Scania CV AB / GEISTT AB 이미지 제공

Scania의 새로운 HMI 콘셉트 리얼타임 시뮬레이션

2020년 10월 28일
가이스트 AB(GEISTT AB)는 컨설팅 서비스, 실용적인 방법, 툴 그리고 응용 연구 개발을 통해 전반적인 휴먼 시스템 성능과 안전성을 개선하는 고도로 전문화된 기관입니다. 가이스트는 인간의 상황 인지력과 행동에 대한 실용적이고 과학적인 전문 지식을 바탕으로 하는 다분야 응용 연구 지향 방식과 더불어 첨단 기술과 조직 효율성에 대한 깊은 이해를 바탕으로 접근합니다.

가이스트는 2013년부터 대형 차량 제조업체인 스카니아(Scania)의 인터랙션 디자인팀과 협력하여 연구 개발 서비스, 콘셉트 개발, 시뮬레이션 기반 테스트를 제공하고 있습니다. 스카니아는 이러한 시뮬레이션을 토대로 새로운 UI 기능부터 자율 주행 차량과의 인터랙션 절차에 이르기까지 모든 부문에 있어서 휴먼 머신 인터페이스(HMI) 콘셉트의 효과를 분석합니다. 

가이스트는 개발 과정 초기부터 더욱 자원 효율적이고 몰입적인 방식으로 미래 콘셉트를 테스트할 수 있도록 스카니아의 인간 참여형 시뮬레이션 기능을 자원 소모가 많은 특수 목적의 시뮬레이터에서 언리얼 엔진으로 옮겼습니다. 
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그 비즈니스 가치는 헤아릴 수 없습니다. 가이스트의 UX 연구원 겸 인지 디자인 엔지니어이며 HMI 시뮬레이션팀에서 제품 오너로 컨설팅을 담당하는 욘 프리스트룀(Jon Friström)은 "결국 효과적인 시뮬레이션 기능이 회사에 얼마나 가치가 있는지를 수치로 따져보게 됩니다. 회사에 더 나은 제품을 들이면 어떤 가치가 있는가? 제품 개발 과정 초기에 UX 문제를 발견하면 비용이 얼마나 절약되며, 그렇지 않은 경우의 비용은 얼마인가? 이런 문제죠."라고 말합니다.


리얼타임 시뮬레이션을 통한 몰입형 HMI 테스트

스카니아의 인터랙션 디자인 개발 작업은 반복 작업을 거치는 경우가 많습니다. 반복 작업을 거칠 때마다 콘셉트가 최종 제품에 가까워집니다. 콘셉트 성능에 대한 피드백 제공을 위해 콘셉트 테스트를 실시합니다. 그 목적은 늘 동일하다고 할 수 있습니다. 추가 개발을 위해 배포하거나 제안하기 전에, 의도한 본질적 맥락과 콘셉트 성능이 잘 맞아떨어지는지를 보려는 것입니다. 이를 통해 개발팀에서는 초기 단계에서 작은 문제들을 해결할 기회를 얻기도 하고 , 전체 콘셉트를 다시 고려하는 계기로 이어지기도 합니다. 초기에 문제를 발견하면 언제나 더 적은 비용으로 더 쉽게 해결할 수 있습니다.

개발 프로젝트가 진행될수록 콘셉트 테스트 반복 작업의 현실성, 복잡성, 비용에 대한 부담이 늘어납니다. 스카니아 인터랙션 디자인 그룹의 초기 테스트는 보통 문서 프로토타입으로 진행되지만, 이후 테스트는 더 많은 자원이 필요한 주행 시뮬레이터에서 진행됩니다. 최신 리얼타임 기술을 사용하기 전 스카니아의 개발 프로젝트는 우선 디자인 기획 문서를 몇몇 초기 사용자들이 테스트해봅니다. 아마 컴퓨터로 인터랙티브 프로토타입을 만들 것입니다. 마지막에는 콘셉트를 검증하는 시뮬레이터 연구를 실시합니다.

