출처 : https://www.intellilink.co.jp/column/dx/2024/021400.aspx

 

요즘 ‘디지털 트윈’이라는 말이 많이 사용되고 있다. 디지털 트윈이란 현실 세계의 실체나 시스템을 디지털 공간에 트윈(쌍둥이)처럼 만들어 놓은 것으로서 각 산업에서 활용되고 있다.

 

NTT 데이터 그룹에서도 바로 이 ‘디지털 트윈’ 영역을 개척하는 것을 중요하게 생각하며, 디지털 트윈 시스템의 설계ㆍ구축ㆍ운용을 하나의 패키지로 제공하기 위해 기술을 조사하고 고객에게 제안하며 개발하고 있다.

 

이 칼럼에서는 디지털 트윈의 개요와 현재의 과제, 그리고 그것을 해결하는 방법, 디지털 트윈 환경을 구축하기 위한 설계의 포인트에 대해, 총 3번에 걸쳐 소개한다. 이번에는 첫 번째 기사로서, 디지털 트윈의 개요와 현재의 과제를 해설한다.

 

▣ 디지털 트윈이란

 

디지털 트윈이란 현실 세계의 실체나 시스템을 디지털상에서 재현한 것을 말한다. 현실을 재현한 사이버 공간에서 시뮬레이션을 하거나 현실과 겹쳐서 가시화함으로써 업무의 효율을 높이거나 새로운 체험 가치를 창출할 수 있다.

요즘 ‘메타버스’라는 말도 디지털 트윈과 같이 사용되고 있어 혼동할 수도 있지만, 이 두 가지는 엄연히 다르다. 디지털 트윈은 현실 세계의 실체나 시스템을 디지털 공간에 트윈(쌍둥이)으로 만드는 것이므로 ‘복제’라 할 수 있다. 한편 메타버스는 가상 공간(≠현실 세계)에서 형성되는 사회(서비스)이기 때문에 현실 세계를 복제한 것은 아니다.

예를 들어 자신을 스캔하여 외모도 똑같고 실시간으로 움직임이 반영되며 성격도 동기화된다면 디지털 트윈이며, 자신의 데이터를 바탕으로 아바타를 만들어 실시간으로 동기화하지 않고 작동한다면 메타버스(가상 공간 안의 캐릭터)라 할 수 있다.

하지만 이 둘의 배경이 되는 기술은 비슷하며, 메타버스(가상 공간) 안에 현실 세계를 복제한 디지털 트윈을 구축하는 경우도 있어, 완전히 별개의 것이라 할 수는 없다.

 

<그림1> Adobe Firefly에서 만든 디지털 트윈 + 메타버스의 이미지

 

디지털 트윈을 통해 비주얼라이제이션을 강화하고 3차원의 형상 및 배치를 공간적으로 확인할 수 있게 된다. 예를 들어, 고도의 묘사 표현(빛과 그림자, 복잡한 형태의 재현)을 통해 미리 설계의 부족한 부분을 발견하고 수정할 수도 있고, XR 기기를 통한 가시화 효과를 통해 작업 지원 및 감각적인 리뷰의 정밀도를 향상시킬 수도 있다. 이를 통해 설계 품질을 향상시키고 헛수고하는 일을 피할 수 있다.

 

또한 디지털 트윈을 통해 복잡한 현실의 사건을 바탕으로 디지털상에서 조건을 바꾸어 시뮬레이션함으로써 최적화할 수도 있다. 예를 들어, 각 공장의 생산 라인의 디지털 트윈을 만들어 공정 설계의 정확성을 미리 시뮬레이션해 보거나 디지털 공간에서 AI를 효율적으로 훈련시킬 수 있다. 이를 응용한 대표적인 사업 형태로는 제품 라인 및 물류 프로세스의 최적화, 에너지 효율의 최적화, 정체 및 혼잡함의 완화, 인간 행동 예측 및 추천 등이 있다.

 

▣ 디지털 트윈 분야의 과제와 해결 사례

 

디지털 트윈은 제조업ㆍ물류업ㆍ부동산업ㆍ소매업ㆍ건강 서비스업 등의 다양한 업계에서 활용되고 있다. 각각의 업계에서 디지털 트윈을 구축하는 데 사용되는 3D 제작ㆍ설계ㆍ시뮬레이션은 서로 다르며 종류도 다양하다.

유명한 툴을 예로 들면, 건축업에서 흔히 사용되는 AutoCAD, 제조업에서 자주 사용되는 Siemens 제품, 3D 애니메이션 소프트웨어 Maya, 게임 제작 시 많이 사용되는 Unity 등이 있다.

