2020년 10월 레스튼 스테이션 제안 도안 | Arup 이미지 제공

인터랙티브 3D 기술을 도입한 설계 및 엔지니어링 기업 Arup

Ken Pimentel |
2021년 1월 18일
인터랙티브 3D 기술은 최신 기술에 능통한 스타트업의 건축 실례에서 오랜 역사를 자랑하는 엔지니어링 업체까지 건축, 엔지니어링 및 건설 업계 전반에 도입되고 있습니다. 

오늘날 건설 환경의 전 부문에서 활약하고 있는 70년 이상의 전통을 자랑하는 독립 회사 아럽(Arup)이 바로 그 좋은 예입니다. 콘서트홀, 국립 경기장, 재생 에너지, 무인 자동차 등 그 무엇이든 아럽은 오늘날의 가장 야심 찬 설계와 엔지니어링 과제를 완수해 나아가고 있습니다. 
Reston Station Proposals October 2020 | Arup 이미지 제공
아럽은 최근 기술적 전환기를 거쳤습니다. 리얼타임 혁신 기능을 대거 도입하며 고객과의 의사소통을 개선하고 보다 정확한 설계 검토 과정을 촉진하고 프로젝트 납품 시간을 단축할 수 있게 되었습니다. 

기존 워크플로를 변화시킨 리얼타임 툴

콜린 핸퍼드(Colin Hanford)는 영국 카디프에 위치한 아럽 지사의 2인 시각화 팀 중 한 명입니다. 다른 한 명은 시니어 시각화 디자이너인 제임스 잭슨(James Jackson)입니다. 두 사람은 시각화 분야에서 근무한 경력을 합치면 50년이 넘습니다. 이 팀은 아럽의 비즈니스 부문, 특히 잉글랜드 남서부와 웨일스의 인프라, 도시 설계, 교통 계획 프로젝트를 담당하고 있습니다.

핸퍼드와 잭슨은 자신들의 핵심 능력을 증진시킬 방법을 찾기 위해 연습하다가 처음으로 리얼타임 기술을 살펴보게 되었습니다. 그 이후로 지금까지 약 18개월간 언리얼 엔진을 사용해 왔습니다. 잭슨은 "예전에 다른 리얼타임 엔진을 사용해 봤지만 프로그래머가 아닌 사람이 배우기에는 시간이 오래 걸린다는 것을 알게 되었습니다. 그 대안으로 언리얼 엔진을 알아보게 되었습니다."라고 설명합니다. 

이 디자이너들은 프로그래머가 아닌 사용자도 언리얼 엔진으로 충실도 높은 리얼타임 경험을 만들 수 있게 해준다는 사실을 금방 깨달았습니다. 핸퍼드는 “그 비주얼 퀄리티와 프로그래머가 아닌 사용자도 습득할 수 있는 손쉬운 방법이 정말 인상적이어서 언리얼을 계속 사용하기로 했습니다.”라고 말합니다. 
Morrison's Island Public Realm and Flood Defence Project | Cork City Council 이미지 제공
이들은 리얼타임 기술을 도입하면서 기존 워크플로보다 더 나은 여러 가지 이점을 발견했습니다. 시각화 팀은 더 촉박한 기한도 소화하고 프로젝트와 옵션 설계를 더 빠르게 검토하며 아이디어를 더 편하게 전달할 수 있게 되었습니다. 핸퍼드는 “이러한 부분을 더 쉽게 극복할 수 있게 되면서, 기존에는 함께 작업하지 못했던 기업과도 함께 일할 기회가 늘어났습니다.”라고 말합니다. 

인프라 프로젝트 리얼타임 시각화

리얼타임 워크플로는 영국의 고속도로와 주요 A 도로의 운영, 유지보수, 개선을 담당하는 공기업 하이웨이 잉글랜드(Highways England)의 최근 인프라 프로젝트에서 핵심적인 역할을 했습니다.

