게임용 사진 측량
지난 10년 동안 비디오 게임의 캐릭터 모델과 환경은 게임 콘솔 하드웨어 업그레이드뿐만 아니라 사진 측량과 같은 디지털화 프로세스의 채택으로 인해 비약적으로 발전했습니다. 이제 이 기술을 사용하면 전 세계적으로 점점 그 수가 늘어나는 게이머에 전례 없는 수준의 몰입감을 제공하는 사실적인 세계를 만들 수 있습니다. 사진 측량에 익숙한 사람은 그것을 통해 인상적으로 높은 수준의 텍스처 품질을 특징으로 하는 3D 모델로 수집되고 변환된 대상 물체의 다양한 이미지를 효과적으로 볼 수 있다는 것을 알 것입니다. 하지만 게임 산업에서 이 프로세스는 정확히 어떻게 사용되고 있을까요? 다음 기사에서는 작업 흐름 단계부터 대안으로 3D 스캐닝을 사용할 가능성에 이르기까지 모든 것을 다루면서 이 주제에 대해 알아봅니다.
개요
스마트폰에서 재생 중인 비디오 게임
용도에 대해 알아보기 전에 다음과 같은 질문을 할 수 있습니다.사진 측량이란 무엇입니까?
간단히 말해서 여러 각도에서 대상 물체의 이미지를 중첩하여 촬영하는 프로세스입니다. 이러한 사진에서 동일한 지점을 식별하고 일관된 카메라 위치, 초점 거리 및 왜곡을 확보하여 이들 지점의 좌표를 얻고 3D 공간에서 그 위치를 삼각 측량하여 3D 모델로 복제할 수 있습니다.
비디오 게임 세계에서 실제 소품, 위치, 심지어 배우의 얼굴을 캡처하고 게임에 추가하는 데 사진 측량이 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이 기술을 통해 개발사는 이제 사실적인 그래픽으로 세상을 구축할 수 있을 뿐만 아니라 수동으로 생성하는 데 걸리는 시간보다 훨씬 단축된 시간 내에 작업할 수 있습니다.
그래픽 아티스트는 사진 측량으로 전환하기 전에 게임 플레이 및 리드 타임 제한에 대한 미학적 균형을 유지하면서 타협을 초래한 작업 흐름에서 이러한 3D 자산을 처음부터 시작해야 하는 경우가 많았습니다.
게임이 진화함에 따라 코딩을 지속적으로 테스트해야 하는 기존의 '화이트 박스' 설계 방식도 프로젝트가 하나로 합쳐지기 전까지 시스템을 완전히 평가할 수 없어 의구심을 낳았습니다. 그에 반해서 스튜디오는 이제 사진 측량을 사용하여 모델을 캡처하고 업로드하여 사전에 세계 '키트'를 미리 만들 수 있습니다. 이를 통해 개발사는 더 잘 준비하여 예정한 시간에 제공할 수 있습니다.
이 기사의 나머지 부분에서 일부 개발사가 이를 위해 수행하는 개별 작업 흐름 단계를 분석할 것입니다. 또한 이를 수행하기 위한 수단으로 효율적으로 사용할 수 있는 다양한 기술을 자세히 살펴보고 각 접근 방식의 잠재적 이점을 평가할 것입니다.
비디오 게임에서 사진 측량은 어떻게 사용됩니까?
현대 게임 산업에서 높은 그래픽 충실도와 짧은 출시 주기가 성공의 열쇠이기 때문에 사진 측량의 채택을 통해 얻는 이점은 명확합니다. 이와 같이 이 기술은 빠르게 업계 표준이 되고 있습니다. 그런데 전체 프로세스는 실제로 어떻게 작동할까요?
다른 사진 측량 용도와 마찬가지로 작업 흐름은 각 사진이 다음 사진과 겹치는 선형의 매트릭스와 같은 패턴으로 다양한 각도에서 캡처되는 물체로 시작됩니다. 큰 물체를 캡처할 때 개발사는 미세한 디테일을 캡처하기 위해 다가가기 전에 360º 와이드 숏을 찍는 것으로 시작할 수 있습니다. 그러나 일반적으로 장거리 장치는 이러한 용도에 더 적합하기 때문에 사용하기가 더 쉽습니다.
