3. Cloth [청바지]
여성 캐릭터의 청바지를 Cloth로 표현해보자.
----- 3-1. Cloth 시뮬레이션을 위한 준비 -----
( 3-1-1. Collision에 사용될 마네킹 오브젝트를 생성한다. )
청바지를 만들어 시뮬레이션 할 것이므로 필요 없는 부위를 삭제한다. 약간 더 크게 캐릭터의 실제 피부 지오메트리를 이용해서 panel을 만들고 garment를 입힐 마네킹을 만든다. 이때 만들어지는 마네킹은 cloth에 대한 collision 오브젝트로도 사용될 것이므로 많은 수의 면을 가지거나 균일하지 않은 point(CV)의 밀도를 가져서는 곤란하다. 즉 적절한 면의 최소화와 균일화가 필요하다.
Note > : 물론 이렇게 만들어진 마네킹 오브젝트는 실제 캐릭터의 피부 움직임에 따라 변형되고 움직여야 한다.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
마네킹 오브젝트
캐릭터의 청바지를 시뮬레이션 하는데 있어 영향을 줄 수 있는 부분이 있다면, 그에 따른 Collision 오브젝트를 만들어준다. 예를 들어 아래 그림의 신발과 같은 부분이다. 이러한 오브젝트는 대체로 많은 면으로 구성되어 있기 때문에 바로 Collision 오브젝트로 사용하지 않는다. 여기서는 가벼운 폴리곤 모델로 Collision 오브젝트로 사용될 더미를 만들었다.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
신발의 Collision 오브젝트
Collision 오브젝트로 사용되는 더미들은 렌더링 표현되지 않아야 하므로 아래 그림처럼 Render Stats를 설정해 준다.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
Render Stats
( 3-1-2. 캐릭터의 자세 잡기)
캐릭터의 초기 자세를 기준으로 시뮬레이션이 이루어지기 때문에 Cloth으로 캐릭터의 청바지를 만들기 전에 캐릭터의 자세를 변경할 필요가 있다.
마네킹을 몸체가 다른 어느 부위와도 닿거나 겹치지 않도록 하고 garment 입혔을 때 생기는 주름을 최소화 할 수 있는 자세로 변경한다.
Note > 대부분 양발을 살짝 벌리고 양팔을 일자로 활짝 펴고 있는 십자형의 자세가 적합하다.
----- 3-2. Cloth 만들기 -----
Maya Cloth에서 garment를 생성하는 방법은 다음의 두 가지 이다.
1) 2D Plane 상에 Curve로 천의 라인을 그리고 Cloth Plane를 생성한다. 각 Panel들을 Create Seam을 이용해서 꿰매듯이 연결하여 garment를 만든다. 각 Panel의 매터리얼 속성과 해상도 수치를 설정한다.
2) NURBS Surfaces나 Polygons로 표현하고자 하는 천으로 이루어진 물체를 모델링하고 이를 Create Cloth Object를 이용해서 Cloth garment로 변환한다.
Note > 최상의 결과물을 원한다면 1)의 방법으로 Cloth를 만들고 시뮬레이션하기를 권한다. 기본적으로 Cloth 시뮬레이션을 위한 최적의 구조를 가진 garment를 생산해준다.
Maya의 Cloth 시뮬레이션 방법은 Point(CV)를 기준으로 하며 이를 통해 결과물을 생산한다. 따라서 Cloth 시뮬레이션의 결과는 garment들의 Point(CV)의 간격이나 배열들이 크게 영향을 주는데, 대부분 이에 대해서 무관심하다.
아무리 보기 좋고 최적화된 면으로 구성된 오브젝트라도 Cloth 시뮬레이션에는 부적합 할 수 있다는 점을 명심하기 바란다. 시뮬레이션에는 그에 적합한 모델이 필요한 법이다.
따라서 만약 2)의 방법으로 Cloth를 시뮬레이션하기 바란다면 모델링 시 고려해야 될 사항이 많다.
