[케이스 스터디] 리얼타임 렌더링 기술로 제조 산업을 혁신하는 언리얼 엔진

건축, 3D 그래픽, 자동차, 가전 등 활용영역 확대

언리얼 엔진을 포함한 리얼타임 렌더링 기술이 인터랙티브한 디자인 경험과 효율적인 워크플로를 통해 제조 산업을 혁신하고 있다. 리얼타임 렌더링 기술은 제조 산업을 포함한 일반산업 분야에서 작업의 복잡성, 정교함 그리고 수요를 충족하는데 필수 요소로 떠오르고 있다. 이 트렌드의 근간은 리얼타임 렌더링 기술이라는 놀라운 혁신이 뒷받침하고 있고, 특히 이를 지원하는 게임 엔진 기술은 디자인 제작 전 기획단계부터 사실적인 VR 경험을 개발하기까지 전체 워크플로에 채택되어 사용되고 있는데, 그 결과 게임 제작 외에도 몰입적인 디자인 경험과 높은 효율성으로 많은 산업에서의 판도를 바꾸고 있다. ■ 자료제공 : 에픽게임즈

리얼타임 렌더링이란 애니메이션, 디자인 또는 그래픽과 같은 시각화를 즉시 생성할 수 있는 기술로, 렌더링 시간을 기다리지 않고 디자인을 실시간으로 수정하고 결과물을 즉시 확인할 수 있게 해준다. 더 많은 제조 업체들은 실시간으로 결과를 얻을 수 없어 반복 작업에 의존하고, 비용과 시간이 많이 드는 전통적인 오프라인 렌더링 기술을 뒤로하고 원격 협업, 3D 시각화, VR, 즉각적인 커스터마이제이션 등이 가능한 리얼타임 엔진 기술로 전환하고 있는 것이다.

그림 1

글로벌 분석 기업 포레스터 컨설팅(Forrester Consulting)의 조사 결과에 따르면, 리얼타임 엔진 기술을 사용하는 결정권자 약 200여 명 중 94%에 이르는 응답자들이 실시간 렌더링이 디자인 오류를 줄이는데 필수적이라고 답변했으며, 92%는 몰입형 기술이 디자인 과정에 중요하다고 생각하고 있는 것으로 나타났다. 또한 81%는 전에 사용하던 프로세스의 소요시간 대비 최소 25%의 시간이 절약됐다고 답했다.

리얼타임 엔진은 ▲몰입형 디자인 및 엔지니어링 리뷰 ▲효과적인 인적 요소 분석 ▲콘셉트 발표를 위한 실시간 경험 ▲시뮬레이션 결과의 데이터 시각화 ▲VR에서의 창의적인 콘셉트 디자인 ▲상호작용형 교육 및 유지 보수 가이드 등의 다양한 장점을 통해 제조 산업의 트렌드를 바꿔가고 있다.

언리얼 엔진은 제조 산업을 포함해 개발자와 아티스트 등 리얼타임 기술이 필요한 모든 일반산업 분야 종사자들을 위해 언리얼 스튜디오(Unreal Studio)를 제공하고 있다. 언리얼 스튜디오는 언리얼 엔진 프로젝트를 제작할 때 시간을 절약할 수 있는 포괄적인 실시간 시각화 솔루션으로, 제조, 건축 그리고 제품 디자인 분야에서 뛰어난 실시간 비주얼을 만들어 낸다. 또한, 고객 데이터를 언리얼 엔진으로 효율적으로 가져와 반복 작업 시간을 크게 줄이는 역할을 하는데, 언리얼 스튜디오는 카티아(CATIA), 알리아스(Alias), 브이레드(VRED), 델타젠(DELTAGEN) 등의 소프트웨어에서 언리얼 엔진으로 CAD, CAID, 그리고 시각화 데이터를 간편하게 가져올 수 있는 데이터스미스(Datasmith) 워크플로 툴키트를 포함하고 있다.

아우디, 언리얼 엔진으로 실제 자동차 같은 디지털 쇼룸 제작

아우디는 2012년에 RTT(현재 다쏘시스템 3D익사이트(3DEXCITE))와 협력해 리얼타임 엔진을 이용한 첫 디지털 쇼룸을 구축했다.

아우디의 목표는 물리적으로 존재하지 않더라도 영업팀이 고객에게 원하는 자동차를 보여줄 수 있는 사실적인 디지털 쇼룸을 구현함으로써 영업 프로세스를 간소화 할 수 있도록 돕는 것이었다.

