-관절 제작의 과정은 종이모형 자작의 과정과 일맥상통한다

모든사람이 다 같을순 없듯이 제가 자작을 하는 방식이 여러분들이 하려는, 혹은 하는 방식과 같을 순 없습니다. 어디까지나 제가 하는 방식을 에를들어 설명하는것이니 그점을 염두에 두시기 바랍니다.

제가 자작을 하는 가정은 다음과 같습니다.

1. 대상선정: 캐릭터를 만들것인가, 아니면 메카를 만들것인가. 이 과정에서 메카를 만들경우 가동형으로 할것인가 고정형으로 할것인가도 같이 고려 합니다.

캐릭터와 고정형 메카의 경우 어떤 포즈로 만들것인가를 여기서 대충 구상합니다.

2. 대상 분석: 자작할 대상에 관한 자료를 수집하고 그걸 토대로 분석 합니다.

분석의 내용은 캐릭터의 경우  재현도의 정도와 포즈에 따른 사지의 분할을 어떻게 할것인가를 고려 합니다. 진아소를 예를 들면 교복 위에 코트를 걸친 복장인데 이 코트 안쪽의 옷도 전부 구현하느냐, 아니면 겉으로 크게 드러나는 부분만 재현하느냐 하는걸 결정합니다.

메카닉의 분석은 복잡한 형상을 몇개의 덩어리로 나눈 후, 그 덩어리들의 조합을 통해 원래의 형상을 나타낼 수 있도록 각 부를 분할 하는 과정이 주를 이룹니다. 이는 조립의 편의성도 고려하여 진행되지요.

쉽게 말해 위와같은 과정입니다. 가동형의 경우는 부품을 분할 할때 관절이 들어갈 공간과 형태도 고려하여야 합니다.

대충 머릿속에서 분할 해본 후엔 모델링 할때 참고하기 위해 분할한 형태를 스케치 해서 기록해 둡니다. 

관절 형태의 구상도 이 단계에서 진행합니다.

또한 어느정도의 크기를 지녀야 할지의 범위도 지정하여야 합니다.


3. 모델링 및 전개: 분석한 자료를 토대로 3D모델링을 진행합니다. 모델링이 끝나면 페파쿠라로 전개하며 도면화 합니다. 페파쿠라로 전개할때 앞서 설정한 크기에 맞춰서 전개 비율을 지정합니다.

4. 도면 편집 및 테스트 제작: 페파쿠라로 전개한 도면을 수정하면서 기본적인 채색을 합니다. 만약 모델링 단계에서 맵핑을 하였다면 채색단계는 건너 뜁니다. 편집한 도면으로 테스트 제작을 하면서 동시에 이상이 있는 부분을 체크하여 그때그떄 수정해 줍니다.

5. 도면 최종 수정 및 작례 제작: 테스트로 제작한 모형을 토대로 하며 마킹과 같은 자잘한 수정을 한 후 그 도면을 가지고 작례를 제작합니다.


관절 제작의 과정도 이와 비슷합니다. 다만 가동형 모형을 자작하기 위해 관절을 제작하는것과, 이미 존재하는 고정형 모형을 가동형으로 개조하기 위해 관절을 제작하는것은 과정과 방식의 차이가 있습니다.

여기서는 가동형 모형의 자작을 기본 전제로 하고 진행하겠습니다.

앞서 서론에선 관절의 구조를 결정하는것이 가장 먼저라고 했는데, 사실 궁극적으론 재질을 선택하는게 우선이라 할 수 있습니다.

왜냐 하면 재질을 뭘로 선택하냐에 따라 크기가 결정되기 때문입니다. 다만 자작하려는 대상의 볼륨도 고려해야 합니다. 관절의 크기는 작은데 전체적인 형상이 떡대라면 재질이 무를경우 그 무게를 버티기가 힘들어 집니다.



부록: 어딘가 살짝 핀트가 어긋난듯한 극단적인 가동 관절의 한 예

관절을 어떤 형태로 제작할것인가를 구상하기에 앞서서 해야 할것은 자작 대상의 관절 형태의 해석입니다.