( 3-2-1. NURBS Curve로 옷 디자인하기 )
Cloth를 위한 Curve 생성하기
garment를 생성하기 위해서는 우선 둘 이상의 NURBS Curve로 구성된 닫힌 영역을 형성해야 한다. 이때 하나의 커브에 마지막 control vertex는 다음 커브의 시작 control vertex와 같은 지점에 있어야 하며 모든 control vertex는 동일한 평면상에 위치해야 한다.
Note > 작업의 편리성을 위해서 Cloth를 위한 Curve는 상호 대칭으로 만드는 것이 좋다. 대부분의 옷들이 좌우 앞뒤 대칭의 구조를 가지고 있으므로 만드는데 특별히 문제될 것은 없다. 즉 정면의 반쪽만 그린 다음 대칭 복사하고 이를 또 앞과 뒤로 대칭 복사해서 필요한 Cloth를 위한 Curve들을 얻는 것이다.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
청바지를 위한 NURBS Curve
Note > 본인은 최대한 간략하게 청바지를 시뮬레이션 하기 위해서 매우 간단한 구조의 옷을 생성시킬 것이다. 따라서 적은 수의 NURBS Curve로 Cloth를 위한 도면을 구성했지만, 정확한 시뮬레이션을 위해서는 마치 현실의 옷을 재단하는 것처럼 NURBS Curve로 이루어진 복잡한 도면이 필요하다.
이렇게 그려진 NURBS Curve들은 생성시킬 panel을 기준으로 그룹을 만들어 관리한다.
( 3-2-2. garment 생성하기 및 바느질하기 )
청바지를 만들 앞면의 NURBS Curve 그룹을 선택한 다음 Create Panel을 실행한다. 생성된 Panel을 선택하고 Create Garment를 적용한다. NURBS Curve가 그리고 있는 형태를 기준으로 천 조각(Garment)이 생성될 것이다. 뒷면에도 동일하게 Panel과 Garment를 생성해준다.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
청바지의 Panel과 Garment
Garment를 이어 하나의 옷으로 만들기 위해 앞면과 뒷면의 좌측을 구성하는 NURBS Curve를 잡고 Create Seam을 해준다. 마치 바느질이 된 것처럼 Garment가 이어질 것이다. 우측과 다리 사이에도 동일한 방법으로 Seam을 생성시켜 준다.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
좌측에 대한 Create Seam
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
우측에 대한 Create Seam
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
다리 사이에 대한 Create Seam
이로써 청바지의 기본적인 형태가 갖추어졌다. 비록 지금은 빵빵하고 이상한 형태를 가지고 있지만 시뮬레이션에 들어가면 몸에 착 달라붙어 예쁜 바지의 형태를 가지게 되니 걱정하지 않아도 된다.
( 3-2-3. 적합한 Base Resolution 산출 및 지정하기 )
본격적인 시뮬레이션에 들어가기 전에 청바지를 구성하는 면의 분할 값을 조절할 필요가 있다. 많은 면의 분할은 디테일한 주름의 표현과 시뮬레이션이 가능하겠지만 시스템에 부담을 줄 것이고 적은 면의 분할은 각진 주름과 정확하지 않은 시뮬레이션 결과를 생산하기 때문인데 이를 조절하기 위해 Property Node의 Base Resolution값을 수정해준다.
여기서는 30으로 설정했다.
Note > Garment를 구성하는 point(CV)들의 적정한 간격을 산출하기 위한 고려 사항은 표현되어야 하는 주름의 양과 크기와 collision되는 오브젝트의 크기 등이다.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
Base Resolution 설정
처음부터 높은 수치의 Base Resolution값을 가지고 시뮬레이션하지는 않는다. 초기에는 적은 수치의 값으로 시작해서 차츰차츰 최종 시뮬레이션에 가까워질수록 높은 값으로 테스트한다.
----- 3-3. Collision 지정하기 -----
( 3-3-1. Collision 오브젝트 속성 값 설정 )
Collision이 될 오브젝트들을 선택하고 Create Collision Object를 적용하고 시뮬레이션을 걸어본다. 결과를 보고 해당 속성을 조절해서 적합한 수치를 찾는다.