이 시스템은 캐나다부터 호주까지 이르는 23개 시장의 약 1000개의 대리점에 배치돼 전 세계 시장에 출시된 모든 차량 기종을 전시할 수 있게 됐다. 가령 영국에서는 우측 핸들의 차량을 선보이고, 중국에서는 중국 독점으로 출시된 A6L 모델을 선보일 수 있었다.

이 프로젝트에서 아우디는 시각화 전문가인 마케비전(Mackevision)과 함께 언리얼 엔진을 활용한 프로젝트를 진행했다. 마케비전은 이미 잘 알려진 상용화된 시스템을 새로운 엔진을 기반으로 새로운 시스템으로 교체해야 했는데, 이를 위해 기존에 활용한 CAD 데이터를 언리얼 엔진으로 직접 가져왔다. 언리얼 엔진이 제공하는 리얼타임 라이팅, 섀도 그리고 더욱 사실적인 리플렉션을 구현한 결과, 아우디로부터 “처음으로 진짜 자동차처럼 느껴졌다, 만져보고 싶을 정도였다”는 감탄을 이끌어냈다.

아우디는 이전에는 기본 엔지니어링, 마케팅, 제품 데이터가 변경될 때마다 개발팀에서 라이팅과 섀도를 매번 베이킹해야 했는데, 언리얼 엔진으로 이 문제를 해결할 수 있었다. 언리얼 엔진이 높은 수준의 퀄리티와 함께 뛰어난 라이팅 및 섀도잉 시스템을 제공해주기 때문에 사전에 베이크해야 하는 워크플로가 더 이상 필요하지 않게 됐다.

마케비전이 언리얼 엔진을 선택한 또 다른 이유는 아우디가 소스코드와 머티리얼 라이브러리에 대한 완전한 권한이 필요했기 때문이다. 언리얼 엔진은 사용자에게 풀 소스코드를 제공하고 있다. 아우디는 이를 통해 자체적으로 새로운 애셋을 직접 제작하고 이를 폭스바겐(Volkswagen) 그룹 내에 공유할 수 있었다.

고객들이 디지털 쇼룸을 통해 자동차의 모든 부분을 시험해보고 상호작용 하며 완전히 몰입하기를 원했던 아우디에게 언리얼 엔진은 아우디가 추구하는 시각적 충실도를 제공할 뿐만 아니라 높은 퀄리티를 유지할 수 있게 하고 있다.

그림 2. 아우디의 디지털 쇼룸 제작 영상

스틸케이스, 언리얼 스튜디오로 생생한 가상 오피스 제작

스틸케이스(Steelcase)는 6만여 점 이상의 가구와 2만여 가지의 마감을 제공하며, 이를 조합해 사실상 무한한 종류의 가구를 만들어내는 가구 제조사다. 이처럼 다양한 종류의 가구가 실제로 사무실에 놓였을 때의 모습을 고객이 볼 수 있도록 하는 방법에 대해 고민하던 스틸케이스는 여러 3D 게임 엔진으로 해당 작업을 시도해 보았지만, 만족스러운 성과를 얻지 못했다. 이 엔진들은 기능이 다양하지 않을 뿐 아니라 무엇보다 비주얼 퀄리티가 원하는 수준에 미치지 못했다. 매일 가구 디자인을 내놓아야 하는 스틸케이스에 있어서 비주얼 퀄리티는 최우선이었다.

그러던 중 언리얼 엔진을 시험하게 됐고, 한 애플리케이션 엔지니어가 이틀 만에 전 세트를 원하는 수준의 비주얼 퀄리티로 제작한 것을 보고 언리얼 엔진을 선택했다.

스틸케이스는 가구를 실제 들여놓으면 어떨지 직접 보고자 하는 고객들을 위해 고객 측의 실내 정보를 스케치업(SketchUp)과 같은 서드파티 시스템에서 가져와 작업해야 했다. 이를 위해서는 아름답고 신속하게 구현하는게 관건이었는데, 데이터스미스가 이를 해결했다. 데이터스미스는 3ds 맥스 및 20개 이상의 CAD 데이터를 언리얼 엔진으로 간편하게 옮길 수 있는 툴키트다. 스틸케이스는 언리얼 스튜디오에 포함된 데이터스미스로 이 모든 작업을 24시간 만에 아주 저렴한 비용으로 제작할 수 있었다.

