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  1. 2011.12.17 뽀로로가 움직이는 비밀을 알려주마!
마켓 생태계/지식2011.12.17 08:09

뽀로로가 움직이는 비밀을 알려주마!

애니메이션 속 숨은 과학원리

2011년 12월 13일(화)

> 과학·기술 > 항공·우주

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ⓒ한국항공우주연구원
안녕하세요? 전 얼음나라에 살고 있는 꼬마 펭귄, 뽀로로라고 해요. 어린이들이 저를 많이 좋아해주셔서 제가 세계적으로 이름을 좀 날리고 있답니다. 그래서 오늘은 제가 여러 애니메이션 캐릭터를 대표해서 나왔어요. 여러분께 저와 친구들이 움직이는 원리를 알려드리려고 말이에요.

사실 저처럼 움직이는 그림을 만드는 건 옛날 사람들의 오랜 소원이었어요. 스페인 북부에 가면 알타미라 동굴이 있는데요. 그곳에는 기원전 1만년~5천년 사이에 그린 것으로 짐작되는 그림이 있어요. 사냥꾼에게 쫓기는 멧돼지 그림인데요. 이상하게도 멧돼지의 다리가 8개나 됩니다. 도망가는 돼지의 모습을 표현하려고 했었나 봐요. 이렇게 아주 오래 전부터 사람들은 움직이는 그림을 그리고 싶어 했어요.

움직이는 그림은 1826년 의사인 존 에어튼 파리스가 만든 ‘소마트로프’에서 탄생했어요. 이 기구는 새가 새집으로 들어갔다 나왔다 하는 연속 그림을 원반에다 그리고, 원반을 돌리는 장치인데요. 원반을 돌리면 마치 새가 움직이는 것처럼 보여요. 1834년에는 미국인 윌리엄 조지 호너가 ‘조토로프’를 만들기도 했어요. 이 장치는 원통의 안쪽에 말이 달리는 그림이 있고 이것을 회전시키면서 바깥쪽 원통에 뚫려 있는 구멍을 통해 보는 장치였어요.
 
그런데 여기서 한 가지 이상한 점이 있죠? 움직이는 그림이라고 해 놓았는데, 그림이 진짜로 움직이는 게 아니라 움직이는 것처럼 보이는 거잖아요. 네, 맞아요. 사실 애니메이션은 그림이 움직이는 게 아니라는 정지된 그림을 빠르게 보여주는 거랍니다. 1초에 무려 24장이나 되는 그림을 빠른 속도로 넘겨서 움직이는 화면을 만드는 거예요.

뇌의 착각으로 움직이는 것처럼 보여

어떻게 이런 일이 일어날 수 있냐고요? 그건 우리 뇌의 착각 덕분이에요. 우리 뇌는 1초에 16장 이상의 그림을 보게 되면, 그림이 정지된 순간을 보지 못해요. 우리 눈에 들어온 그림 한 장은 실제로 망막에 비춰진 것보다 더 오랫동안 뇌에 머물러 있기 때문이랍니다.

먼저 본 그림이 뇌에서 사라지기 전에 다음 그림을 보여주면 뇌에서는 두 개의 이미지를 기억하고 있다가 합쳐서 생각하게 되요. 그러니까 빠른 속도로 많은 그림을 보여주면 그림이 마치 움직이는 것처럼 느끼는 거죠. 책의 한쪽 귀퉁이에 동그라미를 조금씩 다르게 그린 뒤에 빠르게 후루룩 넘기면 동그라미가 움직이는 걸 볼 수 있답니다.

그런데 단순히 연결해서 보여준다고 해서 그림 속 캐릭터들이 자연스럽게 보이는 건 아니에요. 그래서 애니메이션을 만드는 전문회사는 캐릭터의 움직임을 자연스럽게 보이게 하려고 몇 가지 규칙을 만들었어요. 그런데 이 규칙을 잘 살펴보면 사물이 움직이는 데 필요한 과학 법칙도 들어 있어요. 과연 어떤 과학 법칙이 들어 있는지 살펴볼까요?

가장 쉽게 찾을 수 있는 건 ‘뉴턴의 운동법칙’이에요. 저, 뽀로로가 썰매를 타고 미끄러져 내려오다가 썰매가 얼음덩어리에 걸리면 어떻게 될까요? 우선 썰매는 그 자리에 멈춰야 하겠죠? 그런데 저는 멈추지 못하고 썰매에서 튕겨나갈 거예요. 이건 바로 뉴턴의 첫 번째 운동법칙인 ‘관성의 법칙’ 때문이에요.

