가상 세계의 촉각 표현

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1. 촉각 표현

촉각은 시각과 청각과 달리 물리적인 접촉이 필수적으로 요구되는 감각이다.

이 때문에 구현하기가 상당히 까다롭지만, 그럼에도 시청각 다음으로 많은 정보를 제공해 주는 감각이기 때문에 매력적인 감각이기도 하다.

앞서 다루었던 예시였던 분자와 전자를 형상화한 가상 오브젝트를 손으로 조작하여 화학식에 따라 새로운 물질을 합성하는 과학 교육용 애플리케이션을 개발하였다고 가정해 보자.

여기서 촉각 디스플레이를 도입하게 되면 체험자에게 서로 결합될 수 있는 원자끼리 접촉하면 자석처럼 끌어당기는 듯한 촉각 피드백을 가하고, 결합될 수 없는 원자끼리 접촉하면 밀어내는 듯한 촉각 피드백을 가하여 학습 효과를 향상할 수 있을 것이다.

하지만 앞서 언급한 바와 같이 촉각의 개념이 매우 넓을뿐더러(질감, 온도, 점도, 마찰, 형태 등), 이 중 대부분이 아직까지 연구 중인 단계에 머물러 있는 것이 현실이다.

 

1.1. 촉각의 특징

촉각을 표현하고자 할 때 가장 중요한 것은 촉각은 일종의 신뢰와 증명 수단이라는 것이다.

어떠한 사물을 밀 때 저항이 느껴진다면, 해당 사물은 단단하고 움직이기 어려운 사물이라고 판단할 것이다.

시각과 청각에서 다루었던 것처럼 우리는 눈으로 보고 듣는 것으로도 어떠한 사물의 크기나 무게감, 질감, 온도 등을 유추할 수 있지만, 이는 말 그대로 '유추'일 뿐이다.

이 유추를 진실인지 '증명'하기 위해서는 촉각이 동원되어야 한다.

눈으로 보았을 때 거대한 크기의 곰돌이가 큼지막하게 놓여 있다면, 우리는 저 곰돌이가 엄청나게 무거울 것이라 유추한다.

하지만 우리가 직접 다가가서 그 곰돌이를 만지면 진짜 곰돌이가 아니라 그저 곰돌이 형태를 띤 풍선이었다는 진실을 알게 되고 무겁기는커녕 하늘에 둥둥 떠다닐 정도로 가벼웠음도 알게 된다.

인간의 시각은 일반적으로 다른 지각 체계보다 우세한 경향이 있다.

즉, 우리는 자연스럽게 시각으로 파악한 정보를 먼저 주목하고 신뢰한다는 것이다.

또한 촉각은 피부 위 전체, 피부 위 일부분, 심지어 신체 내부에서도 지각이 가능하다.

이 때문에 '완벽한' 촉각 디스플레이를 구현한다는 것은 현실적으로 불가능하며, 체험자가 가상 세계를 다룰 때 가장 많이 활용하는 부위(손 등)를 중심으로 구현하는 것이 현실적/경제적이다.

마지막으로 촉각은 물리적인 접촉이 필요하기 때문에 시각과 청각보다 안전에 더욱 유의해야 한다.

현실적인 촉각 피드백을 구현하겠다는 이유로 너무 과하게 뜨거워서 체험자가 화상을 입거나, 너무 과하게 충격이 커서 외상을 입는 등의 문제가 발생해서는 안된다는 것이다.

이러한 문제를 예방하기 위해 촉각 피드백의 현실감을 제어하기도 하지만, 그럼에도 만일을 대비한 '킬 스위치'가 함께 사용되기도 한다.

 

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2. VR에서 촉각 정보를 사용하는 방법

촉각은 일반적으로 정보를 얻기 위해서 자주 사용하지, 커뮤니케이션을 위해서 사용하는 경우는 잘 없다.

 

2.1. 물리력 표현

힘에 대한 지각을 표현하는 것은 사물과 체험자 사이의 상호작용, 조작 방법과 강도 등을 조정해야 할 때 유용한 정보를 제공해 준다.

얼마나 활시위를 강하게 당겨야 원하는 지점까지 화살이 날아갈 것인지, 얼마나 강한 토크를 주어야 꽉 조여진 볼트를 풀 수 있을 것인지 등이 대표적이다.

이러한 물리력 표현은 체험자의 신체에 부착되는 장갑이나 로봇 팔과 같은 별도의 장비를 통해서 체험자가 가하는 힘에 저항을 가하는 방식으로 구현해야 하기 때문에 다른 촉각 디스플레이와 마찬가지로 현실적인 제약과 한계가 뚜렷하다.

