뉴 미디어와 건축 디자인 실험 연재 03 _ 다양성과 감정, 사회성의 연산, 그리고 디자인 프로세스의 진화 2018.03

Computable Diversity, Emotion and Sociality, and an Evolution of Design Process

 

본 기고문은 뉴 미디어와 건축 디자인 실험 연재의 마지막 회로, 지난 두 회분의 연재에서 소개했던 최신 기술들이 디자인 프로세스와 건축실무 및 교육을 어떻게 변화시킬 수 있는가를 고찰한다. 또한, 개인의 다양성과 감정, 사회성 등이 디자인 실험의 범위에 포함될 경우, 이를 고려한 디자인 프로세스가 궁극적으로 어떤 가치를 가지는지 제언한다.

1. 뉴 미디어와 인간의 재현 

건축설계의 수요자들은 각자의 취향과 개성을 가지고 있으며, 최근 사회문화적 다양한 변화에 따라 사용자들의 설계결과물에 관한 요구와 평가는 보다 다양해지고 있는 추세이다. 본질적으로 건축설계는 사용자의 편의와 만족을 전제로 하고 있으며, 사용자의 다양성과 개성을 건축설계에 반영하는 과정은 건축설계 업역의 신뢰도 및 전문성 확보뿐만 아니라 다양하게 변화하는 설계요구에 대처하기 위해서도 매우 중요하다(Cranz, 2016). 이에 건축설계 교육과 실무에서도 사용자의 신체적, 심리적, 사회적 행동을 의사결정에 반영하는 과정과 방법은 강조되고 있다.
하지만 현실적으로 건축물과 사용자의 관계를 체계적으로 탐구하는 과정은 난해하다. 목업(mockup)을 통한 직접 실험을 제외하고 인간의 심리, 행동 기제와 관련한 대부분의 설계과정은 거주 후 평가와 같은 ‘사례 추론(extrapolation and reasoning)’을 통해 이뤄진다. 건축 디자인 실험과정에서 다루는 설계안이 유사한 전례가 없거나, 설계조건 등이 상이하여 추론이 어려울 경우에는 결국 막연한 추측과 상상에 의존할 수 밖에 없다. 2003년 로브 임리(Rob Imrie)는 영국소재 주요 교육기관과 건축사사무소를 대상으로 조사한 결과에서 인체척도와 관련법규를 설계과정에 획일적으로 적용하는 경향과 설계를 마친 후 의뢰인과 의사교환을 위해 투시도에서만 사용자의 행동을 고려하는 경향 등을 지적했다. 국내외에 걸쳐 사용자의 신체적 특성, 개성, 다양성 등이 설계과정에 반영되지 않는다는 문제는 지속적으로 제기되어 왔지만, 이를 해결할 수 있는 방법과 도구가 존재하지 않는 것도 현실이다.
지난 1, 2 회에 걸쳐 소개한 두 종류의 뉴 미디어인 인간행동 시뮬레이션과 가상현실 기반의 직접 경험 시뮬레이션은 공통적으로 인간의 재현(represented humans)을 다루고 있다. 인간의 재현은 각각 가상의 신체(virtual body)와 감정, 취향, 사회성 등의 심리적 기제의 연산(computable mind)을 통해 이뤄지고 사용자가 가상의 신체를 조종하여 설계안을 직접 평가하거나, 정해진 심리기제와 행동규범을 컴퓨터가 연산하여 가상의 신체를 조종하는 경우로 구분된다. 3D 스캐닝같은 장비를 통한 디지털화(digitalized)와 상호작용(interactivity), 네트워크(networked), 인공지능(artificial intelligence) 등 뉴 미디어의 특징을 기반으로, 설계안을 가시적으로 재현하는 단계에서 인간의 재현이 이뤄진다(그림 1). 따라서 기존의 방법과 도구에 비해 탐구 중인 설계요소와 사용자의 관계를 실험하기 유리하다. 뉴 미디어를 응용한 인간의 재현은 다양한 외형과 신체적 특징을 구현하고, 취향과 감정, 사회적인 경향 등을 연산범위에 포함하여 궁극적으로 건축 디자인 실험에 필요한 인간을 창조하는데 목적이 있다(Kalay, 2004). 현재 급속한 발전을 거듭하고 있는 휴머노이드(humanoid) 역시 연산 가능한 인지체계 및 심리기제를 탑재하고, 인간의 신체반응을 물리적으로 구현한 예이다. 본 회 연재에서는 뉴 미디어를 통해 재현된 인간의 응용이 어떻게 생산성 관점의 디자인 프로세스에 변화를 가져올 수 있는지 사례를 통해 고찰하며, 우선 가상의 신체 사용과 디자인 프로세스의 관계를 소개한다.