관성이란 물체가 본래 운동 상태를 유지하려는 성질을 말해요. 버스가 달리다가 급하게 멈추면, 버스 안에 있던 승객들이 앞으로 쓰러지잖아요. 그건 승객들이 계속 움직이던 상태를 유지하려고 했기 때문이에요. 이렇게 움직이는 물체는 계속 움직이려고 하고, 정지하고 있는 물체는 계속 정지하려고 하는데요. 애니메이션에도 이 성질을 꼭 지켜줘야 자연스럽게 보여요. 썰매가 갑자기 멈췄는데 제가 가만히 있으면 어딘가 이상하게 보일 테니까요.

제가 타고 있는 썰매가 높은 곳에서 낮은 곳으로 내려온다면 어떻게 돼야 할까요? 네, 당연히 속도가 빨라져야겠죠? 중력을 받아서 점점 속도가 빨라지니까요. 이게 바로 유명한 뉴턴의 두 번째 법칙, ‘가속도의 법칙’예요. 애니메이션에서도 아래로 내려오거나 떨어지는 물체는 점점 속도가 빨라지도록 표현해야 자연스럽답니다.

구부러짐을 통해 어떤 움직임을 강조하기도 해요. 예를 들어 야구선수가 방망이를 빠르게 휘두르면 방망이가 늘어나면서 뒤쪽으로 굽어지도록 만들고요. 달리는 자동차의 속도가 빨라질수록 차가 납작하게 보이죠. 실제로 이렇게 되는 건 아니지만 만화로 나타낼 때 더 효과적으로 표현하기 위해서랍니다. 물론 이런 것도 전부 가속도를 나타낸 거예요.

첨단 기술 적용해 자연스러운 모습 연출

뉴턴의 세 번째 운동법칙인 ‘작용-반작용의 법칙’도 지켜줘야 해요. 우리가 어떤 물체를 밀면 물체도 우리를 똑같은 힘만큼 밀어내는 것 말이에요. 만약에 저와 친구들이 로켓 장난감을 가지고 노는 걸 생각해봐요. 로켓이 불꽃을 하늘로 뿜으면서 우주로 나가면 어떨까요? 굉장히 어색하겠죠? 로켓은 나가는 방향과 반대로 불꽃을 내뿜고, 그 힘에 대한 반작용을 받아서 우주로 나가니까요.

이렇게 애니메이션을 만들 때는 자연 속에서 물체들이 어떻게 움직이는지를 꼼꼼하게 살펴야 해요. 과학적인 원리를 생각하지 않고 마구 움직이게 만들면 어색해 보이게 되니까요. 요즘에는 컴퓨터 기술이 발달해서 움직임을 따라하거나 미리 ‘시뮬레이션’ 해보는 등 다양한 방법이 사용되고 있어요.

시뮬레이션은 물이 흐르거나 물체가 바람에 날리는 현상 등을 수학식으로 만들어서 재현하는 기법이에요. 뽀로로 같은 펭귄은 털이 바람에 잘 날리지 않지만 머리카락이 긴 ‘라푼젤’ 같은 주인공을 표현하려면 실제 사람의 머리카락을 관찰해서 시뮬레이션해요. 머리카락이 빛에 반사되면 어떻게 되는지, 그림자는 어떤지, 또 머리카락이 바람에 날렸다가 아래로 떨어질 때 어떻게 움직이는지 등을 알아야 최대한 자연스러운 모습을 만들 수 있어요.

뽀로로처럼 3D 애니메이션을 만들 때는 ‘키프레임 방식’과 ‘모션 캡쳐 방식’을 이용해 자연스러운 움직임을 나타내요. 키프레임 방식은 중요한 동작을 먼저 그리고, 그 사이에 있는 연결 동작을 그리는 거예요. 이렇게 하면 다양한 동작도 만들 수 있고, 표정 등을 과장할 수도 있어요.

모션 캡쳐 방식은 실제 사람의 몸에 움직임을 인식할 수 있는 장치를 붙여서 그걸 컴퓨터에 기록하는 거예요. 사람의 움직임을 그대로 따서 동작으로 만들기 때문에 실제와 거의 똑같죠. 하지만 키프레임 방식처럼 다양한 표정이나 동작을 만들기는 어려워요. 현실에서 가능한 동작만 나타낼 수 있으니까요. 그래서 요즘에는 모션 캡쳐 방식으로 사람의 움직임을 따고, 과장된 동작이 필요하면 키프레임 방식을 끼워넣기도 한답니다.

그래도 무엇보다 중요한 건 자연의 법칙을 이해하는 거겠죠? 이제부터 애니메이션을 볼 때는 ‘뽀로로의 움직임에 어떤 과학적 원리가 숨어있나?’ 한 번 살펴보는 것도 좋을 것 같아요.

출처 : 한국항공우주연구원 ‘카리스쿨’ | www.karischool.re.kr

박태진 과학칼럼니스트

저작권자 2011.12.13 ⓒ ScienceTimes
Posted by 전충헌 전충헌