스틸케이스는 단순히 모니터 한 대로 실시간 이미지를 확인하는 것을 넘어 가상 오피스 공간을 구축했다. 세 대의 대형 모니터를 U자 형태로 배치한 공간에서 고객은 이리저리 자유롭게 움직일 수가 있으며, VR 안경을 쓰는 것과는 전혀 다른 방식으로 상호작용할 수 있었다. 스틸케이스는 가상 오피스 공간을 통해 고객들로 하여금 마치 실제 장소에서 빈 공간을 가리키듯이 스크린을 가리키며 서로 이야기를 나눌 수 있게 했다. 이를 통해 풍선처럼 왜곡되는 360도 영상의 한계에 갇히지 않고 가상의 오피스를 생생하게 확인할 수 있었다.

또한, 가상 오피스 공간 콘텐츠는 다른 용도로 쉽게 전환이 가능했다. 스틸케이스는 AR용이나 VR용은 물론 iOS, 안드로이드, 윈도우, 맥, 웹용 결과물도 바로 만들 수 있었다.

나아가 스틸케이스는 컨피규레이터나 시각화 종류의 앱도 개발 중인데, 엄청난 양의 프로그래밍 작업을 블루프린트로 해결하고 있다. 블루프린트는 프로그래머가 없으면 구현하기 힘든 코딩 작업을 대신해 비주얼 스크립팅 시스템으로 프로그래머의 손을 빌리지 않고도 아티스트가 원하는 작업을 진행할 수 있기 때문이다.

그림 3. 스틸케이스의 가상 오피스 공간 영상

할리데이비슨 AR, 리얼타임 기술의 잠재력 입증

점점 더 많은 콘텐츠 제작팀들이 고객과 투자자를 유치하기 위해서 주요 디자인 프로젝트에 가상 현실과 증강 현실의 잠재력을 활용하기 시작했다. 이에 언리얼 엔진 기반 실시간 VR·AR 시각화 업체인 데이아 인터랙티브(Theia Interactive)는 언리얼 엔진을 활용해 사실적인 할리 데이비슨(Harley Davidson) AR 애플리케이션을 만들었다.

이 애플리케이션을 이용하면 사용자들이 아이패드와 같은 기기로 실존하는 듯한 바이크를 녹슨 빈티지 버전과 완전히 수리된 버전을 번갈아 바꿔볼 수 있으며, 나아가 슬라이더를 사용해 바이크의 분해도를 불러오고, 3D로 표현된 내부 부품 전체를 확대하여 살펴볼 수도 있다.

모바일 디바이스로 세세하게 묘사된 실시간 AR 프로젝트의 경험을 구현하기 위해서는 시각적 충실도를 유지하는 동시에 큰 규모의 복잡한 포토리얼리스틱 디자인 애셋을 관리해야 하기 때문에 쉬운 작업이 아니었음에도 불구하고, 데이아 인터랙티브의 AR 제작팀은 세심한 세부 묘사와 함께 시각적으로 놀라운 성과를 만들어냈다.

사용자가 바이크에서 보고 싶은 부분을 마음대로 둘러볼 수 있기 때문에, 이 프로젝트에서는 가상 환경 속 사물 묘사의 디테일의 정도가 거리, 확대 등에 따라 조정되는 기술인 LOD(Level of Detail)가 매우 중요했다. 사용자가 원한다면 엔진의 내부 나사까지도 확대해 볼 수 있어야 하므로, 그 자유도를 뒷받침하는 퀄리티가 필요한데, 전체 애플리케이션이 원활히 실행되기 위해서는 이런 세부 묘사를 항상 유지하긴 힘든 것이 일반적이다.

하지만 여기서 언리얼 엔진의 스태틱 메시 에디터에 있던 자동 LOD 시스템이 큰 몫을 했다. 제작팀은 배치 방식으로 작업하고 애셋을 디폴트 그룹에 등록하면서 LOD를 적용했고 이를 통해 시스템에 많은 부담을 주지 않으면서 매우 높은 시각적 충실도를 유지할 수 있었다. 오리지널 메시는 전혀 사용하지 않은 채 모든 것을 LOD로 만든 결과, 퀄리티를 떨어뜨리지 않고 어떤 화면에서든 약 100만 개의 폴리곤을 유지할 수 있었다고 제작팀은 설명했다.

