[3D 애니메이션 환경 기반의 디자이너 중심 로봇 움직임 설계 프레임워크, 이지연, 박기철]

Reviewed by 이지연 학부연구원 

본 연구는 디자이너가 3D 애니메이션 제작 환경에서 설계한 스켈레톤 기반 키프레임 데이터를 실물 로봇의 모터 제어 입력값으로 직접 변환할 수 있도록 하는 ‘디자이너 중심 로봇 움직임 설계 프레임워크’를 제안한다. 로봇 모션 제작 과정에서 반복적으로 제기되어 온 문제는, 디자이너가 의도한 움직임의 리듬과 감성, 타이밍, 궤적이 실제 로봇 구현 단계에서 엔지니어링 제약과 프로그래밍 환경의 장벽에 의해 왜곡되거나 소실된다는 점이다. 특히 모션 제작의 파이프라인이 ‘디자인(표현)–엔지니어링(구현)’으로 분절될수록, 커뮤니케이션 비용이 증가하고 수정 반복이 누적되며, 결과적으로 디자이너의 표현 의도가 구현 결과에 충분히 반영되지 못하는 문제가 발생한다. 본 연구는 이러한 구조적 간극을 줄이기 위해, 디자이너가 익숙한 애니메이션 제작 환경에서 움직임을 설계하고, 그 데이터를 로봇 구동값으로 연결해 “설계–검증–수정”의 반복을 빠르게 수행할 수 있는 실행 가능한 흐름을 제시한다.

제안된 프레임워크는 애니메이션 원리(예: 타이밍, 아크, 이징 등)가 갖는 표현적 장점을 로봇 모션 설계 단계에 그대로 적용할 수 있도록 하며, 디자이너가 생동감 있는 움직임을 직접 디자인하고 즉시 결과를 확인할 수 있는 제작 환경을 제공한다. 구체적으로는 Blender 기반의 모션 설계 과정을 중심으로, 리깅된 스켈레톤의 키프레임 회전값을 추출하고, 로봇의 모터 회전축 및 구동 범위에 맞게 변환한 뒤, 최종적으로 로봇에 제어 신호로 전달하는 프로세스를 구성한다. 이 과정에서 3D 캐릭터의 본(Bone) 회전축과 실제 로봇 관절의 회전축을 대응시키는 방식, 그리고 Python API를 활용해 키프레임 데이터를 자동으로 추출·가공하는 변환 흐름이 단계적으로 제시되어, 디자이너 관점에서 접근성과 재현성을 함께 확보하려는 설계 의도가 드러난다.

또한 본 연구는 단순히 도구를 제안하는 데에 그치지 않고, 프레임워크 기반 제작 경험이 관찰자의 감성 인식에 어떠한 영향을 줄 수 있는지를 실증적으로 탐색했다는 점에서 의미가 있다. 연구는 제작자(사용자)와 관찰자를 분리한 평가 구조를 통해, 제작 과정에서 확보된 표현 자유도와 애니메이션–실구동 간 일치성이 관찰자에게 전달되는 사회적 인상(예: Animacy, Likeability, Safety 등)에 어떻게 반영되는지를 검토했다. 이를 통해 표현적 움직임이 단순한 ‘시각적 장식’이 아니라 로봇의 생동감과 호감, 안전감 등 사회적 인식 형성에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였고, 나아가 제작 파이프라인의 사용성 개선이 최종 사용자 경험(관찰자 인식)과 연결될 수 있다는 가능성을 제시했다. 결과적으로 본 연구는 디자이너가 로봇 모션 제작에 주도적으로 참여할 수 있는 실무적 프레임워크를 제안함과 동시에, 디자인 중심 모션 설계 접근이 로봇의 사회적 인상과 감성 지각에 기여할 수 있다는 점을 실험적으로 논의했다는 기여를 갖는다.

