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1 Journal of the Korean Institute of Interior Design Vol.21 No.5 Serial No.94 _ 객석배치대안의가시성능평가및예측기술에관한연구 A Study on Techniques to Evaluate Auditorium Assignment Visible Efficiency Author 김석태 Kim, Suk-Tae / 정회원, 인제대학교디자인학부실내디자인전공부교수, 공학박사 Abstract A study on techniques to evaluate auditorium assignment visible efficiency using three-dimensional simulation. The most important thing to be considered is to ensure the visibility to the podium upon assigning auditorium of venues, classrooms or seminar rooms. H ow ever, since there are so many variables to be considered such as the form of the stage, the area and height of the stage, size of screen, and the distance and angle of the auditorium from the podium, the methods to assign auditorium are staying at the level of basic for a long time. Thus, in this study, w e p rop osed simulation methodology to quantitatively evaluate the three-dimensional visible efficiency based on Visual Graph Analysis ( VGA) theory. After analytical methodology manufactures application, it sets ex amples of visibility depending on location of screen, visibility depending on degree of height difference and visibility about three-dimensional Mass Z oning lik e a stage and verifies the efficacy. In addition, based on results, visibility expectation curve is draw n and the method to calculate the stepped height depending on necessary visibility is proposed. K eyw ords 극장객석, 가시성능, 3D 시뮬레이션 Auditorium, Visibility, 3D Simulation 1. 서론 연구의배경과목적 공연장이나강의실, 세미나실등관람공간을설계함에있어서가장중요시되는것이음향관계와객석의배치일것이다. 이중에서특히객석의배치는관람자들의편의성과함께연단으로의가시성을확보하는데크게영향을미치게되므로, 성공적인인테리어디자인을위해무엇보다우선적으로고려해야할중요한요소가된다. 그러나객석의설치에관해서는기초적인공간형식이나관객의편의를위한객석간의최소한의간격정도의각론적인정보만있을뿐, 객석의설치계획이시공후연단으로의실제가시성능이얼마나되는지를과학적이고도정량적인방법으로평가해낼수있는방법은제시하고있지못하다. 객석의배치방식에따른대안별가시성능을파악하는것은단순한규칙으로정의될수없기때문이다. 이에특정한평가기술이필요하며, 척도를정량화시키기위해서는시뮬레이션에의한평가가유일한방법이될수 있다고생각된다. 그러나직관적인표현위주의시뮬레이션으로는정확한근거데이터를도출할수없으므로, 본연구에서는공간구조의그래프분석기술을 3차원으로응용한정량적시뮬레이션평가기술을제안하고, 그효용성에대하여평가, 검증하고자한다 연구의방법및범위 좌석배치에대한일괄적이고명확한방법론은존재하지않는다. 스테이지의배치형태 1) 나좌석배치간격, 층고, 무대와객석간의거리, 무대의면적과높이, 스크린의높이크기등, 고려해야할변수가너무많기때문이다. 따라서객석의배치와관련한연구도극히드물고, 각론이나계획론에서도오래전에확립된기초자료 < 그림 1> 2) 만통용될뿐, 개선된연구의자와사례가거의없기때문에기술적발전또한지극히답보적인상태이다. 3) 1) 각론에서는보통센터스테이지 ( 아레나스테이지 ), 쓰리사이드스테이지, 엔드스테이지, 프로시니엄스테이지, 어댑터블스테이지등으로구분한다. 2) 김중근, 실내디자인총론, 기문당, p.246 3) 신지호 (2006) 는공연시설무대, 객석공간의평면형식에관한연구를통해일부분객석의배치에관하여언급한바있으나, 이는객 한국실내디자인학회논문집제 21 권 5 호통권 94 호 _

를판정하여, 공간의개방도와시각적접근성을파악하는물리적이론이며, 많은연구자들의검증을통해그실효성이인정된분석기술이다. 그러나 VGA이론은평면적이기때문에입체화된공간환경에서의가시성을분석할수없다는한계를가지고있다.