중요 > Collision 오브젝트 속성
- Collision Offset : Collision Offset와 cloth의 거리를 설정, 기본 값은 1이다. Collision Offset 은 cm 단위로 측정되며 Solver 의 크기와 관련 없음
- Collision Depth : garment(garment)가 collision 오브젝트를 통과할 수 있는 거리?
테스트 결과 garment가 collision 오브젝트 안쪽에 존재할 경우 collision 오브젝트는 garment를 표면으로 밀어내는데, 이러한 작용을 표면에 어느 정도의 깊이까지 해줄 것인가 하는 설정 값이다. Depth값은 오브젝트 두께의 반보다 작아야 한다.
- Collision Priority : Collision 속성은 collision 하는 동안 조여 있는 cloth vertex를 다루는 방법을 조절, 즉 collision의 우선순위이다.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
청바지를 위한 Collision 오브젝트 속성
( 3-3-2. Collision 오브젝트 설정 시 자주 발생하는 문제 )
오브젝트에 Collision을 적용하고 시뮬레이션을 걸어보면 가끔 아래 그림의 우측 신발부분과 같은 현상이 발생할 것이다. 분명 Collision 오브젝트 속성 값에는 문제가 없는데 cloth이 파고들어간다. 그렇다고 완전히 Collision이 발생하지 않는 것도 아니다.
대부분 이러한 현상은 오브젝트의 Normal이 다르기 때문이다.
Note > Collision 시뮬레이션은 오브젝트를 구성하는 면의 Normal방향으로 작용한다.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
Collision 시뮬레이션 오류
준비 파일 > docImgMov / Cloth_blueJeans_test01.avi
Cloth_blueJeans_test01 동영상 보기
문제는 Normal방향이 외부를 향해 올바르게 설정되어 있는데 이러한 현상이 발생한다는 점이다. 복잡하게 이유를 생각하지 말고 Edit Polygons ＼ Normals ＼ Reverse를 해주자.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
Collision 시뮬레이션 오류 수정
( 3-3-3. Collision 시뮬레이션 테스트 )
Collision에 대한 설정이 완료되었으면 올바르게 작용하는지 테스트를 거친다.
원하는 Collision 시뮬레이션이 표현될 때까지 Collision 오브젝트의 속성 값을 수정하고 테스트를 반복한다.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
Collision 시뮬레이션 테스트
----- 3-4. Constraints 설정하기 -----
표현하고자 하는 Cloth 시뮬레이션에 따라 적절히 constraints를 셋업하고 속성 값을 조절한다. 지금 진행하고 있는 청바지를 표현하는 데는 constraints를 전혀 사용하지 않을 것이다.
( 3-4-1. Constraints )
Cloth Constraints
- transform constraints : cloth을 구성하는 Point(CV)의 위치 값을 제어, 제약할 수 있다.
- mesh constraints : cloth를 오브젝트에 붙인다.
- cloth constraints : cloth와 cloth을 붙인다.
- button constraints : 마치 옷에 달린 버튼처럼 cloth의 특정 부위(Point(CV)에 오브젝트가 붙어서 따라가게 한다.
- collision constraints : cloth를 구성하는 각 Point(CV)의 collision설정을 보여주고 편집이 가능하게 해준다.
- field constraints : Dynamic의 Field를 cloth을 구성하는 Point(CV)에 연결시켜 준다.
Note > 자세한 사용법과 각 속성 값을 알고 싶다면 Maya Help를 참조하기 바란다.
( 3-4-2. Drag Control )
garment 의 특정 부위를 고치거나 garment에 있는 point(CV)를 최종 목적지로 path를 따라 움직이게 하고 싶을 때 사용된다. 해당 Point(CV)를 선택하고 Simulation > Manipulators > Drag Control을 적용한다.
Note > Simulation 패널에 있는 명령어이지만 그 역할은 garment를 구성하는 Point(CV)의 제어에 관련되어 있어 Constraints와 함께 다루었다.
