[녹색시선] 가상체험을 위한 경험기술
이두열 논설위원(EM디자인 소장, 배재대학교 조경학과 겸임교수)라펜트l기사입력2021-11-05
가상체험을 위한 경험기술
글_이두열 EM디자인 소장
일반적인 교육의 형태는 이론 학습 후 실무를 접하게 된다. 반대로 모국어의 경우는 가족 구성원들과의 관계를 통해 접한 후 이론을 배우게 되며 그 효과는 오래도록 지속되지만 경험중심의 학습은 비용이 높고, 기록이 어려우며 양질의 기회를 얻기 어렵다는 문제가 따른다.
인터넷의 발달로 이론교육에 필요한 문서와 영상은 손쉽게 얻을 수 있지만 경험을 얻을 수 있는 기회는 과거에 비해 크게 나아지지 않았으며, 급속도록 변화하는 세상에 최신 기술과 장비를 체험하는 기회를 얻기란 더욱 어려워진 현실이다. 최근의 대학교육이 이론영상으로 변해가고 있지만, 드론 측량, BIM등의 실습위주의 실험을 받기 어려운 것과 유사하다고 생각하면 될 것이다.
이런 문제점의 보완으로 가상체험을 통해 간접경험을 하는 메타버스 기술이 각광받고 있다. 그 예로 해외여행도 가상답사로 편리하게 정보를 얻을 수 있고, 코로나 등으로 가기 어려운 곳, 과거와 미래, 위험한 곳도 체험해 볼 수 있다. 항공기 시뮬레이터를 통해 비행을 배우고, 가상수술로 위험성이 높은 일을 연습해보며, 가상 오징어게임에도 참여하고, 드론 조종을 실내에서 조이스틱을 통해 배울 수 있다. 악기연주, 측량은 물론 건설기계도 시뮬레이터를 통해 배우는 것도 가능해졌다. 다수의 인원이 동시에 접속해 진행하는 오픈월드 게임도 넓은 의미의 메타버스로 볼 수 있다.
이런 기술의 근간에는 BIM모델링 기술은 물론 드론, GPS기술, VR, AR, 디지털트윈에서 시뮬레이션까지 다양한 기술이 서로 융합되고 연동되어 효율적으로 개발할 수 있는 장점도 있지만 초보자의 경우 진입장벽이 높고, 부분지식만으로 프로젝트에 참여하기에는 어려움이 따른다.
물론 복수의 신생업체 컨소시엄 형태로 진행할 수가 있으나 경험부족, 높은 경비와 의견차이 등 최근 ICT기술의 동향은 소수정예의 팀과 인공지능, 메타버스를 융합해 프로젝트를 수행하는 효율적인 방식으로 진화하고 있다.
이런 변화와 더불어 국토교통부와 과학기술정보통신부 등의 스마트 도시 관련 예산을 공원에 도입하기 위해 다양한 기술과 장비를 통해 미래의 실용적 시설로 발전할 수 있도록 현재 당사는 다양한 실험을 진행하고 있다.
초기에는 VR과 AR을 사용해보았지만 장비를 착용해야하는 번거로움과 어지럼증 유발, 안전문제 등의 단점이 있어 일단은 접어두었고, 다음으로 경제적으로 부담이 적은 다중모니터 방식을 사용해 보았으나 수목 등 고용량의 오브젝트들을 다중 카메라로 렌더링하는 문제로 메모리에 과부하가 발생한다.
200인치이상의 초대형 LED 디스플레이는 수천 만 원의 비용에 비해 상대적으로 낮은 해상도가 문제가 되었고, 빔 프로젝터의 경우는 야외에서 조도에 대한 부담이 있어 야간에 제한된 운용이나 빛을 차단하는 파고라 등이 필요했 최근에는 저렴해진 100인치 고화질 모니터 방식을 적용하고 있다.
VR과 AR
Multi Monitor
200인치 LED 디스플레이 설치 중
200인치 LED 디스플레이 설치 후
빔 프로젝터
Quantum dot Curved TV
고화질 강화유리 모니터
100인치 대형 모니터
행사 이후에도 건설업은 물론 전시, 정보통신, 관광, 환경평가, 레저, 의료 등의 특강과 기술제휴, 전시참여 등의 요청은 물론 다양한 방문객의 의견도 들을 수 있었다. 엑스포에 방문할 정도의 일반인이라면 그 눈높이는 매니아 수준으로 전문게임과 영화 수준을 원하고 있었고, 결국 건설업의 사실성과 메타버스의 허구성을 모두 충족하는 상반되는 기준을 모두 만족시켜야 했다.
격려와 지적은 자극이 되어 새로운 도전을 이끌어내고, 그렇게 구입한 장비들이 창고에 쌓이더라도 배우는 경험은 미래의 자산이 되기에 멈출 수가 없게 만든다.
일반적으로 이용자는 시각적으로 자연환경과 같은 배경보다는 캐릭터에 보다 많은 관심을 보이며 고화질 그래픽에 이미 길들어진 눈높이도 고려해야 한다. 또한 최근 공원 이용자의 행태 파악, 반응형 전시 및 체험시설은 물론 측량, 자율주행차량과 무인편의점, 인공지능 청소기에 사용되는 스마트기술의 눈이라 불리는 라이다 센서기술도 늦지 않게 확보해야 했다.
