1. 서 론
2. 이론적 고찰
2.1 특수효과의 구상 및 구현 방법
2.2 활의 작동 메커니즘에 관한 고찰
2.3 활의 상태 감지 방법에 관한 고찰
3. 시스템 개발 개요
3.1 활의 형상에 따른 LED 조명장치 구성
3.2 특수효과를 구현하기 위한 조명제어 시스템 구성
3.3 특수효과를 반영한 조명 출력 모드
3.4 전체 시스템 동작
4. 시작품의 필드 시험 결과
5. 결 론
1. 서 론
현대 사회에서 기술과 엔터테인먼트의 융합은 새로운 형태의 즐거움과 경험을 제공하는 중요한 매체로 자리 잡고 있다. 그리고 기술의 발전은 끊임없이 예술적 표현의 경계를 확장시켜 왔으며, 특히 시각특수효과는 영화, TV 드라마, 게임 등 다양한 미디어에서 사실적인 장면을 재현하고, 감정 이입을 극대화하는 데 중요한 역할을 담당하고 있다. 이와 같이, 기술과 예술의 융합은 관객에게 새로운 경험을 선사하며, 이는 과거부터 현재까지 연속되는 문화 산업의 핵심 추진력이 되고 있다.
현대 사회의 문화 콘텐츠인 영화, 드라마 및 게임 근본적으로 엔터테인먼트의 기능을 갖고 있지만 이는 시청자의 무의식의 세계에 적지 않은 영향을 끼치며, 이에 따라 특수한 기술적 수단으로 구현한 특수효과는 창의적, 예술적 가치를 함유하고 있을 뿐만 아니라 이를 창작하는 사람과 보는 사람으로 하여금 생동감과 현실감을 느끼게 할 수 있고, 이를 다루는 장르에 새로운 생명력을 부여할 수 있다(Lee, 2020). 현대의 공상과학과 관련한 엔터테인먼트는 가상의 이미지를 표현하기 위해서 대부분 컴퓨터 그래픽을 이용한 시각 특수효과를 사용하여 제작된다(Chung, 2019). 그러나 2000년도 이전의 공상과학 영화에서는 이와 같은 컴퓨터 그래픽 기술 없이, 정교하게 제작된 세트의 특수효과로 손색없는 비주얼을 구현할 수 있었다. 그러므로 과거와 같은 순도 100% 아날로그 방식의 특수효과 또한 높은 예술적 가치를 지님을 입증하고 있다.
본 연구는 상기의 컴퓨터 그래픽 기술을 사용하지 않고 현대의 조명제어 기술과 전통 스포츠의 융합을 통해 새로운 엔터테인먼트의 경험을 창출하고 새로운 즐거움과 도전을 제공하는 것을 목표로 하며 특히, 궁술이라는 전통적인 스포츠에 전자 장치를 적용하여, 시각적/청각적 특수효과를 부여함으로써 사용자의 경험을 향상시키고자 한다. 그리고 이는 영화나 비디오 게임에서 보이는 활의 화려한 시각적 효과를 현실 세계로 가져와 궁술을 하는 동안 활의 동작 메커니즘의 각 단계(대기, 조준, 격발 등)를 더욱 명확하고 생동감 있게 표현한다. 또한 본 논문에서 제안하는 시스템은 다양한 센서와 LED 조명기술, 특수음향 재생기술을 통해 사용자의 궁술 상태를 실시간으로 감지하고, 이에 따른 시각적, 청각적인 피드백을 즉시 제공한다(Jeon, 2023). 그러므로 이러한 기술적 접근 방식은 사용자 및 관람자가 직관적으로 궁술 메커니즘의 각 단계를 인식할 수 있게 하며, 이에 따라서 동시에 스포츠로서의 궁술 행위의 안전성을 향상시킬 수 있는 가능성을 제시한다.
2. 이론적 고찰
2.1 특수효과의 구상 및 구현 방법
현실과 다르게 설정된 판타지 세계를 다루는 엔터테인먼트에서의 궁술은, 활을 다루는 인물의 연기 및 행동 이외에도 기본적으로 시각적인 특수효과를 나타내어 해당 엔터테인먼트의 이용자에게 낭만과 생동감을 제공하여 깊은 흥미를 유발한다. 공상에서 활에 적용되는 시각적 특수효과는 작가의 상상에 따라 표현하는 것이 달라지므로 각각의 엔터테인먼트 마다 차이가 있으며, 본 연구에서 구상한 특수효과의 개념이미지는 Fig. 1과 같다. 활은 종류에 따라 구조적인 차이가 있으나, 활대(limb)의 탄력으로 화살을 날려 보내는 공통적인 특성으로 인해 대부분의 활은 Fig. 1의 구성요소를 포함한다.