예시: 꼬꼬마 시절 했었던 완변합체 가오가이가를 위한 관절 해석

예시2: 좀 더 세부적인 해석. 쓸데 없이 복잡하다

사실 관절 해석에 대한 내용은 이 두장의 그림으로 확실하게 설명이 됩니다. 다만 위의것은 하드보드지를 이용하는경우의 해석이지요. 하드보드지는 보통 종이처럼 '무시가능한' 두께가 아니기 떄문에 관절을 집어넣을 공간을 분석할때 두꼐에 의한 효과도 모두 고려하여야 합니다.

그에 반해 여비님의 방식처럼 그냥 종이만을 이용하는 경우는 축의 길이만 고려되어도 충분하지요.

그냥 그림 달랑 두장 올려놓고 알아서 하라고 하는건 좀 그러니 좀 더 세부적으로 파고들어 봅시다.

가장 복잡한 팔 부분을 중점으로 해서 설명 하겠습니다.

어깨 부분은 변형구조와 가동구조가 독립적으로 구성되어 있는데다 어깨란 부분 자체가 3차원 운동구조를 지니고 있기때문에 상당히 복잡한 구조를 요구 합니다.


본디 사람의 어깨는 축회전이 아닌 볼조인트 형태로 자유로운 3차원 운동이 가능한 구조입니다. 하지만볼조인트라고 하기엔 약간 애매한것이 어꺠 관절은 연골에 의해 뼈가 단단히 물려 있는게 아니라 그냥 얹어져 있으며, 근육이 그 위를 단단히 덮고 있어서 빠지지 않는 형태 입니다.

그래서 프라모델에 사용되는 볼조인트가 볼 부분을 덮고 있는 부분에 축이 걸려서 가동에 제한이 있는 반면 사람의 어꺠는 상당히 넓은 범위를 자연스럽게 움직일 수 있는겁니다.

원작(?) 재현한답시고 볼조인트를 어깨에 박아넣으면 이런 문제점이 발생한다.

위 그림은 사람 어깨를 정면에서 본것이므로 앞뒤 회전엔 제한이 없지만 문제가 되는 부분은 상하 회전입니다. 따라서 이 부분은 축으로 재현하여야 합니다.

상하 회전축은 박아 놨으니 그럼 어깨에 볼조인트 달아도 되겠네요? 네 됩니다. 다만 우리가 한가지 간과하고 있는 사실이 있습니다. 바로 어깨 관절은 어꺠 하박의 회전도 겸하고 있다는 사실을요.

이 그림에서 팔의 움직임에 주목하기 바란다

위에서도 언급했다시피 볼조인트로는 충분한 가동폭을 얻는게 불가능하므로 이부분도 결국 축 관절을 이용해야 합니다.



이리하여 3차원 운동중 2차원을 확보했습니다. 남은건 팔 앞뒤 회전이지요. 1차원 운동이니까 굳이 볼 조인트를 쓸 필요는 없습니다.

골반 관절 예시. 어꺠 관절과 크게 다른 부분을 찾아볼 수 없다.

사실 골반과 어깨는 가동율을 확보하기 위해 크게 고민을 할 필요가 없는 부분입니다.
 
필연적으로 많은 장갑에 둘러 쌓여있기 떄문에 아무리 큰 가동폭을 확보했다 해도 정작 장갑을 달고나면 무의미해지는 경우가 생기기 떄문에 장갑의 형태를 보고 적당한 타협선을 찾으면 됩니다.
 
이게 프라모델도 아니고 어깨를 뽑아낸다거나 골반을 통채로 들어 올린다던가 할 필요도 없고 하고싶어도 힘듭니다. 불가능한건 아니지만요.

어깨를 들어올리고 뽑아내기 위한 관절 구조 예시

보시다시피 축관절 두개만 더 집어넣으면 간단하게 완성 됩니다. 다만 공간이 문제가 되는데요, 위쪽에 올려놓은 원본을 보시면 어꺠 관절을 만들기 위해 필요한 공간의 두배가량의 공간이 필요합니다. 외장 내부의 공간 확보만 가능하다면 불가능한건 아니라는것이죠.