----- 3-5. Cloth 특성 설정하기 (cpProperty Node, cpSolver Node) 및 테스트 -----
본격적인 Cloth 시뮬레이션을 위한 모든 사전 준비가 완료되었으면 cpSolver Node와 cpProperty Node의 속성들을 조절해서 원하는 시뮬레이션 결과를 만들어내기 위해 테스트 또 테스트를 한다.
아래의 그림은 그러한 과정을 거친 후 나온 청바지에 대한 cpSolver Node와 cpProperty Node의 설정 값이다.
조금이라도 더 빠른 시간에 원하는 결과를 얻기 위해서는 시뮬레이션에 관련된 속성들이 어떠한 역할을 하는지 그 값의 변화가 결과에 어떠한 영향을 미치는지 확실히 알아둘 필요가 있다.
이를 위해 각 속성들에 대한 간단한 설명을 첨부한다.
이를 참고하여 자신이 원하는 Cloth 시뮬레이션을 표현해 보자.
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
청바지의 cpSolver Node 속성 값
그림을 누르시면 크게 보실 수 있습니다.
청바지의 cpProperty Node 속성 값
( 3-5-1. cpSolver Nodes )
- Solver Enabled : Solver의 활성화, 비활성화
- Cloth Collisions : Cloth-to-Cloth collision 활성화, 비활성화
- Output Statistics : Script Editor 각 프레임을 계산한 시간과 전체 시간 디스플레이
- Velocity Cutoff Min : Cloth vertex 을 위한 cutoff velocity(초간거리) 최소값 설정
- Velocity Cutoff Max : Cloth vertex 을 위한 cutoff velocity(초간거리) 최대값 설정
- Velocity Cutoff Damping : Cloth vertex가 Velocity CutoffMin의 값과 Velocity CutoffMax의 값 사이에 velocity의 값을 가질 경우의 velocity cutoff 감소(Damping) 량을 정의
감소량 n = 각 time step 의 1/(n+2) * velocity
Note > 이 기능을 활용하면 Cloth 시뮬레이션 시 자주 발생하는 Point(CV)들의 잔 떨림을 줄일 수 있다.
- Start Frame : Solver가 계산을 시작할 프레임
- Frame Samples : 시간 간격을 샘플화 하는 빈도수
- Time Step Size : 수 초 내에 내부적 dynamic solution을 진행할 수 있는 최대 시간
- Solver Scale : Solver와 내부적으로 호응을 이루는 시스템 scale
- Relax Frame Length : 고무와 같은 탄성을 지닌 " 완화 물질 (relax material)" garment에 적용되고 이에 해당되는 garment는 중력에 반응을 하지 않는 부분의 프레임 수를 설정.
즉 시뮬레이션을 시작하기 전에 옷이 몸에 달라붙는 프레임 수
- Gravity : 중력, 기본 값 0, -980, 0
Note > 대부분의 시뮬레이션은 Field를 적용하지 않고 이 Gravity값으로 해결한다. 굳이 필드를 적용하지 않아도 Gravity에 Expression을 잘 활용하면 대부분 다 표현할 수 있다.
- Cache Enabled : cache 활성화, 비활성화
- Cache Name : 현재 cache의 이름
- Save Cache : cache 파일 저장
- Cache Save Interval : 시뮬레이션에 대한 Cache를 나누어 저장할 때 그 프레임 단위,이러한 분산 저장은 전체 시뮬레이션이 손상되었을 때 유용
- Clear Simulation Timer : Solver 의 내부 timer를 재설정
( 3-5-1. cpProperty Node )
- U/V Bend Resistance : cloth의 U와 V 방향에 대한 견고함
- U/V Bend Rate : 0 도 에서 180 도 사이에 U/V Bend Resistance 가 증가하는 지수값이 0 이라는 것은 저항이 일정 값이 1 이면 180 도에서의 비굴성은 강한 힘이 아니면 휘지 않을 정도로 커짐
- U/V Stretch Resistance :
U 와 V 방향으로 잡아당겨지는 것을 견디는 힘
값이 100 일 경우 cloth는 매우 견고
값이 1이면 신축성이 매우 커짐
- Shear Resistance :
삼각형 하나하나의 움직임에 대한 평행이 유지될 수 있는 정도
수치가 높아질수록 삼각형이 쏠리는 정도는 약해짐
즉 어깨에서 흘러내리는 끈을 표현한다면 이 값은 적어야 한다.
