PMX와 PMD 소개
이 섹션에서는 PMX와 PMD 파일이 어떤 정보로 구성되어 있는지, MMD가 해당 정보를 어떻게 해석하는지, 그리고 babylon-mmd가 MMD의 동작을 어떻게 구현하는지 설명합니다.
이 문서에서는 babylon-mmd가 MMD의 동작을 구현하는 방법에 대한 내용을 이 블록으로 구분합니다.
PMX/PMD 파일 개요
Polygon Model eXtended(PMX)와 Polygon Model Data(PMD) 파일은 Miku Miku Dance(MMD)에서 사용되는 3D 모델 파일 포맷입니다.
기본적으로 PMX/PMD 파일은 텍스처 파일을 제외한 모든 데이터를 포함하는 단일 바이너리 파일입니다.
이러한 파일 포맷은 문서화된 명세가 없기 때문에, 리버스 엔지니어링 분석을 통해 알려진 정보만 존재하므로 약간의 오류가 있을 수 있습니다.
또한, 각 정보에 대한 공식 이름이 없기 때문에, 이 문서에서는 설명을 위해 각 정보에 임의로 일반적인 이름을 부여합니다.
현대적인 3D 애셋 포맷과의 차이점
현대적인 널리 사용되는 3D 애셋 포맷(예: glTF, FBX 등)은 3D 모델을 포함하는 씬 그래프를 표현하기 위한 구조로 설계되어 있습니다. 이와 대조적으로, PMX와 PMD 파일은 기본적으로 단일 지오메트리 기반 3D 모델을 표현하기 위한 정보만 포함하고, 카메라, 라이팅, 애니메이션, 씬 그래프와 같은 3D 모델 이외의 요소를 표현하기 위한 정보는 포함하지 않습니다.
PMX 파일
PMX는 PMD의 개선된 버전으로, PMD보다 더 나은 구조와 더 많은 기능을 제공합니다.
현재 알려진 PMX 파일 버전은 2.0과 2.1입니다.
PMX 2.1은 소프트 바디 피직스, 버텍스 컬러, 피직스모프 등과 같은 다양한 기능을 지원합니다. 하지만 이 명세는 PMX 에디터에서만 지원하며, MMD도 버전 2.1을 지원하지 않기 때문에 버전 2.1은 실질적으로 사용되지 않습니다.
babylon-mmd의 PmxParser는 PMX 2.1 파일의 파싱을 지원하지만, PmxLoader는 이를 로드하지 않습니다.
babylon-mmd는 PMX 2.0 명세의 대부분을 지원하며, 처리되지 않은 데이터는 모델 로딩 과정에서 보존됩니다.
PMD 파일
PMD는 PMX의 이전 버전으로, PMX보다 더 단순한 구조와 제한된 기능을 갖고 있습니다.
PMX 파일은 PMD 파일과 하위 호환되지 않으며, MMD에서는 PMD 파일로 로드된 모델이 PMX 파일과 별도의 로직으로 처리된다고 추정됩니다.
babylon-mmd는 PmdParser가 PMD 파일을 파싱하는 동시에 PMD 파일을 PMX 포맷으로 변환하는 작업을 수행합니다.
따라서 PMD 모델을 처리하기 위한 별도의 로직이 없으며, 모든 MMD 모델은 공통 로직으로 처리됩니다.
PMX/PMD 파일 구조와 파싱 방법
PMX/PMD 파일은 다양한 데이터 타입을 포함하는 리틀 엔디안 바이너리 파일입니다.
이 파일들은 일반적인 길이 접두사 형식으로 구조화되어 있습니다. 예를 들어, 스켈레톤 데이터를 표현할 때, 먼저 본의 수가 표시되고, 그 다음에 각 본의 정보가 순차적으로 나열됩니다. 각 데이터의 크기는 고정 또는 가변 길이일 수 있으며, 데이터의 순서는 항상 동일합니다.
데이터 정렬은 강제되지 않으며, 각 필드는 바이너리 파일에 연속적으로 저장됩니다.
헤더
PMX/PMD 파일의 헤더는 파일 버전, 모델 이름, 코멘트 등을 포함합니다. 이 정보는 파일 메타데이터로 사용되며, 모델을 식별하고 관리하는 데 사용됩니다.