잉글랜드 남서부의 두 마을인 브록워스와 카울리 사이에 A417 고속도로의 두 지역을 잇는 새로운 도로를 놓을 예정입니다. 핸퍼드와 잭슨은 프로젝트 관계자에게 설계 의도를 전달하는 데 사용할 제안 작업의 시각화 자료를 만드는 작업을 담당했습니다.

“저희는 극도로 빠듯한 납품 일정에 맞춰 일하고 있는데 언리얼이 가진 애니메이션 렌더링의 유연성과 속도가 없었다면 마감일을 맞추기가 정말 힘들었을 것입니다.”
 
Highways England 애니메이션 제공. 2020년 10월 발행.
가장 큰 문제 중 하나는 시각화의 방대한 규모였습니다. 즉, 대규모 환경을 적절한 해상도, 충실도, 프레임 레이트로 실행하면서도 마감일을 맞출 수 있어야 했습니다.

시각화 팀은 모델을 다른 애플리케이션에서 여러 개의 LOD로 나누고 항공 사진을 작은 정사각형들로 나누어야 했습니다. 핸퍼드와 잭슨은 초기 난항을 겪고 에픽의 도움을 받으면서 향후 프로젝트에도 적용할 수 있는 프로세스를 갖추게 되었습니다. 잭슨은 “언리얼 엔진의 버추얼 텍스처로 문제를 해결했습니다. 버추얼 텍스처는 환경의 사실감을 유지하는 데 매우 중요한 역할을 하죠.”라고 말합니다. 

가상 텍스처링은 라이트 맵과 텍스처에 필요한 텍스처 메모리를 줄이고 프로시저럴 및 레이어드 머티리얼의 렌더링 퍼포먼스를 향상하는 언리얼 엔진 기능입니다. 4K나 8K 텍스처에 국한되지 않고 어떤 크기의 텍스처든 사용할 수 있으며, 엔진은 하드웨어가 처리 가능한 수준으로 구현합니다.
또한 기존 나무와 더불어 제안된 나무 수십만 그루도 리얼타임 모델에서 무리 없는 프레임 레이트와 해당도로 표현해야 했습니다. 시각화 팀은 3ds Max의 포레스트 팩 프로(Forest Pack Pro)를 사용하여 간단한 프록시 나무들을 익스포트하고 데이터스미스를 통해 언리얼 엔진으로 임포트했습니다. 여기서 해당 나무들을 스피드 트리(SpeedTree) 언리얼 엔진 에셋으로 교체했습니다. 

다양한 툴과 플러그인을 갖춘 데이터스미스는 각종 유형의 데이터를 언리얼 엔진에 임포트하는 데 걸리는 시간을 크게 줄여줍니다. 핸퍼드와 잭슨은 최초로 프로젝트를 개발한 3ds Max에서 데이터를 임포트할 때 데이터스미스를 주로 사용했습니다. 잭슨은 “데이터스미스는 저희 파이프라인에서 매우 유용했습니다.”라고 말합니다. 

데이터스미스는 포레스트 팩 프로 에셋과 더불어, 각 오브젝트를 계층형 인스턴스 스태틱 메시(오브젝트가 넓은 지역에 흩어져 있을 때 빠른 프레임 레이트로 구현 가능한 특별한 오브젝트 유형)로 변환할 수 있는 레일클론(RailClone)을 특별 지원합니다.  

시각화 팀은 나무는 물론 도로를 채울 수많은 자동차를 추가해야 했습니다. 이전에는 차량을 차량 모델링 소프트웨어인 VISSIM에서 3ds Max로 임포트한 다음, 필요한 대로 수정한 뒤 언리얼 엔진에서 애니메이션 데이터를 보존할 수 있도록 3ds Max에서 .fbx로 익스포트했습니다. 이제 시각화 팀은 데이터스미스를 통해 3ds Max에서 바로 VISSIM 애니메이션을 빠르게 임포트할 수 있습니다. 

