메타버스(Metaverse)는 ‘초월’을 의미하는 ‘meta’와 우주를 의미하는 ‘universe’의 합성어로, 아직 학계에서 일치된 정의는 없습니다. 하지만, 메타버스는 통상적으로 인터넷 공간과 물리적 공간이 공존하는 집합적인 ‘가상공존세계(virtual shared space)’를 의미하며 경제, 사회, 문화적인 측면에서 다양하게 언급되고 있습니다. 이번 글에서는 제조 산업 분야에서 메타버스가 어떻게 연구되고 활용되는지 유형에 따른 사례를 살펴보고, 앞으로 무엇을 준비해야 하는지 함께 고민해보겠습니다.
메타버스의 시초, 1992년 소설 Snow Crash
과거에는 예언자가 인류의 미래를 예견하고 대중이 그의 뜻을 받아들이는 때가 있었습니다. 그렇다면, 21세기의 가장 위대한 예언자는 과연 누구일까요? 앞으로 일어날 일을 미리 알고 있던 것이 아니라, 미래를 설득력 있고 매력적으로 설명했다면? 그래서 이후의 사람들이 그 미래를 실제로 만들게 됐다면 그 사람은 예언자일까요, 아니면 미래학자일까요?
유인 저궤도 우주 운송 시스템을 개발하는 회사 ‘블루 오리진’의 비상임 고문이며, VR 망막 디스플레이 제품을 개발하는 스타트업 ‘매직 립(MAGIC LEAP)’의 미래학 부문 최고 임원이 있습니다. 이 사람은 《뉴욕 타임스》 베스트셀러 1위 작가이기도 한데요. 바로, 메타버스로 유명한 닐 스티븐슨입니다. 1992년, 그는 SF 소설인 Avalanche(Snow Crash)에서 고글, 이어폰과 같은 시청각 출력 장치를 이용해 접근하는 가상 세계인 미래 사회의 모습을 그렸습니다. 메타버스를 비롯한 아바타, 세컨드 라이프 등 다양한 용어와 개념이 이 소설에서 시작됐죠.
30년 전 소설 속의 이야기가 오늘날 갑자기 주목받게 된 이유는 무엇일까요? 최근 몇 년간 증강현실 기기와 통신 네트워크, 플랫폼 소프트웨어 등 메타버스와 관련된 기술이 급격히 발전했습니다. 가상 공학 소설이 현실로 다가온 것이죠. 독일의 유명 통계 사이트 스타티스타 (Statista)는 AR·VR·MR의 시장 규모가 2021년 307억 달러(약 36조 원)에서 2024년 2,969억 달러(약 350조 원)로 10배 가까이 급성장할 것으로 전망했습니다.
아울러 제조 분야에서는 CPS, 디지털 트윈, 제4차 산업혁명 및 알파고로 인해 주목받고 있는 AI, 빅데이터 기술이 현실 세계와 가상 세계의 비즈니스 모델을 고도화하고 있는데요. 여기에 2019년 12월에 시작된 코로나19팬데믹이 길어지고 언택트 문화가 확산하면서 가상공간에 대한 경험과 관심이 폭발적으로 늘고 있습니다.
2020년, IT와 엔터테인먼트 업계에서 시작된 메타버스 열풍은 이제 모든 산업으로 뻗어 나가고 있습니다. 글로벌 기업은 메타버스를 4차 산업혁명 시대를 이끌 ‘기회의 땅’으로 삼고 있죠. 그래서 앞다퉈 메타버스 관련 조직을 만들고 서비스를 출시하거나 연구를 진행하고 있습니다.
마케팅 담당자들은 메타버스에서 중요한 잠재력을 확인했습니다. 메타버스를 통해 고객에게 몰입감 있고 쌍방향적인 디지털 경험을 제공해 엄청난 성장 기회를 창출할 수 있다는 것을 알게 됐죠.
많은 산업군에서 모바일 네트워크, 증강현실, 소셜 미디어, 게임, 가상현실, 전자상거래, 암호화폐와 같은 쌍방향 자급자족 생태계의 확장을 통해 증강현실, 가상현실, 물리적 세계가 융합하는 인터넷의 미래를 만들고 있는데요. 이를 통해 새로운 세계에서의 비즈니스 모델을 창조할 기회를 발견할 수 있습니다. 시장조사 기업 리포트 링커의 2022년 2월 리포트에서는 글로벌 전체 메타버스 시장이 2026년까지 7,586억 달러(약 970조 원)에 이를 것으로 전망했습니다.