그러므로 모든 종류의 활에 위와 같은 특수효과를 현실에서 구현하기 위해 ① 보우 라이저와 ② 상부 활대, ③ 하부 활대 및 ④ 화살깃 부분에 조명장치를 장착하여 현실 궁술 스포츠 활동에서 시각적인 특수효과를 구현할 수 있으며, 결과적으로 공상에서의 낭만을 현실 스포츠에서 경험할 수 있게 된다.
2.2 활의 작동 메커니즘에 관한 고찰
활의 작동 메커니즘 및 경기의 규칙은 궁술의 분류에 따라 차이가 있지만 지중해식 사법을 근본으로 하는 올림픽 종목을 기준한 양궁의 예로 들면 스탠스(Stance)-노킹(Nocking)-후킹(Hooking)-그립(Grip)-세트업(Set-up)-드로잉(Drawing)-풀 드로우(Full draw)-앵커(Anchor)-에이밍(Aiming)-홀딩(Holding)-릴리즈(Release)-풀로 스로우(Follow through)의 12가지의 과정을 거친다(KISS, 2010). 그러나 서양권의 궁술인 지중해식 사법을 전문적으로 배우지 않은 관람자의 시점에서 궁술의 메커니즘은 Fig. 2에 묘사된 4가지의 주요 부분으로 함축하여 인지하게 되며, 이것은 전세계 궁술의 모든 사법에서 공통적인 메커니즘이다.
① 준비 단계 : 스탠스, 노킹, 그립, 후킹의 과정이 합쳐진 단계로, 사수가 발사선에 위치함과 동시에 화살 장착을 완료하고 활줄을 당길 준비가 된 일련의 과정
② 드로잉 단계 : 세트업, 드로잉, 풀 드로우의 과정이 합쳐진 단계로, 목표로 활을 지향하고 활줄을 당기는 과정
③ 조준 단계 : 앵커, 에이밍, 홀딩 과정이 합쳐진 단계로, 사법에 따라 활줄 또는 화살촉을 특정 조준지점에 위치하는 단계
④ 격발 단계 : 릴리즈와 풀로 스로우의 과정을 합쳐진 단계로, 활줄을 놓아 화살을 날려 보내는 단계
따라서, 본 연구에서는 궁술의 주요 단계인 “준비”, “드로잉”, “조준”, “격발” 단계에 공상적 특수효과를 적용하기 위하여, 조명제어 동작 모드인 “준비 모드”, “충전 모드”, “대기 모드”, “방출 모드”로 조명제어 알고리즘을 정의하여 구현한다.
2.3 활의 상태 감지 방법에 관한 고찰
본 연구의 목표인 공상적 특수효과를 실제 활에서 구현하기 위하여, 위에서 정의한 조명제어 알고리즘인 “준비 모드”, “충전 모드”, “대기 모드”, “방출 모드”를 활의 메커니즘에 동기화하고 정확한 시점에 동작시켜 특수효과를 발현해야 하므로, 제어시스템이 활의 상태를 정확하게 인식할 수 있어야 한다.
이것은 활의 작동 특성을 이용하여 상태를 감지할 수 있으며, 가장 정확한 방법으로는 활을 당길 때 발생하는 활대의 변형률을 감지하는 방법과 활줄을 당기는 힘인 드로우 웨이트를 감지하는 방법이 있다. 실제로 위의 두 가지 방법으로 화살과의 접촉면적을 활의 작동 상황에 따라 가변하는 애로우레스트 제품이 있으며, 본 연구에서는 Fig. 3과 같이 활대의 변형률을 감지하는 방법을 사용하였다.
3. 시스템 개발 개요
3.1 활의 형상에 따른 LED 조명장치 구성
상기 2장에서 언급한 바와 같이 Fig. 1과 같은 특수효과를 실제로 구현하기 위해서 보우 라이저와 활대 및 화살깃 부분에 조명장치를 장착하고, 활의 작동 메커니즘에 시스템을 동기화 시켜 각각의 특수효과 모드를 동작시켜야 한다. 그리고 종류에 따라 구조적 형상에 차이가 있으므로 적용하고자 하는 활의 종류에 맞게 조명장치를 구성해야 한다. 본 연구에서는 활의 종류중 하나인 스플릿 림 타입 컴파운드 보우에 실험을 위한 시작품을 구성하기 위하여 Fig. 4와 같이 LED모듈(WS2812B, 3.7~5.3 V, 16 mA)을 상, 하부 활대와 라이저의 사이즈에 맞게 배치하여 조명장치를 구성하였으며, 본 시스템의 모든 요소가 포함된 전체적인 구성은 Fig. 5에서 확인할 수 있다.
