모션캡처 테크놀로지를 활용한 Fouette en tournant의 무용역학적 분석과 3D 멀티미디어 컨텐츠 개발

Abstract

The purpose of this research is to analyze Fouett en tournant by using the advanced motion capture technology, develop the practical 3D multimedia dance education contents, and describe how to practically and effectively apply it to the class or choreography. Movement of Fouett en tournant was photographed by the VICON 8 Optical Motion Capture System from Oxford Metrics in 120 frame per second. For validity and reliance of motion capture data, firstly used in the field, the data were compared with those of 10 ballerinas photographed by 16mm high speed cameras as a control group. 3 dimension data produced kinematic variables such as angle, timing, absolute angle for the grobal X-axis, resultant velocity and transition of momentum by application of LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench Graphical Programming). With high-technology animation skills, a ballerina character with well expressive exquisite ballet motions was developed and 3D multimedia contents was produced with analyzed research data. From the result of dance biomechanical analysis of Fouett en tournant, the transition of momentum appeared sequential pattern. It was progressed from supporting leg(left leg) to movement leg(right leg), from leg to arm and from right to left arm. It appeared that the sequential mechanism contributed to successive turns by performing the function of generating turns and supporting the balance of body segments alternatively. The transition of momentum in the supporting leg occurred from proximal to distal segment. This sequential mechanism identically occurred in the case of jumping. However, at the last stage of performing relev -down, it occurred from distal to proximal segment oppositely, so it was approved that the mechanism in relev differs from that of demi pil . Considering successive motions of relev -up and down, it was verified that the transition of strength in successive turns was reiterated from hip to metatarsal joint, from metatarsal to hip joint, from hip to metatarsal joint in the order. Momentum of both arms was transferred from the proximal to the distal and from the right to the left side in relev -up and pure turn. The maximum angular velocity and resultant velocity was appeared to be high in the left arm and in case of the resultant velocity, the right arm shows the maximum velocity in the consequence of demi-pli and the left arm indicates the maximum velocity in the consequence of pass . For Fouett en tournant, not only preparation turns but also successive turns were accompanied by wind-up motions of body in linking with arms and the shoulder motion. Thus, wind-up skill has to be considered as one of the practical ways of turning. The spotting of head which helps the turns and supports the balance started at the point of the vertical line from head to toe when relev in the supporting leg and pass in the movement leg completed. At the result of the 3D multimedia contents production on the dance turn, approaching to the dance turn by using motion capture technology can be reproduced the 3-dimensional and compounding turn motions almost perfectly. For the above-mentioned reasons, the creation of the animation character of ballerina that could describe the sophisticated ballet motions unlike daily motions is indispensable. 3D multimedia provides learners with the virtual space which they are not able to experience in the real world because of the special and physical restriction. The use of 3D multimedia contents lets learners possible to have more interest and self-driven study by giving the opportunity to study the movements anytime without the direct excercise. It provides the perfect simulation which can shorten the period of dance excercise, increase the education efficiency, reduce the injury from the real excercise and the danger of overuse syndrome. 