즉, 새로운 콘셉트를 시뮬레이터 환경에서는 딱 한 번만 테스트할 수 있었습니다. 디자이너와 개발자는 일단 시뮬레이터 연구에서 피드백을 받은 후에는 콘셉트를 다시 테스트할 수도 없었습니다. 하지만 이제는 언리얼 엔진이 있으므로 팀에서는 개발 과정 초기부터 몰입형 시뮬레이션에서 콘셉트를 테스트할 수 있습니다. C++과 언리얼 엔진의 밀접한 관계와 오픈 소스라는 특성 덕분에 팀은 구체적인 사용 사례에 기술을 어렵지 않게 적용할 수 있었습니다. 프리스트룀은 "예를 들어, 언리얼 엔진을 플랫폼으로 사용하면 다양한 플러그인과 시스템을 매우 유연한 방식으로 비교적 쉽게 연결할 수 있습니다."라고 설명합니다.


운전자 인터랙션 시뮬레이션

스카니아 인터랙션 디자인팀에서 가장 집중하는 부분 중 하나는 바로 운전자 인터랙션 시뮬레이션입니다. 여기에는 운전자와 차뿐만 아니라 다른 차나 보행자도 종종 포함하는 시스템의 일부로 HMI 콘셉트를 테스트하는 작업이 수반됩니다.
 
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첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)의 프로토타입을 테스트할 때 팀은 실제 운전자들을 투입하여 조금씩 다른 프로토타입 시스템을 비교해 봅니다. 이런 테스트 중 많은 경우에 참가자가 실제 테스트 트랙이나 실제 차들이 다니는 도로에서 테스트했다면 운전자나 주변 사람에게 극도로 위험했을 상황이 반복적으로, 급작스럽게 발생하게 됩니다.

테스트 중에는 특정 사용자 그룹의 고급 기능을 평가하는 테스트도 있습니다. 예를 들어, 목재 운반 차량 운전자나 도시 내 유통 업자에게는 다양하고 구체적인 요구 사항이 있습니다. 팀에서는 이러한 사용자 그룹에 구체적으로 도움이 되는 기능을 평가하고 작업 효율성과 효율성 개선 정도를 측정합니다.

새로운 UI 콘셉트도 살펴봅니다. 여기에는 새로운 UI 원칙(예: 초기 인포테인먼트 시스템 콘셉트의 변형)을 나란히 테스트하는 작업이 포함되기도 합니다. 실제 운전자가 사용해 보면서 최상의 인터랙션 원리를 파악하면 이를 다음 콘셉트 반복에 적용하는 것입니다.

대부분의 테스트에서 시뮬레이션팀은 객관적 데이터(브레이크 압력, 차선 이탈 등), 생리학 데이터(반응 시간, 시선 추적, 심박수 변화 등), 주관적 데이터(만족도/UX 설문 조사 평가, 테스터와의 인터뷰를 통한 경험 피드백 등)를 추적합니다. 

인간 자동화 인터랙션 시뮬레이션

스카니아의 인터랙션 디자인팀은 인간 자동화 인터랙션 테스트를 위한 시뮬레이션도 만듭니다. 이러한 시뮬레이션은 세 가지 카테고리로 나뉩니다. 

첫 카테고리는 차량 자동화와 차량 운전자의 관계를 탐구합니다. 이 유형의 연구 프로젝트는 오랜 휴식 후나 긴급 상황과 같이 다양한 상황에서 차량을 제어하거나 제어를 넘기는 절차를 중심으로 진행됩니다.
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이 테스트를 통해 차량 자동화 정도에 따른 운전자의 역할 변화를 탐구함으로써 자동화에 수반되는 피로를 방지하고 운전자가 자동화의 의도와 주변 세계를  올바르게 인지하도록 하는 루틴 설정 방법을 결정할 수 있습니다. 이러한 연구는 VR과 운전 시뮬레이션 양쪽 모두에서 진행됩니다.

두 번째 인간 자동화 인터랙션 테스트 카테고리는 노천 광산의 특수 차량이나 대중교통 버스 등 다양한 유형의 자율 주행 차량을 관리하는 제어실 환경의 연구 개발에 초점을 맞춥니다. 

마지막 카테고리는 자율 주행 차량의 의도에 대한 제어와 인식을 외부 행위자로서 탐구합니다. 여기에는 광산의 자율 주행 덤프트럭 등 자동화된 차량을 원격 제어하는 방법에 대한 연구나 차량의 외부 휴먼 머신 인터페이스를 설계하여 차량의 상태와 의도를 더 잘 이해하는 방법에 대한 연구가 수반됩니다. 이러한 유형의 프로젝트는 연구자나 테스트 참여자가 시뮬레이션에 몰입할 수 있도록 주로 VR을 사용합니다.
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프리스트룀은 스카니아의 인터랙션 디자인팀이 진행하는 것과 같은 연구 프로젝트들이 꾸준한 증가세에 있다고 말합니다. 그는 "다양한 업계에서 고도로 자동화된 시스템과 인간의 관계를 연구하고 테스트하는 프로젝트가 전반적으로 증가하고 있습니다. 그 이유는 시스템의 복잡성이 점점 커지고 각 상황에서 인터랙션하는 인공 지능(AI) 수준도 매우 높아지고 있기 때문입니다. 따라서, 앞으로는 인간 참여형 리얼타임 시뮬레이션이 늘어날 것으로 예상합니다." 라고 말합니다.