2020년 1월 발표된 디지털 뉴딜 2.0 초연결 신산업 육성 첫 종합대책 「메타버스 신산업 선도전략」에 제시된 사례를 보겠습니다. 일상생활, 경제활동 등 다양한 영역에서 기존 플랫폼과 차별화된 신유형의 메타버스 플랫폼을 발굴·지원한다는 내용이 담겨있습니다.
- 생활: 주요 도심지를 ‘디지털 거울세계’로 구현해 가상과 현실의 경험을 연결
- 관광: 관광지, 박물관 등 관광 명소를 실감 나게 여행하거나 지역축제를 생생하게 관람
- 문화예술: 초실감 가상공연, 경연대회, 대규모 관객과의 양방향 소통, 예술 활동, 작품 감상
- 교육: 몰입형 교육, 다자 참여 토론, 사용자의 교육 콘텐츠 제작·거래·활용
- 의료: 디지털 치료제, 비대면 그룹 중독치료, 재활 운동 지도
- 미디어: 아바타가 진행하는 가상 방송 및 실감형 OTT 서비스
- 창작: 서비스를 개발 및 장작 결과물의 소유권과 보상체계가 작동하는 가상세계 구현
- 제조: 생산 제조공정, 설비 가상화, 작업 효율 최적화, 생산성 향상, 품질 개선, 안전 관리
- 오피스: 온라인 사무환경 접속, 화상회의, 자료공유 등 업무
- 정부: 공공 행정 및 민원서비스, 교육, 사회·복지 등 대국민 서비스
메타버스의 네 가지 범주
메타버스에 대해 가장 세밀하면서도 학술적 접근을 취한 연구는 2007년에 소개된 미국의 미래가속화 연구재단(Acceleration Studies Foundation, ASF)의 보고서입니다. ASF는 인터넷의 미래를 연구하는 메타버스 로드맵(MetaVerse Roadmap, MVR)이라는 프로젝트를 진행했는데요. 이 프로젝트는 특히 가상화(Virtualization)와 3D 기술에 중점을 두고 2017년에서 2025년까지 발생할 미래에 관한 예측을 통해 새로운 사회적 공간으로 메타버스를 제안했습니다.
ASF는 메타버스를 내적인 것(Internal)과 외적인 것(External), 시뮬레이션(Simulation)과 증강(Augmentation)의 두 축을 기준으로 크게 4개 범주로 분류했습니다.
- 내재적 요소: 아바타(Avatar) 또는 실제 모습을 통해 사용자의 정체성과 행동을 나타내는 기술
- 외재적 요소: 사용자를 둘러싸고 있는 세상에 관한 정보와 통제력을 제공하는 기술
- 증강: 실제 환경에서 새로운 제어, 정보 시스템 레이어를 쌓아 올리는 기술
- 시뮬레이션: 상호작용을 위한 공간으로 완전히 새로운 가상의 환경을 제공하는 기술
그리고 내-외재적 요소와 증강-시뮬레이션이 교차하는 영역에 따라 각각 가상세계(Virtual worlds), 거울세계(MirrorWorlds), 증강현실(Augmented Reality), 라이프로깅(Lifelogging)으로 설명합니다.
증강현실(Augmented Reality)
일반적으로 증강현실은 가상현실의 한 분야로, 실제로 존재하는 환경에 가상의 사물이나 정보를 합성해 마치 원래의 환경에 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 컴퓨터 그래픽 기법입니다. 완전한 가상세계를 전제로 하는 가상현실과는 달리 현실을 기반으로 한 정보에 증강을 제공하는 기술로, 가상의 대상을 결합해 현실의 효과를 더욱 증가시키죠. 즉, 가상 현실에 현실 세계의 실제 모습이 추가된 것입니다. 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서는 증강현실을 통해 일상적인 사물(object)과 장소(place)가 정보처리와 정보교환을 수행하게 됩니다.
초기에는 스마트폰을 통해 증강현실 기술이 응용됐다면 현재는 실외에서 착용식 장치를 통해 증강현실을 구현하는 시도가 늘고 있습니다. 특히, 머리에 쓰는 장치를 통해 사용자가 보는 실제 환경에 컴퓨터 그래픽·문자 등을 겹쳐 실시간으로 보여줌으로써 증강현실을 가능하게 하죠. 여기에 스마트폰, HMD(head mounted display), Microsoft의 HoloLens, Google Glass 등의 하드웨어를 사용할 수 있습니다.