PMX 파일의 경우, 영어 모델 이름 및 영어 코멘트와 같은 영어 필드가 존재하지만, 일반적으로 잘 활용되지 않습니다.
지오메트리
PMX/PMD 파일의 지오메트리는 3D 모델 데이터의 핵심 부분이며, 파일당 하나의 지오메트리 데이터만 존재하고, 주로 버텍스가 보유한 정보를 포함합니다.
PMX 구조의 주요 버텍스 속성을 살펴보면, 주요 구성 요소는 다음과 같습니다:
- 포지션: 모델의 로컬 공간에서 버텍스의 3D 좌표.
- 노말: 버텍스의 노말 벡터로, 라이팅 계산에 사용됩니다.
- UV: 버텍스의 텍스처 좌표로, 모델에 텍스처를 매핑하는 데 사용됩니다.
- 추가 Vec4: 고급 텍스처링 기법을 위한 추가 텍스처 좌표 또는 버텍스 컬러 정보. PMD 모델에는 존재하지 않으며, 대부분의 PMX 모델에서도 사용되지 않습니다.
- 본 웨이트 타입: 스키닝에 사용되는 본 웨이트 유형(BDEF1, BDEF2, BDEF4, SDEF, QDEF).
- 본 인덱스: 버텍스에 영향을 미치는 본의 인덱스.
- 본 웨이트: 버텍스에 대한 본의 영향 가중치로, 스키닝에 사용됩니다.
- 엣지 스케일: 모델에서 엣지를 렌더링하는 데 사용되는 엣지의 스케일.
추가 Vec4는 MMD 모델에서 일반적으로 사용되지 않습니다. 이 필드는 주로 PMX 2.1에 추가된 명세에서 활용되며, MMD에서 MikuMikuEffect(MME)를 사용하는 커스텀 셰이더를 적용할 때 사용할 수 있습니다.
babylon-mmd는 MMD 모델에서 버텍스 정보를 로드합니다.
예외로, 추가 Vec4 필드는 mmdmodel.preserveSerializationData 옵션이 true일 때만 보존됩니다.
MMD는 DirectX의 UV 좌표계를 따르는 반면, Babylon.js는 OpenGL의 UV 좌표계를 따르기 때문에, MMD 모델을 로드할 때 UV 좌표에 Y Flip이 적용됩니다.
버텍스 정보뿐만 아니라 인덱스도 포함됩니다. 이를 통해 지오메트리를 인덱스드 메시로 표현할 수 있습니다.
MMD와 Babylon.js는 서로 다른 와인딩 오더를 사용하기 때문에, babylon-mmd는 MMD 모델을 로드할 때 인덱스의 와인딩 오더를 반전시킵니다.
텍스처
텍스처는 PMX/PMD 파일에서 모델의 표면에 적용되는 이미지를 정의합니다. 단일 PMX/PMD 파일에 여러 텍스처가 존재할 수 있으며, 텍스처는 .pmx 또는 .pmd 파일이 포함된 디렉토리에서의 상대 경로를 나타내는 문자열로 저장됩니다.
예를 들어, 다음과 같은 파일 구조에서:
- model.pmx
- textures/
- texture1.png
- texture2.png
model.pmx 파일에서 텍스처는 textures/texture1.png, textures/texture2.png와 같은 상대 경로로 저장됩니다.
제가 조사한 바에 따르면, MMD가 지원하는 텍스처 포맷은 PNG, JPEG, BMP, TGA입니다.
상대 경로로 저장된 텍스처는 윈도우 파일 시스템에서 대소문자를 구분하지 않습니다.
그러나 웹 환경에서는 URL이 대소문자를 구분하기 때문에 babylon-mmd에서 모델을 로드할 때 텍스처 로딩이 실패할 수 있습니다.
이를 해결하기 위해 babylon-mmd는 MMD 모델을 BPMX로 변환하거나 URL 대신 브라우저 File API를 사용하여 텍스처를 로드하는 방법을 제공합니다.