1. 캐릭터 기술
스마트 기술이 이용자와 접하는 방법은 대부분 시각을 통하게 되므로 결국 영화와 게임과 같이 캐릭터 없이 배경만으로는 이용자를 사로잡을 수는 없다. 공간을 만드는 입장에서 보면 배경이 주가 되지만 이용자의 시야는 캐릭터를 응시하므로 그만큼 개성이 있고 쉽게 싫증나지 않아야 한다. 그러기 위해서 캐릭터의 움직임은 키네틱 이론에 의해 자연스러우며 다양한 동작을 연출해야한다. 결국 이런 부분도 이용자의 눈높이는 영화나 게임 수준으로 향상시켜야 한다. 다행히 과거에 비해 캐릭터를 다루는 프로그램이 늘고 장비가 향상되어 많은 비용이 들지는 않지만 독특한 동작은 결국 자체 제작이 불가피하여 Kinect센서를 통해 제작하게 되었다.
엑스포기간 중 LowPoly를 이용한 캐릭터는 이용자의 가장 많은 개선요구사항이었고 캐릭터의 다양성, 사실적인 움직임 등도 개선목록에 올랐다. 수많은 수목을 실시간 렌더링 해야 하는 입장에서 캐릭터의 미적 향상은 그래픽이 무거워지는 단점이 발생하지만 공원을 다루는 입장에서 어떤 것도 간과할 수 없는 딜레마에 빠지게 된다. 고가의 장비를 사용하는 만큼 H/W를 통한 개선책은 한계가 있고 GPU사용과 효율적 메모리 관리를 통해 그래픽의 질을 향상시킬 수밖에 없었다.
또한 어린 이용자는 공룡 캐릭터를 선호하고 여기에 자연과 어울리는 다양한 동물들도 빼놓을 수는 없다. 거기에 다수의 조연급 캐릭터들은 스스로 움직이고 반응해야 하기 때문에 부분적으로 인공지능 기술 적용을 피할 수 없다.
이렇게 되면 대부분의 게임기술이 필요하게 되고 주객이 전도된 느낌이지만, 스마트시티, 디지털트윈, 메타버스, 영화의 CG, 각종 앱 제작, 교육 등 이제 게임 기술이 적용되지 않는 분야는 거의 찾아보기 어려울 정도가 되었고 사실 건설 BIM 기술 중 고급기술은 대부분 게임에서 차용해야 하기 때문이다.
인체감지 KINECT AZURE센서
KINECT을 통한 동작작성
주인공 Low Poly 캐릭터
주변 Low Poly 캐릭터
캐릭터 수정
공룡 캐릭터
2. 고화질 그래픽기술
그래픽의 질은 현실을 능가하는 수준으로 발전하고 있으며 최근에서는 무한 용량의 렌더링까지 지원하고 있는 실정이다. 그런 배경에는 H/W적으로 CPU를 통해 렌더링하는 방식에서 GPU방식으로 변화된 점이 큰 차이점이다.
조경은 지형과 수목으로 인해 많은 메모리 자원을 빼앗기게 되므로 카메라의 방향과 거리에 따라 렌더링의 질을 코딩을 통해 조절하여 수목은 물론 초화류까지 실시간 렌더링하는 코드를 개발 중에 있다. 최근 그래픽 중 Mapping작업 등에 인공지능 코딩이 도입되어 바다의 파도, 일렁임, 반사, 투영, 빛무늬(Caustic) 효과 등 컬러링 작업이 미술영역에서 수학으로 변화하는 과정에 있다.
URP SHADER 하늘
URP SHADER 수면
URP SHADER 수중
수면형성 URP VISUAL CODING
수면반사 URP VISUAL CODING
부력제어 VISUAL CODING
3. 각종센서기술
스마트시설에 적용할 수 있는 센서는 방대하며 그간 소개한 것도 약 20여 가지가 넘는다. AI시대를 이끄는 스마트시대의 눈으로 불리는 센서로는 인공지능 카메라와 라이다 센서가 있지만 최근에는 수천만 원대 가격에서 보급형으로 수십만 원까지 저렴해졌다.
음성인식센서 |
레이저 키보드 |
보급형 AI 카메라 | 공원내 AI 안면인식 카메라(북경) |
보급형 라이더센서 | 라이더센서 자율 청소기기(북경) |
공원에 적용된 사례로는 해외 북경공원의 자율주행 청소기기와 공원이용객 분석 시설, 국내 경춘선 화랑대역 벽면활용 라이다 체험시설, 서울식물원 지하 라이다 안내시설 등 조금씩 스마트기술이 도입되고 있다. 라이다는 레이저보다 정확하고 초음파보다 먼 거리 인식이 가능해 공원시설로 적용하기에 적합하며, 기본원리는 회전하는 레이저의 반사시간으로 물체의 거리와 각도를 측정하고 삼각함수를 통해 좌표값으로 반환하게 된다.
라이다 센서와 보드 | 라이다 센서 체험시설(경춘선 화랑대역) |
라이다 센서
라이다 공룡 체험시설 제작중
결언
BIM기술은 설계는 물론 디지털트윈의 관리영역과 메타버스의 체험시설로 활용될 것이며 체력단련시설, 게임, 학습, 관광안내기능 등 다양한 분야를 통해 폭넓게 활용될 것이다. 이를 위해서는 전공 지식을 기본으로 시대에 변화하는 기술을 수용하고 융합해 발전시켜나가야 하겠지만 이제는 변화를 주장하고 권유하는 것조차 무의미한 상황에 다다른 것으로 보인다.