3.2 특수효과를 구현하기 위한 조명제어 시스템 구성
3.1절에서 구성된 시작품에 2장에서 구상한 활의 메커니즘에 따른 특수효과를 구현하고 활의 작동중 충격 및 진동으로부터 제어시스템을 보호하기 위하여 5 V 정전압 회로와 배터리 및 MCU(ATmega 328P)와 MP3(FN-M16P) 모듈을 포함하는 회로보드를 하나의 케이스에 패키징 하는 형태로 구성하여 특수효과 제어기를 제작하였으며, Fig. 6과 같이 구성하였다.
또한 케이스 커버와 파우치를 이용하여 내부 회로를 보호 및 활 몸체에 부착할 수 있도록 구성하였으며, 조명장치와 활의 상태를 감지하는 리미트스위치 등의 외부 요소는 커넥터를 사용하여 연결할 수 있도록 하였다. 또한 전원스위치 및 모드버튼은 Fig. 7과 같이 외부로 돌출시켜 사용자의 용이한 모드조작을 의도하였다.
3.3 특수효과를 반영한 조명 출력 모드
현실에서 활을 다루는 궁술 행위에 공상과학에서와 같은 시각적인 특수효과를 고증하고 나타내기 위해서는 실제 사람이 조작하는 활의 메커니즘에 동조될 수 있는 특수효과를 구현해야 한다. 그러므로 본 연구에서는 4가지로 함축된 궁술의 메커니즘에 동조될 수 있는 준비, 충전, 대기, 방출의 4가지 모드로 조명제어 알고리즘을 개발하여, 관람자로 하여금 시각적인 특수효과를 경험할 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 본래 역동적인 특수효과 출력모드를 문서로 표현하기 위하여 22개의 LED가 활의 메커니즘과 시간에 따라 순환 동작을 수행하는 것을 히트맵으로 제시하며, 히트맵의 가로축은 LED번호, 세로축은 시간(Clock), 셀 안의 숫자는 밝기 단계를 의미한다.
① 준비 모드 : 준비 모드는 사수가 발사선에 위치하여 사격을 준비하는 모든 과정 중 구현되며, Fig. 8과 같이 LED가 전체적으로 시간에 따라 밝기 및 점등되는 지점을 갱신하며, 아직 에너지가 축적되지 않은 상태임을 시각적으로 나타낸다.
② 충전 모드 : 사수가 활줄을 당기기 시작한 시점으로부터 조준과 호흡 안정까지 소요되는 시간 동안 구현되며, 활에 에너지가 집중되는 것을 표현한다. 활대의 변형이 감지된 시점으로부터 4,928 ms동안 후입선출의 구조로 에너지가 누적되는 형태로 출력되며, Fig. 9는 에너지가 11스택까지 누적된 시점(2,464~2,688 ms)의 동작을 나타낸다.
③ 대기 모드 : 사수의 조준과 호흡 안정이 완료된 시점에 구현되며, 활대의 변형이 감지된 시점으로부터 4,928 ms가 경과한 시점에, 에너지의 흐름과 누적된 에너지를 표현한다. Fig. 10은 누적된 에너지를 나타내는 조명의 출력을 충전모드에 비해 4배로 높여 에너지방출이 임박했음을 표현하는 동작을 나타낸다.
④ 방출 모드 : 사수의 활줄을 놓아 화살을 날릴 때 구현되며, 활대의 복구가 감지된 시점부터 후입선출의 형태로 에너지가 방출되는 것을 표현한다. Fig. 11은 누적된 에너지를 나타내는 조명의 출력을 대기모드에 비해 4배로 높이고 8 ms주기의 후입선출로 OFF 하여 에너지가 방출되고 있음을 표현하는 동작을 나타낸다.
3.4 전체 시스템 동작
본 논문에서 제안한 하드웨어 및 소프트웨어로 구성한 각 요소들은 모두 융합되어 하나의 시스템으로 동작하며, 이에 대한 전체 시스템의 동작 흐름은 Fig. 12와 같다. 본 프로차트는 상기에 서술한 전체 시스템의 동작을 더욱 명확하게 기술하기 위한 흐름도이다. 또한 시작품에는 음향효과에 대해서도 추가 구현하였다.
첫째, 본 연구의 목표를 달성하기 위하여 시스템의 모든 구성요소는 Fig. 5와 같이 실험용으로 사용되는 활에 탑재되며, LED는 0부터 21까지의 주소를 가지고 3.3절의 히트맵과 같이 동작한다.