BMP 파일 로더의 경우, 브라우저와 MMD 간의 BMP 로더 구현 차이로 인해, 브라우저에서 BMP 파일을 로드할 때 알파 채널이 제거될 수 있습니다.
이를 해결하기 위해 babylon-mmd는 BMP 파일을 로드할 때 헤더를 수정하여 알파 채널을 보존하는 옵션을 제공합니다.
이 기능은 RegisterDxBmpTextureLoader 함수를 사용하여 활성화할 수 있습니다.
머티리얼
머티리얼은 PMX/PMD 파일에서 모델의 표면 속성을 정의합니다. 단일 PMX/PMD 파일에 여러 머티리얼이 존재할 수 있으며, PMX 포맷을 기준으로 각 머티리얼에는 다음 속성이 포함됩니다:
- 디퓨즈 컬러: 머티리얼의 기본 색상.
- 스페큘러 컬러: 스페큘러 하이라이트의 색상.
- 광택도: 머티리얼의 광택도로, 스페큘러 하이라이트의 크기에 영향을 미칩니다.
- 앰비언트 컬러: 머티리얼의 앰비언트 색상으로, 앰비언트 라이팅에 사용됩니다.
- 엣지 컬러: 머티리얼의 엣지 색상으로, 엣지를 렌더링하는 데 사용됩니다.
- 엣지 크기: 엣지의 크기로, 엣지를 렌더링하는 데 사용됩니다.
- 텍스처: 머티리얼에 사용되는 텍스처의 인덱스.
- 스피어 텍스처: 머티리얼에 사용되는 스피어 텍스처의 인덱스.
- 툰 텍스처 인덱스: 툰 텍스처의 인덱스.
- 플래그: 머티리얼이 양면인지 또는 엣지 렌더링을 사용하는지 등과 같은 머티리얼의 다양한 속성을 나타내는 플래그.
- 인덱스 카운트: 머티리얼이 사용하는 인덱스의 수.
인덱스 카운트와 서브메시
PMX/PMD 파일은 단일 지오메트리에 대해 여러 머티리얼을 가질 수 있습니다.
각 머티리얼은 지오메트리의 인덱스 섹션을 나누어 서브메시를 정의합니다. 구체적으로, 각 머티리얼은 인덱스 버퍼에서 사용할 인덱스의 수를 정의하고, 머티리얼의 순서에 따라 지오메트리의 인덱스에 대한 서브메시가 정의됩니다.
예를 들어, 인덱스 길이가 100이고 첫 번째와 두 번째 머티리얼이 각각 50개의 인덱스를 사용하는 경우,
첫 번째 머티리얼은 indices[0] ~ indices[49]를 사용하고
두 번째 머티리얼은 indices[50] ~ indices[99]를 사용합니다.
babylon-mmd는 Babylon.js의 MultiMaterial과 SubMesh를 사용하여 MMD 모델 서브메시를 구현합니다.
그러나 이 접근 방식은 Babylon.js와의 호환성이 낮고 성능 이슈가 있을 수 있으므로, 로드 시 단일 지오메트리를 여러 지오메트리로 분할하는 옵션도 제공됩니다.
이 옵션은 mmdmodel.optimizeSubmeshes 옵션을 통해 활성화할 수 있으며 기본적으로 활성화되어 있습니다.
렌더링 메서드
MMD 머티리얼은 뎁스 테스트, 뎁스 라이트, 알파 블렌딩을 사용하여 PMX/PMD 파일에 나열된 순서대로 렌더링됩니다.
babylon-mmd는 MMD의 렌더링 방식을 재현하면서도 더 나은 성능을 제공하거나 기존 Babylon.js 씬과 통합하기 위해 다음과 같은 렌더링 메서드를 제공합니다:
DepthWriteAlphaBlending- MMD의 렌더링 방식과 동일하게 뎁스 테스트, 뎁스 라이트, 알파 블렌딩을 사용하며, PMX/PMD 파일에 나열된 순서대로 드로우 오더로 렌더링합니다.
