Muhammad Hegazy 이미지 제공
빛의 중요성: 언리얼 엔진으로 더 건강한 공간을 디자인하는 비결
Pierre-Felix Breton |
2022년 2월 25일팬데믹 이전에도 사람들이 실내에서 머무르는 시간이 90%에 달했다는 연구 결과가 있습니다. 이렇다면 분명 건강에 좋지 않은 영향을 미칩니다. 햇빛에 노출되는 시간이 줄어들면 비타민 D와 세로토닌 수치가 감소하는데, 이는 우울증, 생산성 저하, 수면 장애, 심지어 암 발병률이 높아지는 원인이 될 수 있습니다.
다행히 건축가이자 오사카 대학(Osaka University) 공학 대학원 연구원인 무하마드 헤가지(Muhammad Hegazy)가 해결책을 찾아냈습니다. 헤가지는 2018년부터 켄스케 야스후쿠(Kensuke Yasufuku) 부교수 및 히로카즈 아베헤(Hirokazu Abe) 교수와 함께 건축가가 언리얼 엔진을 활용하여 더욱 다양한 정보를 근거로 자연광을 극대화할 방법을 탐구해 왔습니다.
다행히 건축가이자 오사카 대학(Osaka University) 공학 대학원 연구원인 무하마드 헤가지(Muhammad Hegazy)가 해결책을 찾아냈습니다. 헤가지는 2018년부터 켄스케 야스후쿠(Kensuke Yasufuku) 부교수 및 히로카즈 아베헤(Hirokazu Abe) 교수와 함께 건축가가 언리얼 엔진을 활용하여 더욱 다양한 정보를 근거로 자연광을 극대화할 방법을 탐구해 왔습니다.
Muhammad Hegazy 이미지 제공
헤가지의 연구는 인간 중심의 조명 시스템이라는 결실로 이어졌습니다. 이 시스템은 여러 국제 상을 수상했고, IEEE 가상현실 컨퍼런스(IEEE Conference on Virtual Reality), VELUX 일광 심포지엄(VELUX Daylight Symposium), 북유럽 건축 시뮬레이션 컨퍼런스(BuildSim Nordic Conference), 아시아 건축 공학 저널(Journal of Asian Architecture and Building Engineering)을 비롯한 간행물과 컨퍼런스에서 주목받았습니다.
사람에게 가장 이로운 디자인을 찾아내기 위해 조명 디자이너와 연구자는 일반적으로 공간의 파노라마 HDR 이미지를 렌더링한 다음, 설문 조사를 통해 다양한 유형의 조명에 대한 입주 예정자들의 인식을 상세히 파악합니다. 문제는 종종 2D 이미지와 실제 건물 간에 큰 괴리가 있다는 것입니다. 날씨나 시간 같은 요인에 따라 분위기가 달라질 수 있는 경우에 특히 그렇습니다.
헤가지는 말합니다. “프로젝트가 이러한 HDR 연구의 한계를 극복하길 바랐습니다. 언리얼 엔진은 최고의 실시간 건축 시각화 툴로 자리매김해 가고 있었고, 태양광과 스카이라이트를 포함한 물리 기반 라이팅을 여타 솔루션보다 훨씬 사실적으로 구현할 수 있었습니다. 그래서 정적인 HDR 이미지 대신 언리얼 엔진을 사용하여 입주 예정자들이 실시간으로 둘러보고, 상호작용하고, 커스터마이징할 수 있는 가상 환경을 구현하기로 했습니다. 사람들이 가상 공간을 체험하면서 조명에 대한 피드백을 줄 수 있도록요.”