3D multimedia contents on dance which has been developed with the biomechanical analysis makes it possible to move into scientific approach in dance and have the effective dance class by lubricating the linkage between the learning knowledge and the actual teaching. It can support not only the learner oriented education but also the teacher oriented education by the computer. Furthermore, it can be used as a cyber education in many fields such as dance area, digital textbook, internet broadcasting, performing arts and etc. ; 본 연구의 목적은 최첨단 기술인 모션캡처 테크놀로지(motion capture technology)를 활용하여 발레의 연속회전 동작인 Fouett en tournant의 최고 수행의 기전(mechanism)을 분석하고, 이러한 무용역학적 분석을 기반으로 과학적 분석을 위한 motion capture system의 신뢰도와 타당도를 검증하며, 무용교육이나 안무현장에서 활용할 수 있는 3D 멀티미디어 컨텐츠를 개발하여 그 활용가능성을 살펴보고자 하는데 있다. Fouett en tournant 동작은 Oxford Metrics사의 VICON 8 optical motion capture system을 사용하여 초당 120 프레임으로 8대의 카메라로 촬영하였다. 최초로 역학적 동작분석을 위한 연구로 사용되는 motion capture system 자료의 신뢰성과 타당성을 위하여 그 대조군으로 지금까지 주로 사용되어온 16mm 고속카메라로 촬영한 무용수 10인의 결과와 비교하였다. Fouett en tournant의 연속회전동작은 를르베 업(relev -up), 순수회전, 를르베 다운(relev -down)의 세 구간으로 나누어 분석하였다. motion capture system을 통해 얻어진 3차원 데이터는 LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench Graphical Programming)을 활용하여 분절내, 분절간 각도와 타이밍, 지면에 대한 절대각도, 합성속도, 모멘텀의 전이 등의 운동학적 변인(kinematic variables)들을 산출하였다. 또한 애니메이션 작업을 통해 정교한 발레 동작을 잘 표현할 수 있는 발레리나 캐릭터를 자체개발하고, 무용역학적으로 분석한 연구자료와 함께 현장에서 다양하게 활용할 수 있는 3D 멀티미디어 컨텐츠를 제작하였다. A. Fouett en tournant을 무용역학적으로 분석한 연구결과는 다음과 같다. 1. 연속회전동안 모멘텀의 전이는 순차적 패턴(sequential pattern)으로 나타났다. relev -up에서는 왼무릎, 오른무릎, 오른 팔꿈치로, 순수회전에서는 왼팔꿈치, 머리, 몸통으로, relev -down에서는 왼무릎, 오른팔꿈치, 오른무릎, 왼팔꿈치로 진행되었다. 즉, 지지다리에서 동작다리로, 다리에서 팔로, 오른팔에서 왼팔로 힘이 전이되었다. 이러한 순차적 메커니즘은 신체분절들이 서로 균형을 유지하거나 회전을 발생시키는 기능을 교대로 수행하고 모멘텀을 효과적으로 전이시킴으로써 연속회전에 기여하고 있음을 보여주는 결과이다. 또한 균형을 잡거나 회전을 발생시키기 위해서는 서로 대조되는 팔다리, 특히 크게 움직이는 동작다리와 반대 팔의 관계가 중요하다는 것이 밝혀졌다. 2. 지지다리내에서 모멘텀의 전이는 근위분절에서 원위분절로 진행되었다. 이러한 Fouett en tournant의 순차적인 메커니즘은 점프와 동일하였다. 그러나 relev -down후반에는 발이 지면에 내려오면서 모멘텀의 전이가 반대로 원위분절에서 근위분절로 발생하였다. 따라서 단순히 올라서는 relev 와 내려서는 충격을 완화시키면서 다시 되튕겨 올라갈 준비를 하는 드미쁠리에(demi pli )의 기전은 다르다는 것이 증명되었다. 이 결과를 relev -down과 up을 반복하는 연속적인 동작으로 연결지어 보면 demi pli 로 내려올 때는 고관절에서 발로, 다시 발에서 고관절 쪽으로 힘이 전이되고, 바로 relev 로 되튕겨 올라갈 때에는 고관절에서 발로 힘이 전이되었다. 즉 연속회전시 근위에서 원위, 원위에서 근위, 근위에서 원위로의 힘의 이행과정을 반복적으로 되풀이하게 되는 것이다. 3. 양팔의 모멘텀은 relev -up과 순수회전시 오른어깨, 왼어깨, 오른팔꿈치, 왼팔꿈치로 전이되었다. 즉 근위에서 원위로 그리고 오른쪽에서 왼쪽으로 진행되었다. 이는 두 팔이 마치 하나의 연결된 분절체로서 기능하면서 회전을 위해 수평적으로 상반되는 균형의 힘을 효과적으로 사용하여 연쇄적으로 작용한 것이다. 양팔의 최대각속도와 합성속도는 모두 왼팔에서 더 크게 발생하였다. 합성속도의 경우 오른팔은 demi pli 전후로, 왼팔은 파세(pass ) 전후로 최고속도를 보였다. 이는 오른팔이 더 크게 회전에 기여한다는 기존의 생각과는 다른 결과로서, 회전시 왼팔의 움직임을 활용하는 방법을 강조하여 지도할 필요가 있다. 4. 지면에 대한 머리, 어깨, 고관절의 절대각도를 살펴본 결과 어깨와 고관절이 서로 시차를 나타냈다. 즉 처음 다리를 지면에 두고 시작하는 준비회전뿐 아니라 연속회전의 매 회전마다 팔과 어깨의 움직임과 연계된 몸통의 wind-up 동작이 수반되었다. 따라서 연속회전이나 다리를 공중에 펴는 형태의 회전동작에서는 신체의 수직을 유지하기 위한 full-up의 중요성뿐 아니라 wind-up 기술도 고도의 회전을 효과적으로 수행하는 방법론으로서 제시되어야 할 것으로 사료된다. 또한 균형을 유지하고 회전을 돕는 머리의 스팟팅(spotting)은 지지다리가 relev 되고 동작다리가 pass 를 완성하여, 발끝부터 머리끝까지의 수직선을 이루는 시점에서 시작되었다. 즉 관성모멘트가 가장 줄어든 순간 머리의 회전효과를 극대화시키는 것으로 나타났다. B. 본 연구의 무용역학적 분석과 연계하여 무용회전에 관한 3D 멀티미디어 컨텐츠를 개발하고 그 활용가능성을 살펴본 결과는 다음과 같다. 1. motion capture technology를 활용한 무용동작의 접근을 통해 복합적이고도 3차원적인 회전동작을 거의 완벽하게 재현할 수 있었다. 이를 위해서는 일상동작이나 다른 무용분야와는 다른 정교한 발레(ballet) 움직임을 정확하게 묘사해 낼 수 있는 발레리나 애니메이션 캐릭터의 개발이 필수적이다. 2. 3D 멀티미디어는 공간적, 물리적 제약을 지닌 현실세계에서는 직접 경험하지 못하는 상황을 학습자의 필요에 따라 가상공간(virtual space)에서 간접 체험할 수 있는 도구를 제공했다. 3. 3D 멀티미디어 컨텐츠의 활용은 학습자에게 흥미를 유발시키고, 직접적인 연습을 통하지 않더라도 언제든지 동작을 연구하고 학습할 수 있는 기회를 제공함으로써 스스로 문제를 제기하거나 해결방안을 찾아가는 주도적인 학습과 수준별 학습을 가능하게 한다. 특히 완벽한 시뮬레이션을 제공함으로써 무용학습과 훈련 시간을 단축시키고, 학습 효율성을 증대시키며, 과도한 훈련으로 인한 부상가능성과 과다사용 증후군(overuse syndrome)의 위험을 감소시킬 수 있다. 결론적으로 무용역학적 분석과 함께 개발된 motion capture technology를 활용한 무용의 3D 멀티미디어 컨텐츠는 그동안 소원했던 학문적 연구와 현장을 효과적으로 연계시키는 작업을 원활하게 함으로써 과학적인 무용 접근과 효과적인 수업을 가능하게 할 것이다. 이는 학습자 중심의 컴퓨터 활용 수업뿐만 아니라 교사 중심의 활용 수업도 지원할 수 있으며, 더 나아가 앞으로 무용분야의 사이버 교육, 디지털 교과서, 인터넷 방송, 공연예술 등의 분야에 활용될 수 있을 것이다.