AlphaEvaluation- Babylon.js의 렌더링 방식을 존중하여 알파 블렌드가 필요하지 않은 머티리얼을 결정하고, 일부 머티리얼은 오페이크로 렌더링하고 다른 머티리얼은 알파 블렌딩을 사용합니다. 드로우 오더는 카메라에서 가장 가까운 머티리얼부터 가장 먼 머티리얼까지입니다.
DepthWriteAlphaBlendingWithEvaluation(기본값)DepthWriteAlphaBlending과AlphaEvaluation을 결합하여, 뎁스 테스트, 뎁스 라이트, 알파 블렌딩을 사용하고 PMX/PMD 파일에 나열된 순서대로 드로우 오더로 렌더링합니다. 알파 블렌드가 필요하지 않은 머티리얼은 오페이크로 렌더링됩니다.
MMD의 셰이딩은 블린-퐁 셰이딩 모델을 기반으로 한 툰 셰이딩을 사용합니다.
babylon-mmd는 MMD 머티리얼을 재현하기 위해 StandardMaterial의 수정 버전인 MmdStandardMaterial을 사용합니다.
또한 모델은 Babylon.js의 StandardMaterial 또는 PBRMaterial을 사용하여 로드할 수도 있습니다.
스켈레톤
스켈레톤은 PMX/PMD 파일에서 모델에 본 기반 변형을 적용하는 데 사용되는 구조입니다.
이는 Unity의 스킨드 메시와 Unreal Engine의 스켈레탈 메시와 유사한 기능을 제공합니다.
MMD의 스켈레톤은 일반적인 스킨드 메시 스켈레톤과 마찬가지로 본의 계층적 구조로 구성됩니다.
MMD 스켈레톤은 다음과 같은 특별한 속성을 가지고 있습니다:
트랜스폼 오더
계층적 구조를 가진 스켈레톤은 일반적으로 상위 레벨 본에서 하위 레벨 본까지 순차적으로 트랜스폼을 적용합니다.
그러나 MMD의 스켈레톤은 파일에 정의된 순서대로 본의 트랜스폼을 계산한다는 점에서 다릅니다. 예외적으로, 별도의 트랜스폼 오더를 정의하는 본은 계산 순서가 다릅니다. 본이 별도로 정의된 트랜스폼 오더 값을 가질 때, 해당 값이 계산 순서를 결정하는 데 우선순위를 가지며, 그 다음으로 파일에 나열된 본의 순서가 적용됩니다.
일반적으로, 트랜스폼 오더는 IK 본이 마지막에 계산되도록 하는 데 사용됩니다.
PMD 파일의 경우, 본 정보는 별도의 트랜스폼 오더를 정의할 수 없으며, IK 본은 암묵적으로 올바른 트랜스폼 오더가 할당됩니다.
트랜스폼 오더와 본 순서가 실제 계층 구조와 일치하지 않을 때
이는 트랜스폼 오더가 잘못된 예를 보여줍니다. 끝에 있는 본이 한 프레임 지연되어 따라오는 것을 볼 수 있습니다.
MMD는 본의 애니메이션 포지션을 계산한 다음, 다음 프레임을 계산할 때 이러한 결과를 참조합니다. 이 접근 방식은 잘못된 계층 구조의 깊이와 동일한 계산 지연을 만들지만, 상당히 잘 작동하는 것으로 보입니다.
이전 프레임 결과의 영향을 받는 애니메이션 계산은 애니메이션 결과를 예측할 수 없게 만들고 사용자를 혼란스럽게 할 수 있습니다. 따라서 MMD의 구현과 달리, babylon-mmd는 새로운 프레임을 계산할 때 이전 프레임 계산 결과를 참조하지 않습니다.
이 구현은 MMD 동작을 재현하는 데 문제가 있을 경우 변경될 수 있습니다.
PMX 에디터도 babylon-mmd와 동일한 접근 방식을 따르며, 현재 프레임 본 애니메이션을 계산할 때 이전 프레임 결과를 참조하지 않습니다.
본 모프
본 모프는 미리 정의된 특정 오프셋으로 여러 본을 동시에 회전하거나 이동시키는 기능입니다.
이 기능은 PMX 명세에 존재하며 PMD에서는 지원되지 않습니다.
주로 손가락과 같이 많은 본이 함께 움직여야 하는 신체 부위를 효과적으로 조작하는 데 사용됩니다.