 

그림 1) 뉴 미디어를 통한 인간의 재현 : 먼저, 3D 스캐닝과 모델러를 통해 외형, 모션, 관절을 가진 ‘가상의 신체’를 제작한다. 이를 가상현실장비와 다양한 인터페이스를 이용하여 직접 조종하거나, 프로그래밍을 통해 인간의 개성, 사회성 등을 연산해서 건축 환경에서 발생 가능한 행동을 자동으로 재현한다(홍승완, 이스라엘 테크니온 공대, 2014).

 

2. 가상의 몸 : 사용자 경험 중심의 디자인 프로세스 

디자인 프로세스는 설계문제와 발생 가능한 대안의 관계를 탐구하면서, 궁극적으로 설계조건과 의도에 가장 부합하는 해결안을 찾아가는 일련의 체계이다(Rowe, 1987; Goldschmidt, 2014). 최근 디자인 프로세스의 체계와 모델에 관해 다양한 의견이 존재하지만, 공통적으로 설계조건의 분석과 설계목적 설정, 설계안 창안, 창안된 설계안에 관한 평가의 순환과정으로 이해되고 있다. 설계안 발전을 위해서는 문제 혹은 단서의 발견과 해결(problem-finding and solving)이 필수적이며, 이는 디자인 프로세스 중 분석과 평가과정을 통해 이뤄진다. 이러한 설계문제 발견과 문제풀이를 돕는 것이 디자인 컴퓨팅 분야의 초기목표 중 하나였다.
예를 들어 최근 급속하게 보급된 건설정보 모델링(BIM, building information modeling)의 경우, 설계안의 모델링 과정 중 건축요소 간의 시공 가능성을 평가할 수 있으며 재료산출 및 에너지와 같은 정량적인 성능분석이 동시에 이루어진다. 이 과정에서 시공 가능성과 성능에 관한 문제점(예를 들어, 배관과 벽체의 충돌)이 연산되고, 발견된 문제점은 재현을 통해 관찰이 가능하며 이후 설계자 혹은 연산모델의 전문성에 따라 문제를 해결한다. 결과적으로, 시공 가능성과 성능이 연산범위에 포함되면서 문제 발견과 해결의 초점과 탐구체계, 즉 디자인 프로세스는 이 항목들에 중점을 두게 된다.

 

그림 2) 한 학생이 가상의 신체의 반응과 자세를 통해 조형물의 편의성를 평가하고 있다(유백림, ‘디지털 미디어와 디자인 1’, 인하대학교, 2017).