제작팀은 원래 애셋 데이터 준비 과정에서 처음 데이터를 가져오는 데만 며칠을 소비했지만, 데이터스미스를 사용한 덕분에 그 프로세스에 소요되는 시간을 상당히 줄일 수 있었다. 보통 하나의 프로젝트에는 수만 개의 오브젝트가 존재하며 전체 신(Scene)에는 약 5억 개의 폴리곤이 있는데, 레빗(Revit)에서 받은 모든 애셋 위치를 수동으로 처리하려는 시도는 너무나 오랜 시간을 기다려야 했다. 하지만 데이터스미스는 이를 단 몇 분 만에 레빗으로부터 언리얼 엔진으로 전환할 수 있게 했다.

언리얼 엔진과 같은 리얼타임 기술은 데이아 인터랙티브의 비즈니스 전반에도 긍정적인 영향을 미쳤다. 지금까지 보아온 렌더링 스틸 샷이나 화면상의 컴퓨터 모델 같은 정적 자료들의 몰입감은 완전한 3D 실시간 경험에 결코 미치지 못하는 수준이었기 때문이라고 설명했다. 이어 흥미로운 상호작용 AR 프로젝트를 간단하게 만들면서도, 동시에 4K 렌더링, 60fps 및 가상 현실 경험을 비롯한 수많은 무료 자료를 활용할 수 있다는 점도 언리얼 엔진의 장점 중 하나라고 덧붙였다. 이 덕분에 작업이 훨씬 쉬워지고, 프로세스상에서 별도의 추가 작업을 많이 하지 않고도 고객들에게 높은 퀄리티의 결과물을 다양하게 제공할 수 있는 엄청난 유연성을 얻을 수 있었다.

그림 4. 녹슨 상태의 빈티지 할리 데이비슨을 복고풍의 바이크로 복원한 이미지(출처 : 할리 데이비슨)

레이나르스 알루미늄, 언리얼 엔진을 활용한 VR 케이브로 디자인에 접근성 더해

글로벌 창문 프레임 제조업체인 레이나르스 알루미늄(Reynaers Aluminium)은 단순히 창문 프레임을 만드는 것을 넘어 고객의 비전을 실제로 구현하고자 노력해왔다. 이 회사는 찬란한 곡선미의 고층 건물이든 열효율을 중시하는 사무실이든, 건축가, 고객, 투자자, 시공사와 함께 일하며 예술적이면서도 건축학적으로 빈틈없는 유리창을 제공하고 있다.

레이나르스 알루미늄이 본사 사옥을 확장하려던 때, 레이나르스에 방문하는 건축 관련자들에게 새로운 체험과 차별화된 가치를 제공하기 위해 ‘참여하는 디자인’ 방식의 건축 시각화를 구현한 몰입형 케이브(Cave Automatic Virtual Environment : CAVE)를 만들게 된 것이다.

케이브는 5개의 면으로 구성된 동굴 형태의 가상현실 시스템으로, 아발론(AVALON)이라고 불리는 이 케이브 안에서 방문객들은 세 개의 벽과 바닥 및 천장을 둘러보며 시공에 앞서 액티브 3D 안경을 착용해 상호작용하며 건축물을 속속들이 살펴볼 수 있다.

레이나르스 알루미늄은 다양한 표준 창문과 파사드 솔루션뿐 아니라, 독특한 건물 디자인을 위한 맞춤형 시스템도 제공하고 있는데, 건축가는 아발론을 통해 두꺼운 프레임 대 얇은 프레임, 직선 대 꺾임이 있는 프레임 등을 비교해보는 등 여러 종류의 형태나 배치를 논의해볼 수 있다.

또한, 시공사 측에서 설치 및 기술 타당성 검증 문의가 들어올 경우에도 아발론을 이용해 답을 제공한다. 레이나르스의 맞춤형 프레임은 설치환경의 부하를 고려해야 하고, 특정 방식으로 조립하도록 디자인돼 있다. 이는 까다로운 기술적 콘셉트가 포함돼 있기 때문에 종이나 화면상으로는 설명하기가 쉽지 않은데 아발론에서는 이런 부분들을 시각적으로 보여줄 수 있기 때문이다.

아발론 제작의 목적은 건축이나 엔지니어링 지식이 없어도 누구나 쉽게 둘러보고 디자인을 이해할 수 있는 몰입형 환경을 구축하는 것이었다. 이를 위해 레이나르스는 네크워킹된 시각화 및 협업 솔루션 기술을 가지고 있는 바르코(Barco) 및 통합자 역할을 맡은 난코(Nanco)와 협력했고, 그 결과로 탄생한 아발론은 건축 엔지니어링 및 건설(AEC) 업계에 특화되어 개발된 케이브 중 높은 위상을 자랑하고 있다.