빛나는 발상
헤가지는 설명합니다 “건물이 완공된 이후에 조명을 개선하려면 복잡하고 큰 비용을 감수해야 하는 경우가 많습니다. 따라서 공간의 형태를 사전에 정확하게 시각화하는 것이 가장 바람직합니다. 그래야 건설을 시작하기 전에 건축가가 사람들의 삶의 질을 향상시키기에 가장 적합한 디자인을 선택할 수 있죠.”사람에게 가장 이로운 디자인을 찾아내기 위해 조명 디자이너와 연구자는 일반적으로 공간의 파노라마 HDR 이미지를 렌더링한 다음, 설문 조사를 통해 다양한 유형의 조명에 대한 입주 예정자들의 인식을 상세히 파악합니다. 문제는 종종 2D 이미지와 실제 건물 간에 큰 괴리가 있다는 것입니다. 날씨나 시간 같은 요인에 따라 분위기가 달라질 수 있는 경우에 특히 그렇습니다.
헤가지는 말합니다. “프로젝트가 이러한 HDR 연구의 한계를 극복하길 바랐습니다. 언리얼 엔진은 최고의 실시간 건축 시각화 툴로 자리매김해 가고 있었고, 태양광과 스카이라이트를 포함한 물리 기반 라이팅을 여타 솔루션보다 훨씬 사실적으로 구현할 수 있었습니다. 그래서 정적인 HDR 이미지 대신 언리얼 엔진을 사용하여 입주 예정자들이 실시간으로 둘러보고, 상호작용하고, 커스터마이징할 수 있는 가상 환경을 구현하기로 했습니다. 사람들이 가상 공간을 체험하면서 조명에 대한 피드백을 줄 수 있도록요.”
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이론 검증
얼마 뒤 헤가지는 가상현실에서 일광을 체험할 수 있는 몰입감 있는 시각화 시스템을 개발했고, 조명 디자이너와 건축가가 이 시스템을 활용해서 더 건강한 실내 공간을 더욱 빠르게 만들 수 있다는 이론을 세웠습니다. 헤가지는 시스템을 테스트하기 위해 정교하고 복잡한 조명 디자인으로 유명한 루이 칸(Louis Kahn)의 건축물인 킴벨 미술관(Kimbell Art Museum)의 가상 모델을 만들기로 했습니다.
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헤가지는 회상합니다. “미술관을 가상 모델로 구현하는 일은 만만치 않았습니다.” 다행히 이 미술관은 건축 문화유산으로서 높이 평가받기에 다양한 도면과 기술 문서를 확보해서 활용할 수 있었습니다. 헤가지는 이런 자료를 참고하여 오토캐드(AutoCAD)로 건물의 2D 평면도를 제작한 뒤 3ds 맥스(3ds Max)로 익스포트하여 3D 지오메트리와 예비 자료를 만들었습니다.
다음 단계는 모델을 3ds 맥스에서 언리얼 엔진으로 옮기는 것이었습니다. 헤가지는 설명합니다. “데이터스미스 플러그인을 사용했더니 아주 간단했습니다. 모든 메시를 언리얼 엔진에 제대로 익스포트할 수 있었고, 최적화도 그다지 필요하지 않았습니다. 그런 다음 언리얼 엔진에서 태양 및 스카이(Sun and Sky) 액터를 사용하여 태양의 위치, 밝기, 톤을 정확하게 설정했습니다. 그리고 블루프린트를 사용하여 누구나 가상 미술관에서 걷기, 점프, 하루 중의 시간 변화 같은 다양한 상호작용을 체험할 수 있는 환경을 구현했습니다. C++ 코드를 작성하지 않고도 다양한 조명 조건에서 훨씬 다채로운 공간 경험을 선사할 수 있었죠.”
다음 단계는 모델을 3ds 맥스에서 언리얼 엔진으로 옮기는 것이었습니다. 헤가지는 설명합니다. “데이터스미스 플러그인을 사용했더니 아주 간단했습니다. 모든 메시를 언리얼 엔진에 제대로 익스포트할 수 있었고, 최적화도 그다지 필요하지 않았습니다. 그런 다음 언리얼 엔진에서 태양 및 스카이(Sun and Sky) 액터를 사용하여 태양의 위치, 밝기, 톤을 정확하게 설정했습니다. 그리고 블루프린트를 사용하여 누구나 가상 미술관에서 걷기, 점프, 하루 중의 시간 변화 같은 다양한 상호작용을 체험할 수 있는 환경을 구현했습니다. C++ 코드를 작성하지 않고도 다양한 조명 조건에서 훨씬 다채로운 공간 경험을 선사할 수 있었죠.”
