모션디바이스, 가상현실 시대를 위한 양산형 모션 시뮬레이터 게임 개발

JiSuk Lee, Motion Device Inc.

"NI LabVIEW와 하드웨어를 활용하여 기존 시뮬레이터보다 다이나믹한 움직임을 제공하는 4축 고기동 시뮬레이터의 개발기간을 1년에서 절반이나 절감할 수 있었습니다. "

- JiSuk Lee, Motion Device Inc.

과제:

이제 막 시작하는 스타트업 기업의 경우, 일반적으로 부족한 개발 인력과 숙련된 개발자가 부족합니다. 이러한 환경에서 가상현실을 위한 양산형 시뮬레이터를 개발하기는 쉽지 않았습니다.

솔루션:

제로 베이스에서 빠르게 상용 레벨로 개발 할 수 있는 프로그래밍 언어인 LabVIEW와 신뢰도가 높은 NI Motion Control Board를 사용하여 액츄에이터 제어부터 다양한 외부 입력신호 수집까지 다양한 분야를 연구, 개발 할 수 있었고, 그 결과 기존의 시뮬레이터보다 다이나믹한 움직임을 제공하는 4축 고기동 시뮬레이터의 개발기간을 처음 예상했던 1년 보다 절반이나 단축시킬 수 있었습니다.

모션디바이스는 2013년 시작된 모션 시뮬레이터 스타트업이다. 현재 탑드리프트라는 모션 시뮬레이터를 150대 이상 판매하였으며, 지속적으로 가상현실 콘텐츠를 포함한 새로운 시뮬레이터를 개발하고 시중에 소개하여 몰입감 높은 가상현실 체험을 대중에게 제공하고 있다.

 

지금까지의 시뮬레이터 시장은 주문자 생산방식의 고비용 시장이었다. 쉬운 예로 파일럿이 실제 기체 조종을 시작하기 전에 탑승하여 연습하는 시뮬레이터를 생각 해 볼 수 있다. 이러한 연습용 시뮬레이터를 제작하기 위해서는 탑승이 가능한 6축 시뮬레이터와 실제 항공기의 수학 모델을 기반으로 한 제어 소프트웨어, 그리고 그 움직임을 화면에 표현해 줄 영상콘텐츠가 필요하다. 이렇게 제작된  시뮬레이터는 고객층이 매우 제한되기 때문에 모든 개발비를 시뮬레이터 가격에 그대로 포함시켜야 하며 결과적으로 범용 양산 제품을 제작 할 수 없는 시장구조가 된다.

 

최근 오큘러스 리프트와 같은 HMD(Head Mount Display) 를 통한 가상현실 시장의 성장과 더불어 기상현실 몰입도를 극적으로 높여 줄 수 있는 모션 시뮬레이터에 대한 시장의 니즈도 빠르게 증폭되고 있으나 합리적인 가격으로 콘텐츠와 연동된 움직임을 제공하는 양산형 모션 시뮬레이터 시장은 거의 전무한 상태였다. 모션 디바이스는 이러한 니즈를 충족하여 다양한 콘텐츠를 연동 할 수 있는 플랫폼 기반의 모션 시뮬레이터를 제작, 양산 제공하고 있다. 이 과정에서 부족한 초기 인력으로 설계 및 제어를 모두 빠른 시간 내에 진행하면서도 사람이 탑승하는 제품이니만큼 장비의 신뢰성과 안전성의 보장도 함께 고려해야 했다.

 

 

최근 가상현실 시장은 의료, 교육, 게임 분야에서 다양한 콘텐츠를 필두로 빠르게 적용, 성장되고 있다. 이 중에서도 가장 빠른 속도로 성장하고 있는 영역은 게임을 포함한 엔터테인먼트 영역이다. 기존의 2D, 3D 게임을 개발하던 많은 콘텐츠 개발사들이 VR로 영역을 넓히고 있으며 이러한 트렌드는 최근 유동인구가 많은 곳에서 자주 볼 수 있는 VR체험존등으로 확인 할 수 있다. 가상현실 콘텐츠는 기본적으로 HMD를 사용하여 시각과 청각으로 새로운 경험을 제공하지만 이에 대한 한계를 알고있는 콘텐츠 제작사들은 모션 시뮬레이터와의 연동을 통해 실제 물리적인 움직임을 제공하여 더욱 몰입감 높은 가상현실을 제공하고자 하였다. 하지만 가상현실 시장이 성장하기 시작한 시점의 모션 시뮬레이터 시장은 고가의 장비들 뿐이었으며 폐쇄적인 시뮬레이터 시장의 특성 상 외부의 콘텐츠를 연동하는데 부정적인 반응을 보이고 있었다. 모션디바이스는 가상현신 시장이 대중화 되기 위해서는 이러한 고비용/폐쇄적인 시장이 변화되어야 한다고 생각하였으며 이를 위해 일반 콘텐츠 회사들이 접근 가능한 가격의 플랫폼 기반의 시뮬레이터를 제작하고 있다.