라이프 로깅(Life Logging)
ASF의 메타버스 분류 중 내적인 것을 추구하는 증강 서비스는 일상에서 생성되는 다양한 사진과 영상, 텍스트와 사운드 등을 저장, 공유하고 활용하는 활동으로, 라이프로깅이라 합니다. 일반적인 라이프로깅은 사람, 사물의 일상 데이터를 다양한 목적을 가지고 디지털로 추적하는 과정인데요. 최근 몇 년 동안 라이프로깅은 인기 있는 연구 분야로 떠오르고 있습니다. 웰빙, 엔터테인먼트, 의료 시스템 및 지능형 환경과 같은 애플리케이션의 수요 증가와 더불어 대량의 개인 데이터를 기록하고 저장할 가능성을 제공하는 장치 기술이 발전했기 때문이죠.
우리의 일상 속 라이프로깅 서비스로는 페이스북, 인스타그램 등이 있습니다. 또한, 건강 및 의료 목적으로 스마트워치와 같은 웨어러블 디바이스를 통해 데이터를 클라우드 시스템에 업로드하고 소비자에게 대시보드로 보여주는 헬스케어 서비스도 있죠. 애플의 헬스케어 외에도 개인용 혈당측정시스템으로부터 데이터를 받아 출력, 저장, 분석하는 마이슈가(mySuga)가 이 유형에 해당합니다.
제조 기업에서의 데이터 로깅은 IoT를 통한 데이터 수집 및 처리와 가시화로 볼 수 있습니다. 설비, 제조, 마케팅, 연구 데이터가 여기에 포함되죠. 또한, 산업 현장의 인력에 대한 안전 및 최적화 동작을 제시하는 서비스도 있습니다.
거울세계(Mirror Worlds)
ASF의 메타버스 분류에서 외적인 것을 추구하는 시뮬레이션은 거울세계(Mirror Worlds)라 부릅니다. 디지털로 만든 형상이지만 현실을 사실적으로 구현해 정보성을 강화한 서비스의 가상세계를 말하는데요. 대표적으로 GIS(Geographic Information System, 인간 생활에 필요한 지리 정보를 컴퓨터 데이터로 변환해 효율적으로 활용하기 위한 정보시스템)을 이용한 구글 어스(Google Earth)를 들 수 있습니다. 구글 어스는 세계 전역의 위성사진을 수집해 일정 주기로 사진을 업데이트하면서 시시각각 변하는 현실 세계의 모습을 그대로 반영합니다.
기술의 발전이 계속되며 현실 세계에 근접한 가상세계를 만들려는 시도는 더욱 다양해졌습니다. 음식점 정보를 한곳에 모은 배달의 민족이나 수많은 숙소 정보를 집약한 에어비앤비와 같은 서비스를 이용하는 사용자는 가상세계를 열람함으로써 현실 세계에 대한 정보를 얻을 수 있게 됩니다.
국내에서는 네이버랩스가 ALIKE 솔루션을 통해 도심 단위 대규모 지역의 항공 사진, 그리고 모바일 매핑 시스템 데이터를 유기적으로 결합하는 도시형 디지털 트윈을 구축했습니다. 항공촬영 이미지(aerial image)에서 도로 면의 레이아웃 정보를 추출하고, lightweight MMS (mobile mapping system)인 R1이 이동하며 수집한 포인트 클라우드(point cloud)를 유기적으로 결합하는 방식으로 HD맵을 제작합니다.
이러한 기술로 GPS 신호가 끊기기 쉬운 도심의 빌딩 숲 안에서도 자율주행차가 정확하고 안전하게 현재 위치를 파악할 수 있는데요. 네이버랩스는 국토부의 임시 허가를 받고 자율주행차를 연구하고 있습니다.
가상세계(Virtual Worlds)
마지막으로 내적인 것을 추구하는 시뮬레이션 영역으로 현실과 유사하거나 전혀 다른 대안적 세계를 3D 그래픽으로 구현한 가상세계(Virtual Worlds)가 있습니다. 많은 사람이 메타버스라 하면 영화 ‘레디플레이 원’이나 ‘아바타’ 같은 영화를 떠올릴 텐데요. 가상세계의 주요 산업은 게임 및 엔터테인먼트 분야입니다. 포트나이트, 로블록스, 마인크래프트, 제페토와 같은 플랫폼 서비스가 여기에 포함됩니다.
