화장 후 피부의 형태를 비교해서 보여주는 등의 확장가능성이 높다’고 말함
  • Disney 연구소 책임자인 Markus Gross 교수는 ‘연구소의 장기 목표는 얼굴 애니메이션과 궁극적으로 현실로부터 구분이

     되지 않는 더 실제적인 특수 효과를 구현하는 것이고 이 기술은 장기 목표를 향해 가는 중요한 단계가 될 것이라고’ 언급함

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