이밖에도 다양한 툴이 존재하며, 업계별로 툴이 선정되어 사용되고 있다. 이때 용도에 따라 여러 종류를 사용하는 경우도 있다.

 

이를 고려하면, 현재 디지털 트윈 분야에는 다음과 같은 과제들이 존재한다.

 

1. 다양한 툴을 사용하여 개발할 때 툴에 따라 파일을 변환해야 한다.

앞서 말한 것처럼 다양한 툴을 사용하기 때문에, 최종적으로 결합할 때 파일 형식을 변환해야 하므로 파일을 변환하는 번거로움, 호환성 문제로 인해 수정하는 작업이 추가되는 등의 과제가 있다. 공동 작업을 할 때는 파일 형식을 미리 통일시켜야 하며, 파일 형식은 다른 툴에 폭넓게 대응하며 빠르게 작업할 수 있고 신뢰도가 높은 것이어야 한다.

 

2. 여러 사람이 관련된 공동 작업 및 리뷰에 번거로움과 대기 시간이 발생한다.

일반적으로 개발 흐름에서 공동 작업이나 리뷰가 방해 요소가 되는 경우가 많다. 디지털 트윈을 구축할 때도 예외는 아니다. 특히 디지털 트윈에서 사용하는 3D 데이터를 여러 사람이 주고받을 때는 병행하여 그 데이터를 작업하기가 어려워 번거로움과 대기 시간이 발생하게 된다. 여러 사람의 공동 작업 및 리뷰가 더 원활하게 이루어지도록, 데이터를 일원적으로 관리하는 시스템이나 실시간으로 여러 사람이 동시에 하나의 데이터를 참조하면서 공동 작업이나 리뷰를 진행할 수 있어야 한다.

 

3. 툴마다 잘하는 것과 못하는 것이 있어 할 수 있는 일이나 조합이 한정된다.

앞서 말한 것처럼 디지털 트윈 분야에서는 다양한 툴이 사용된다. 이러한 툴은 특정한 용도에 특화된 경우가 많아, 일반적으로 여러 가지 툴을 조합하곤 한다. 이때 툴의 제약으로 인해 실시할 수 있는 일이 한정되어(파일 변환 불가 등), 연계하기 어려울 수 있다. 또한 기존 툴에 자신이 원하는 기능이 탑재되어 있지 않을 수도 있다. 하나의 툴 안에서 다른 툴과 손쉽게 연계하거나 독자적으로 기능을 추가할 수 있으면 좋겠다.

 

디지털 트윈을 구축할 때 발생하는 이러한 과제들을 해결하려면 여러 작업자를 연결하거나 성과물을 정리하는 통합 플랫폼이 있어야 한다.

 

디지털 트윈을 위한 대표적인 통합 플랫폼으로는 NVIDIA Omniverse나 Azure Digital Twins가 존재한다. 이번에는 디지털 트윈 분야의 앞서 언급한 과제를 해결하는 플랫폼으로서 ‘NVIDIA Omniverse’(이하 Omniverse라 함)를 검증했다.

 

Omniverse는 ‘1. 프로그램에 의존하지 않으며’ ‘2. 실시간으로 협업할 수 있고’ ‘3. 손쉽게 확장할 수 있다’는 장점이 있다. (앞서 기술한 디지털 트윈 분야의 과제에서 부여한 번호와 일치함)

 

1. 툴에 의존하지 않는 포맷으로 파일 형식을 통일시킨다.

Universal Scene Description(USD) 포맷으로 파일 형식을 통일시키고, Omniverse 컴포넌트 안에서는 USD 형식으로 주고받는다. USD는 Pixar가 개발한 유니버설 신 디스크립션 파일 형식이다. 오픈소스화 되어 있으며, 빠르고 확장성이 있으며, 로버스트(비파괴적)한 편집이 가능하다. 또한 다른 에디터에서도 열어서 직접 편집할 수도 있어 다루기 쉽다. 25년 이상의 사용 실적이 있으며, 토이스토리를 제작할 때도 사용되었다. Unity와 Epic Games에서는 USD를 엔진에 도입하였으며, Blender와 Apple도 자사의 앱에 통합하기 시작하여 폭넓은 툴에 대응하고 있다. iPhone의 AR 앱 내에서 처리되는 3D 파일로도 USD가 사용된다.

 

2. 실시간 협업이 가능한 중앙 관리 서버

플랫폼 중앙 관리 서버로서 Nucleus라는 것이 있다. Nucleus는 USD 파일을 관리(업데이트 감시 등)하기 때문에, 작업 내용이 모든 이용자에게 즉각적으로 반영된다. Omniverse에서 사용하는 데이터를 Nucleus상에 배치하고, 각 이용자는 Nucleus에 접속하여 공동 작업을 진행할 수 있다. USD 이외에 다양한 파일 형식을 배치할 수도 있어 일반적인 파일 서버처럼 사용할 수도 있다.