이에일부각론에서는교차형좌석배치를권고하고있기도하지만실질적인효용성은객관적으로검증된바없다. 본연구에서는 3차원가상모델을이용하여시점과대상점 ( 무대 ) 간의광선 (ray) 추적으로두지점간의가시성을정량적으로측정하는방식을제안하였으며, 제안된분석방식을검증하기위하여분석어플리케이션을제작하여평가하였다.

본연구에서는객석의절대적배치방법이나스크린의최적위치를결정하기위한것이아니고, 제시된대안에대한정량적가시성평가및요구값예측의가능성을타진하기위한것이므로, 실험에서사용된예시의스크린의위치나무대의규모및위치는임의로설정한것이다. 2. 분석방법의제안과구축 2. 1.

2 를판정하여, 공간의개방도와시각적접근성을파악하는물리적이론이며, 많은연구자들의검증을통해그실효성이인정된분석기술이다. 그러나 VGA이론은평면적이기때문에입체화된공간환경에서의가시성을분석할수없다는한계를가지고있다. 또한모든노드 ( 격자점 ) 에서모든노드로의가시적연결확률을계산하는방법이므로, 특정한시점에서특정대상점을지각할때에나타나는시각적특성을파악할수없다는점도한계점으로지적되고있다. < 그림 1> 각론에서제시하고있는객석의설치기준 그러나한가지확실한정의는모든객석은연단 ( 스크린이나무대 ) 로의가시성이최대한확보되어야한다는것이다. 이에일부각론에서는교차형좌석배치를권고하고있기도하지만실질적인효용성은객관적으로검증된바없다. 본연구에서는 3차원가상모델을이용하여시점과대상점 ( 무대 ) 간의광선 (ray) 추적으로두지점간의가시성을정량적으로측정하는방식을제안하였으며, 제안된분석방식을검증하기위하여분석어플리케이션을제작하여평가하였다. 효용성평가는극장객석과시청각객석, 2가지경우를대상으로하였으며, 스크린의위치변화에따른가시도측정, 객석의단차에따른가시도의개선효과및최적점도출, 매스조닝을이용한입체적인대상점의분석등, 객석의배치와대상점간의관계에따른가시성능분석을수행하였다. 그리고도출된최적점에대한가시율개선효과를분석하여, 분석기술의효용성을검증하였다. 본연구에서는객석의절대적배치방법이나스크린의최적위치를결정하기위한것이아니고, 제시된대안에대한정량적가시성평가및요구값예측의가능성을타진하기위한것이므로, 실험에서사용된예시의스크린의위치나무대의규모및위치는임의로설정한것이다. 2. 분석방법의제안과구축 분석이론의배경 가시성그래프이론 (Visual Graph Analysis; 이하 VGA) 은도시나건축공간의공간구조를분석하는이론의일종으로서, 영국런던대학바틀렛건축학교의터너 (Turner) 와펜 (Penn) 이동대학힐리어 (Hiller) 가개발한공간구문론 (Space Syntax) 을바탕으로하여개발한이론이다. VGA는공간을격자로나누고각격자간의가시여부 석간의관계가아닌객석과무대와의공간적배치관계를주제로하며, 시각성능의정량적인성능을도출한것이아니다. < 그림 2> VGA 의가시영역분석예시 본연구에서는 VGA이론을 3차원으로확장하고, 시점과대상점을사용자가정의하여분석하는방법을제안하고자하며, 이를이용하여객석의배치에따른가시성지표를정량화시키는방법을개발하였다. 기존의 2차원분석은차폐물을기하학적선 (line segment) 으로간주하여시점과대상점을잇는선분과차폐물의선분간의교차가발생하는가를판정하는알고리즘을사용하여왔다. 그러나 3차원분석의경우에는이러한교차판정을구현하기가쉽지않다. 그이유는선분의좌표가 3차원 (x,y,z) 공간에형성되며, 차폐물은벡터면 (vector face) 을이루기때문에, 3차원선분과면간의교차판정을수학적으로구현하기는상당히난해하기때문이다. 이에본연구에서는그래픽엔진을이용하여, 이문제를좀더쉽게해결하도록하였다. 그래픽엔진의역할은 3차원의기하학적도형을고속으로처리할수있도록하는하드웨어전용언어의일종이다. 그래픽엔진은주로게임을제작할때많이사용되기때문에게임과관련한다양한기능도제공한다. 특히물리 (physic) 엔진은중력, 마찰력, 탄성등실세계의물성을가상공간에서구현할수있는기능들을제공하고있는데, 이중에서충돌감지 (collision detection) 기능은물체 (object) 4) 와물체가마주치는것을감지하고리 4) 3 차원컴퓨터그래픽에서물체는가장큰단위인오브젝트 (object), 오브젝트를구성하는엘리먼트 (element), 엘리먼트를구성하는폴리곤 (polygon), 폴리곤을구성하는페이스 (face) 와버텍스 (vertex) 한국실내디자인학회논문집제 21 권 5 호통권 94 호 _