제조 분야에도 가상 공장(Virtual Factory)의 개념은 오래전부터 존재했습니다. 현실과 유사하지만, 독립적으로 존재하는 공장을 2D, 3D로 모델링하고 공장 내에서 발생하는 다양한 이벤트를 시뮬레이션해 최적화 프로세스를 고안할 수 있죠. 굳이 현실 세계와 연결하지 않는다고 하더라도 현실의 물리 법칙을 가상세계에 적용함으로써 현실에서 수행하기 어려운 시험을 대체할 수 있습니다.
메타버스에 대한 관심이 증가한 이유는 하드웨어 및 소프트웨어의 인프라가 갖추어진 고도화된 IT 환경과 더불어 블록체인, NFT(Non-Fungible Tokens, 대체불가능토큰)를 통한 경제적인 가치 창출이 쉽기 때문입니다. 다만, 공상 과학 소설 속 메타버스가 실현되기 위해서는 각종 디지털 기술이 융합된 생태계가 이뤄져야 하죠. 사람들을 유인할 콘텐츠의 재미, 가치, 상업성, 안정화된 기술과 더불어 가상세계라는 새로운 사회에 대한 규범과 제도, 윤리, 보안 문제가 해결돼야 합니다. 전문가들은 향후 5년 이내에 메타버스 기술이 널리 사용될 것으로 예상합니다.
제조산업에서의 CPS, Digital Twin, Metaverse의 차이와 확장성은?
항공 및 자동차 제조업체들은 오래전부터 확장 현실(Extended Reality, XR) 기술을 활용해 실제 테스트 모델을 가상 프로토타입으로 대체해 설계 공정에 투입할 시간과 비용을 줄이고 있습니다. 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능, 사이버 물리 시스템(CPS), 디지털 트윈(Digital Twin) 등 4차 산업혁명을 견인하는 디지털 연구가 제조 산업에서 활발하게 활용되고 있죠.
디지털 트윈은 제조 과정에서 주로 사용되는 품질 관리, 제품 재설계, 시스템 기획, 물류 계획, 제품 개발에 IT 기술을 적용합니다. 특히, 제조 데이터를 미리 가상 공장에 입력해 기계 고장으로 인한 시설 미작동 시간을 최소화하죠. 이를 통해 전체 생산 비용을 절감할 수 있습니다. 이미 GE, 지멘스, 다쏘시스템, SAP, GAMAM(Google, Amazon, Meta, Apple, Microsoft)등은 디지털 트윈을 적극적으로 활용하고 있습니다.
디지털 트윈은 가상 공간을 통해 가치를 창조한다는 점에서 메타버스와 유사하지만, 시작된 배경, 기술 및 활용하는 점에서 차이가 있습니다. 제조 메타버스는 사이버 물리 시스템, 디지털 트윈과 달리 현실 세계와의 조우 없이 가상의 공간을 하나의 존재로 인정하는데요. 게임이나 영화처럼 실재하지 않는 공간을 가상으로 만들어 낼 수도 있지만, 우리가 경험하고 만져볼 수 있는 공간과 사물을 가상 공간에 그대로 복제할 수도 있습니다. 아래에서 이들의 차이에 대해 자세히 알아보겠습니다.
사이버물리시스템(CPS)은 임베디드 시스템의 광범위한 적용에서 파생됐으며, 그 기원은 2006년으로 거슬러 올라갑니다. CPS 용어는 전통적인 IT 용어로는 설명할 수 없게 점점 더 복잡해지는 시스템을 설명하기 위해 국립 과학 재단(NSF)의 헬렌 길(Helen Gill)이 고안한 것입니다. CPS에 대한 현재 연구는 개념, 아키텍처, 기술 및 과제에 대한 논의에 주로 초점을 맞추고 있으며, 스마트 제조 엔지니어링의 분야로는 임베디드 시스템, IoT, 센서를 이용한 제어·계측, 공정모니터링 쪽에서 발전해 왔습니다.