- U/V Scale :
U 와 V 방향에 대한 cloth의 scale,
Solver Scale과 관련됨
- Density :
cloth의 unit 단위 별 부피
값이 커질수록 unit 단위 별 cloth의 부피 증가
0.1일 경우 cloth은 무거움, 0.01일 경우 가벼움
- Thickness :
cloth의 두께, cm 단위로 측정, solver scale과 반비례
0.1~0.7 값 권장
- Thickness Force :
cloth 와 cloth끼리 충돌하는 동안 두께에 의해 설정된 collision
offset을 유지하기 위해 가해지는 힘 (force)
cloth끼리 충돌이 많이 발생한다면 30~75 사이의 값으로, 50 권장
- Cloth Friction : cloth끼리의 마찰력
- Cloth Damping : cloth의 움직임 감쇠 값
- Air Damping : 공기에 의한 cloth의 움직임 감쇠 값
- Static Friction : cloth 와 collision 오브젝트간의 정지 마찰력, 높을수록 강함
- Dynamic Friction : cloth 와 collision 오브젝트간의 운동 마찰력, 높을수록 강함
----- 3-6. Dynamics Fields 적용하기 -----
cloth에 대해서 field를 적용하고자 한다면 field constraints를 사용해야 한다. 직접적인 field의 적용은 원하지 않는 결과를 불러올 수 있다. field의 사용은 더욱 사실적인 시뮬레이션을 가능하게 하지만 더 많은 시뮬레이션 시간을 요구한다는 점을 잊지 말아야 한다.
Dynamics Fields 적용하기 위해서는 field를 어떠한 cloth도 선택하지 않은 상태에서 생성하고 이를 적용하고자 하는 cloth의 구성 Point(CV)를 선택한 다음
해당 field를 선택하고 field constraints를 적용한다.
----- 3-7. 애니메이션을 위한 초기 포즈 설정과 시뮬레이션의 안정화 -----
이렇게 해서 표현하고자 하는 cloth 시뮬레이션의 가장 적절한 수치를 찾아내었다면, 움직임을 가지는 캐릭터에 적용해야 한다. 일단 cloth는 실제 움직임이 들어가기 전 가장 적절한 형태로의 안정화가 필요하다.
예를 들어 0~100 프레임까지 사용되는 씬이라면 그 움직임이 있기 전 약 -50부터 이미 cloth 시뮬레이션이 시작되어야 한다. 이러한 안정화에 필요한 시간을 단축시키기 위해서 시작포즈를 설정한다.
시작포즈는 garment를 선택하고 Simulation > Save as Initial Cloth State를 실행해서 만든다.이 후 Simulation > Delete Catch를 한 후 시뮬레이션해보면 저장된 garment의 초기 형태에서 시뮬레이션이 시작되는 것을 볼 수 있다.
그러나 이 시작 포즈에서 바로 캐릭터의 연기를 시작하지 않기를 권한다. 초기 형태를 만들어 주었다고 해서 시뮬레이션 전에 필요한 안정화가 충분히 이루어지는 것이 아니다. 캐릭터에 키를 주기 전에 적어도 몇 십 프레임의 충분한 안정화 시간을 두기를 바란다.
청바지의 초기 포즈는 설정되어 있지 않다. 때문에 간단한 걷기를 하기 전에 -60~0 프레임의 안정화 시간을 주었다.
준비 파일 > docImgMov / Cloth_blueJeans_test02.avi, Cloth_blueJeans_test03.avi, Cloth_blueJeans_test04.avi
Cloth_blueJeans_test02 동영상 보기
Cloth_blueJeans_test03 동영상 보기
Cloth_blueJeans_test04 동영상 보기
|