마찬가지로, 2회 연재에서 다루었던 가상의 신체(virtual body, avatar)는 디자인 프로세스에서 인체와 건축물의 물리적인 관계를 연산한다. 설계자는 가상환경을 경험할 신체의 물리적인 조건(키, 체형, 성별, 걸음걸이, 체력, 장애여부 등)을 잠재적인 사용자를 고려하여 설정하고, 3차원으로 재현된 설계안을 직접 경험하고, 문제와 설계단서를 발견한다. 신체와 건축물 간의 관계가 추정이나 상상이 아닌, 인지와 경험을 통해 실험되며 이를 위해 가상현실장비 혹은 인터페이스가 사용되기도 한다. 설계자는 인체와 건축요소 간의 연산을 통해 잠재적 사용자의 다양한 신체적 조건과 한계를 경험할 수 있으며, 이를 통해 사용자의 경험을 중점으로 문제 발견과 해법을 생각해낸다(Hong et al., 2017). 가상의 신체를 이용한 디자인 프로세스는 다음과 같은 특징을 보인다. 
첫째, 문제 발견 및 풀이의 영역이 단순히 사용자의 신체조건과 건축물의 물리적인 관계뿐만 아니라, 사용자 경험과 관련한 심리반응과 편의까지 포함하며, 분석과 평가의 심도(resolution)가 높아진다. 예를 들어, 가상의 신체를 구성하는 요소 중 손, 발, 머리, 척추와 물체의 표면 사이의 관계가 연산(inverse kinematics)되어, 건축물의 물리적인 형태에 따라 걸음걸이 및 자세가 반응한다. 이런 신체적 반응을 설계자가 직접 경험하는 경우에는 단순히 사용 가능성 판단을 넘어, ‘안락하다’, ‘불안하다’, ‘편안하다’ 등의 사용자의 심리적 반응까지 분석과 평가할 수 있다(그림2).
둘째, 득과 실 비교(trade-offs)를 위한 분석 및 평가과정에서 사용자의 다양성과 감정이 중요한 항목으로 고려되고, 설계편의에 관한 책임을 체감할 수 있다. 설계자는 잠재적 사용자의 신체적 특성을 선택하고, 그 신체적인 한계 내에서 설계안을 대리 경험한다. 따라서 기준화된 인체모형과 척도의 사용보다는 신체적인 다양성과 신체능력과 연관된 심리기제에 관한 문제 발견이 용이하며, 문제풀이 역시 사용자 경험에 초점이 맞춰진다. 예를 들어, BIM과 관련 법규만 사용하여 장애인 진입로를 설계했을 경우, 장애인 경사로의 물리적인 치수, 높이, 각도 등의 수치적인 항목을 중점으로 문제풀이가 이루어지지만 이 모델을 휠체어의 회전범위, 속도, 보행시야 등을 가상의 신체를 통해 경험하고, 비장애인들과 같은 진입로를 사용하는 경우에 심리적 위축감과 같은 문제를 발견할 수 있다(그림3). 이를 통해 사용자의 다양성이 디자인 프로세스에서 고려될 수 있으며, 설계자는 의사결정에 관한 책임을 자각하고 설계안 창안에 신중할 수 있다. 이번 장에서는 가상의 신체와 사용자 경험 중심의 디자인 프로세스의 특징을 살펴보았다. 다음 장에서는 사용자의 사회심리기제가 연산될 경우에 디자인 프로세스가 가지는 특징을 소개한다.

 

그림 3) 한 학생이 BIM으로 모델링한 건물의 장애인 진입로를 휠체어를 탄 가상의 신체를 통해 체험하고 있다(황혜윤, ‘BIM설계와 시공’, 인하대학교, 2017)

3. 개성과 사회성 연산: 관계 실험 중심의 디자인 프로세스

1회 연재에서 다뤘던 ‘가상의 인간(virtual humans, virtual-users)’은 기호도와 개성, 사용자 간의 친밀도, 직업과 임무와 같은 사회성을 변수로 하여 건축물에서 발생 할 수 있는 행동을 연산하고 이를 가상의 신체를 통해 재현한다. 컴퓨터 연산을 통해 다량의 사용자 행동이 재현되며, 이러한 행동은 가상의 인간의 개별적인 기호도, 개성, 사회성에 따라 인접한 가상의 인간과의 상호작용이 연산되고, 이 상호작용은 또 다른 가상의 인간들의 행동 결정에 영향을 미친다(Hong et al., 2016). 예를 들어 공연에 흥미도가 높은 사용자가 공연을 보기 위해 광장에 모일 경우, 이 상황으로 인해 또 다른 사용자는 광장의 형태와 규모에 따라 공연구간을 우회하거나 병목현상을 겪는다. 이러한 ‘바텀-업’ 형식의 인간행동 시뮬레이션에서는 개별 사용자의 심리, 사회적 속성이 건축물의 사용성을 분석하는 시작점이 되며, 이를 기반으로 하는 디자인 프로세스의 특징은 다음과 같다. 

 

그림 4) 인간행동 시뮬레이션에서는 사용자의 속성과 건축물의 수치, 사용자 편의를 나타내는 지표 사이의 관계를 실험할 수 있다(김명수, ‘디지털 디자인 응용’, 인하대학교, 2016).