프리스트룀 팀의 경우에는 특히나 언리얼 엔진을 리얼타임 플랫폼으로 채택한 것이 ROI에 중대한 영향을 주었습니다. 프리스트룀은 "저희가 개발 중인 제품 특성 때문에 다른 리얼타임 엔진보다 언리얼 엔진을 사용하는 편이 비용 면에서 훨씬 효율적이었습니다. 별도 비용 없이 소스 코드를 바로 이용할 수 있고 훌륭한 커뮤니티 지원에 에픽의 기술 지원까지 더해지니 충분한 가치가 있습니다."라고 말합니다.

개발용 오픈 플랫폼 

다양한 HMI 콘셉트를 테스트하는 사람들에게 게임 엔진과 같은 오픈 플랫폼은 큰 장점을 발휘합니다. 프리스트룀은 "저희에게는 언리얼 엔진을 유연한 플랫폼으로 활용하여 여러 가지 다양한 폐쇄형 시스템을 통합한다는 점이 가장 큰 장점이었습니다."라고 설명합니다.

프리스트룀 팀 시뮬레이터의 차량 역학은 외부 폐쇄형 모듈인 메카니컬 시뮬레이션(Mechanical Simulation)의 트럭심(TruckSim)과 언리얼 엔진에 내장된 차량 모듈 양쪽에서 처리합니다. 
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이와 마찬가지로 시뮬레이션의 차량 사운드는 외부 폐쇄형 모듈인 오디오키네틱(Audiokinetic)의 와이즈(Wwise)와 언리얼 엔진의 내장 오디오 툴 양쪽에서 처리합니다. 무작위로 생성된 교통 차량들은 외부 소프트웨어인 수모(Sumo)가 운행하지만, 팀에서는 특정 상황에서의 주변 교통 상황을 탐색하기 위해 언리얼 엔진의 내장 툴도 사용합니다. 프리스트룀은 "별도의 모듈을 수용하고 사용하도록 리얼타임 엔진을 조정할 수 있는 유연성은 언리얼 엔진의 큰 자산입니다." 라고 말합니다.

팀에서 사용하는 또 다른 필수 기능으로는 동기화된 복수의 디스플레이 디바이스에서 언리얼 엔진 씬을 렌더링하는 기술인 nDisplay가 있습니다. nDisplay를 통해 가이스트의 시뮬레이터는 한 대의 컴퓨터에만 의존하지 않고 네트워크의 수많은 컴퓨터 노드로 작업을 분산할 수 있습니다. 프리스트룀은 "이를 통해 무한한 수의 프로젝션 스크린에 환경을 렌더링할 수 있습니다." 라고 설명합니다. 

미래의 HMI 시뮬레이션 과제 해결 

프리스트룀의 팀은 HMI 콘셉트 테스트를 위해 완전히 언리얼 엔진으로 전향했습니다. 프리스트룀은 "UE4에는 전에 사용했던 시뮬레이터 플랫폼보다 방대하고 지원을 아끼지 않는 커뮤니티가 있습니다." 라고 설명합니다.

방대한 지식과 지원을 활용할 수 있다는 점이 가이스트의 시뮬레이터를 가동 운영하는 데 매우 중요하게 작용했습니다. 프리스트룀은 앞으로 시뮬레이션이 차량의 사용자 환경 최적화에 점점 중요한 역할을 차지할 것으로 내다봅니다. 그는 "모든 자동차 회사에서 점점 더 다양한 형태의 UX 시뮬레이션을 사용하는 것이 보입니다. 이러한 추세는 다른 업계에서도 뚜렷이 목격됩니다." 라고 말합니다.
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HMI 콘셉트 수립 및 테스트 플랫폼으로 언리얼 엔진을 채택한 가이스트와 스카니아는 향후 어려움에 직면하더라도 문제없습니다.

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