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슈렉과 같은 애니메이션 영화나 무협 영화에서 주인공은 범상치 않은 옷을 입고 연기를 한다. 멜로나 드라마가 아니기에 뛰어다니거나 때로는 하늘을 나는 액션 연기를 서슴치 않는다. 당연히 컴퓨터 그래픽 작업의 결과라는 것을 알지만 영화에 빠져들다 보면 그래픽인지 실제인지 분간이 되지 않을 때가 있다. 말을 타고 달리거나 하늘을 나는 장면에서 옷의 펄럭임까지도 사실적으로 표현했기 때문이다. 그만큼 그래픽 기술이 발전한 것. 실제와 유사한 그래픽을 만드는 데 기본이 되는 원리는 구조역학과 뉴튼의 운동법칙이다. 드림웍스가 도입한 3D 시뮬레이션 기술 ‘퀄로스(Qualoth)’의 원리를 알아보자.

퀄로스는?

서울대 전기공학부 출신 멤버로 구성된 컴퓨터 그래픽 벤처기업 FX기어가 만든 ‘3D 컴퓨터 옷(Cloth) 시뮬레이션’ 기술이다. 옷의 주름이나 움직임, 재질 등을 보다 자연스럽게 표현할 수 있다. 과격한 액션 동작이나 움직임도 실제와 유사하게 보여준다. 드림웍스, 디즈니가 만든 애니메이션과 게임에서 사용된다. ‘슈렉3, 4’와 ‘몬스터 vs 에일리언’ ‘중천’ 등의 영화에 적용됐다.

기본 원리는 구조역학

물리적인 움직임을 컴퓨터를 통해 시뮬레이션하는 기존의 방법은 금속이나 건물처럼 딱딱하고 강도가 높은 물체에서만 적용됐다. 각종 형태를 지닌 구조물이 여러 방향에서 다양한 외부 힘을 받아 어떻게 변형되는지를 물리적으로 계산한 구조역학을 활용했다. 딱딱한 것을 시뮬레이션해 스펙터클한 장면을 연출하는 데 집중했기 때문에 옷 같은 직물의 움직임으로 확장되지 못했다. 때문에 건물이 무너지거나 검이 깨지는 장면의 사실성은 매우 높았지만 연기자나 연기자가 입고 있는 옷의 움직임은 없거나 부자연스러워 어색한 게 한계였다. 퀄로스는 변형이 자유로운 천이나 직물의 움직임까지도 자연스러운 표현으로 시뮬 레이션할 수 있는 물리적 모델이다.

‘즉좌굴’ 모델 개발

옷에 주름이 생길 때 힘과 에너지가 어떻게 변화하는지를 풀어내기 위해 FX기어는 이른바 ‘즉좌굴’ 모델을 개발했다. 여기에는 뉴튼의 제3법칙으로 불리는 작용·반작용의 법칙도 거들었다. 움직이지 않는 옷에 잠재 된 에너지가 외 힘에 의해 가해지는 에너지를 어떻게 받아 들이는지를 뉴튼의 제2법칙에서 말하는 운동방정식과 구조역학적 계산을 통해 시뮬레이션했다.

최광진 FX기어 기술이사는 “건물은 무너지는 것만 보여줘도 충분히 외부 힘을 전달받아 변형되는 것을 표현할 수 있는데 옷 같은 재질은 변화 양상이 보다 복잡하다”며 “이를 컴퓨터를 이용해 계산하는 모델을 만들고 패턴화시켜 퀄로스를 완성시킨 것”이라고 설명했다.

현재 FX기어는 대규모 액체나 폭발, 입자형 자연현상 표현을 위한 시뮬레이션을 개발중이다. 올해 안에 개발해 컴퓨터 그래픽 기술을 한단계 업그레이드할 계획이다.