 

이렇게 제작된 다양한 체감형 게임 시뮬레이터는 도심 내에서 가족, 연인들과 여가를 즐기고자 하는 2,30대 고객층들에게 쇼핑몰, 테마파크, VR체험 게임공간 등에 설치되어 뜨거운 반응을 불러일으키고 있다. 장기적으로 ‘도심형 가상현실 테마파크’라는 새로운 공간을 제공 할 예정이다.

 

모션 시뮬레이터 기술을 개발, 양산하기 까지

모션 시뮬레이터는 콘텐츠에서 소프트웨어적으로 동작제어의 기본이 되는 신호를 받고, 그 데이터를 기반으로 물리적인 성능을 고려하여 동작제어 지령을 각각의 엑츄에이터로 내려주는 일을 빠른 주기로 시행하여 탑승자가 가상현실 콘텐츠에 더욱 몰입 할 수 있도록 하는 역할을 수행한다. 이러한 모션 시뮬레이터에서 가장 중요한 부분이자 핵심은 “명령한 대로 정확하게 움직이는 것”이다. 시스템을 개발하는 초기 단계에 다양한 테스트를 거친 모터들을 제어하는 방식을 연구하였으나 이제 막 대학을 졸업한 한 명의 소프트웨어 개발자가 모터의 연결부터 제어까지 모든 부분을 다 하기에는 현실적인 어려움이 있었다. 하드웨어와 소프트웨어에 모두 익숙하지 않은 신입 엔지니어가 사용하기 가장 좋은 프로그래밍 언어를 찾던 중 LabVIEW 와 NI의 모션 컨트롤러를 도입하게 되었다. 이후  비전공자인 엔지니어가 이미 완성된 예제를 기반으로 모터를 원하는 방향으로 제어 할 수 있게 되었으며, 도입 초기 어려웠던 결선이나 프로그래밍 활용 등은 NI의 엔지니어가 직접 방문하여 기술지원으로 해결해 주었다.

 

LabVIEW를 메인 개발 프로그래밍 언어로 선정하면서 신입 엔지니어 한 명이 3개월이라는 짧은 시간 안에 모터의 동작부터 복잡한 시뮬레이터 제어 까지를 구현 할 수 있었다. 이후 새로운 엔지니어가 추가되어 개발인원이 늘어난 경우에도 LabVIEW만의 독특한 Graphical system으로 인해 신입 엔지니어가 코드를 직관적으로 빠르게 이해 할 수 있었고 일 주일 내에 바로 실무 프로그램 업그레이드에 투입 할 수 있었다.

 

모든 사람이 전산 전공자가 될 수는 없지만, 많은 엔지니어들이 새로운 과제를 해결하기 위해 본인에게 익숙하지 않은 프로그래밍을 해야하는 시기이다. LabVIEW는 이런 상황에서 측정 및 제어 분야의 프로그래밍 비전공자들이 쉽고 빠르게 주어진 테스크를 완료 할 수 있는 가장 좋은 프로그래밍 언어라고 생각된다. 모션 디바이스의 예를 들어보면 구현하려고 하는 모션 동작의 상당 부분이 이미 기존 예제로 완성되어 있어 약간의 예제 변경 또는 예제와 예제 간의 결합으로 충분히 원하는 기능을 구현 할 수 있었으며 그 외의 추가적으로 필요한 부분은 검색엔진에서 관련어로 검색하여 찾은 수많은 LabVIEW 라이브러리 및 소스를 찾아서 도입 할 수 있었다.

 

모션디바이스는 LabVIEW 뿐만이 아니라 NI 모션 컨트롤러도 함께 사용하고 있는데 LabVIEW 로 작성한 코드를 바로 도입 가능하다는 장점이 있을 뿐만 아니라 동일한 회사에서 개발한 소프트웨어와 하드웨어를 사용하는 경우 호환성 문제가 발생하는 경우가 거의 없기 때문이다. 현재 NI 외의 제품으로 구성된 어플리케이션을 보면 대부분 하드웨어 제공 회사와 프로그래밍 언어 개발사가 다르다. 이러한 경우 하드웨어 드라이버 호환성 문제가 발생할 가능성이 있으며 이와 같이 이유를 찾기 어려운 문제가 발생 할 경우 양사와 한 번에 협의하여 해결해야 하기 때문에 그 과정이 매우 복잡하며 책임소재의 파악이 어렵고 결과적으로 문제해결 기간이 길어진다. NI는 이러한 면에서 소프트웨어와 하드웨어에 대한 책임을 모두 가지고 있어 빠른 문제 해결이 가능하다.