비디오 게임 산업에서 사용되는 사진 측량. 이미지 출처: smns-games.com
그렇긴 하지만, 이 모든 것을 달성하는 것은 말처럼 쉽지 않으며, 게임 스튜디오는 올바른 모양과 비율을 가진 완전한 모델을 얻기 위해 많은 함정을 피해야 합니다. 우선 개발사는 사용할 장비를 고려해야 합니다. 고해상도 카메라를 사용할 경우, 사진이 겹치는지 확인해야 할 것입니다.
그러나 LiDAR(Light Detection and Ranging) 장치를 사용하는 경우, 물체의 기본 재료도 고려해야 합니다. 예를 들어, 이것이 재귀 반사되는 경우, 표면은 신호 손실을 최소화하면서 스캐너의 수신기로 빛을 반사할 수 있습니다. 반대로 해당 물체가 반짝이거나 불투명하면 디지털화하기가 더 까다롭습니다.
요점
오랫동안 지형도를 만들기 위해 측량에 사용된 사진 측량은 이제 3D 환경을 만드는 비디오 게임 개발사에게 유용한 도구임이 입증되고 있습니다.
개발사가 이러한 문제를 해결하고 완전히 겹치는 측정값 세트를 캡처한 후에 Adobe Photoshop과 같은 프로그램으로 시작해서 이를 처리해야 합니다. 이렇게 하면 조명 및 그림자와 같은 측면을 조정하여 최종 모델이 제공하도록 설계된 게임의 분위기와 일치하게 할 수 있습니다. 색상 보정 후에는 RealityCapture와 같은 프로그램으로 내보내어 이미지를 포인트 클라우드로 정렬하고 텍스처링된 3D 메시로 변환할 수 있습니다.
초기 모델은 나중에 게임 내에서 렌더링하기 쉽도록 모델의 폴리곤 수가 감소하는 것을 확인하는 프로세스인 '리토폴로지화(retopologize)'될 수 있습니다. 마지막으로, 이러한 3D 메시에 저장된 정보가 텍스처 파일로 구워지면 표면을 여러 방식으로 조정하여 더 사실적으로 보이게 할 수 있습니다.
그것들을 그림자와 마모와 같은 시각적 효과를 추가하는 '마스크'와 결합할 수 있고, 절차나 텍스처 맵을 사용하여 물체 형상을 더 잘 시뮬레이션한 후에 Unreal Engine과 같은 많이 사용하는 게임 엔진으로 내보낼 수 있습니다.
비디오 게임에서 사진 측량의 예
사진 측량 자체는 진화는 하고 있지만 완전히 새로운 기술은 아닙니다. 이 프로세스는 품질 관리 및 측량과 같은 영역에서는 오랫동안 효율적으로 사용되어 왔지만 게임 분야에서는 최근에야 주목을 받았습니다. 사진 측량을 본격적으로 수용한 최초의 주요 스튜디오 중 하나는 2015년 엄청난 인기를 끌었던 Star Wars: Battlefront 프랜차이즈를 재부팅한 스웨덴의 개발사 DICE였습니다.
빡빡한 출시 일정, 60FPS 게임 플레이에 대한 요구, 새로운 세대의 콘솔을 파악해야 하는 필요성에 직면한 DICE는 프로덕션을 향한 도전에 부족함이 없었습니다. 그러나 스튜디오는 여전히 원시 자료에 충실한 세계를 만들고 싶었습니다. 이를 달성하기 위해 이 개발사는 사진 측량으로 3D 모델링하기 전에 아카이브를 조사하여 원래 Star Wars 영화의 소품을 찾아냈습니다.
DICE Star Wars Battlefront 비디오 게임 캐릭터. 이미지 출처: battlefront.fandom.com
DICE는 이 접근 방식을 사용하여 각 자산을 디지털화하는 데 걸리는 시간을 이전 타이틀인 Battlefield 4에 비해 절반 이상 단축할 수 있었습니다. 또한 이 스튜디오는 작업을 통해 Star Wars 소품, 캐릭터 모델, 배경으로 구성된 '레벨 구성 키트'를 개발할 수 있었으며 최종 게임의 기반이 되었습니다. DICE는 또한 자사의 접근 방식을 통해 출시 훨씬 전에 작업 흐름을 수립할 수 있었으며, 이로써 내부 기한을 앞당길 수 있었습니다.
