디지털 트윈 루프로 가상 주행과 물리 하드웨어 동기화

24년 경력의 버추얼 프로덕션 전문사 픽소몬도(Pixomondo)가 개발한 ‘PXO 아키라(PXO AKIRA)’는 언리얼 엔진 기반 디지털 트윈이 모션 플랫폼, 로봇 카메라 크레인, LED 볼륨, 드라이빙 시뮬레이터를 하나의 동기화된 루프로 묶어, 차량의 운동 데이터를 실시간으로 캡처하고 물리 하드웨어로 그대로 변환한다. ■ 자료 제공 : 에픽게임즈

자동차 업계에서 디지털 트윈은 이미 설계·시뮬레이션·검증의 핵심 도구로 자리 잡았다. 실물 프로토타입 없이도 차량 거동을 예측하고, 센서 데이터를 기반으로 물리 시스템을 실시간 제어하는 것은 현대 제조 현장의 표준이다. 하지만 완성차 업계와 부품사가 신차 론칭 영상이나 기술 시연 콘텐츠를 제작하는 현장은 여전히 다른 이야기다.

차량이 등장하는 역동적인 장면을 촬영하는 작업은 까다롭다. 실제 도로 촬영에는 도로 통제를 위한 기관의 협조가 필요하고, 프로세스 트레일러 준비가 따르며 야외 특성상 통제 불능의 변수가 항상 존재한다. 스튜디오로 가면 비용 문제는 해결되지만, 지금까지의 버추얼 프로덕션 기법에서는 자동차를 정지된 상태로 둬야 했기에 멈춰 있는 서스펜션과 회전하지 않는 타이어로 인해 결과물의 현실감은 그만큼 떨어질 수밖에 없었다.

차량 모션 시뮬레이션을 위한 다이내믹 플랫폼

PXO 아키라의 기술적 핵심은 언리얼 엔진 기반 디지털 트윈이다. 단순한 시각화 툴이 아닌, 크레인, 모션 플랫폼, 드라이빙 시뮬레이터, LED 볼륨 등 시스템 내 모든 물리 하드웨어를 통합 관리 하는 중앙 컨트롤러(central controller)다.

디지털 트윈은 물리 세트 전체를 언리얼 엔진 안에서 정확히 복제한다. 카메라 크레인의 위치, 모션 플랫폼의 기울기, LED 월에 투영되는 환경까지 모든 요소가 가상 공간에 1:1로 존재한다. 가상에서 설계한 내용이 물리 하드웨어로 변환되고, 물리 시스템의 상태가 다시 디지털 트윈에 반영되는 양방향 동기화(digitalphysical synchronization) 루프가 실시간으로 작동한다.

픽소몬도의 제이 엘본은 “언리얼 엔진을 프리비즈와 계획 수립 단계에서 모두 활용하고, 똑같은 소프트웨어를 영화 세트에서도 사용하여 로봇 팔과 로봇 플랫폼을 제어한다”고 말했다. 프리비즈 툴과 하드웨어 제어 툴이 동일한 소프트웨어라는 점은, 자동차 개발 현장에서 설계-시뮬레이션-검증이 단일 플랫폼으로 통합되고 있는 흐름과 정확히 맞닿아 있다.

차량 거동 데이터를 물리로 변환하는 모션 플랫폼

모션 플랫폼은 PXO 아키라에서 가장 주목할 만한 기계 시스템이다. 실제 차량을 올린 상태에서 자유롭게 회전하고 기울어지며, 소프트웨어가 지정한 주행 조건의 거동을 물리적으로 재현한다. 제조·자동화 업계에 친숙한 개념으로 설명하면, 가상 주행 환경 데이터가 물리 플랫폼을 직접 구동하는 HIL(hardware-in-theloop) 테스트 장비와 작동 원리가 유사하다.

특히 타이어 제어 시스템이 핵심이다. 플랫폼에 설치된 페달이 차량 서스펜션을 직접 구동하고 타이어 회전을 제어한다. 기존 스 튜디오 촬영에서는 정지된 타이어가 사실감을 떨어뜨려 타이어 자체를 화면에 담기 어려웠다. 이 시스템에서는 실제로 회전하는 타이어, 상하로 움직이는 서스펜션을 그대로 촬영할 수 있다.