이에 대해서는 아래의 모프 섹션에서 자세히 설명합니다.
어펜드 트랜스폼
이 비디오는 준표준 본 구조에서 사용되는 어깨에 적용된 어펜드 트랜스폼을 보여줍니다. 모델: YYB式初音ミク_10th_v1.02 by SANMUYYB
어펜드 트랜스폼을 사용하면 부모-자식 관계가 아닌 본들이 계층적으로 연결된 것처럼 서로 영향을 미칠 수 있습니다.
이 기능은 PMX 명세에 존재하며 PMD에서는 지원되지 않습니다.
어펜드 트랜스폼은 Unity의 Transform Constraint 컴포넌트와 유사합니다.
나중에 설명할 준표준 본 구조에서는 어펜드 트랜스폼을 활용하여 애니메이터가 더 쉽게 애니메이션을 만들 수 있도록 돕는 다양한 편의 기능을 구현합니다.
IK
이 비디오는 다리 움직임에 적용된 인버스 키네마틱스(IK)를 보여줍니다. 모델: YYB式初音ミク_10th_v1.02 by SANMUYYB
인버스 키네마틱스(IK)는 타겟 포지션에서 역으로 작업하여 조인트 각도를 자동으로 계산하는 기능입니다.
MMD에서 IK는 주로 발과 무릎 움직임을 쉽게 제어하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 발 포지션을 지정하면 IK는 자연스러운 다리 포즈를 만들기 위해 무릎과 허벅지의 각도를 자동으로 계산합니다.
IK는 IK 체인과 IK 타겟으로 구성됩니다:
- IK 체인: IK에 의해 제어되는 일련의 본(예: 허벅지 → 무릎 → 발목)
- IK 타겟: IK가 도달하려는 타겟 포지션을 나타내는 본
거의 모든 MMD 모델은 다리에 IK가 적용되어 있습니다.
이를 통해 별도의 리타겟팅 없이도 서로 다른 키의 모델 간에 애니메이션을 적용할 때 발 움직임이 올바르게 유지될 수 있습니다.
표준 본 구조 / 준표준 본 구조
MMD의 스켈레톤은 표준 본 구조(標準ボーン構造)와 이를 확장한 준표준 본 구조(準標準ボーン構造)로 나뉘는 표준화된 본 구조를 가지고 있습니다.
표준 본 구조는 MMD에서 인간형 모델을 표현하기 위한 표준 본 구조이며, 거의 모든 MMD 모델이 이 구조를 따릅니다.
준표준 본 구조는 표준 본 구조를 기반으로 한 확장 구조로, 주로 2014년 이후에 제작된 모델에서 사용되는 것으로 보입니다.
이 표준화된 구조 덕분에 MMD 애니메이션을 로드할 때 대부분의 애니메이션은 추가적인 리타겟팅 단계 없이 쉽게 적용할 수 있습니다.
표준 본 구조 설명
준표준 본 구조는 다음과 같으며, Unity의 휴머노이드 스켈레톤 및 Mixamo의 리그와 유사하지만 몇 가지 차이점이 있습니다.