이 때문에 물리력을 표현하는 촉각 디스플레이는 아래 사진과 같이 훈련용이나 교육용 애플리케이션처럼 특정한 목적을 지닌 일부 분야에서 주로 활용되고 있다.

수술용 로봇 팔을 재현한 훈련용 VR 장비에 저항을 가해서 체험자의 손에 느껴지는 물리력을 표현하거나, 장비를 사용할 때 느껴지는 떨림 등을 재현하는 형태이다.

 

2.2. 피부 단서 표현

피부 단서는 피부를 통해서 지각할 수 있는 촉각 피드백들(온도, 마찰, 외형 등)을 의미한다.

이는 사물의 전체적인 형태를 파악하기보다는 그 사물의 디테일과 표면의 특징을 표현하는 것이 중요할 때 유용하게 활용할 수 있다.

이 때문에 피부 단서 표현을 적절하게 잘 활용한다면 점자까지도 VR 경험에 포함시킬 수 있을 것이다.

피부 단서 표현 또한 물리력 표현과 마찬가지로 교육용, 훈련용 분야에서 주로 활용된다.

화재 대피 훈련용 애플리케이션에서 아이들이 닫힌 문의 손잡이 온도를 가상으로 느껴보고 화재가 났을 때 문고리가 뜨거우면 문을 열지 말아야 하는 이유를 교육하거나, 목공 교습용 애플리케이션에서 자신이 만든 작업물의 질이나 조각의 진행 상황을 가상 환경 속에서 평가할 수도 있을 것이다.

피부 단서 표현 중에서 지금도 적극적으로 활용되고 있는 감각 중 하나가 바로 진동이다.

진동은 매우 단순하고 저렴하게 구현할 수 있지만, '감각 치환 효과'를 활용하면 생각보다 다양한 활용이 가능하다.

표면의 질감이 거칠다는 것을 강한 진동으로 표현하거나, 유독성 독극물 냄새를 맡고 있을 때 신체에 해롭다는 것을 표현하기 위해 규칙적이고 짧은 진동을 가하는 방식이다.

단순히 진동 모터 하나만 가지고도 구현할 수 있으나, PS5의 DuelSense의 사례처럼 정교한 알고리즘과 저항 모터를 함께 도입하면 매우 디테일한 표현(총기 종류에 따라 달라지는 트리거의 압력 변화, 지형지물의 변화에 따라 달라지는 진동의 강도와 주기 등)까지도 구현하는 것이 가능하다.

피부 단서 표현은 환경이나 4D 효과를 통해서도 구현이 가능하다.

매서운 칼바람이 부는 추운 환경에서 느껴지는 피부를 찢는 듯한 감각을 구현하기 위해 진짜 주변 환경의 온도를 극도로 낮추고 선풍기를 트는 것이다.

뜨거운 햇살을 구현하기 위해 직접 온열 장비를 켠다던가, 분무기로 물을 뿌리는 것도 가능하다.

이러한 4D 효과는 다양한 부가 장비들을 적재적소에 배치하고 활성화하는 작업을 요구하기 때문에 구현과 활용이 까다롭기는 하지만, 보다 현실적인 재현에는 탁월한 효과를 발휘한다.

 

2.3. 패시브 촉각 표현

패시브 촉각 표현은 소품과 같이 실제로 준비된 사물을 체험자가 직접 집어 들고 활용하는 방식으로 구현된 표현 기법이다.

이 방식을 활용하면 소품의 완성도와 별개로 표면의 질감과 무게, 방향, 균형 감각 등과 같은 기본적인 촉각 피드백은 자연스럽게 구현할 수 있게 된다.

다만 필요한 소품을 직접 준비해야 하며, 경우에 따라 다양한 소품을 요구할 수도 있어 그에 따른 한계 또한 명확하다.

예를 들어 소총과 권총을 함께 사용하는 FPS 게임을 플레이한다고 가정하면, 체험자에게 소총과 권총 형태의 두 가지 소품을 모두 제공해야 할 것이다.

패시프 촉각 표현 방식은 닌텐도 Wii에서 보여주었던 것처럼 스포츠 활동을 구현할 때 자주 등장한다.

태니스 라켓, 골프채, 양궁과 같이 특정한 도구를 가지고 정해진 규칙에 따라 활동하는 스포츠의 특성상 요구되는 소품의 종류와 수가 명확하고 체험자의 행동 범위도 명확하게 파악할 수 있기 때문에 상대적으로 구현이 쉽기 때문이다.

 

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수고하셨습니다!

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