그림 5) 수변공원 설계 프로젝트에서 다양한 선호도와 목적을 가진 사용자를 분포하여, 다수의 사용자가 만족할 수 있는 설계안을 탐구했다(김환진, 김정은, 정수빈, ‘디지털 디자인 응용’, 인하대학교, 2017).

첫째, 사용자의 심리, 사회적 속성과 설계안의 수치적 변수 사이의 관계 실험이 디자인 프로세스에 포함되며, 건축물의 사용 편의를 위하여 사용자와 설계안의 변수 사이에 최적인 관계를 탐구하는 과정이 이루어진다. 예를 들어, 한 학생은 증개축 설계 프로젝트에서 유지건물과 증축건물 사이에 거리와 복도의 곡률을 수치적 변수로 하고 사용자를 성인, 임산부, 아동으로 설정하고 보행속도와 폭, 사회적 교류의 선호도 등의 변수를 설정했다. 이 변수들과 사용자 편의를 나타내는 지표(보행거리, 병목현상, 사회적 상호작용 빈도) 간의 관계를 실험했고, 최적의 사용자 수와 증축건물의 위치와 형태, 복도의 곡률 등을 발견했다(그림4). 
둘째, 서로 다른 개성과 사회성, 목적을 가진 사용자가 분포되므로, 설계안을 사용하는 방식이 상충되어 발생하는 문제를 발견할 수 있다. 또한, 다양한 사용자 그룹의 요구를 만족시키는 설계안을 탐구하는 과정이 디자인 프로세스에 포함될 수 있다. 예를 들어, 비정형의 수변공원을 설계하는 학생들은 성인남자, 여자, 어린이, 노인 그룹으로 잠재적인 사용자를 설정하고, 사용자를 공원 사용 목적, 사용자 그룹 간의 사회적 행동, 공원에서 발생하는 행사에 관한 선호도를 다양하게 분포했다. 학생들은 사용자 그룹 사이의 건축물 사용이 상충되는 상황을 시뮬레이션 해 그룹 간의 만족도 지표(예를 들어, 교가를 지나갈 수 있는 보행자 수, 수변에서 물놀이를 할 수 있는 어린이 수, 불꽃놀이 같은 행사를 구경할 수 있는 사람의 수)가 가장 높은 설계안을 제시했다(그림5). 또 다른 예에서 학생들은 소규모 동물들이 서식하는 섬과 육지를 연결하는 다리를 설계했는데, 사용자 그룹은 관람객과 관리자로 동물관람과 관리에 관한 목적과 선호도가 상충된다. 학생들은 다리의 크기 및 경사도와 탈출하는 동물의 수, 관람빈도, 보행거리 등의 관계를 분석하여, 관람, 접근, 관리의 다양한 용도가 동시에 만족되는 설계안을 발견했다(그림6).

 

그림 6) 토끼가 서식하는 섬과 육지를 연결하는 다리의 너비, 경사도와 관람, 접근, 관리 등의 상이한 목적을 가진 사용자 그룹의 만족도 사이의 관계를 가상의 인간을 이용해 실험했다(이진, 최선형, 양혜린, ‘디지털 디자인 응용’, 인하대학교, 2017).