인터랙티브 3D 자동차 및 자전거 시뮬레이터

핸퍼드와 잭슨은 아럽의 여러 관계자들에게 보여줄 시각화 자료를 만드는 일 이외에도 언리얼 엔진을 토대로 사내 툴을 개발하기 위해 회사의 다른 시각화 전문가들과도 협력했습니다. 이러한 툴로서 드라이브심(DriveSim)이 있습니다. 이 툴은 아럽 인프라 프로젝트에서 기하학적으로 정확하게 구현된 가상 시뮬레이션에 사람들이 몰입하게 함으로써 엔지니어링 설계의 개선을 돕는 시뮬레이터입니다. 
 
DriveSim 영상 - Highways England 제공. 2019년 9월 발행.
드라이브심은 도로 및 다리 설계자들이 제안된 작업물을 따라 가상으로 자동차를 타고 돌아다니는 테스터들을 관찰함으로써 중요한 초기 단계의 사용자 경험을 평가할 수 있게 합니다. 라이팅, 하루 중의 시간 그리고 실시간으로 반응하는 기타 환경 변수는 설계자가 보다 정확하게 경험을 평가할 수 있을 정도의 사실감을 제공합니다.

이러한 초기 피드백을 바탕으로 주요 설계 고려 사항과 위험 영역을 파악하여 가장 효율적인 설계를 도출할 수 있습니다. 따라서 후속 디자인을 변경할 일이 줄어듭니다.

드라이브심은 원래 아럽의 브리스번 지사에서 다른 리얼타임 엔진을 사용하여 구축했었습니다. 카디프 팀은 이 엔진을 사용할 프로그래밍 지식을 갖추고 있지 않았기 때문에 블루프린트 비주얼 스크립팅 시스템을 활용하여 언리얼 엔진에서 시뮬레이터를 다시 만들기로 했습니다. 핸퍼드가 이 프로젝트를 이전 소프트웨어에서 언리얼 엔진으로 포팅한 이후로 브리스번 팀은 언리얼 엔진을 적극적으로 활용하고 있습니다. 
DriveSim 영상 - Highways England 제공. 2019년 9월 발행.
시각화 팀은 언리얼 엔진 마켓플레이스에서 구매한 에셋을 활용하여 수많은 라이브 프로젝트용 테스트 시뮬레이터를 제작했으며, 이를 회사 전반에 걸쳐 선보이고 있습니다. 핸퍼드는 “드라이브심은 내부 고객과 더욱 효과적으로 소통하는 데 많은 도움이 되었으며, 이제 내부 고객은 설계 프로세스에 더 긴밀히 참여하게 되었습니다. 시각화 관점에서 볼 때 이 툴은 저희가 참여한 모든 고속도로 프로젝트에 사용되었으며 이제는 프로젝트의 표준 결과물이 되었습니다.”라고 말합니다.

드라이브심은 아럽에 혁신을 일으켜 엔지니어들이 이전보다 훨씬 더 명확하게 설계 작업을 볼 수 있게 했습니다. 핸퍼드는 “이미 엔지니어링 소프트웨어에 내장된 다른 시각화 툴로 설계를 검토하고 있었기 때문에, 같은 데이터를 툴만 언리얼로 바꿔서 프레젠테이션을 진행했습니다. 그러자 팀들이 디자인을 더 쉽게 살펴보고 조사할 수 있었습니다. 설계를 살펴볼 때 지연 시간이 발생하지 않기 때문에 시각적 충실도와 더불어 즉각적인 피드백을 받게 되면서 넓은 시야로 관찰할 수 있었습니다.”라고 말합니다.

