가상세계 구축안내 (Virtual World Architecture Guide)

 
 
가상세계는 컴퓨터 기반 시뮬레이션 환경의 하나로서 개인 아바타를 만들 수 있는 수많은 사용자들에 의해 채워지며 가상 세계를 동시에, 또는 독립적으로 탐험할 수 있고 활동에 참여하며 다른 사람들과 대화할 수 있다. 이 아바타들은 텍스처 형태이거나 2D, 3차원 그래픽 형태로 보이곤 하며, 음성 및 터치 감각이 있는 실 영상 아바타 모습으로 보일 수도 있다. 일반적으로 가상 세계는 여러 사용자들이 참여한다.

컴퓨터 안에서 3차원 영상을 통해 생활하면서 마치 현실 세계와 같은 느낌을 느끼게 해준다. 어떤 특정한 환경이나 상황을 컴퓨터로 만들어서, 그것을 사용하는 사람이 마치 실제 주변 상황·환경과 상호작용을 하고 있는 것처럼 만들어 주는 인간-컴퓨터 사이의 인터페이스를 말한다.

가상 현실 게임은 현실 생활과 유사한 형태를 띠기도 하며 판타지 세계를 구현하기도 한다. 가상현실 세계는 중력, 운동, 지지, 커뮤니케이션과 같은 현실의 법칙을 따른다. MMORPG는 대표적인 가상 현실로서 실시간 액션과 커뮤니케이션을 기본으로 한다. 그러나 가상현실은 게임에만 한정되어 있는 것이 아니라 다양하게 이용될 수 있다.

가상 현실 게임은 현실 생활과 유사한 형태를 띠기도 하며 판타지 세계를 구현하기도 한다. 가상현실 세계는 중력, 운동, 지지, 커뮤니케이션과 같은 현실의 법칙을 따른다. MMORPG는 대표적인 가상 현실로서 실시간 액션과 커뮤니케이션을 기본으로 한다. 그러나 가상현실은 게임에만 한정되어 있는 것이 아니라 다양하게 이용될 수 있다.

네트워크 통신 기술이 사실상 현재의 기술력만으로도 가상현실 구현에 어려움이 없음을 고려할 때에, 실질적으로 가상현실 구현을 위해 발전이 필요한 기술은 컴퓨터 그래픽 기술과 입출력 장치 기술이라고 볼 수 있다.

가상세계 구축에 필요한 세 가지 요소는 3차원 공간성, 실시간 상호작용, 그리고 몰입성이다. 각 요소 구현을 위해서는 컴퓨터 그래픽 기술, 네트워크 통신 기술, 그리고 HMD 등 오감을 자극하는 다수의 입출력 장치들이 필요하다.
<그래픽>
리얼 타임 그래픽 기술의 현실성과 성능을 판가름하는 요소는 매우 다양하나, 기본적으로는 해상도, 모델링, 랜더링의 3가지 요소를 생각할 수 있다.

- 해상도
출력되는 이미지의 선명도의 정도를 나타낸다. 화면을 구성하는 기본단위인 픽셀이 얼마나 많이 사용되었는지로 판단할 수 있다. 해상도가 높을수록 더욱 출력물이 선명해지며, 그만큼 연산능력 역시 많이 요구된다.

- 모델링
모델링에 들어가는 폴리곤(컴퓨터 그래픽에서 3D 오브젝트를 구성하는 기본단위로서, 3개의 좌표로 이루어진 삼각형)의 숫자가 늘어날수록 세밀한 표현이 가능해지며, 그만큼 실시간 연산능력 역시 많이 요구된다. 하지만 폴리곤의 숫자가 반드시 오브젝트의 세밀함과 비례한다고 볼 수는 없다. 우선 영화 등의 프리렌더링 CG에 많은 폴리곤이 사용되는 것은 세밀함의 문제보다는, 모델링을 보다 쉽고 편하게 하기 위해서 렌더링 성능을 사실상 고려하지 않고 3D 모델을 제작하기 때문이다. 리얼타임 3D 렌더링 기술이 반드시 폴리곤 기반의 모델링으로 이루어진다고 볼 수는 없으며, 복셀 엔진을 사용하는 경우 역시 고려해야 할 것이다.

- 렌더링
가상현실은 기본적으로 사용자와의 상호작용을 기본 요소로 하며, 카메라 등을 이용한 비 렌더링 영상기술이나 오랜 연산시간을 필요로 하는 프리렌더링 기술은 고려할 수 없다. 따라서 가상현실의 3D 공간 구현은 전적으로 리얼 타임 렌더링 기술에 의존한다. 따라서 이를 뒷받침하는 셰이딩과 맵핑 관련 기술의 발전이 필수적이다.

