3D 입체 애니메이션에서 입체감 표현을 위한 시각 요소에 관한 연구 = (A) study on visual elements necessary for a stereoscopic effect of 3D animation

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The desire for reenacting the real world of human beings has been expressed in the various forms from a long time ago. Since the Altamira cave paintings (c. 30,000 years ago), ancient wall paintings had reflected high-angle perspective and other ways of perspective to express a stereoscopic effect. And since the human-centric world view had emerged, foreshortening, shading and other descriptive techniques had been based on the geometrical expression and the recognition on subject-matter from the eyes of human beings, and thus paintings using the techniques for a stereoscopic effect had appeared. After that, when cameras and cinematograph had been invented, photographs and motion pictures had seemed to lived up to the desire for reenacting the real world of human beings.
However, the media has still fallen short of completely satisfying the desire, because they have provided the current 3-D world only with 2-D visual information. Nevertheless, human beings have incessantly worked hard to reenact the real-world, and they have ended up creating digital contents visual media, a three-dimensional image reenacting a highly realistic virtual space, with the help of digital technology development. A stereoscopic image is highly associated with the visual perception system, a sense which can receive the largest information from the external world among our five senses, so there have been a lot of attentions and studies on it. Since Charles Wheatstone (1802-1875) started the stereoscopic image a century ago, it had flourished several times from the 1950s to the 1980s, yet failed to continuously thrive because of the technological and producing limits.
Recently, with the remarkable development of IT, the stereoscopic image has drawn the public attention, and thereby many studies have actively been conducted to overcome the limits of the existing 3D images. Against this background, the blockbuster film <Avata> utilizing the technology has been released, and since then, the conception of stereoscopic images changed from interesting extrusion effects to a single image language helping audiences to feel less tired and get more immersed in the images. Accordingly, stereoscopic images have proved their possibilities of keeping to an image language as opposed to a temporary boom only focusing on commercial success.
Unfortunately, domestic production companies mostly concentrate on capital power, technical research on the reenactment of 3D images, the production of images from 2D to 3D based on the OEM industrial structure, and the production of images for the simple purpose of an interesting special exhibition. For this reason, it is impossible to make inventive 3D images in deed. In addition, it is hard to accumulate technological know-how and find experts who have a plenty of experiences in producing 3D images and received a systematic training. Therefore, the relevant industry is faced with the production of 3D contents.
Given the circumstances, the gap between the domestic production technology and overseas technology is expected to widen. So although it is difficult to accumulate the know-how through the production, it is desperately needed to do it through the studies on the field. Moreover, considering the long-term outlook on the area, based on the accumulated materials drawn from the studies, it is necessary to gradually raise the experts in producing 3D images who can contribute to creating high quality of 3D contents.
Accordingly, this thesis mad use of the 3D image production technology using CG, a 3D image production method which helps to test and produce 3D contents in the most easiest way among the 3D image production methods as attractive digital image media, to provide audiences with abundant visual experiences in a virtual space, in terms of various theories on 3D images and the production of them. In doing so, this study, unlike other studies on 3D effects by the existing binocular parallax, analyzed the visual elements which can affect the human recognition on a 3D effect and can be psychologically received from experiences, and the 3D images produced by this researcher, and then the analysis of the visual elements was investigated in importance.
In addition, this study was performed on the recently released two 3D animation films <How to train your dragon > and <Super bad>, which received a great successful box office and are worthwhile to be analyzed, in order to analyze the visual elements used for the film scenes. The results of the analysis showed that the expression of a 3D effect with the use of visual elements is more important than the expression relying on the binocular parallax when it comes to the production of 3D images.
Moreover, this study is expected to be utilized as a fundamental material necessary for producers of 3D contents, researchers of stereoscopic images, and the advanced education in producing 3D images, to influence further studies on 3D images, and to contribute to creating domestic 3D films or animations keeping abreast of ones produced by Hollywood.