드라이브심의 성공에 힘입어 시각화 팀은 VR사이클(VRCycle)을 비롯한 더 많은 툴을 개발할 수 있었습니다. VR사이클은 자전거 시뮬레이터로, 인터랙티브 전자 오브젝트를 만들 수 있는 오픈 소스 프로토타입 제작 플랫폼인 아두이노(Arduino)의 플러그인을 사용하여 VR HMD와 실제 자전거를 결합합니다. 잭슨은 “언리얼을 광범위하게 도입함으로써 즉각적으로 아두이노 플러그인을 활용해 실제 세계를 가상 세계에 연결할 수 있게 되었습니다. 단 몇 시간 만에 실제로 사용할 수 있는 프로토타입을 만들 수 있게 되었죠.”라고 말합니다. 

드라이브심과 마찬가지로 VR사이클은 아럽에서 열광적인 반응을 일으켰고 향후 프로젝트 개발을 위한 플랫폼으로 자리매김했습니다.

또한, 시각화 팀은 작년에 빠른 리얼타임 건축 시각화 툴인 트윈모션을 두 건의 스코틀랜드 철도 프로젝트 파이프라인에도 활용했습니다.

아럽은 네트워크 레일(Network Rail)로부터 스코틀랜드 국경 지역의 레스튼(Reston)과 이스트 린턴(East Linton) 기차역 개발 계획의 신청을 지원하기 위한 운송 평가를 의뢰받았습니다. 카디프 시각화 팀은 디자인 검토와 공공 상담 모두를 지원하기 위해 제안된 두 철도역의 애니메이션을 제작했습니다.
Reston Station Proposals October 2020 | Arup 이미지 제공
잭슨은 “프로젝트 기한이 촉박했기 때문에 데이터가 준비되는 대로 고퀄리티의 이미지와 애니메이션을 신속하게 얻을 수 있는 트윈모션을 사용했습니다. 사람, 자동차와 같은 에셋의 기본 라이브러리로 휴먼 스케일을 명확하게 나타낼 수 있어 설계 기회를 식별하는 데 도움이 되었습니다.”라고 말합니다.

팀은 이 프로젝트를 현지 팀뿐만 아니라 아럽 영국 북부 지사들과도, 특히 3D 시각화 작업에 대한 지식을 공유하고 새로운 기술을 학습하는 기회로 활용했습니다. 잭슨은 “신기술을 도입함으로써 고객의 마감일에 맞추고, 새로운 기능을 익히고, 가능한 최고 퀄리티의 솔루션을 만들 수 있게 되었습니다.”라고 말합니다. 

회사 전체에 도입된 리얼타임 워크플로 

언리얼 엔진에 힘입은 핸퍼드와 잭슨의 성공은 아럽 전사의 시각화 팀들이 '같은 이유로' 파이프라인에 툴을 도입하게 만드는 원동력이 되었다고 핸퍼드는 말합니다. “쉬운 사용법과 그래픽 퀄리티 때문이죠.”

회사의 다른 이해관계자들도 리얼타임 기술을 적극적으로 도입하고 있습니다. 잭슨은 “모두가 정말 좋아합니다. 관계자들이 저희가 설계한 여러 리얼타임 환경을 고객에게 체험시켜주려고 주기적으로 고객을 모셔오고 있습니다.”라고 말합니다.
Morrison's Island Public Realm and Flood Defence Project | Cork City Council 이미지 제공
외부 고객의 반응도 이와 비슷하게 매우 긍정적이었습니다. 아럽의 리얼타임 경험이 특히 상담 및 참가 행사에서 다른 관계자와 소통할 때 새로운 경험을 제공한다는 피드백을 받았습니다.

핸퍼드는 “언리얼 엔진은 저희 워크플로를 혁신했고 고객에게 새로운 서비스를 제공할 수 있도록 도움을 주었습니다. 저희 디자인 팀, 고객, 외부 관계자와 더욱 효과적으로 소통하도록 도와주었으며 의사 결정과 디자인 옵션 엔지니어링 과정을 더욱 빠르고 쉽게 만들어 주었습니다.”라고 말합니다.

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