[학회 후기] 

이번 학회는 최신 디자인, HCI, 로봇 관련 연구를 현장에서 직접 접하며 다양한 문제 정의 방식과 해결 전략을 비교할 수 있었던 점에서 의미가 컸습니다. 발표자들의 전공 배경이 디자인, 공학, 인문사회, 산업 실무 등으로 다양했기 때문에, 동일한 ‘사용자 경험’이라는 목표를 두고도 연구의 출발점이 어디에 놓이는지, 어떤 변수와 근거를 중심으로 논리를 전개하는지, 평가 방식과 산출물이 어떻게 달라지는지를 입체적으로 관찰할 수 있었습니다. 로봇, 모빌리티, UI/UX, 서비스 디자인 등 서로 다른 분야의 연구를 연결해 바라보는 과정에서, 제 연구가 놓인 위치와 확장 가능한 방향을 자연스럽게 점검할 수 있었고, 연구적 시야를 넓히는 계기가 되었습니다.

또한 세션 간 네트워킹을 통해 현대자동차를 비롯한 산업체 관계자 및 다른 학교 연구자들과 교류하며 연구 경험을 공유할 수 있었습니다. 단순한 인사 수준의 교류를 넘어, 각자가 연구에서 마주하는 제약 조건(현장 접근성, 데이터 수집, 평가의 현실성, 구현 난이도 등)과 이를 해결하기 위한 전략을 직접 들을 수 있었고, 이러한 대화는 연구를 “논문 단위”가 아니라 “현장 적용 가능성”의 관점에서 다시 바라보게 만들었습니다. 학회 참가를 통해 발표자로서 자신의 연구를 소개하는 경험뿐 아니라, 동시대 연구자들이 어떤 방식으로 문제를 설정하고, 어떤 관점으로 증거를 구축하며, 어떤 기준으로 결과를 해석하는지 체감할 수 있었던 점에서 참여의 의미가 컸습니다.

[발표 후기] 

주제: 3D 애니메이션 환경 기반의 디자이너 중심 로봇 움직임 설계 프레임워크

발표 주제는 “3D 애니메이션 기반의 키프레임 데이터를 실물 로봇 모터 제어 신호로 변환하는 디자이너 중심 모션 프레임워크 제안 및 감성 인식 영향 분석”이었다. 발표에서는 먼저 로봇 모션 제작 과정에서 발생하는 구조적 문제로서, 디자이너–엔지니어 간 커뮤니케이션 단절과 프로그래밍 기반 구현 환경이 디자이너의 표현 의도를 실물 움직임에 반영하기 어렵게 만든다는 점을 제시했다. 즉, 디자이너가 의도한 타이밍과 속도감, 궤적, 감성 표현이 구현 과정에서 파편화되거나, 구현 제약에 의해 단순화되는 문제가 반복된다는 점이 본 연구의 출발점임을 명확히 했다.

이후 이를 해결하기 위한 접근으로 Blender 기반 모션 설계–회전값 추출–모터 구동 프로세스를 소개하였고, 리깅 구조를 기반으로 한 본 회전축 대응 방식과 Python API를 활용한 데이터 변환 흐름을 단계적으로 설명했다. 특히 디자이너가 익숙한 애니메이션 환경에서 모션을 설계하고, 변환 과정을 통해 곧바로 로봇 구동을 확인할 수 있다는 점이 핵심 가치로 제시되었으며, 이를 통해 설계–검증–수정의 반복이 단축되고 표현 의도 유지 가능성이 높아진다는 논리가 강조되었다.

이어 발표에서는 프레임워크 기반으로 제작된 움직임을 관찰자가 평가하는 사용자–관찰자 분리 실험 결과를 제시했다. 분석 결과, 모션 표현의 자유도가 높고 애니메이션과 모터 구동 간 일치성이 확보될수록, 관찰자가 인식하는 Animacy와 Likeability 등 감성 지표가 긍정적으로 변화할 가능성이 논의되었다. 이를 바탕으로 제작 과정에서의 사용성과 표현적 정교함이 관찰자의 사회적 인상 형성에 일정 부분 기여할 수 있음을 전달하였다.