 

<그림2> Omniverse Nucleus 안의 파일 브라우저

 

그리고 ‘라이브 세션’ 기능에 의해, Pub/Sub 모델을 통해 모든 이용자에게 변경 내용을 동기화시킬 수도 있다.

 

<그림3> Omniverse Nucleus에서의 협업

 

이처럼 여러 사람의 공동 작업 및 리뷰가 원활하게 이루어지도록 데이터를 일원적으로 관리하는 시스템이나 실시간으로 여러 사람이 동시에 하나의 데이터를 참조하면서 공동 작업이나 리뷰를 진행할 수 있는 시스템이 있다.

 

3. 쉽게 확장할 수 있다.

Omniverse에는 기본적으로 리퍼런스 애플리케이션이 준비되어 있다. 물론 필요한 충분한 기능을 갖추고 있지만, 기능을 추가하고자 한다면 기존의 Extension을 설치하거나 직접 만들어야 한다(Chrome의 확장 프로그램과 비슷하다고 볼 수 있음).

그래서 기존 툴과 연계하기 위한 커넥터와 Extension을 쉽게 개발할 수 있는 SDK(Kit)를 제공한다.

커넥터를 통해 기존 툴과 연계하여 실시간 협업 및 파일 전송을 할 수 있다. 커넥터는 독자적으로도 개발할 수 있으므로, 연계한 툴에 대응하는 커넥터가 존재하지 않는다면 직접 만들 수도 있다.

Extension을 개발하기 위한 SDK가 준비되어 있으며, Python 또는 C++에서 개발할 수 있다.

이처럼 다른 툴과 손쉽게 연계하거나 독자적으로 기능을 추가로 실장할 수도 있다.

 

위와 같은 특징을 포함하여 Omniverse의 전체 아키텍처를 정리한 것이 아래의 그림이다.

 

<그림4> Omniverse의 아키텍처

 

앞서 언급한 Omniverse의 장점을 활용함으로써 업무의 흐름이 어떻게 개선되는지 예를 들어보겠다. 이 예에서는 제조업에서의 업무 흐름을 상정하고 있다.

 

각 공정에서 각각 리뷰가 존재하며 파일을 주고받는 일이 발생한다. 외주처와 주고받는 것까지 포함하면 할 일이 더 많다. 리뷰어도 작성자와 같은 툴을 어느 정도 이해해야 하기 때문에 추가적인 비용이 발생한다. 또한 데이터를 통일하여 관리하는 시스템이 없어 기능이 저하되거나 다시 작업해야 하는 일이 발생할 수 있다. Omniverse와 같은 통합 플랫폼을 활용하면 다음의 표와 같이 개선될 수 있다.

 

<표1> Omniverse를 도입하기 전과 후의 업무 흐름 효과 비교

 

각 공정에서 서로 다른 툴로 리뷰한 것을 하나의 통합된 툴에서 실시할 수 있다. 이로 인해 리뷰어가 전문적인 각 툴의 지식을 습득할 필요가 없게 되어 추가적인 툴 비용이나 습득 비용을 절약할 수 있다. Omniverse는 RTX GPU를 사용하는 실감 나는 표현(리얼타임 렌더링 등)을 잘하기 때문에 시인성이 향상되어 리뷰할 때 놓치는 것이 없게 될 것으로 기대된다.

 

USD를 통해 중간 데이터를 주고받을 필요성이 사라져, 주고받는 데 걸리는 공정 수도 절감할 수 있다. 그리고 각 공정에서가 아니라 언제든지 유연하게 리뷰할 수 있어, 외주처에서 발주처에 설명하거나 제안할 때도 Nucleus를 경유하여 원활하게 진행할 수 있기 때문에 일처리를 다시 해야 하는 번거로움도 방지할 수 있다. 또한 모든 데이터가 Nucleus에 집약되기 때문에, 문제가 발생했을 때 전체의 어느 부분에서 발생하는지 상황을 파악하기가 쉬워져, 인식에 차질이 생기거나 기능이 저하되는 일을 방지할 수 있다.

 

위의 내용은 업무 흐름을 개선한 한 가지 예이지만, 이처럼 Omniverse와 같은 통합 플랫폼을 이용하면 디지털 트윈을 구축할 때 겪게 되는 과제를 해결하고, 디지털 트윈을 구축한다는 본래의 작업에 집중함으로써 QCD 전체를 개선할 수 있다.