3 액션하는기능을담당하고있다. 또한 2차원엔진은플래시애니메이션과같은평면적그래픽의속도를가속할때사용되지만, 3차원엔진은기하학적면들의움직임, 카메라의설정에따른시뮬레이션기능및속도향상을지원한다. 그래픽엔진은종류가다양하나마이크로소프트사의 DirectX, 실리콘그래픽스사의 OpenGL 등이대표적이며, 그래픽엔진을기반으로하여특정게임에맞도록설계한것을게임엔진은가시성분석시뮬레이터를구축하는데있어서더욱적합한다양한기능을제공하고있다. 이에본연구에서는 DirectX 그래픽엔진기반의게임엔진인 LEGO엔진을사용하여, 3차원분석어플리케이션을구축하였다. 앞에서언급한바와같이 3차원가시성분석은면과선분간의교차판정이라는복잡한수학적알고리즘을요구하므로, 게임엔진을이용한분석방법을사용하였다 분석알고리즘 2차원분석에서차폐요소으로선분 ( 양끝점의좌표 ) 그룹을사용하는데반하여, 3차원분석에서는차폐물을기하학적도형으로모델링하여가상의공간에상정한다. VGA에서시점과대상점은평면에격자로배열하였지만, 본이론에서는모델링이존재하는가상의공간에대상점의좌표를노드 (node) 로정의하여배치하고, 시점도 3차원좌표상에함께배치시킨다. 시점에서대상점으로광선 (ray) 을발사하는개념으로가상의선분을설정하고, 이광선이차폐물에충돌하지않고, 반대편의대상점에도달하는가를판정하여, 차폐되지않고무사히도달한다면가시빈도를 1만큼씩증가시킨다.< 그림 3> 이러한충돌판정 (collision detection) 을모든시점에서모든노드 ( 대상점 ) 로반복실행하여가시빈도를산출해나간다. 따라서모든시점과모든대상점 ( 노드 ) 간의최대가시연결빈도는시점의수 대상점의수가될것이다. < 그림 4> 차폐물과시점과노드 ( 대상점 ) 간의관계여기에서차폐물이되는가상의모델은객석과객석위로돌출되는사람의머리나어깨가대상이된다. 시점의위치는객석에앉은상태에서의시선의높이가될것이며, 각객석마다 1개소씩위치하기때문에시점의총개수는설치되는좌석의수와일치하게된다. 노드 ( 대상점 ) 는스크린이설치될위치에격자형으로분포된대상군을이루게되는데, 노드의간격이좁을수록더욱정밀한분석이가능하게되지만, 연산시간이상대적으로증가하므로본연구에서는 30간격 ( 매스조닝에서는 50간격 ) 으로설정하였다 가시도분석도구의제작제작된분석어플리케이션은크게가시도판정어플리케이션과통계어플리케이션으로구분되는데가시도판정어플리케이션은전술한게임엔진을기반으로구축하였으며, 엔진은범용캐쥬얼게임엔진으로제작된 LEGO를사용하였다.< 그림 5> < 그림 5> LEGO Core Engine Class Diagram < 그림 3 > 2 차원 VGA 와본연구에서제안하고있는가시성분석방법의비교이방법을객석배치시뮬레이션에적용을한다면 < 그림 4> 와같이개념화할수있다. 로분류, 구성된다. 충돌판정루틴은모델의복잡도 ( 면의수 ), 시점과노드의수의증가에따라연산시간이크게증가할수있기때문에, 가시도판정어플리케이션은빠른연산처리속도를요구한다. 이에본연구에서는 C++ 로게임엔진과판별루틴, 입출력루틴을코딩하였으며, 어플리케이션을구 한국실내디자인학회논문집제 21 권 5 호통권 94 호 _

