디지털 트윈과 스마트 시티 애플리케이션을 위해 가상 복제된 애들레이드시

Image courtesy of Aerometrex
2020년 11월 16일
때는 바야흐로 2050년, 전 세계 인구는 100억을 향해 가고 있습니다. 이렇게 늘어난 전 세계 인구의 70%인 약 67억 명이 도시에서 생활합니다. 

사람들은 대도시 속을 돌아다니는 자율 주행 자동차를 타고 VR 비디오 게임을 즐깁니다. 사물 인터넷(IoT)이 차와 집 그리고 디지털 기기를 모두 하나로 묶어 끊임없이 커뮤니케이션합니다. 그리고 리얼타임 디지털 트윈은 물리적 건물의 구조적 상태를 관찰하고 문제를 미리 예방하여 기반 시설을 더 안전하고 탄력적으로 운영할 수 있게 합니다.

조금 먼 얘기처럼 들릴 수도 있지만, 지난 5년간 스마트 온도 조절기, 스마트 스피커, 스마트 조명 등의 지능형 장치가 등장하며 스마트 홈이 얼마나 발전했는지를 생각해보면 그렇게 먼 미래의 이야기가 아닐 수 있습니다.

기술은 급속도로 발전하고 있으므로 근미래의 도시는 지금과 크게 달라질 수 있습니다. 이러한 도시를 설계하고 계획할 때 그리고 IoT 데이터 시각화를 통해 도시를 관리할 때, 리얼타임 기술이 큰 역할을 할 것입니다.
 

에어로메트릭스(Aerometrex)는 스마트 시티 개발의 최전선에 있는 회사 중 하나입니다. 에어로메트릭스는 항공 영상 촬영과 매핑 전문으로, 디지털 트윈과 스마트 시티 애플리케이션 개발에 사용할 도시 지역을 3D 모델로 제작합니다. 

에어로메트릭스는 자체 개발 속도에 맞춰 리얼타임 건축 시각화 툴인 트윈모션을 활용하면서, 날개가 동체에 고정된 항공기인 고정익기와 헬리콥터로 캡처한 1,000제곱킬로미터에 이르는 호주 애들레이드시와 주변 지역의 사진측량 데이터로 3D 모델을 제작했습니다.

디지털 트윈 및 스마트 시티 

파브리스 마아(Fabrice Marre)는 공간정보 혁신 매니저로, 에어로메트릭스에서 R&D 팀을 이끌고 있습니다. 마아의 역할은 공간정보 산업과 그 너머의 업계에서 기존과 신흥 3D 시각화 기술을 모두 섭렵하는 것입니다.

마아는 다년간 언리얼 엔진을 사용해 왔으며, 언리얼 엔진의 사실적 렌더링 기술을 활용하여 사진측량에서 생성된 3D 모델을 최대한 매력적이고 사실적인 방식으로 선보이고 있습니다. 마아는 말합니다. "언리얼 엔진의 비주얼 퀄리티는 탁월하지만, 초대형 에셋으로 고퀄리티 콘텐츠를 빨리 제작하려면 경험이 좀 필요합니다."
 

언리얼 엔진 제작사인 에픽게임즈가 빠르고 사용하기 쉬운 건축 시각화 툴인 트윈모션과 손을 잡았다는 소식을 듣자 마아는 지대한 관심을 보였습니다. 복잡한 환경을 실시간으로 설계할 수 있다는 가능성, 앞뒤로 돌려보며 반복작업하고 빠르게 결과를 생성할 수 있다는 가능성에 특히 흥미를 느꼈습니다. 마아는 "저희 사내 대규모 3D 데이터로 트윈모션을 시험해 보는 건 시간문제였죠."라고 말합니다.

마아는 에어로메트릭스의 사내 연례 캡처 프로그램을 통해 그 기회를 얻었습니다. 이 프로그램은 호주의 모든 주요 도시의 대규모 3D 도시 모델을 캡처하고 생성하는 것이 목표입니다. 이러한 3D 도시 모델은 디지털 트윈과 스마트 시티 애플리케이션의 기초 데이터로 사용됩니다. 새로운 건축이나 건물 설계를 3D 모델에 통합하여 사회 공동체 협의, 도시 공학 작업, 도시 계획, 태양광 시뮬레이션, 가시거리 평가 등에 활용할 수 있습니다.