엘본은 “타이어를 활용함으로써 단순히 서스펜션이 작동하는 것에서 그치지 않고, 상하로 움직이고 튀어 오르며 바퀴가 회전하기 때문에 더욱 사실적인 결과를 얻을 수 있다”고 말했다.

주행 데이터를 물리로 변환하는 레이싱 시뮬레이터

PXO 아키라가 엔지니어링 관점에서 가장 흥미로운 부분은 드라이버 입력 데이터가 캡처되고 실제 물리 시스템을 구동하는 피드백 루프이다.

레이싱 시뮬레이터에서 드라이버가 가상 차량을 조종하면 언리얼 엔진이 조향, 가감속, 노면 조건에 따른 서스펜션 반응 등 주행 데이터를 실시간으로 캡처하고, 이를 모션 플랫폼으로 전송해 실제 차량의 서스펜션이 드라이버의 주행 패턴 그대로 반응하도록 구동한다.

자동차 제조사가 개발 단계에서 활용하는 드라이빙 시뮬레이터와 기술적으로 동일한 원리다. 차이는 출력 대상이 ECU(전자 제어 장치)가 아닌, 물리적 모션 플랫폼과 카메라 시스템이라는 점이다.

엘본은 “드라이빙 시뮬레이터의 움직임을 플랫폼으로 변환하고 이를 로봇 카메라의 움직임과 연결하면, 완벽한 테이크를 얻을 때까지 동일 조건으로 반복 촬영할 수 있다”고 말했다. 제조 현장의 산업 로봇이 동일한 공정을 정확하게 반복 수행하듯, 이 시스템 역시 반복 재현성(repeatability)을 핵심 가치로 삼는다.

역동적인 스우핑 샷을 구현하는 로봇 카메라

크레인 로봇 카메라 크레인은 PXO 아키라로 촬영한 차량에 생동감을 불어넣어 완성도를 높이는 또 하나의 요소다. 세계에 단 4대뿐인 ‘테크노 돌리(Techno Dolly)’는 약 18미터의 돌리 트랙을 활용하여 최대 7.3미터 높이에서 움직임과 속도를 세밀하게 제어한다. 산업 로봇이 정해진 경로를 정확하게 반복 수행하듯, 테크노 돌리는 동일한 카메라 워크를 일관되게 재현하도록 프로그래밍되며 시스템 내 모든 연결 요소와 동기화된다.

이 동기화를 가능하게 하는 것이 PXO 아키라의 핵심인 디지털 트윈 소프트웨어다. 언리얼 엔진을 기반으로 하는 디지털 트윈은 단순한 시각화 툴이 아니라, 크레인과 주행 시뮬레이터, LED 볼륨 등 시스템 전반을 관리하는 중앙 컨트롤러 역할을 수행한다. 카메라 크레인, 모션 플랫폼, LED 월 등 물리 세트 전체를 언리얼 엔진 안에 디지털 형태로 정확하게 복제하고, 가상에서 설계한 카메라 경로와 차량 주행 조건이 물리 하드웨어로 그대로 변환된다.

엘본은 “차량, 카메라, 크레인 등의 모션을 언리얼 엔진에서 모두 프리비즈할 수 있고, 동일한 소프트웨어를 세트에서도 사용해 로봇 팔과 로봇 플랫폼을 제어한다”고 말했다.

촬영 계획은 디지털 트윈 소프트웨어의 가상 지도상에서 위치를 선택하는 것부터 시작된다. 실제 차량의 CG 레플리카를 선택하고 버추얼 카메라 구성을 배치한 뒤, LED 화면에 표시될 CG 환경과 이동 경로, 차량 모션을 미세조정한다. 이렇게 구성한 설정이 PXO 아키라 에코시스템을 통해 변환되면 역동적인 카메라 이동은 크레인으로, CG 환경은 LED 볼륨으로, 지형의 움직임은 플랫폼으로 전송된다.