/**
* refs:
* https://learnmmd.com/http:/learnmmd.com/mmd-bone-reference-charts/
* https://bowlroll.net/file/9611
*
* mmd standard bone structure:
*
* -全ての親: all parents (semi-standard)
*
* - センター: center
* - グルーブ: groove (semi-standard)
* - 腰: waist (semi-standard)
* - 上半身: upper body
* - 上半身2: upper body 2 (semi-standard)
*
* - 右肩P: right shoulder parent
* - 右肩: right shoulder
* - 右肩C: right shoulder child
* - 右腕: right arm
* - 右腕捩: right arm twist (semi-standard)
* - 右ひじ: right elbow
* - 右手捩: right hand twist (semi-standard)
* - 右手首: right wrist
*
* - 右中指１: right middle finger 1
* - 右中指２: right middle finger 2
* - 右中指３: right middle finger 3
*
* - 右人指１: right index finger 1
* - 右人指２: right index finger 2
* - 右人指３: right index finger 3
*
* - 右小指１: right little finger 1
* - 右小指２: right little finger 2
* - 右小指３: right little finger 3
*
* - 右薬指１: right ring finger 1
* - 右薬指２: right ring finger 2
* - 右薬指３: right ring finger 3
*
* - 右親指０: right thumb 0 (semi-standard)
* - 右親指１: right thumb 1
* - 右親指２: right thumb 2
*
* - 左肩P: left shoulder parent
* - 左肩: left shoulder
* - 左肩C: left shoulder child
* - 左腕: left arm
* - 左腕捩: left arm twist (semi-standard)
* - 左ひじ: left elbow
* - 左手捩: left hand twist (semi-standard)
* - 左手首: left wrist
*
* - 左中指１: left middle finger 1
* - 左中指２: left middle finger 2
* - 左中指３: left middle finger 3
*
* - 左人指１: left index finger 1
* - 左人指２: left index finger 2
* - 左人指３: left index finger 3
*
* - 左小指１: left little finger 1
* - 左小指２: left little finger 2
* - 左小指３: left little finger 3
*
* - 左薬指２: left ring finger 1
* - 左薬指３: left ring finger 2
* - 左薬指４: left ring finger 3
*
* - 左親指０: left thumb 0 (semi-standard)
* - 左親指１: left thumb 1
* - 左親指２: left thumb 2
*
* - 首: neck
* - 頭: head
* - 両目: both eyes
* - 右目: right eye
* - 左目: left eye
*
* - 下半身: lower body
* - 腰キャンセル右: waist cancel right (semi-standard)
*
* - 右足: right leg
* - 右ひざ: right knee
* - 右足首: right ankle
* - 右つま先: right toe
*
* - 右足D: right leg D (semi-standard)
* - 右ひざD: right knee D (semi-standard)
* - 右足首D: right ankle D (semi-standard)
* - 右足先EX: right toe extra (semi-standard)
*
* - 腰キャンセル左: waist cancel left (semi-standard)
*
* - 左足: left leg
* - 左ひざ: left knee
* - 左足首: left ankle
* - 左つま先: left toe
*
* - 左足D: left leg D (semi-standard)
* - 左ひざD: left knee D (semi-standard)
* - 左足首D: left ankle D (semi-standard)
* - 左足先EX: left toe extra (semi-standard)
*
* - 右足IK親: right leg ik parent (semi-standard)
* - 右足ＩＫ: right leg ik
* - 右つま先ＩＫ: right toe ik
*
* - 左足IK親: left leg ik parent (semi-standard)
* - 左足ＩＫ: left leg ik
* - 左つま先ＩＫ: left toe ik
*/
힙 포지션과 부모 관계 차이점
일반적으로 인간형 스켈레톤은 Hip을 루트로 하고 다음과 같은 구조를 가집니다:
- Hip
- Spine
- LeftUpperLeg
- RightUpperLeg
위 휴머노이드 스켈레톤 구조에 해당하는 MMD 스켈레톤 구조는 다음과 같습니다:
- センター: center **Hip 영역에 해당하는 버텍스 웨이트가 이 본에 할당됩니다!!**
- グルーブ: groove (semi-standard)
- 腰: waist (semi-standard)
- 上半身: upper body - **휴머노이드 Hip 위치에 해당합니다!!**
- 下半身: lower body
MMD의 스켈레톤에서는 Hip 영역의 버텍스 웨이트가 center(センター) 본에 할당됩니다. 그러나 휴머노이드 Hip에 해당하는 위치의 본은 upper body(上半身) 본입니다.
이러한 다른 구조는 MMD 애니메이션을 MMD가 아닌 모델에 적용할 때 문제를 일으키며, 이를 해결하기 위해서는 center 본에 대한 특별한 처리를 해야 합니다.
휴머노이드 애니메이션을 MMD 모델에 적용할 때는 이러한 구조적 차이가 문제를 일으키지 않습니다.
babylon-mmd는 mixamo 애니메이션과 같은 휴머노이드 애니메이션을 MMD 모델에 적용하기 위한 기능인 AnimationRetargeter를 제공합니다.