LabVIEW 사용을 통해 초기 개발시점에서 막막했던 모션 제어 부분을 빠르게 해결 할 수 있었으며 6개월의 개발기간을 거쳐 양산 제품으로 까지 빠르게 완료 할 수 있었다. 모션 디바이스는 플랫폼형 모션 시뮬레이터를 지향하기 때문에 개발과정 중 어떠한 제약을 두지 않고 시뮬레이터에 붙을 수 있는 다양한 센서 및 엑츄에이터를 테스트 해야 하였다. 예를 들어 안전을 위한 안전벨트와 안전펜스 신호, 무인화 운영을 가능하게 해 줄 코인기의 신호, 비상정지 신호, 인체의 동작을 확인할 Leap Motion이나 Kinect의 신호, 실감을 높이게 해 줄 Fan의 제어 등 콘텐츠에 따라 수 많은 옵션들이 발생할 수 있다. 이러한 모듈들은 각각 DIO, AIO, 통신방식 등 다양한 체계로 측정/제어하도록 되어있으며 매 번 다른 경우마다 담당 엔지니어가 해당 모듈들을 메인 프로그램에 연동하여야 한다.  프로그래밍 구조 자체가 모듈형으로 구성되어있는 LabVIEW는 경우에 따라 바뀔 수 있는 이러한 어플리케이션들을 하나의 모듈형 프로그램 블럭으로 쉽게 만들어주기때문에 필요한 경우마다 Drag & Drop을 통해 해당 모듈들을 쉽게 불러 올 수 있게 해 준다.

 

체감형 시뮬레이터는 기본적으로 고객이 탑승하는 하드웨어와 탑승자가 볼 콘텐츠와의 연동이 필요하다. 해당 콘텐츠는 게임이 될 수도 있으며 이미 녹화된 영상이 될 수도 있다. 이 과정에서 콘텐츠와 하드웨어를 연동하기 위한 방법을 정의 할 필요가 있었다. 보통 게임 콘텐츠는 Unity, Unreal과 같은 게임개발 전용툴과 C#과 같은 프로그래밍 언어로 개발되며 영상툴의 경우에도 다양한 전문 프로그램들이 사용된다. 이러한 모든 경우에 대응하기 위하여 범용적인 프로토콜을 설계하였고 LabVIEW의 통신 라이브러리를 사용하여 이종 소프트웨어와 데이터를 연동하였다. 이 과정에서 기존의 통신 예제들을 상황에 맞게 적용하여야 하는 도전과제들이 자주 발생하였고 이 문제들을 해결하는 과정에서 LabVIEW의 국내 커뮤니티인 Mylv.net의 Q&A와 Open source게시판이 아주 유용하게 사용되었다.  특히 Q&A 부분에서는 질문에 대한 답변이 거의 당일에 올라와 빠른 개발에 큰 도움이 되었다.

 

인공지능, VR을 통한 새로운 경험까지 더 한 시뮬레이터

지난 수십 년간 가상현실은 꾸준히 개발되어 왔지만 기술의 한계로 인해 우리의 삶에는 영향을 미치지 못하고 있었다. 하지만 더욱 작아지는 디스플레이와 더욱 빨라지는 그래픽카드의 성능 등에 힘입어 HMD를 중심으로 조금씩 가상현실 시대가 펼쳐지고 있으며 대중의 관심과 발맞추어 이에 투자되는 금액도 천문학적으로 증가하고 있다. 이와 같은 빠른 성장의 이면에는 가상현실을 더욱 현실로 보이게 하고자 하는 경쟁이 있으며, 이는 자연스럽게 가상현실을 위한 시뮬레이터 시장의 확장으로 귀결되고 있다. 모션디바이스에서 제공하는 양산형 모션 시뮬레이터는 이러한 기대에 부응하여 합리적이고 콘텐츠와 연동하기 좋은 고성능 동작을 제공하며 모션과 어우러진 가상현실 콘텐츠는 자칫 가상현실에 대해 냉담해질 수 있는 시장의 반응을 지속적으로 견인 할 수 있을 것이다. 가상현실 시장이 대중화되는 시점에서 이 전에는 없었던 새로운 시장이 열릴 것이며 이는 도심, 심지어는 가정 내에서 새로운 체험을 할 수 있는 분야가 될 것이다.

 

가상현실 시장은 이제 시작 단계이므로 국내외 투자 예산을 고려 해 보았을 때 향후 3년간 폭발적으로 성장 할 것으로 예상된다. 모션디바이스는 현재 판매중인 제품 뿐만이 아니라 새로운 동작들을 구현 할 수 있는 다양한 시뮬레이터 라인업을 준비하여 이를 모두 오픈 플랫폼 타입으로 판매/제공하기위한 연구과제를 지속적으로 진행 하고 있다. 해당 라인업에는 현재 가지고 있는 레이싱 뿐만이 아닌 항공, 보트등의 다양한 어플리케이션이 포함 될 것이며 콘텐츠 개발사가 본인의 콘텐츠에 적합한 시뮬레이터를 선택하여 사용 할 수 있게 할 예정이다. 또한 가상현실이나 인공지능의 기술을 적용하여 한층 더 새로운 경험을 선보이는 것이 목표다.

 

필자 정보:

JiSuk Lee
Motion Device Inc.
jslee@mdamuse.com

그림 1. 체감형 게임 시뮬레이터를 즐기는 사람들
그림 2. 시스템 구성도