사진측량 캡처 및 리얼타임 시각화 

에어로메트릭스는 항공 사진측량 기술로 캡처한 3D 모델을 제공합니다. 마아의 팀은 대형 카메라를 고정익기에 부착하여 에어로메트릭스 본사가 있는 애들레이드와 그 주변 지역의 대규모 3D 모델을 캡처하고 생성했습니다. 또한, 헬리콥터 플랫폼에서 중심 업무 지구(CBD)의 3D 도시 모델을 더 고해상도로 캡처해서 제작했습니다. 

3D 모델을 생성한 다음에는 불필요한 지오메트리와 텍스처 아티팩트를 수작업으로 정리했습니다. 이렇게 만든 모델을 다양한 LOD로 나눴으며, OBJ와 FBX 등 다양한 3D 형식으로 익스포트했습니다. 마아의 팀은 이 3D 도시 모델을 트윈모션에 통합하기 위해 병합된 OBJ 타일로 만든 오브젝트를 여러 개 생성한 다음, 초점 영역에서 멀어질수록 더 낮은 LOD를 사용했습니다.
 

마아의 팀은 트윈모션 라이브러리에 있는 에셋으로 도시 모델을 채웠습니다. 그리고 퀵셀 메가스캔 에셋과 유료 에셋으로 이를 보완했습니다. 마아는 "저는 라이팅, 파티클, 애트머스피어 이펙트의 빼어난 사실성과 탁월한 품질에 놀라움을 감추지 못했습니다. 그리고 방대한 트윈모션 에셋 라이브러리 덕분에 정적인 3D 도시 모델에 너무나도 쉽게 생동감을 불어넣을 수 있었죠."라고 말합니다. 

리얼타임 기술은 창작 과정에서 매우 빠른 피드백 루프를 제공하므로 마아는 3D 도시 모델을 재빨리 수정하고 개선하고 실시간으로 결과를 확인할 수 있었습니다. 마아는 "저희는 초대형 3D 데이터세트로 작업할 능력이 있다는 걸 입증했고, 최신 3D 프로젝트의 영상은 전부 트윈모션을 사용하여 제작하기 시작했습니다. 트윈모션은 프로젝트와 마케팅 양면에서 저희 워크플로의 일부로 자리 잡았습니다."라고 말합니다.
 
저는 라이팅, 파티클, 애트머스피어 이펙트의 빼어난 사실성과 탁월한 품질에 놀라움을 감추지 못했습니다. 그리고 방대한 트윈모션 에셋 라이브러리 덕분에 정적인 3D 도시 모델에 너무나도 쉽게 생동감을 불어넣을 수 있었죠 "
- Geospatial Innovation Manager Fabrice Marre

도시 규모 프로젝트를 처리하는 전략

지금까지 트윈모션은 이보다 작은 프로젝트를 제작하는 데 주로 사용되었습니다. 대규모 프로젝트라고 해도 축구 경기장이나 주택 단지의 일부를 시각화하는 정도였습니다. 하지만 에어로메트릭스의 사례에서 보듯 트윈모션은 훨씬 거대한 규모의 환경을 시각화할 능력이 있습니다. 

그렇지만 도시 전체를 시각화하는 야심 찬 노력에는 그만한 어려움이 따르기도 합니다. 마아는 "초대형 데이터세트를 취급할 땐 명확한 데이터 관리와 에셋 제작 전략 그리고 워크스테이션의 한계를 제대로 이해해야만 합니다. 방대한 3D 모델을 한 번에 로드할 수는 없습니다. 데이터를 관리 가능한 에셋으로 조금씩 나누고 병합하고 정리하는 것이 중요합니다."라고 설명합니다.

