게임엔진 기반 가상 아키텍처와 레이저 스캔 기술 개발 사례

 

이 글은 게임엔진 기반 가상 아키텍처(Virtual Architecture), 레이저 스캔 시뮬레이션, 포인트 클라우드 처리 기술에 대한 내용을 간략히 나눔한다. Unreal-based LiDAR point cloud(pointcloudplugin) 게임 엔진을 이용한 가상 아키텍처는 더이상 특정 기술 전문가 영역이 아니다.  가상현실기술, 헤드셋 마운트 장비, 사물 인터넷, 이미지 스캔 기술, 다양한 시뮬레이션 기술은 게임엔진을 통해 비전공자도 활용할 수 있을 만큼 보편화되고 있다. 이를 활용해, 사용자는 가상으로 건축, 도시, 인프라를 만들어 보고, 실제 현장에 대상물을 건설하기 전에 발생할 수 있는 문제점 검토를 넘어선, 디지털 아카이브 공간 내에서 디자인에 대한 통찰을 주는 상황으로 발전하고 있다. 이중에 레이저 스캔 등을 통해 획득할 수 있는 현실 캡쳐 데이터인 포인트 클라우드를 게임엔진에서 활용하는 사례 및 기술을 간략히 살펴본다.  언리얼 엔진 기반 포인트 클라우드 지원 언리얼 엔진 4.25 (UE 4.25) 릴리스에는 LiDAR(Light Detection And Ranging) 포인트 클라우드 지원를 포함한다. 기존 LiDAR Point Clouds 플러그인은 마켓 플레이스에서 제거되어 엔진에 영구적으로 추가되었다. 이 엔진은 레이저 스캔에서 획득한 포인트 클라우드 가져오기, 시각화, 편집 및 상호 작용에 대한 지원은 물론 성능 저하없이 여러 포인트 클라우드 세그먼트 작업을 지원한다. Point cloud visualization(Spar3d.com) UE 4.25는 Unreal Editor 내에서 사용할 수 있으며, 주요 포인트 클라우드 형식 (.txt, .xyz, .pts, .las)을 지원한다. 포인트 클라우드는 파일을 콘텐츠 브라우저에 드롭하거나 블루 프린트 API를 사용하여 에디터에서 가져올 수 있다. 에디터 뷰포트에서 개별 포인트를 숨기거나 삭제, 병합, 추출할 수 있다.  Point cloud editor viewport(Unreal) 렌더링 기능에 대한 업데이트에는 파일 및 GPU에서 데이터 스트리밍으로 빅데이터 세트에 대한 지원도 포함된다. 특히, 이 기능은 디지털 트윈을 만들 때, AEC 애플리케이션을 지원할 때 도움이 될 수 있다.  이외, 포인트 클라우드는 동적 그림자를 투사할 수 있으며, 태양 렌더링을 지원한다. AEC 용 애플리케이션은 주로 사실적인 건축 시각화(VR 및 AR)에 중점을 두어 설계 렌더링을 외부 이해 관계자에게 전달하고 설계 프로젝트 초기에 오류를 포착할 수 있다.  유니티(Unity) 기반 레이저 스캔 시뮬레이션 VR 환경으로 실제 공간을 필요로 하는 경우가 많다. 하지만, 실제 공간을 레이저 스캔 등의 기술로 캡쳐하기에는 많은 비용과 시간이 소모된다. 이를 시뮬레이션으로 처리하는 사례가 있었다(Philip Tibom, 2018).  유니티에서 시뮬레이션되는 라이더 센서는 내장된 기능을 사용하여, 레이저 소스 지점에서 충돌 가능한 오브젝트로 광선을 투사한다. 실제 라이더가 수행하는 방식과 매우 유사하게 광선이 닿는 위치를 계산한다. 생성된 LIDAR 데이터를 적절한 형식으로 출력하고, 무인자율차에서 필요한 움직이는 자동차, 보행자, 길 찾기 기능을 추가하였다. 보행자, 기둥, 건물, 차량 등 정적 및 동적 개체 시뮬레이션된 도시 환경 다양한 해상도를 가진 시뮬레이션된 라이더 센서 라이더 센서가 부착된 사용자 제어, 이동 가능한 차량 가상 환경에 보행자 및 기타 물체 배치 LIDAR 센서에서 수집한 데이터 출력 생성된 데이터 검사 이 기술은 오픈소스로 구현되어 다음 링크에서 다운로드 받을 수 있다. Virtual Generation of Lidar Data for Autonomous Vehicles 이러한 레이저 스캔 시뮬레이션 기능은 2018년 유니티에 SimViz 솔류션 템플릿으로 추가된다.  Unity SimViz 템플릿은 LiDAR 센서, RGB-D 카메라를 가상으로 배치하여, 스캔된 포인트 클라우드와 뎁스맵(depthmap)을 자동 생성한다. 이 기능은 향후 자동화, 로보틱스 등으로 확장될 계획이다. 예를 들어, ROS(Robot, Operating System), ML(Machine Learning) 에이전트와 통합되어 자율주행차량 등 로보틱스 기반 응용 시뮬레이션을 지원하도록 확장될 계획이다. 게임 엔진 기반 가상 아키텍처 게임 엔진 기술이 강력하고 대중화될 수 있는 수준으로 개발되다 보니, 가상으로 건축을 할 수 있는 개념이 발생되었다. 이를 Virtual Architecture라 한다. Gerard Llorach는 3D 도시 데이터를 생성하기 위해, 건물 높이를 결정하는 데 사용할 수 있는 각 지점 반환 강도, 높이와 같은 정보에 관심을 가졌다. 이런 속성을 시각화할 수 있도록 포인트 클라우드 뷰어를 업데이트하였다. 런던의 퀸 엘리자베스 올림픽 공원에 있는 ArcelorMittal Orbit 타워를 셰이더를 사용하여 Unity에서 포인트 클라우드를 생성하였다.  Gerard는 Virtual Architecture 란 개념으로 github에 그의 프로젝트를 오픈소스로 공유하고 있다. Virtual Architectures(github) 게임 엔진을 이용한 가상 아키텍처는 더이상 전문가 영역이 아닌 가상현실기술, 헤드셋 마운트 장비, 사물 인터넷, 이미지 스캔 기술, 다양한 시뮬레이션 기술을 활용해, 가상으로 건축, 도시, 인프라를 만들어 보고, 실제 시공전에 발생할 수 있는 문제점 검토를 넘어선, 디지털 아카이브 내에서 디자인에 대한 통찰을 주는 상황으로 발전했다.  코로나로 인한 비대면 시대에서 이러한 디지털 가상화 기술이 더욱 관심을 받을 것이다. 레퍼런스 Carla Lauter, 2020.5.6, Spar3d.com, Unreal Engine 4.25 release includes built-in support for laser-scanned point clouds LiDAR point cloud plugin, Unreal Philip Tibom, 2018, Virtual Generation of Lidar Data for Autonomous Vehicles