Muhammad Hegazy 이미지 제공
헤가지의 가상 미술관을 가상현실로 체험하면 달리기, 점프, 시간 변화 같은 상호작용 외에도 공간의 스냅샷을 찍은 다음 조명에 대한 인식을 실시간으로 피드백할 수 있습니다. 프로젝트의 두 번째 검증 단계에는 실제 미술관의 일광에 대한 인식과 비교하는 연구를 진행했습니다. 헤가지는 동일한 시공간 조건을 토대로 실제 미술관과 가상 미술관을 비교했습니다.
더 건강한 환경 만들기
미술관 프로젝트 막바지에 헤가지는 VR 하드웨어의 시야와 밝기에 한계가 있기는 하지만 가상 공간에서 인간이 인식하는 일광이 실제 공간에서와 크게 다르지 않다는 결론을 얻었습니다. 두 환경을 체험한 사람들은 대부분 비슷한 부분에 관심을 표했고, 밝기 측면에서 두 환경을 유사하게 평가했습니다.헤가지는 설명합니다. “이 연구 결과는 가상 환경이 건축 공간의 조명을 개선하기 위한 정확한 방식임을 확인했다는 점에서 의미가 큽니다. 이는 현실에서 우리의 정신적, 신체적 건강에 크게 이바지할 수 있을 뿐만 아니라, 이제 메타버스의 가상 환경을 통한 인간의 차세대 경험을 구현하기 적합할 정도로 사실성과 상호작용의 수준이 높아졌다는 의미이기도 합니다.”
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헤가지는 언리얼 엔진 5의 다이내믹 글로벌 일루미네이션 및 리플렉션 시스템인 루멘의 등장으로 이러한 추세에 탄력이 붙을 것으로 전망합니다.
UE4Arch.com 이미지 제공
헤가지는 말합니다. “루멘은 게임 산업의 판도를 바꿀 기술일 뿐 아니라, 건축 시각화 및 조명 디자인에 활용하기에 대단히 좋은 혁신적인 방식입니다. 프로젝트 진행 중에 정확한 피드백을 받으려면 조명 표현의 정확성과 체험자의 몰입도가 특히 중요했습니다. 루멘을 사용하면 걸림돌로 작용하곤 하던 퍼포먼스 타협 문제로 고전할 필요 없이 리얼타임 다이내믹 라이팅을 구현할 수 있죠.”
루멘은 이미 일광이 고정된 가상 환경에서 탈피하여 하루 동안의 실제 일광과 하늘을 시뮬레이션하는 데 사용되고 있습니다. 초반에는 프로젝트 팀이 이러한 변화를 주도하겠지만, 헤가지는 인터랙티브 툴이 시뮬레이션에 내장되어 체험자가 즉각적으로 공간의 상태를 변경하고 더욱 다양한 조건에서 피드백을 제공할 수 있게 될 날도 머지않았다고 예견합니다.
루멘은 이미 일광이 고정된 가상 환경에서 탈피하여 하루 동안의 실제 일광과 하늘을 시뮬레이션하는 데 사용되고 있습니다. 초반에는 프로젝트 팀이 이러한 변화를 주도하겠지만, 헤가지는 인터랙티브 툴이 시뮬레이션에 내장되어 체험자가 즉각적으로 공간의 상태를 변경하고 더욱 다양한 조건에서 피드백을 제공할 수 있게 될 날도 머지않았다고 예견합니다.
Design and model courtesy of Safdie Architects
“더 다이내믹한 가상 환경을 만들수록 사람들이 가상 환경과 상호작용하는 방식에 대해 더 많은 데이터를 확보할 수 있습니다. 루멘은 우리가 이런 미래로 훨씬 더 빨리 나아가는 데 일조할 것입니다.”
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모든 기능과 무료 소스 코드 액세스를 제공하는 언리얼 엔진은 제작에 바로 사용할 수 있습니다.
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