또한 MMD 애니메이션을 휴머노이드 모델에 적용하기 위한 기능인 HumanoidMmd도 제공합니다.
HumanoidMmd는 위에서 언급한 center 본에 대한 예외 처리를 수행합니다.
어깨 구조
- 右肩P: right shoulder parent
- 右肩: right shoulder
- 右肩C: right shoulder child
- 右腕: right arm
준표준 본 구조에서는 어깨에 어깨를 더 쉽게 애니메이션할 수 있도록 추가적인 부모 본과 자식 본이 추가되어 있습니다.
어깨를 조작할 때, 이러한 본들은 어깨가 회전할 때 어깨의 자식들이 회전의 영향을 받지 않도록 부모 본의 회전 값만큼 자식 본을 반대 방향으로 회전시킵니다.
이는 어펜드 트랜스폼을 자식 본에 적용하고 부모 본의 회전 값을 반영하여 구현됩니다.
다리 구조
이 비디오는 다리 움직임에 적용된 어펜드 트랜스폼이 있는 인버스 키네마틱스(IK)를 보여줍니다. 모델: YYB式初音ミク_10th_v1.02 by SANMUYYB
- センター: center
- グルーブ: groove (semi-standard)
- 腰: waist (semi-standard)
- 下半身: lower body
- 腰キャンセル右: waist cancel right (semi-standard)
- 右足: right leg
- 右ひざ: right knee
- 右足首: right ankle
- 右つま先: right toe
- 右足D: right leg D (semi-standard)
- 右ひざD: right knee D (semi-standard)
- 右足首D: right ankle D (semi-standard)
- 右足先EX: right toe extra (semi-standard)
- 右足IK親: right leg ik parent (semi-standard)
- 右足ＩＫ: right leg ik
- 右つま先ＩＫ: right toe ik
오른쪽 다리만 살펴보겠습니다. 왼쪽 다리도 동일한 구조를 가지고 있습니다.
- 右足IK親: right leg ik parent (semi-standard)
- 右足ＩＫ: right leg ik
- 右つま先ＩＫ: right toe ik
표준 본 구조에서는 다리에 IK가 적용됩니다.
右足ＩＫ와 右つま先ＩＫ는 IK 타겟 본으로 사용됩니다. 이들은 각각 발 위치와 발가락 위치를 나타냅니다.
- 右足: right leg
- 右ひざ: right knee
- 右足首: right ankle
- 右つま先: right toe
- 右足D: right leg D (semi-standard)
- 右ひざD: right knee D (semi-standard)
- 右足首D: right ankle D (semi-standard)
- 右足先EX: right toe extra (semi-standard)
준표준 구조에서만 동일한 구조의 다리 본이 두 번 정의된 것을 볼 수 있습니다.
D 접미사가 있는 본은 FK 조작을 위한 본이고, 접미사가 없는 본은 IK에 의해 제어되는 IK 체인 본입니다.
D 접미사가 있는 본은 어펜드 트랜스폼을 사용하여 IK 계산 결과에 오프셋을 적용하여 다리를 조작합니다.
그 결과, IK를 사용하면서도 미세 조정이 필요할 때 FK도 함께 사용할 수 있습니다.
모프
모프는 모델의 모양을 변경하는 기능으로, 주로 스켈레톤만으로는 표현하기 어려운 MMD 모델의 표정과 입 모양을 제어하는 데 사용됩니다.
이는 Unity의 블렌드 셰이프와 Blender 3D의 셰이프 키와 유사하지만 추가 기능이 있습니다.
버텍스 모프
얼굴 모양을 변경하는 버텍스 모프의 예. 모델: YYB式初音ミク_10th_v1.02 by SANMUYYB
버텍스 모프는 버텍스 포지션을 수정하여 모델의 모양을 변경하는 기능입니다.
본 모프
손을 움직이는 본 모프의 예. 모델: YYB式初音ミク_10th_v1.02 by SANMUYYB
본 모프는 미리 정의된 특정 오프셋으로 여러 본을 동시에 회전하거나 이동시키는 기능입니다. PMD는 이 명세를 지원하지 않습니다.
본 모프는 주로 손가락과 같이 많은 본이 함께 움직여야 하는 신체 부위를 효율적으로 제어하는 데 사용됩니다.