성하는전체모듈간의관계는 < 그림 6> 과같다. 간의관계를순차적으로분석하여가시도를산출하였다. < 그림 6> 전체모듈의기능과관계 통계어플리케이션이별도로필요한이유는가시도판정어플리케이션과성격이매우다른데다가, 가시도판정데이터는 3차원형식의결과값을덤프시키기때문에 SPSS나 SAS와같은일반통계어플리케이션에서가공하기어렵다는문제가있기때문이다.

4 성하는전체모듈간의관계는 < 그림 6> 과같다. 간의관계를순차적으로분석하여가시도를산출하였다. < 그림 6> 전체모듈의기능과관계 통계어플리케이션이별도로필요한이유는가시도판정어플리케이션과성격이매우다른데다가, 가시도판정데이터는 3차원형식의결과값을덤프시키기때문에 SPSS나 SAS와같은일반통계어플리케이션에서가공하기어렵다는문제가있기때문이다. 5) 이에통계어플리케이션의통계연산은오토데스크사의오토캐드에서지원하고있는인공지능언어인 AutoLISP 을이용하여코딩하였으며, 오토캐드의 3차원그래픽기능을이용하여결과값을표현토록하였다. 가시성판정어플리케이션에서연산된가시빈도는 1차적으로어플리케이션의그래픽엔진에의해 3차원으로재현되고, 이를다시 ASCII 형식의파일로저장한다. 이파일 ( 로우데이터 ) 을통계어플리케이션에서로딩하여, 2차적인통계연산 ( 쿼리와계산 ) 을한다음오토캐드의 3D그래픽재현력을이용하여화면에 2차적으로출력하게된다. 충돌판정은차폐물 ( 오브젝트 ) 전체로하는것은불가능하므로, 충돌판정전에차폐물을모두 3각형의면 (triangle face) 으로분해하여, 광선과 3개의정점 (vertex) 를갖는면간의관계를이용하여충돌을판정한다. 또한면은정점의순서에따라서바라보는방향 (normal vector) 이달라지므로, 정점의순서를바꿔서 2번의연산을해야한다. 그러므로총충돌판정횟수는시점수 대상점수 면 (face) 수 2가되며, 차폐물의복잡도가상승할수록, 대상점분석의세밀함 (detail) 6) 이증가할수록연산시간은크게증가하게된다. 가시도판정어플리케이션은 DirectX 기반으로제작되었으므로, 모델러 7) 에서제작된차폐물 (3 차원모델링데이터 ) 은 DirectX 가인식할수있는전용포맷인.x 를이용하여어플리케이션내로임포트 (importing) 하며, 시점좌표데이터와대상군 (target point group) 은오토캐드에서마커를설치하고, AutoLISP 을이용하여출력 (export) 한다. 이를가시도판정어플리케이션에서불러들여모델과시점및대상점 5) SPSS 를위시한대부분의통계어플리케이션은필드 (filed) 와레코드 (record) 로이루어진 2 차원분석을기본으로하고, 더욱이결과값을 3 차원공간에함께표현하여직관적인분석할수없다. 6) 노드의간격이좁아짐을의미한다. 7) 본연구에서는 AutoCAD2012 와 3DSMax2011 이사용되었음 분석어플리케이션의테스트 제작된어플리케이션을이용하여, 객석배치대안에따른가시성능분석실험을하였다. 객석의자는 < 그림 7> 과같이기본차폐량이많은극장의자와상대적으로차폐량이적은시청각의자, 2가지타입으로모델링하였다. 8) 극장의자는의자자체의차폐요소가크게지배하고, 시청각의자는사람 ( 관객 ) 의차폐요소가더크게지배하는케이스로볼수있다. < 그림 7> 실험에사용된객석의크기 모델링된객석모델에 < 그림 8> 과같은자세로더미 (dummy) 9) 를앉혀서시점의위치를설정하였다. 더미는시점을잡기위한도구이기도하지만, 공간분석시에는의자와더불어중요한차폐요소가되기도한다. 앞서언급한바와같이실험시에는많은면을연산해야하므로, 더미의데이터는형태의변화가크지않는범위에서면의수를줄여서사용하였으며 10), 차폐물의모델링은의자의등받이에가려지는사람의인체부분을제외하여연산시간을최대한단축되도록하였다. < 그림 8> 실험에사용된더미의자세 8) 본연구에서는한양산업에서제작되고있는의자를예시로삼았다. 시청각실교육용의자는 H-102T 모델 (500W 760D 850H) 이며, 강당극장용의자는 H-303 모델 (500W 500D 980H) 을사용하였다. 9) 배우대신에쓰는인형에서유래한더미는자동차추돌실험등에서실제의느낌을파악할수있도록인간의형상과동일하게만들어진인체샘플을의미한다. 10) Optimize Modifier 를이용하여, Face Thresh 는 10, Edge Thresh 는 90 으로설정하였다. 한국실내디자인학회논문집제 21 권 5 호통권 94 호 _