국문 초록 (Abstract)

인간의 현실세계 재현에 대한 욕구는 오래 전부터 다양한 형태로 표출되어 왔다. 기원전 3만 년 전의 알타미라 동굴 벽화를 시작으로, 고대 벽화에 상하 원근법, 나열 원근법 등의 묘사를 통해 입체감을 느끼는 방법을 사용하였다. 이후 인간을 중심으로 한 세계관이 시작되면서 인간의 눈을 통해 주체성을 인식하고 기하하적 표현에 근거한 원근법, 음영화법 등의 묘사법이 등장해 이를 활용한 입체감을 표현하는 그림이 등장하게 되었다. 이후, 촬영기, 영사기의 발명으로 인한 사진, 영화의 등장이 인간의 현실세계 재현에 대한 욕구를 본격적으로 이루어주었다.
하지만 이러한 매체들은 우리가 살고 있는 3차원 현실세계에 대해 2차원적인 시각정보만을 제공하는데 그쳐 인간의 현실세계 재현에 관한 욕구를 완벽한 충족시키지 못하고 있었다. 하지만 인간의 끊임없는 현실세계 재현에 대한 욕구는 디지털 테크놀로지의 발전에 힘입어 현실 공간과 구분하기 힘들 정도의 사실적인 가상공간을 재현하는 입체 영상이라는 디지털 콘텐츠 영상매체에 이르게 되었다.
입체 영상은 인간의 오감 중 외부 세계에서 가장 많은 정보를 얻을 수 있는 감각인 시지각 체계와 연관이 있어 오래전부터 관심과 연구의 대상이었다. 100여 년 전 찰스 휘스톤(Charles Wheatstone, 1802~1875)에 의해 시작된 입체영상은 이후 1950년대, 80년대를 거치며 입체영상의 대한 몇 번의 붐이 일어났지만, 매 번 오래 지속되지 못하고 기술적인 한계와 제작 능력의 한계에 부딪혀 단발성으로 끝나고 말았다.
하지만, 최근 IT기술의 획기적인 발전으로 다시 입체영상이 주목받기 시작하였고, 기존입체영상의 한계를 극복하기 위해 많은 연구가 활발하게 이루어지고 있는 실정이다. 이러한 기술을 사용한 영화 <아바타>가 등장하였고, 이 영화를 시발점으로 입체의 개념이 흥미위주의 돌출효과에서 관객의 시각피로를 최소화하여 몰입을 위한 하나의 영상언어로 전환되었다. 따라서 이후의 입체영상들은 상업적으로 흥행만을 고려한 일시적인 붐으로 그치지 않고 지속적으로 입체영상의 영상언어가 이어질 수 있는 가능성을 보여주고 있다.
그러나 국내에서는 제작회사의 자본력, 입체영상의 재현방법의 기술적 부분에 대한 연구와 OEM 산업구조에 의한 ‘2D to 3D’제작, 단순 흥미위주의 특수 전시용으로의 제작 등에 대한 집중으로 거의 창의적인 입체영상을 제작할 수가 없다는 현실적인 문제가 있다. 따라서, 기술적 노하우가 축적되지 않고 있으며, 풍부한 입체영상 제작에 의한 경험 또는 체계적인 교육에 의해 양성된 유능한 입체영상 제작 전문 인력의 부족으로 입체 콘텐츠 제작에 대해 어려움을 겪고 있다.
이러한 상황을 고려해 볼 때 몇 년 후에는 국외와 제작기술에 대한 격차가 벌어질 것으로 예상되기 때문에 비록 제작을 통한 노하우를 축적할 수 없더라도 연구를 통한 자료, 노하우 등을 축적하기 위한 노력이 절실히 요구되어지는 실정이다. 그리고 당장의 조급함을 버리고, 장기적인 전망으로 바라본다면 연구에 의해 축적된 자료 등을 통해 입체영상 제작 전문가의 육성에 힘써 높은 수준의 입체 콘텐츠가 제작될 수 있도록 해야 한다.
따라서 본 논문은 디지털 영상 매체로 주목 받고 있는 입체 영상 제작방법에 있어서 가장 손쉽게 입체 콘텐츠 제작이 가능하고, 시도가 이루어질 수 있는 CG를 이용한 입체영상 제작기술로 입체영상에 대한 다양한 이론과 입체영상 제작에 있어서 관객에게 가상공간에 대한 풍부한 시각 경험을 할 수 있도록 하기 위해 기존의 양안시차에 의한 입체효과 위주의 연구내용과 달리 인간의 입체감 인지에 있어서 영향을 많이 미치며 경험에 의해 심리적으로 습득되어지는 시각 요소들과 연구자가 제작한 입체 이미지를 분석하여 시각 요소들의 분석에 대한 중요성을 알아보고자 하였다.