<음향>
음원의 위상차로 인해 청취자가 마치 실제 소리를 듣고 있는 듯한 착각을 일으키는 바이노럴 효과 등을 이용한다

<입출력 기기>
가상현실을 위한 입출력기기는 일반적으로 키보드, 마우스, 모니터, 스마트폰 같은 입출력도구도 가능하지만, 실제감을 높이기 위해서 사용자의 신체 활동을 직접 인식할 수 있는 기기들이 사용된다.
-모션 캡쳐 리모콘
3D 모션 기법 중 하나인 모션 캡쳐 기술을 적용한 가장 초보적인 형태의 가상현실 입력기기라 할 수 있다. 자이로스코프가 내장되어 있거나, 적외선 발광기와 적외선 센서를 이용하여 움직임을 인식 가능한 리모콘을 들고 움직이면, 리모콘의 움직임을 바탕으로 사용자의 움직임을 인식하는 형태의 기기이다. 매우 가격이 싸며 기술적으로 만들기 쉽다는 장점이 있지만, 인식 가능한 동작의 한계나 편의성 등의 문제로 현재는 사실상 사장되어 가는 추세이다.

- 모션 캡쳐 카메라
본래 모션 캡쳐 카메라는 마커라 불리는 공 모양의 센서를 전신에 부착해야 정상적인 모션 인식이 가능했으나, 기술의 발전으로 인해 마커 없이도 모션 인식이 가능한 기기들이 개발되기 시작되었으며, 키넥트를 필두로 하여 가정용으로도 충분한 시장성이 있다는 것을 입증해 보이고 있다. 현재 시점에서 가장 대중적인 가상현실 입력기기라 할 수 있다.
본디 센서 없이도 동작을 인식하는 모션 캡쳐 카메라는 가정용이든 전문용이든 이전에도 존재했으나(PS2의 아이토이 등), 키넥트가 나타나기 전까지는 가격이나 성능 면에서 보잘 것없는 수준이었지만, 키넥트 이후부터는 표정 등의 세부적인 동작을 제외하고 신체에만 국한하면 사실상 완벽에 가까운 인식 능력을 보여준다. 다만, 카메라에 보이는 범위 안에서만 동작이 인식되기에, 달리기 등의 격한 활동이나, 오래 걷기 등의 활동 범위가 큰 행동은 인식이 제약되는 단점이 있다.

- 전방위 트레드밀
360도 전방위로 움직임이 가능한 트레드밀을 이용하여 좁은 공간에서도 사용자가 걷거나 뛰는 움직임을 가상현실 기기에 입력할 수 있도록 하는 장치를 말한다. 일부 제품은 걷기와 뛰기 뿐 아니라 점프 동작도 입력할 수 있다. 거의 대부분의 제품이 발판과 허리 지지대를 갖는데, 이는 사용자의 몸통을 고정함으로써 발판 위에서만 발이 움직이도록 만들 수 있기 때문.
상기한 모션 캡쳐 기기는 모션 캡쳐 카메라가 인식할 수 있는 범위에서만 사용이 가능하기 때문에 평면적 움직임의 재현에 제약이 심한데, 전방위 트레드밀은 당해 제약에 대하여 해결책이 될 수 있다. 예를 들어 신체의 움직임은 모션 캡쳐 카메라로 인식하고 신체의 좌표적 이동에는 전방위 트레드밀을 이용하여 수집한 좌표값 변화를 대응시키는 등의 방법을 이용하면 모션 캡쳐 카메라와 전방위 트레드밀을 동시에 이용할 수 있을 뿐더러 한층 사실적인 움직임의 재현이 가능해진다.
가상현실 기기 사용자가 직접 가상현실 내 공간을 돌아다니는 체험을 제공하기 위한 기기인 만큼 사실상 HMD의 사용을 통한 몰입감 형성이 필수적이다.

- HMD (시각·청각)
헤드 마운티드 디스플레이. 머리에 착용하는 디스플레이 장치를 말한다. 주로 가상현실 또는 증강현실의 구현을 위한 디스플레이 장치로서 사용되며, 3D 디스플레이 기술과도 접목되기도 한다.
- 기타 촉각을 느낄 수 있는 장갑 내지 수트형 장치 등이 있다.

- 뇌-컴퓨터 인터페이스
뇌와 기계를 직접 연결해서 컴퓨터나 기계를 직접 조작하는 인터페이스 시스템을 말한다. 여러 명칭이 있지만 보통 BCI로 통용된다. 크게 삽입형 BCI, 부분적 삽입형 BCI, 비삽입형 BCI로 나눌 수 있다. 일부 SF 작품에서는 전뇌라고 부르기도 하지만 공식적인 명칭이 아니다. 위 분야는 넓게 HCI 기술에 속한다. 인간의 두뇌와 기계를 연결시키는 기술이기 때문에 컴퓨터공학이나 로봇공학 이외에도 신경과학 및 의학과 깊게 연관되어 있는 기술이다.
뇌파나 뇌세포의 전기적 신경 신호를 통해 휠체어나 의수·의족 혹은 로봇과 같은 기계를 조작할 수도 있기 때문에, BCI 기술은 BMI(뇌-기계 인터페이스)라고 불리기도 한다. 사이보그 기술의 근간이 되는 사이버네틱스 기술의 핵심으로서 주목받고 있으며, 장기적으로는 가상현실 기술과의 접목도 검토되고 있다.
* E-mail : vrarch@yahoo.com