어플리케이션의테스트환경으로서설치되는객석의배치는가로 3행, 세로 2열의 6개의객석을두가지형태로설정하여가시성판정에의한결과데이터를얻어낼수있는지테스트하였다. ALT-1보다 105회시각적인연결이더많이발생했음을알수있다. 따라서엇갈림배치 (ALT-2) 의가시율은최종적으로 95.5731% 가되며, 직교배치 (ALT-1) 를했을때보다 0.

11) 분석 어플리케이션을 이용하여 가시성 충돌실험을 하 게 되면 그림 10과 같이 스크린에 시각적 연결도를 색상 으로 표시하게 된다. 객석의 수가 6개이기 때문에 가장 많은 연결도를 보이 는 지점의 가시빈도는 최대 6으로 나타나게 되는데 ( 적색 마커 ), 이 지점은 6개소의 모든 객석에서 시지각이 가능 한 지점을 의미한다.

스크린을 가로 62, 세로 47로 나누었으므로, 총 노드의 수는 2914 개이며, 시점이 6개이므로, 차폐물이 없다면 총 17484 회 (2914 6) 의 시각적 연결이 가능해야 한다. 12) 그러나 ALT-1의 연산결과 실제로는 16605회만 시각적 연결이 이루어졌으므로, 가시율은 94.9725% 가 된다.