또한, 분석대상으로 가치가 있는 최근에 상영되었으며, 세계적으로 흥행에 성공한 3D 입체 애니메이션 <드래곤 길들이기>와 <슈퍼배드> 두 작품을 선정하여 장면에 사용된 시각 요소들을 분석하여 입체영상 제작 시 양안시차에 의존한 표현을 하기 보다는 시각 요소들의 활용에 대한 입체감 표현의 중요성을 다시 한 번 확인하였다.
이러한 연구를 통하여 입체 콘텐츠 제작자와 입체영상을 연구하는 연구자, 그리고 입체영상 제작 전문가 육성 교육에 필요한 기초적 자료로 활용되고, 입체에 대한 후속연구가 지속적으로 더해지길 바라며, 더 나아가 국내에서도 헐리웃에서 제작되는 3D 입체영화 혹은 입체 애니메이션에 뒤지지 않는 작품이 나오기를 기대해 본다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 연구목적 4
• 1.3 연구범위 5
• 1.4 연구방법 7
• 제 2 장 입체영상에 이론적 배경 8
• 2.1 입체영상의 개요 8
• 2.1.1 입체영상과 인간의 시지각 8
• 2.1.2 입체영상의 원리 11
• 2.1.3 입체영상에서의 시각피로 15
• 2.2 입체영상의 기술요소 16
• 2.2.1 Stereo Camera 17
• 2.2.2 Zero Parallax 23
• 2.2.3 최대 시차(Parallax)영역 28
• 2.2.4 Multi-Rig Camera 39
• 2.3 입체영상의 구성요소 44
• 2.3.1 입체영상의 연출 44
• 2.3.2 Depth Script Design 51
• 2.3.3 입체영상의 시공간적 특성 56
• 2.3.4 자 막 63
• 2.3.5 피사체의 특성에 따른 입체감 64
• 2.3.6 스테레오그래퍼(Stereographer) 66
• 2.3.7 현존감(Presence) 68
• 제 3 장 입체영상을 위한 시각 요소 71
• 3.1 조명과 그림자(Lighting and shading) 72
• 3.1.1 빛 72
• 3.1.2 조명의 공간적 기능 73
• 3.1.3 그림자 77
• 3.2 색(Color) 81
• 3.2.1 색 지각 81
• 3.2.2 색채 감성 84
• 3.2.3 색 에너지 85
• 3.3 물체와 화면(Object and scene) 89
• 3.3.1 시야와 영상의 크기 89
• 3.3.2 물체의 크기 91
• 3.3.3 물체의 형태 93
• 3.3.4 화면상의 높이 95
• 3.4 중첩과 텍스쳐 구배(Overlapping and Texture Gradient) 98
• 3.4.1 중첩(Overlapping)의 개념 98
• 3.4.2 면의 중첩 99
• 3.4.3 텍스쳐 구배(Texture Gradient) 103
• 3.5 원근(Perspective) 106
• 3.5.1 선상원근법 108
• 3.5.2 대기원근법 112
• 3.6 렌즈(Lens) 117
• 3.6.1 표준렌즈 118
• 3.6.2 광각렌즈 118
• 3.6.3 협각렌즈 121
• 3.7 카메라 앵글(Angle of camera) 123
• 3.7.1 수평 앵글(Normal Angle) 124
• 3.7.2 로우 앵글(Low Angle) 125
• 3.7.3 하이 앵글(High Angle) 127
• 3.8 볼륨(Volume) 128
• 3.8.1 양성 볼륨 129
• 3.8.2 음성 볼륨 131
• 제 4 장 3D 입체 애니메이션의 시각 연출 분석 134
• 4.1 작품 선정 이유 134
• 4.2 작품 분석 방법 136
• 4.3 <드래곤 길들이기>와 <슈퍼배드>의 분석 136
• 4.3.1 입체 효과를 위한 시각 요소 분석 136
• 4.4 분석 결과 153
• 제 5 장 결 론 159
• 참고문헌 163
• ABSTRACT 168