아발론 시스템에는 세밀하게 설정된 25개의 바르코 레이저 프로젝터가 설치돼 오버랩핑되는 이미지를 전체 5개 면에 투영함으로써 건축물의 모습을 단절감 없이 보여준다. 또한, 엔비디아 쿼드로(NVIDIA Quadro) 카드가 탑재된 14개의 워크스테이션에서 구동되는 언리얼 엔진을 통해 장면을 탐색 중에 실시간으로 업데이트한다.
케이브 내부에서는 사용자가 커뮤니케이션이 단절되는 헤드 마운트 디스플레이 VR(VR HMD) 대신에 액티브 VR 안경을 착용한다. 이 액티브 VR 안경은 자연스러운 시야를 확보함과 동시에, 레이저 프로젝터와 연계되어 언리얼 엔진 콘텐츠를 고해상도로 보여준다. 또한, 안경이 투명하기 때문에 관람객은 투영된 영상을 보는 동시에 서로를 볼 수 있어 손으로 가리킨 부분을 같이 보기도 하면서 옆 사람과 함께 자연스럽게 논의해볼 수 있다.

건축가들로부터 스케치업이나 레빗, 아키캐드, 3ds 맥스(3ds Max) 등 다양한 포맷의 모델을 제공받는 아발론팀은 3ds 맥스로 캐드(CAD) 파일을 임포트한 후 언리얼 스튜디오의 데이터스미스를 이용해 해당 파일을 3ds 맥스에서 언리얼 엔진으로 이식하는 작업을 거친다. 아발론의 비주얼은 VR에 최적화된 60fps로 재생이 가능하고 포토리얼리스틱 퀄리티에 근접하도록 설계돼 있는데, 언리얼 엔진에는 텍스처는 물론 리플렉션 등 포토리얼리즘을 위한 모든 것이 다 준비되어 있기 때문이다.

그림 5. 레이나르스 알루미늄의 아발론 케이브 내부 모습(출처 : 레이나르스 알루미늄)

어비설, 언리얼 엔진으로 바다 밑 송유관을 감시 솔루션 개발

포르투갈 업체인 어비설(Abyssal)은 석유 및 가스 산업에서 성공한 스타트업으로, 세계적인 해양 석유 기업들이 지구상 어디서든 자신의 시추선을 볼 수 있는 리얼타임 원유 지대 모니터링 솔루션을 개발해 제공하고 있다. 어비설의 솔루션은 가장 깊은 해저 바닥부터 자동차 속 연료통까지 이르는 기나긴 송유관의 여정을 최대한 부드럽게 보여준다.

어비설은 세계 최대 규모의 작업용 잠수정 조종기업 중 하나인 오셔니어링(Oceaneering)과 협업하면서, 2011년부터 많은 원유 지대의 실시간 모니터링 시스템을 제공해오고 있다.

어비설은 언리얼 엔진을 3D 리얼타임 시각화 툴로 생각하고 지리 정보를 시스템과 연계해 솔루션인 어비설 OS를 개발했다. 이를 통해 선박이나 잠수함, 잠수정을 실시간으로 추적할 수 있으며, 송신기만 붙어있다면 기본적으로 무엇이든 추적할 수 있는 시스템을 구축했다.
어비설의 OS는 원유 지대 내에 있는 선박이라면 밀리미터 내의 오차 범위로 추적할 수 있는 것은 물론, 사용자에게 증강 현실 오버레이를 활용해 심해 작업에서 가장 큰 장애물인 가시성 문제도 극복할 수 있게 했다.

잠수정이 해저 10km 밑의 심해 바닥까지 내려가서 작업할 때면 상당량의 침전물과 해류를 휘저어 버리게 되는데, 이때 잠수정에 달린 카메라로 시각적 정보를 받게 되기 때문에 이런 침전물은 시야를 가려버리게 된다. 하지만 오버레이가 있으면 작업 도구를 배치하고 작업을 계속할 수 있어 작업 중단 시간을 줄일 수 있고 이는 비용 절감에도 큰 도움을 준다.

지금까지 살펴 본 사례들은 제조 산업 분야에서 리얼타임 기술이 어떻게 사용되고 있으며, 제조 산업에 어떠한 혁신들을 가져올 수 있는지를 알아볼 수 있는 예시들이다. 향후 제조 산업에서도 대표적으로 언리얼 엔진의 리얼타임 기술의 활용도는 더욱 높아질 것으로 보이며, 이를 통해 전통적인 제조 산업 분야의 혁신 속도가 빨라질 것으로 기대된다.