4. 인간과 건축물 간의 상호관계 연산, 그리고 디자인 프로세스의 진화  

3회 연재에 걸쳐 뉴 미디어를 통해 재현된 인간이 건축 디자인 실험에 응용된 사례와 관련 디자인 프로세스의 특징을 고찰했다. 건축 디자인 실험에서 사용자의 경험을 체험하고, 행동을 관찰하는 과정을 통해 설계자는 정량적인 사용성 분석과 평가를 수행할 뿐만 아니라 현 시대에 요구되는 사용자의 다양성, 개성, 사회적인 교감을 적극적으로 건축 디자인 실험체계에 포함할 수 있다. 디자인 컴퓨팅 분야의 진전과 함께 디자인 프로세스의 모델도 진화를 거듭하고 있다. 예를 들어, 건설정보 모델링(BIM)을 통해 건축구성요소 사이의 형태와 의미적 속성이 연산이 가능해졌고, 디자인 프로세스에서 시공 가능성과 성능의 분석과 평가가 가능해졌다. 마찬가지로, 건축물과 인간 사이의 관계에는 경험과 시뮬레이션을 통해 사용자 및 사회문제에 관한 설계자의 가치관과 창의성이 적극적으로 반영될 수 있고, 사용자의 다양화 추세에 적합한 보다 진보된 디자인 프로세스를 기대할 수 있다. 
이러한 디자인 프로세스의 진보 외에도, 인간심리 및 행동의 연산체계는 디자인 컴퓨팅 분야에 적합한 인공지능 개발에도 기여할 수 있다. 가상의 인간은 실제 인간처럼 최적의 편의와 심리적 만족(rewards)를 얻기 위해, 신체적 지각과 경험을 통해 새로운 설계안의 사용성을 판단하며, 사용자 사이에 사회적 행동을 결정한다. 이러한 인공지능 모델은 ‘지원성’,  ‘장소성’, ‘공간의 사회적 의미’와 같이 건축설계분야에서 가치가 있다고 여겨지는 사회심리학적 현상들을 실험하는데 적합하다고 여겨진다. 이외에도, 가상의 인간과 같은 기술은 인공적인 창의성 모델(artificial creativity)의 개발에도 기여할 수 있다. 컴퓨터 연산을 통해 수많은 대안이 생성된 후, 사용자 심리 및 행동기제 연산을 통해 생성된 형태의 적합성을 판단하여, 독창적이며 동시에 가치 있는 대안을 시스템 스스로 판단할 수 있다. 최근 건축설계분야와 심리학, 사회학 등의 사회과학, 그리고 컴퓨터 공학 사이의 전문적인 융합이 심화되는 추세이고, 건축설계 교육과 연구, 실무와의 연계가 강조되고 있다. 이를 통해 진보된 건축 디자인 실험도구와 디자인 프로세스를 기대해도 좋은 시기이다. 이상으로 ‘뉴 미디어와 건축 디자인 실험’의 연재를 마치며, 흥미 있게 기고문을 읽어주신 독자분들과 본 연재를 기획한 월간 건축사에 깊은 감사를 드린다. 


감사의 글 

본 기고문은 인하대학교 건축학과에서 2015년부터 현재까지 개설된 ‘디지털디자인과 미디어 1, 2’, ‘디지털디자인응용’, ‘BIM설계와 시공’ 과목에 참여한 학생들의 프로젝트에 근거하고 있다. 본 과목에 참여한 모든 학생들께 감사를 드리며, 본 과목의 개설과 운영을 지원해 주신 인하대학교 건축학과 교수진, 대학원 조교진, 마인드 컴퓨팅 랩의 학부 연구생들에게도 감사를 드린다. 마지막으로, 본 기고문의 관점을 마련하는데 도움을 주신 캘리포니아 버클리 대학 건축학과의 명예교수이자 이스라엘 테크니온 공대 건축대학의 학장이신 Yehuda E. Kalay 교수님, 미시간대 앤아버 건축대학의 Malcolm McCullough 교수님, 울산대학교 건축학과 이광희 교수님께도 깊은 감사를 드린다. 이 기고문은  2016년도 정부(미래창조과학부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업(No. 2016R1C1B2011274)의 지원으로 이루어졌다.

 

<참고문헌>
1. Cranz, G. (2016). Ethnography for Designers, NY: Routledge. 
2. Goldschmidt. G. (2014). Likography, MA: MIT Press. 
3. Kalay, Y.E. (2004). Architecture’s new media: Principles, theories, and methods of computer- aided design. Cambridge, MA: MIT Press.
4. Hong, S., Antably, A.E., & Kalay, Y.E. (2017). Architectural design creativity in Multi-User Virtual Environment: A comparative analysis between remote collaboration media, Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science, pp. 1-19.
5. Hong, S., Schaumann, D., Kalay, Y.E. (2016). Human behavior simulation in architectural design projects: An observational study in an academic course. Computers, Environment and Urban Systems, 60, 1-11. 
6. Imrie, R. (2003). Architects’ conception of the human body. Environment and Planning D: Society and Space, 21, 47-65. 
7. Rowe, P.G. (1987). Design Thinking. MA: MIT Press.

 

글. 홍승완  Hong, Seungwan 인하대학교 건축학과 조교수