LED 화면이 제공하는 포토리얼 주행 환경

모션 플랫폼과 로봇 크레인이 차량 움직임에 사실감을 더하는 동안, 주변 LED 화면은 환경의 시각적 정확성을 구현한다. 사막, 눈길, 도심 고속도로 등 어떤 주행 환경이든 플랫폼 주변 LED 화면에 투영하고, 차량에 현실감 있는 라이팅과 섀도, 리플렉션을 더해 실제 그 신(scene) 안에 있는 것처럼 연출할 수 있다.

언리얼 엔진의 리얼타임 렌더링 특성 덕분에 LED 화면은 차량의 위치, 속도, 주행 경로에 맞는 환경을 즉각 업데이트한다. 차량에 반사되는 빛과 그림자까지 가상 환경 데이터에 기반해 정확하게 계산된다. 신의 다양한 요소를 리얼타임으로 조정할 수 있어 촬영 현장에서의 대응 속도가 빠르고, 반복 촬영 시에도 동일한 환경 조건을 정확하게 재현할 수 있다.

자동차를 운전하는 드라이버 입장에서도 차이는 명확하다. 엘본은 “녹색이나 파란색 화면만 보인다면 지금 어디에 있는지, 그 상황에서 차가 어떻게 움직일지 파악하기가 매우 어렵다. 버추얼 프로덕션에서는 환경을 실제로 보고 라이팅이나 주변에 있는 것을 모두 볼 수 있다”고 말했다.

가상 공간에서 설계한 라이팅 조건과 리플렉션은 물리 LED 월에서 그대로 재현된다. 엘본은 “LED 월은 언리얼 엔진에서 빌드한 것과 동일한 라이팅 조건, 동일한 리플렉션, 동일한 환경을 조성한다”고 말했다. 완성차 업계 관점에서 이는 곧 제어 가능한 촬영 환경을 의미한다. 날씨, 시간대, 노면 조건을 데이터로 설정하고, 동일한 조건으로 몇 번이든 반복할 수 있다.

언리얼 엔진으로 완성한 독자적 차량 콘텐츠 제작 플랫폼

PXO 아키라는 언리얼 엔진 기반의 신차 홍보 영상, 기술 시연 콘텐츠, 모터쇼 전시 영상을 로케이션 촬영 없이 제작할 수 있는 인프라로, 자동차 제조사와 협력사에 실질적인 대안을 제시한다. 도로 통제 허가, 기관 협조 등 야외 촬영에 따르는 변수를 제거하고 스튜디오 내에서 어떤 주행 환경이든 재현 가능하다. 사막, 눈길, 도심 고속도로, 험로 등 LED 화면과 디지털 트윈 데이터로 설정하면 되고, 서스펜션과 타이어 거동은 모션 플랫폼이 물리적으로 재현한다.

픽소몬도는 PXO 아키라를 개발하기 전까지 언리얼 엔진을 버추얼 프로덕션 환경 조성과 단편 영화 제작에 활용했지만 독립형 데스크톱 툴을 만든 적은 없었다. PXO 아키라가 그 첫 시도였으며, 언리얼 엔진 5.2로 시스템을 구축하기 시작해 새로운 버전이 출시될 때마다 업데이트를 거듭했다.

엘본은 “지금은 언리얼 엔진 5.5를 사용하고 있다. 업데이트할 때마다 속도가 빨라지고, 라이팅 정확도가 높아지고, 리플렉션이 개선되고 있다. 해를 거듭할수록 언리얼 엔진이 향상된 기능 세트와 생산성을 제공하여 만족한다”고 말했다.

언리얼 엔진을 중심으로 차량 거동 데이터와 물리 하드웨어 전체를 하나의 루프로 통합하는 PXO 아키라는 자동차 업계가 이미 익숙한 디지털 트윈 개념을 콘텐츠 제작 영역으로 확장한 선례다. 제조와 미디어의 경계가 기술로 융합되고 있음을 보여주는 사례이기도 하다.

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