거대한 도시 환경은 거대한 3D 모델로 이어집니다. 이럴 땐 워크스테이션의 부하를 줄이는 전략이 꼭 필요합니다. 마아는 "현재 트윈모션은 LOD의 다이내믹 로딩을 지원하지 않으므로 애들레이드의 경우 저희는 CBD 전체에 고해상도 3D 모델 타일들을 사용하고 이 타일들을 병합했습니다. 그런 다음 CBD 주변의 저해상도 타일 링을 병합하고 CBD에서 멀어질수록 더 낮은 LOD 타일을 사용했습니다."라고 말합니다.
 

또한, RAM 공간을 확보하고 실시간 경험을 개선하기 위해 특정 시점에서 보이지 않는 3D 모델의 개별 블록도 수작업으로 숨겼습니다.

이 프로젝트의 성공 덕분에 트윈모션은 에어로메트릭스의 파이프라인에서 굳건한 자리를 차지했습니다. 마아는 "드래그 앤 드롭 기능, 텍스처 관리, 방대하고 사실적인 에셋 라이브러리, 커스터마이징 가능한 식생 에셋, 환경 세팅과 같은 기능으로 매우 사실적인 그래픽을 쉽게 생성할 수 있습니다. 제 생각에 트윈모션은 이런 이점 덕분에 타제품보다 앞서나가는 것 같습니다."라고 설명합니다.

마아는 고퀄리티 비디오를 빠르고 쉽게 제작하는 툴로 계속해서 트윈모션을 사용할 것이며, 에셋과의 인터랙션, 인터랙티브 VR 경험 개발 등 더 고급 애플리케이션을 만들 때는 언리얼 엔진을 사용할 것이라고 말합니다. 마아는 "리얼타임 기술이 여러 산업에서 혁신을 일으키는 원동력이 되는 걸 보니 좋습니다. 거기에 공간정보 산업까지 더해지게 되어 매우 기대됩니다."라고 말합니다.
Aerometrex 이미지 제공
리얼타임 기술이 여러 산업에서 혁신을 일으키는 원동력이 되는 것을 보니 좋습니다. "
- Geospatial Innovation Manager Fabrice Marre

미래 스마트 시티 개발

내일의 스마트 시티는 오늘의 데이터세트를 토대로 구축됩니다. 그 주춧돌은 물리적인 것만큼이나 디지털이 기초가 될 것이며, 대규모 도시 환경을 리얼타임 시각화로 설계하고 관리하게 될 것입니다. 마아는 "이런 실시간 환경은 정확한 기반을 제공하므로 설계 개발, 시나리오 테스트, 미래 도시의 명확한 비전 제시와 같은 작업에 유용합니다."라고 말합니다.

인터랙티브 3D는 만국 공통어입니다. 복잡한 가설을 빠르게 시험하고 라이팅과 날씨 조건을 동적으로 변경하고 정적 모델에 활기를 불어넣고 사실적인 시각화를 생성하는 툴입니다.

건축 구조와 도시 설계 개념도 한정된 공간에서 자체적으로 시각화할 수 있지만, 대규모 도시 환경은 프로젝트에 배경 상황을 더하고 틀에서 벗어난 아이디어를 생각할 수 있게 해줍니다. 대규모 컨텍스트 3D 데이터를 이용하면 설계에 집중할 수 있을 뿐만 아니라 그 설계가 환경에 실제로 얼마나 적합한지 시뮬레이션할 수도 있습니다.
Aerometrex 이미지 제공
에어로메트릭스는 애들레이드 프로젝트를 통해 도시 규모의 시각화를 새롭고 빠르게 제작하는 방법을 발견했습니다. 마아는 "트윈모션은 놀라운 툴입니다. 소규모 환경에만 국한할 필요가 없다고 생각해요. 아주 큰 데이터세트를 가져와서 대규모 디자인 시각화 솔루션을 제공하며, 새로운 시장으로 진출하게 해주죠."라고 말합니다.

에어로메트릭스는 미래 도시 공간에 관심 있는 사람들에게 개발에 영감을 주는 환상적인 대규모 환경 데이터세트를 선보입니다. 

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