이 개발사의 선구적인 작업이 처음 알려진 이후로 다른 블록버스터 비디오 게임들도 비슷한 방식으로 제작되었습니다. Infinity Ward는 2019년 Call of Duty Modern Warfare 프랜차이즈를 자체적으로 재출시하기 위해 사진 측량을 통해 수집한 데이터를 사용하여 표면 세부 해상도를 개선한 '타일링(tiling)' 프로세스를 수행할 수 있음을 알았습니다.
요점
사진 측량은 광범위한 3D 환경을 구축하는 데만 사용되는 것이 아니라 소품, 나뭇잎, 캐릭터 모델 등 많은 구성 요소에도 사용됩니다.
타이틀의 개발이 계속됨에 따라 스튜디오는 실험을 더 진행했습니다. 어떤 경우에는 팀원들이 시체 모델의 기초로 스캔되었으며 더 큰 환경을 캡처하기 위해 드론으로 비행하는 스캐너를 사용하기도 했습니다. 궁극적으로 소품, 풍경, 총, 차량 및 캐릭터 모델을 신속하게 생성할 수 있는 사진 측량을 통해 이 프로젝트는 이 기술의 비디오 게임 적용이 어디까지 발전했는지 보여주었습니다.
비디오 게임용 사진 측량 소프트웨어
이 기사의 앞부분에서RealityCapture에 대해 언급은 했지만 이것이 높은 수준의 정확도로 비디오 게임용 3D 모델을 만들 수 있는 유일한 사진 측량 소프트웨어는 아닙니다. 예를 들어, 업계를 선도하는 게임 개발사인 EA(Electronic Arts)는PhotoModeler를 사용하는 것으로 알려져 있습니다. 이 소프트웨어의 이상화(Idealize) 기능을 활용하면 처리 중에 렌즈 왜곡을 제거할 수 있습니다. 이를 통해 원시 자료와 더 잘 어울리는 선명한 게임 및 애니메이션 배경을 훨씬 쉽게 만들 수 있는 것으로 알려져 있습니다.
이 프로그램은 또한 널리 사용되는 CAD 형식으로 내보낼 수 있는 텍스처가 매우 정확한 모델을 생성하는 자동 포인트 클라우드 생성 알고리즘을 갖추고 있습니다. 그렇긴 하지만, 이 프로그램은 사진 측량용으로 엄격하게 만들어진 것은 아닙니다. 결과적으로 이 소프트웨어에는 전용 경쟁 제품의 자동화된 포토-투-솔리드(photo-to-solid) 작업 흐름이 없습니다.
RealityCapture의 자동차 사진 측량
놀라운 풍경의 디지털화를 위해 설계된 프로그램을 찾는 사람들을 위해 Unity는Speed Tree를 내놓고 있습니다. 이 소프트웨어를 통해 3D 아트 도구에서 절차 생성 알고리즘에 이르기까지 모든 것을 사용하여 식물 생명체를 충실하게 재현할 수 있습니다. 따라서 Bungie 및 Ubisoft와 같은 게임 업체가 이 소프트웨어를 선택한 것은 놀라운 일이 아닙니다.
마찬가지로, 근접 및 원거리에서 캡처한 정교한 이미지 데이터를 처리할 수 있는 3D 모델 편집 소프트웨어인 Metashape를 제공합니다. 이 소프트웨어는 비디오 게임 개발보다는 연구, 조사, 방어에 더 많이 사용되지만 프로그램의 자동 보정 기능과 다중 카메라 지원은 복잡한 물체를 디지털화하거나 대규모 3D 환경을 만드는 사람들에게 매력적인 옵션입니다.