둘째, Fig. 6과 같이 구현한 특수효과 제어기의 전원을 켤 시 “① 준비 모드”로 동작하며, Fig. 3과 같이 장착된 리미트스위치로부터 임계값 이상의 활대의 변형을 감지하여, 다음 모드로 전환할 것인지 또는 현재의 모드를 유지할 것인지를 판단한다.
셋째, 임계값 이상의 활대 변형이 감지될 경우 “② 충전 모드”로 동작하며, 22회 동작의 순환을 반복하여 에너지를 축적하는 효과를 나타낸다.
넷째, “② 충전 모드”에서 22회의 동작 순환을 달성했을 경우 “③ 대기 모드”로 전환하고 활대의 복귀(격발)이 감지될 때 까지 현 모드를 유지한다. 최종적으로, 격발이 감지될 때 “④ 방출 모드”를 1회 수행하고 “① 준비 모드”로 회귀한다.
4. 시작품의 필드 시험 결과
제안한 시스템을 시험하고 기록하기 위하여, 인적이 없는 공터에서 야간에 촬영을 진행하였으며, Fig. 13은 특수효과 시스템이 적용된 활을 운용하는 동영상을 스마트폰으로 촬영하고 주요 프레임을 촬영한 영상이다. 따라서 본 논문에서 제시한 4가지의 특수효과 출력모드인 준비, 충전, 대기, 방출 동작은 Fig. 13과 같이 동작하고 있음을 확인할 수 있다.
또한 본 시스템은 시각적인 특수효과를 나타내어 본래 스포츠로서의 궁술 행위에 대한 이용자의 성과나 즐거움 이외에도 이용자와 관람자에게 낭만과 생동감을 제공하여 깊은 흥미를 유발하였으며, 따라서 궁술 행위의 재미를 배가시킬 수 있었다. 그리고 이색 스포츠로서 밤중에 활을 수련하는 야간 습사의 경우에도 활을 운용하는 사수의 위치 및 활의 작동상태를 제3자가 매우 명확하게 인지할 수 있으므로, 안전 또한 확보할 수 있었다.
5. 결 론
본 연구에서는 궁술이라는 전통 스포츠에 전자장치를 융합하여, 공상적 특수효과를 육안 관람 가능하도록 현실에 구현함으로써 사용자와 관람자 모두에게 새로운 차원의 엔터테인먼트 경험을 제공하고자 하였다. 이를 위해 활대 변형률을 감지하는 센서 기술을 적용하고, LED 조명 및 음향 효과를 궁술 행위의 각 단계(준비, 드로잉, 조준, 격발)에 동기화하여 시각, 청각적 특수효과를 구체적으로 구현하였다. 야간 필드 시험에서 확인된 결과, 시각적 특수효과가 활의 작동 상태와 실시간으로 연동되어 더욱 직관적으로 궁술 메커니즘을 전달할 수 있었으며, 이를 통해 단순한 스포츠 활동에서 한층 확장된 몰입감과 흥미 요소를 얻을 수 있었다.
이러한 특수효과 구현 기술은 사용자로 하여금 전통 스포츠인 궁술을 새로운 엔터테인먼트 형태로 즐길 수 있게 하며, 관람자에게도 활의 메커니즘을 한눈에 인지 할 수 있도록 도와 스포츠 감상의 재미를 배가시키는 장점이 있었다. 특히 활을 다루는 각 단계에서 LED 조명의 동작 모드가 단계별 의미를 시각적으로 표현하기 때문에 사수 자신은 물론 주변인들에게도 활 운용 상태를 명확히 전달하여 안전성을 높이는 부수적 효과가 확인되었다. 이는 야간환경에서의 활 사격 훈련 시, 사수의 동작을 쉽게 파악함으로써 안전거리 확보와 관람 환경 조성에 유리함을 시사한다. 본 연구에서 제안한 특수효과 시스템의 설계와 구현은 현재의 조명, 음향 제어기술, 센서기술 그리고 스포츠, 엔터테인먼트 융합을 통합적으로 고려한 결과로, 전통 궁술을 현대 예술적 시각에서 재해석 할 수 있는 한 사례를 제시한다. 더 나아가 시스템의 성능을 높이기 위해서는 활의 기종과 사용자 숙련도, 외부 환경조건 등을 반영한 적응형 제어 알고리즘, 그리고 사용자의 취향 및 상상에 따라 다양하게 시각, 청각적 모티브를 확장할 수 있는 사용자 커스텀 옵션 적용이 가능할 것이다. 이러한 후속 연구가 이어진다면, 본 연구에서 제안한 기술은 더욱 다채로운 특수효과와 높은 안정성을 갖춘 새로운 스포츠, 문화 콘텐츠로 발전할 것으로 전망한다.