디지털 트윈(DT)라는 용어는 2003년 미시간 대학교의 제품 수명 주기 관리(Product Lifecycle Management, PLM)발표에서 처음 제시됐습니다. 당시에는 기술의 한계로 인해 관련 연구나 응용 프로그램이 거의 없었는데요. 점점 복잡해지는 엔지니어링 시스템 문제를 해결하기 위해 미 항공우주국(NASA)과 미 공군은 항공우주 차량의 제품 수명 주기 관리나 가상 시뮬레이션에 디지털 트윈을 적용했습니다. 최근의 디지털 트윈은 제품 설계, 생산 라인 설계, 생산 공정 최적화, 유지보수 관리 등 다양한 제조 분야에 적용돼 제품 성능, 제조 유연성 및 경쟁력을 높이고 있습니다.
사이버물리시스템(CPS)과 디지털 트윈(DT)은 모두 상태 감지, 실시간 분석, 과학적 의사결정 및 정밀한 실행을 기반으로 디지털 세계와 물리적 세계 사이에 폐쇄 루프를 형성해 스마트 제조의 길을 열고 있습니다.
가상 모델(Virtual Model) 덕분에 DT는 엔지니어링 개선을 위한 더욱 직관적이고 효과적인 수단을 제공하며, 지속적인 데이터 통합을 통해 DT의 관련 솔루션 제공 능력을 강화할 수 있습니다. 가상 모델을 활용해 CPS의 구성과 기능을 풍부하게 할 수 있기에 DT 기술은 CPS를 구축하고 CPS 고도화하는데 필요한 기반 기술이라 할 수 있죠. CPS와 DT의 조합은 제조업체가 더욱 정확하고, 효율적인 관리를 달성하는 데 도움이 되고 있습니다.
메타버스는 게임, 엔터테인먼트에서 시작돼 생활과 경제의 근간인 제조업에도 영향을 미치고 있습니다. 제조 산업 또한 고품질의 제품을 빠른 시간에 저렴하게 제공하는 QCD(Quality, Cost, Delivery)를 넘어서 경험 서비스를 제공하고 고객의 요구사항별 제품을 제작 및 판매하고자 하죠. 이미 메타버스 기술은 제조업계에서 가상 공간 회의나 기획, 마케팅, 제조, 생산, 유통, 판매, 서비스 등의 전사적 업무에 사용되고 있습니다.
메타버스의 여러 유형 중 거울세계에 해당하는 기술이 DT, CPS입니다. 실제 공장을 투영하거나 결합하지 않더라도 가상세계에서 미리 공장을 만들어 생산 라인을 최적화할 수 있고, 작업자들을 미리 배치하고 시뮬레이션 할 수 있죠. 제조 업계에서 메타버스가 제시하는 사례들의 일반적인 내용은 다음과 같습니다.
- VR을 이용한 가상 회의 및 교육 훈련
- AR, XR을 이용한 현장 작업자와 원격지 전문가를 연결하는 원격협업 솔루션
- 기계, 플랜트, 공급망, 심지어 전체 생태계의 배치, 성능 및 상호 작용 시뮬레이션
- 인간 행동 시뮬레이션을 위한 디지털 인간 활용
- 재료, BOM 및 서비스 공급업체 평가(게임화 접근법 사용)
- 자산 관리 및 유지 관리 시뮬레이션
- 서비스 공급업체의 가상 선택
- OEM 또는 디지털 기술 공급업체의 마켓플레이스를 통한 가상 트윈 애드온 판매
- 메타버스 환경에서 캡처한 데이터의 시뮬레이션을 기반으로 영업 및 운영 계획 최적화
- 지속 가능한 솔루션 및 프로세스 테스트 환경
[이미지 출처]
https://www.nealstephenson.com/snow-crash.html
https://www.apple.com/kr/augmented-reality/
https://www.youtube.com/watch?v=XwOnHqiNAeU
https://www.apple.com/healthcare/products-platform/
https://www.mysugr.com/en/pumpcontrol/
https://www.deere.co.uk/assets/images/region-2/our-company/news/press-releases/2020/November/b-claas-machinery-in-the-john-deere-operations-centre.jpg
https://www.naverlabs.com/storyDetail/221
https://www.naverlabs.com/storyDetail/113
https://my.3dexperience.3ds.com/welcome/compass-world/rootroles/factory-simulation-engineer?role=true
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Robotic_simulation_using_Robcad_software.jpg
글 ㅣ LG CNS 기술전략팀 정가영 책임연구원