이런 복잡한 다중구조에 관한건 발목쪽을 설명하면서 자세하게 다룰 기회가 있을겁니다.

다름은 팔꿈치와 무릎으로 가보도록 하지요.

팔꿈치와 무릎은 가장 간단한 구조이면서도 넓은 가동 범위를 확보할 필요성이 있는 부분입니다.

인간의 경우는 무릎과 팔꿈치 모두 단일 관절입니다. 즉 움직임의 축이 하나 뿐이죠. 그렿지만 150도 정도의 가동폭을 지닙니다.

하지만 로봇의경우는 단일 관절만 사용할경우 형태상 문제로 인해 대부분 90도에서, 최대110도 정도가 한계입니다.

이것이 바로 그 유명한 정직한 90도

하지만 단일 관절이라도 관절의 형태와 위치를 어떻게 집어넣느냐에 따라 충분한 가동성을 확보할 수는 있습니다.

디자인과 관절 위치의 승리. 단일 관절로 인간에 근접한 150도 가량의 가동성을 보여준다

하지만 대부분의 메카닉의 디자인이 그렇듯, 단일 관절 만으론 저정도의 가동범위를 확보하는게 사실상 힘듭니다. 그래서 사용하는게 바로 이중관절 입니다.

두개의 관절을 채용해서 150도 이상의 가동폭을 확보하였다. 관절이 하나였다면 불가능했을 부분

따라서 통상적으로 두개의 관절을 채용하면 어지간해선 큰 가동폭을 얻는게 가능하지만, 관절을 넣는 위치와 디자인을 잘 고려하는게 중요합니다. 디자인 자체가 큰 가동폭을 낼 수 없는 형태라면 관절을 두개를 넣어도 어짜피 움직일수 있는 범위 자체가 제한되기때문에 쓸모가 없지요.

이중관절이지만 무릎 뒤쪽 장갑이 걸리기 때문에 100도정도밖에 굽혀지지 않는다.

위 경우는 이중관절의 의미가 없지만, 디자인 자체가 관절이 붙어있는 위치를 묘사해놨기때문에 겉보기에 자연스러워 보이려면 표시해둔 저 두부분에 관절이 있어야 합니다.

관절 두개 넣기 귀찮다고 정 중앙에 관절 하나 넣으면 대충 이런식으로 좀 우스꽝스럽게 되버린다.

사실 이부분도 앞서 관절 분석 파츠에서 언급했어야했는데 어쩌다보니 여기서 언급 하게 되었습니다.

그럼 어떻게 해야 적절한 가동율을 얻을 수 있는 팔꿈치/무릎관절을 디자인할 수 있는지에 대해 알아봅시다.


1. 단일관절

단일관절은 사실 가장 고민할 필요가 없는 부분입니다. 관절 중앙에 동그라미를 하나 그려넣고, 거기에 구멍을 뚫어 축을 넣어주면 되지요. 하지만 대부분 메카의 디자인상, 그렇게 하면 대부분은 90도 가량, 심할경우 80도도 안굽혀지는 경우가 생깁니다.


 
그럼 가동율을 확보하기 위해 어떻게 해야하느냐? 바로 축을 앞으로 조금 당겨주면 됩니다.

매우 간단하지요? 관절의 크기와 축의 크기를 보고 적당히 필요한만큼 앞으로 당겨 주면 됩니다. 무릎의 경우는 팔꿈치와 반대방향으로 굽어지니 뒤로 당기면 됩니다.

*예외

위 그럼처럼 관절과 외장이 일체로 된것은 위 방법을 사용할 수 없습니다. 이런형태의 관절은 디자인 자체가 가지는 가동율을 그대로 가져가던가, 아니면 외장 자체를 조금 수정해서 가동율을 확보하여야합니다.


*예외2
 

이런놈은 암만 발악해봐야 외장에 걸리기때문에 그냥 곱게 관절 정 중앙에 축 받아넣는게 심신의 안정에 좋다

To be continue [본론: 2. 이중관절]