그러나 현재의 사진 측량 패키지를 사용하는 데는 몇 가지 단점이 있습니다. 많은 소프트웨어가 계층으로 판매되므로 사용자는 특정 기능에 액세스하려면 업그레이드해야 한다는 것을 알게 될 것입니다. 다른 소프트웨어에서는 프로그램에 기능이 아예 없을 수도 있습니다. 이는 신규 사용자가 특정 프로젝트에 필요한 추가 패키지를 파악하는 데 중점을 두기 때문에 신규 사용자의 진입 기준을 높입니다.
고전적인 Doom 비디오 게임 시리즈에 등장하는 괴물인 맨큐버스의 사진 측량
다른 경우에 더 광범위하고 접근하기 쉬운 소프트웨어를 찾고 있다면 Artec 3D가 내놓은Artec Studio가 있습니다. 이 프로그램은 3D 스캐너로 캡처한 데이터를 처리하기 위해 사용되는 경우가 많으며, 최신 버전인 Artec Studio 17에는 결과물로 생성된 3D 모델의 품질을 최적화하는 데 유용한 기능이 많이 있습니다.
프로그램의 Autopilot(자동 조정) 기능은 몇 가지 확인란 입력을 기반으로 가장 효과적인 데이터 처리 알고리즘을 선택하게 하여 초보자가 그 어느 때보다 쉽게 사용할 수 있도록 합니다. 사용자는 또한 Artec Studio의 사진 정합 알고리즘을 통해 고해상도 사진을 사용하여 텍스처를 적용함으로써 모델 색상 선명도를 향상할 수 있습니다.
요점
소프트웨어는 3D 세계 구축에 필수적이며 종종 프로그램 선택에 따라 캡처된 이미지를 수집하고 게임 내에서 표시하는 방법이 결정됩니다.
또한 플랫폼의 스케일 알고리즘에 으한 정렬을 통해 사용자는 소수의 주요 형상적 특징만을 기반으로 3D 모델의 임의 스케일을 대상 물체의 스케일과 일치시킬 수 있습니다. 이는 스케일과 일치하지 않거나 특히 표면이 세부적인 참조를 사용하지 않고 만든 사진 측량 모델로 텍스처를 전송할 때 특히 유용할 수 있습니다.
전반적으로 이러한 기능은 Artec 3D 하드웨어와 함께 검사 및 리버스 엔지니어링, 비디오 게임, 애니메이션 및 CGI 개발과 같은 데이터를 캡처하고 정확한 모델로 변환하는 프로세스를 간소화합니다.
대안으로서 3D 스캐닝
사진 측량은 유용한 비디오 게임 모델링 도구로 입증되었지만 한계가 있습니다. 결과물로 생성된 3D 자산의 정확도는 대상 물체를 촬영하는 데 사용되는 카메라의 해상도에 따라 달라집니다. 변하기 쉬운 날씨와 함께 보정, 각도 및 중복 문제로 인해 세밀하지 않은 모델이 생성될 수 있습니다 또한, 중복된 이미지를 캡처하고 결합하는 데 당연히 시간이 많이 걸립니다. 이러한 문제는 ‘더 효율적인 3D 모델링 방법이 있습니까?’라는 질문을 제기합니다.
World War 3: Artec Leo & Space Spider 스캐닝, Artec Space Spider로 스캔한 Glock 17 권총, Artec Leo로 만든 얼굴 스캔 이후 후기 캐릭터 개발
비디오 게임용 3D 모델을 생성하는 프로세스를 가속하고자 하는 사용자는 3D 스캐닝을 택하는 것을 고려해 볼 수 있습니다. 초당 최대 40프레임(정합 모드가 아닌 경우)의 놀라운 스캔 속도를 제공하는Artec Leo와 같은 최첨단 장치는 사진 측량 사용자가 작업 흐름을 가속할 수 있는 잠재적인 수단이 될 수 있습니다.
과거에 스튜디오 The Farm 51은 이것을 달성했습니다. 이 개발사는 Leo를 다른 3D 스캐너인Artec Space Spider와 결합하여 믿을 수 없을 정도로 사실적인World War 3 비디오 게임 모델을 만들 수 있었습니다. 사실, 이 회사는 이전 타이틀을 개발할 때 사용한 사진 측량 방식에서 전환하여 단 몇 시간 만에 온라인 슈팅 게임용 캐릭터, 차량 및 무기 모델을 생성할 수 있었습니다.