질문 1. Maya도 유사한 기능을 제공하는데 왜 Blender 기반을 선택했는가?

답변 1. 먼저 결론부터 말씀드리면, 본 연구의 목표가 “디자이너가 쉽게 접근해서 곧바로 로봇 모션을 설계·변환·검증할 수 있는 파이프라인”을 만드는 것이었기 때문에, 접근성과 확장성을 가장 중요한 기준으로 두었고 그 관점에서 Blender가 적합하다고 판단했습니다. 첫째, Blender는 오픈소스 기반이라 라이선스 비용 부담이 없어 학생 연구자나 현장 디자이너 등 다양한 사용자층이 동일한 환경에서 바로 사용할 수 있습니다. 연구의 재현성과 확산 가능성 측면에서, 특정 상용 툴에 종속되지 않는다는 점이 큰 장점입니다. 둘째, Blender는 Python API 및 스크립팅 환경이 비교적 잘 정비되어 있어, 본 연구에서 핵심으로 삼는 “키프레임 데이터의 추출–가공–변환” 과정을 자동화하기에 용이합니다. 즉, 디자이너가 만든 키프레임을 엔지니어가 별도로 다시 코딩해서 옮겨 적는 방식이 아니라, 애니메이션 데이터 자체를 제어 입력으로 연결하는 흐름을 구현하는 데 적합했습니다. 마지막으로, Maya에서도 유사한 기능 구현이 가능하다는 점에는 동의합니다. 다만 본 연구는 ‘특정 툴의 우수성’을 주장하기보다, 디자이너 중심 제작 파이프라인을 누구나 접근 가능하게 만드는 것을 우선으로 했고, 그 목적에 Blender가 더 합리적인 선택이었습니다.

질문 2. 실제 구동에서 타이밍 불일치나 렉이 발생할 가능성이 있는가?

답변 2. 네, 가능성은 있습니다. 다만 원인을 구분해서 말씀드리는 것이 중요합니다. 본 시스템에서 발생할 수 있는 오차는 크게 (1) 통신/제어 지연과 (2) 물리적 구동 한계 두 가지로 나뉩니다. 먼저 통신 지연 측면에서는, 본 연구의 구조상 데이터 전송과 제어 명령 자체는 비교적 단순하고, 실시간 스트리밍보다는 키프레임 기반의 시퀀스를 구동시키는 방식이기 때문에 큰 렉이 발생할 가능성은 상대적으로 낮습니다. 즉, 네트워크나 프로토콜로 인한 딜레이가 지배적인 병목이 되기보다는, 아래의 물리적 요인이 더 중요하게 작용합니다. 둘째로 물리적 구동 한계는 실제로 중요한 변수가 됩니다. 애니메이션은 이상적인 관절 운동을 가정하지만, 실물 로봇은 모터의 토크(힘), 하중, 관성, 마찰, 그리고 기구 설계상의 백래시나 구동 범위 제한 같은 요소가 존재하기 때문에, 애니메이션에서 설계한 속도·가속·정밀한 타이밍을 그대로 재현하지 못할 수 있습니다. 특히 급격한 가속이나 빠른 방향 전환이 포함된 동작에서는 모터가 목표 각도에 도달하는 시간이 늘어나거나, 과도 응답 때문에 타이밍이 미세하게 흔들릴 수 있습니다. 따라서 본 연구에서는 “애니메이션과 1:1로 완전히 동일한 재현”을 약속하기보다는, 실제 구동 가능한 범위 안에서 타이밍과 움직임을 조정하며 근사도를 높이는 설계–검증 반복이 가능하다는 점에 의미가 있다고 설명드리고 싶습니다.

질문 3. 표현 의도와 실제 구동 간 간극을 해결하는 데 구조적 검증까지 제공하는가?