UV 모프
UV 모프는 UV 좌표를 수정하여 모델의 외관을 변경하는 기능입니다. PMD는 이 명세를 지원하지 않습니다.
이는 주로 텍스처 매핑 변경이나 애니메이션 텍스처 생성과 같은 효과에 사용됩니다.
머티리얼 모프
머리카락 그림자 메시를 켜고 끄는 머티리얼 모프의 예. 모델: YYB式初音ミク_10th_v1.02 by SANMUYYB
머티리얼 모프는 머티리얼 속성을 수정하여 모델의 외관을 변경하는 기능입니다. PMD는 이 명세를 지원하지 않습니다.
이를 통해 런타임에 머티리얼 색상, 투명도 또는 기타 머티리얼 속성을 변경하는 효과를 적용할 수 있습니다.
플립 모프와 임펄스 모프도 있습니다.
이들은 PMX 2.1 명세에 추가된 기능이며 대부분의 MMD 모델에서 거의 사용되지 않기 때문에 babylon-mmd는 이들을 구현하지 않습니다.
그룹 모프
그룹 모프는 여러 모프를 그룹화하여 단일 모프로 제어할 수 있는 기능입니다.
디스플레이 프레임
MMD의 타임라인 패널에 표시된 본과 모프 목록. 모델: YYB式初音ミク_10th_v1.02 by SANMUYYB
MMD와 달리 babylon-mmd는 애니메이션 편집 기능을 제공하지 않으므로 이 데이터는 사용되지 않습니다.
이 데이터는 mmdmodel.preserveSerializationData 옵션이 true일 때 메타데이터에 보존됩니다.
피직스
MMD의 피직스 바디 시각화(노란색: 키네마틱 리지드 바디, 빨간색: 다이내믹 리지드 바디) 모델: YYB式初音ミク_10th_v1.02 by SANMUYYB
MMD는 Bullet Physics 2.75를 사용하여 모델의 머리카락과 옷의 물리적 움직임을 표현하기 위한 리지드 바디 다이내믹스 시뮬레이션을 수행합니다.
이를 위해 PMX/PMD 파일은 본을 참조하는 리지드 바디와 리지드 바디를 서로 연결하는 컨스트레인트에 대한 정보를 포함합니다.
리지드 바디는 다이내믹과 키네마틱의 두 가지 주요 유형으로 분류됩니다.
다이내믹 리지드 바디
특정 본이 다이내믹 리지드 바디에 의해 참조되면, 해당 본의 트랜스폼은 계층 구조를 무시하고 피직스 엔진에 의해 제어됩니다.
키네마틱 리지드 바디
특정 본이 키네마틱 리지드 바디에 의해 참조되면, 해당 리지드 바디의 트랜스폼은 본에 의해 제어됩니다.
컨스트레인트
컨스트레인트는 두 리지드 바디를 서로 연결합니다.
일반적으로 머리카락이나 옷을 표현하기 위해 여러 리지드 바디가 체인 형태로 연결되며, 컨스트레인트는 이들을 함께 연결하는 데 사용됩니다.
babylon-mmd는 Bullet Physics 3.26을 사용합니다.
Bullet Physics 3.26과 2.75 간의 컨스트레인트 솔버 구현 차이로 인해 일부 모델의 피직스 계산이 babylon-mmd에서 이상하게 동작할 수 있습니다.
이를 해결하기 위해 babylon-mmd는 MmdModelPhysicsCreationOptions.disableOffsetForConstraintFrame 옵션을 제공합니다. 이 옵션을 통해 2.75 버전의 컨스트레인트 솔버 로직을 사용할 수 있습니다.
이 옵션을 true로 설정하면 MMD의 피직스 계산과 더 유사한 결과를 얻을 수 있습니다.
그러나 2.75 버전 구현은 수치적 불안정성으로 인해 리지드 바디가 흔들리는 아티팩트를 발생시킬 수 있습니다.
PMX 2.1 명세에는 소프트바디 피직스 명세도 포함되어 있지만, 앞서 언급했듯이 2.1 명세에 대해서는 논의하지 않습니다.