Artec Leo로 검토 중인 World War 3 게임 플레이 및 초기 단계 캐릭터 개발 스캔
인기 있는 Xbox 비디오 게임 프랜차이즈인 Hellblade 또한 Artec 3D 스캐닝을 통해 만들어진 전신 3D 모델을 특징으로 합니다. Microsoft 소유의 Ninja Theory 스튜디오에서 모션 캡처 기술의 도움으로 개발된 이 게임은 주연 배우 Melina Juergens의 놀라운 게임 내 모형을 특징으로 합니다. Artec Eva의 인상적인 유연성과 정확도 덕분에 이 개발사는 캐릭터를 실제처럼 보이게 만들 수 있었을 뿐만 아니라 실제 사람처럼 움직이는 피부와 근육으로 캐릭터를 설계할 수 있었습니다.
오늘날 스케일도 3D 모델링에 장애물이 아닙니다.Artec Micro를 사용하면 작은 물체의 디지털 버전을 생성하여 게임 내 세계를 채우는 데 사용하기 전에 최대 0.029mm의 해상도로 복잡한 세부 사항을 캡처할 수 있습니다. 반대쪽에서는, 이미 장거리Artec Ray을 사용하여전체 구조 헬리콥터를 3D 스캔하였습니다. 기술이 계속해서 새로운 대규모 모델링 애플리케이션을 찾고 있는 상황에서 누가 그것이 이러한 차량을 가상 영역으로 옮기는 데 사용될 수 없다고 말할 수 있겠습니까?
MD-902의 3D 모델과 Artec Leo로 3D 스캔 중인 헬리콥터
아직 사진 측량을 완전히 없앨 준비가 되지 않았습니까? 문제 없습니다. 경우에 따라사진 촬영과 3D 스캐닝을 결합하는 것이 바로 사용자가 찾고 있는 솔루션이 될 수 있습니다. 이는 사용자가 고급 카메라를 통해 캡처한 이미지를 3D 스캔과 병합할 수 있는 AS17을 통해 수월하게 진행할 수 있습니다. 사용자는 또한 더 정확한 색상 캡처 데이터로 모델을 생성할 수 있는 기능인 소프트웨어의 사진 텍스처 기능을 활용할 수 있습니다.
결론
위에서 설명한 실질적인 용도에 비추어 볼 때, 사진 측량과 3D 스캐닝 모두 게임 산업에서 그래픽 경계를 넓히는 데 도움이 되고 있음은 분명합니다. 스캐닝을 사용하여 제작된 각 블록버스터는 약간 다른 3D 플랫폼에 의존해 왔기 때문에 현재 특정 비디오 게임용 모델을 만들기 위해 반복적으로 사용할 수 있는 다목적 솔루션은 없습니다.
대신, 스튜디오는 일부는 게임 개발용으로 특별히 설계되고 다른 일부는 광범위한 용도로 제작된 하드웨어 및 소프트웨어 패키지를 선택해야 합니다. 개발사는 이들 중 하나를 결정할 때 게임 내에서 재생성하려는 환경의 유형과 가상 세계의 물체가 갖기를 원하는 그래픽 충실도와 같은 요소를 고려해야 합니다.
이러한 크리에이터들에게는 다행스럽게도 게임에서 사진 측량 및 3D 스캐닝을 점점 더 많이 채택하게 되면서 다양한 요구를 충족하는 제품들이 출시되었습니다. 이 기술은 업로드, 조정 및 가상 세계에 통합할 수 있는 모든 모양과 크기의 물체를 충실하게 재현할 수 있는 입증된 기능으로 인해 새로운 최첨단 게임의 개발을 가속하는 데도 매력적입니다.
이 점을 염두에 두면 지금은 비디오 게임 산업에서 사진 측량 및 3D 스캐닝을 위한 흥미로운 시기이며, 기술이 가까운 미래에 어떻게 계속해서 혁신을 주도하는지 보는 것도 흥미로울 것입니다.