답변 3. 이 질문에 대해서도 먼저 결론을 말씀드리면, 본 프레임워크의 목적은 구조적 가능성(예: 토크 충분성, 기구 안전성, 동역학 안정성)을 자동으로 검증하는 도구가 아니라, “이미 구동 가능한 시스템을 전제로 했을 때” 디자이너가 표현적 움직임을 더 빠르고 명확하게 설계하고 조정할 수 있도록 돕는 데 있습니다. 조금 더 풀어서 설명드리면, 구조적 검증은 일반적으로 로봇의 기구 설계, 동역학/제어 모델, 안전 기준 등을 포함하는 별도의 엔지니어링 영역이며, 정확한 검증을 위해서는 물리 시뮬레이션이나 토크/하중 계산, 충돌 검출 같은 추가 모듈이 필요합니다. 본 연구는 그 전체를 포괄하기보다는, 디자이너가 애니메이션 원리로 만든 동작을 실제 모터 제어 입력으로 변환하여 빠르게 확인하고, 그 과정에서 표현 의도를 잃지 않도록 하는 “브리지(bridge)” 역할을 목표로 했습니다. 즉, 구조적 검증까지 포함하기보다는, 실제 구동 과정에서 드러나는 제약을 바탕으로 디자이너가 키프레임, 타이밍, 궤적을 조정하며 “가능한 범위에서 최적의 표현”에 도달하도록 하는 설계 프레임워크라고 정리할 수 있습니다. 구조적 검증과의 결합은 충분히 의미 있는 후속 연구 주제이며, 향후에는 물리 시뮬레이션 기반 제약(속도/가속/토크 한계) 정보를 애니메이션 환경에 피드백하는 방식으로 확장 가능하다고 생각합니다.

[청취 후기]

주제: 도심 항공 모빌리티(UAM) 인테리어 디자인의 핵심 요소 탐색

청취한 발표 중 “도심 항공 모빌리티(UAM) 인테리어 디자인의 핵심 요소 탐색” 발표는 산업 현장에서 실제로 고려되는 설계 전제와 제약 조건을 구체적으로 이해할 수 있었다는 점에서 특히 유익했습니다. 현대자동차의 발표는 UAM 인테리어 디자인이 기존 지상 모빌리티(PV) 인테리어와는 다른 전제 위에서 출발한다는 점을 체계적으로 설명했으며, 학생 연구자로서 새로운 관점을 정리하는 데 큰 도움이 되었습니다. 특히 UAM이 개인 소비자를 대상으로 하는 B2C 모델보다 항공사·운항사 중심의 B2B 서비스 구조에서 운영될 가능성이 높고, 따라서 인테리어 설계 역시 다수 승객을 반복적으로 수송하는 운영 환경을 전제로 해야 한다는 점이 강조되었습니다.

이러한 전제는 단순한 좌석 배치나 공간 구성의 문제를 넘어, 시트 내구성과 마모 특성, 소재 선정 기준, 유지관리성, 운영 주기에서의 품질 일관성 등 ‘운영 시스템’ 전체를 포함한 설계를 요구한다는 점에서 인상적이었습니다. 승용차 인테리어가 한 명의 고객을 깊이 이해하고 개인 경험을 정교화하는 방향으로 발전해 왔다면, UAM 인테리어는 운영 관점에서의 효율성과 안전, 반복 사용 환경에서의 관리 가능성, 서비스 품질 유지 전략을 중심으로 접근해야 한다는 비교는 특히 배움이 되었습니다. 이를 통해 UAM 인테리어 디자인이 단순히 ‘공간을 디자인하는 일’이 아니라 항공 모빌리티 서비스의 운영 효율과 사용자 경험 전반을 좌우하는 핵심 연구 주제임을 확인할 수 있었고, 미래 모빌리티 디자인 분야에서 연구자가 확장해야 할 기준과 관점을 실질적으로 정리할 수 있었습니다. 산업 현장에서 실제로 고려되는 요소들을 직접 들을 수 있었던 점은 학생의 입장에서 연구적 시야를 넓히는 데 매우 유익한 경험이었습니다.