paper : http://graphics.ucsd.edu/~matthias/Papers/HairPhotobooth.pdf
UCSD(University of California, San Diego)에서는 사람의 헤어스타일의 형태와 외모를 정확하게 잡아내는 새로운 방법을 공표하였다. 그것의 결과물은 실제 헤어스타일에 맞추어 주고, 애니메이션이 사용 될 수 있다.
실생활과 거의 같은 3D 가상 세계에 있는 머리카락을 가진 3D 액터(actor, 본 기사에서는 영화나 게임 등에 등장하는 캐릭터를 의미함)의 아바타를 상상하면 이해하기 쉽다. 헤어스타일을 애니메이션 하는 본 연구 성과는 SIGGRAPH에 발표될 예정이다. 이번의 획기적인 개발은 UCSD와 Adobe 시스템 그리고 MIT의 협동연구로 이루어졌다.
컴퓨터 그래픽 연구자들은 멀티 카메라, 빛과 프로젝터를 사용하여 실제 사람의 헤어스타일의 형태와 외모를 잡아내었다. 그 다음 컴퓨터 과학자들은 “빈 공간을 채우는” 알고리즘을 만들었고, 새로운 앵글(angle)과 조명 상황으로부터 헤어스타일의 실제 사진과 같은 이미지(photo-realistic images)를 생성하였다.
Adobo 연구원이자 SIGGRAPH 논문의 저자인 Sylvain Paris는 머리카락을 표현하는 것에 대하여 다음과 같이 설명하였다. “매번의 가능한 앵글을 위해 헤어스타일을 모사한 후, 실제 태양이 비치고 바람에 날리는 머리카락의 개별적인 가닥을 얻었다. 이것은 디지털 아티스트들이 수동적으로 해야 하는 매우 극단적으로 어렵고 시간을 소비하는 일이다.” 또한 UCSD의 교수인 Matthias Zwicker는 “우리는 액터를 애니메이션하고 그들의 헤어스타일을 갖고 실제처럼 행동하는 것을 필수적으로 갖는 도구를 영화와 비디오 게임 제작자들에게 주기 원한다”고 말하였다.
머리카락을 주는 “매트릭스 처리법(The Matrix Treatment)”
매트릭스 영화의 제작자들은 인간 얼굴의 실제 이미지를 생성하기 위하여 디지털 얼굴 대체물을 사용하였다. UCSD 그래픽 그룹은 헤어스타일과 동일한 것을 만들기 위한 컴퓨터 그래픽 알고리즘을 만드는 것을 도왔다. 만일 당신이 무한한 빛 공급원을 갖는다면, 컴퓨터로 생성될 필요가 있는 앵글, 시점 또는 촬영각(view)이 없을 것이다. 그러나 이것은 전적으로 비현실적인 상황이다.
대신, 매트릭스 처리법으로 얻은 각 헤어스타일을 위하여 연구자들은 16대의 카메라, 150개의 광원, 돔에 설치된 3대의 프로젝터를 사용하여 약 2,500개의 실제 이미지를 캡쳐 하였다. 이러한 모든 데이터를 가지고 컴퓨터 과학자들은 보이는 모든 머리카락의 물리적인 위치와 방위를 결정한다. 그 다음 알고리즘은 100,000가닥의 복잡한 머리카락 모델을 생성한다.
여기서부터, 컴퓨터 과학자들은 빛이 각 머리카락에 따라서 어떻게 반사되는지를 정밀하게 시뮬레이션 하는 방법을 발견하였다. 그 결과 어떠한 앵글에서도 실제 사진과 같은 헤어스타일의 이미지를 만들 수 있게 되었다. 자동화된 시스템에서도 조차 실제 하이라이트를 만들었다. 관련이 있는 이미지의 데이터에 기반 하여 새로운 이미지를 생성하는 이러한 프로세스는 보간법(interpolation)이라 불린다.
“머리카락처럼 보이는 머리를 만들기 위하여, 당신은 개별적인 실(fiber)을 생각해야만 한다”고 UCSD 컴퓨터과학과의 박사과정이자 본 프로젝트의 알고리즘에 개발에 기여한 Will Chang이 말하였다. 또한 “개별적인 머리카락의 방위를 결정하면, 연구자들은 빛이 어떠한 앵글로 들어오든지 간에 머리스타일이 어떻게 반사될 것이지를 실제적으로 측정할 수 있다. 당신은 두 앵글 사이에서 한 지점을 위한 실제 하이라이트를 얻기 위하여, 2개의 다른 앵글로부터 하이라이트를 섞을 수 없다. 기존의 하이라이트를 혼합하는 대신, 우리는 새로운 하이라이트를 만든다”고 Chang이 말하였다.
새로운 계산 방법은 다른 앵글로부터 스타일이 어떻게 보이는지에 기반 하여 헤어스타일의 이미지를 생성하는 것보다 더 많이 사용될 수 있다. 이번 작업의 한 가지 가능한 확장은 바람이 불 때 애니메이션 캐릭터의 머리카락을 실제적으로 만드는 것이다. 이것은 연구자들 역시 표면과 머리 피부 사이에서 각 개별 머리카락에 따라서 어떻게 움직이는지를 계산하는 하는 방법을 개발하였기 때문에 가능하다. 그들은 이것을 머리카락의 “숨겨진 기하학(hidden geometry)"이라 부른다.
본 프로젝트의 연구자들은 2008년 SIGGRAPH 논문에 "우리 방법은 애니메이션이 가능한 머리 피부에 붙어 있는 가닥을 생성한다. 반대로 기존 방법은 보이는 머리 층(layer)만을 만들어낸다"고 썼다.
그림1. 동일한 헤어스타일을 가지고 컴퓨터로 생성된 헤어스타일과 실제 사진을 단계별 비교한 것이다.
그림2. (좌측부터 1, 2, 3, 4 사진) 좌측1과 2는 실제사진으로부터 컴퓨터가 잡아낸 머리카락 데이터. 좌측3은 실제 머리카락의 사진이며, 좌측4는 본 연구를 통하여 개발한 알고리즘으로 생성한 머리카락 이미지.
* 논문인용: “Hair Photobooth: Geometric and Photometric Acquisition of Real Hairstyles,”, Sylvain Paris and Wojciech Matusik from Adobe Systems, Inc., Will Chang, Wojciech Jarosz and Matthias Zwicker from University of California, San Diego; and Oleg I. Kozhushnyan and Fredo Durand from Massachusetts Institute of Technology. 
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