5 어플리케이션의테스트환경으로서설치되는객석의배치는가로 3행, 세로 2열의 6개의객석을두가지형태로설정하여가시성판정에의한결과데이터를얻어낼수있는지테스트하였다. ALT-1보다 105회시각적인연결이더많이발생했음을알수있다. 따라서엇갈림배치 (ALT-2) 의가시율은최종적으로 % 가되며, 직교배치 (ALT-1) 를했을때보다 % 의가시성향상을가져올것이라는정량적인측정이가능해진다. < 그림 10> 실험모델의분석결과화면 < 그림 9> 테스트를위한실험예시모델 두 가지 배치형태 중에 ALT-1은 < 그림 9> 와 같이 객석이 직교 (rectangle) 로 배치된 것이고 ALT-2는 각론 에서 제시하는 대로 가시성을 확보하기 위하여 앞줄과 뒷줄을 엇갈리게 배치한 것이다. 11) 분석 어플리케이션을 이용하여 가시성 충돌실험을 하 게 되면 그림 10과 같이 스크린에 시각적 연결도를 색상 으로 표시하게 된다. 객석의 수가 6개이기 때문에 가장 많은 연결도를 보이 는 지점의 가시빈도는 최대 6으로 나타나게 되는데 ( 적색 마커 ), 이 지점은 6개소의 모든 객석에서 시지각이 가능 한 지점을 의미한다. 가장 적게 보이는 지점은 4( 청색마 커 ) 로서, 4개의 객석에서만 시지각이 가능한 지점이며, 녹색으로 나타나는 마커는 5개의 객석에서만 보이는 지 점을 나타낸다. 만약 차폐물이 없다고 간주하였을 때 산출된 전체 가 능한 시각적 연결도와 차폐물에 의해 산출된 실제 가시 연결도의 비 ( 比 ) 는 가시율로 정의할 수 있다. 스크린을 가로 62, 세로 47로 나누었으므로, 총 노드의 수는 2914 개이며, 시점이 6개이므로, 차폐물이 없다면 총 회 (2914 6) 의 시각적 연결이 가능해야 한다. 12) 그러나 ALT-1의 연산결과 실제로는 16605회만 시각적 연결이 이루어졌으므로, 가시율은 % 가 된다. 13) ALT-2의 경우에는 최고 연결지점은 6회, 최저 연결지 점은 4회로 ALT-1과 동일하나, 가시연결은 16710회로서 11) 스크린의크기는 2000x1500 이고, 바닥에서 800 높이에있으며, 스크린까지의거리는가장앞열의의자끝으로부터 2,000 이다. 12) 실험모델의정점 (vertex) 의수는 786 이고, 면 (face) 의수는 1,236 이다. 면은노멀벡터를양면으로검사해야하기때문에 17,484 회의시각적연결도를측정함에있어서총 43,220,448 회의충돌검사를수행하게된다. 13) 역으로말한다면 879 회는시각적으로차단당한것이다. 3. 대안별가시도분석 분석환경의설정 대안에따른가시도의변화를측정하기위하여그림 11과같이예시공간을설정하였다. 54개의객석이가로 9열, 세로 6열로배치되어있고, 가로방향은 550간격, 세로방향은 1000간격으로설치되어있다. 실험예시와동일하게 크기의스크린이높이 800에위치해있으며, 객석과의간격은 2000이다. 시점의높이는시청각의자일때 1135, 극장객석일때 1175 지점에있으며, 시점의수는객석의수와동일한 54개이다. 14) 노드 ( 대상점 ) 는스크 < 그림 11> 예시모델의설정린을 30간격으로격자형으로분할하여, 총 7500개의노드군을형성하였다 스크린 ( 대상점 ) 의위치에따른변화객석그룹의위치가가시율측정에얼마나영향을미칠수있는가를파악하기위하여스크린을정중앙에서편심으로이동설치하여가시율의변화를파악해보았다. 건축적모듈인 300 단위를 3단계로측면으로이동시켜서가시율분석시뮬레이션을수행하였다. 역으로설명한다면스크린이고정된상태에서객석배치가불가피하게측면으로이동해야하는경우를의미한다. 이에 < 그림 12> 와같이 A는객 14) 객석에전원이앉아있다는 ( 만석 ) 것을의미한다 한국실내디자인학회논문집제 21 권 5 호통권 94 호 _

석정면정중앙이고, B는측면으로 +300, C는 +600, D는 +900 을편심으로이동시켜서각각의가시율을평가하였다. < 그림 12> 스크린의위치예시분석결과정중앙일때평균 27.33개의가시빈도를보이고있으며, 가시율은 50.61% 로분석되었다. 15) 편심으로 300을이동시켰을때 (B) 가시율 50.67%, 600 을이동시켰을때 (C) 가시율 50.

로분석해내는것도아직까지는시도된바가없다. 이에단차에따른가시율개선에대한시뮬레이션을수행하였다. 전절에사용된환경과동일한예시에단차가없을때와 100씩일때, 200씩일때의차이에따른가시성개선효과를분석하였다.

17) 앞좌석부터뒷좌석으로의단차를 100씩높인예시를분석하였을때, 스크린의각노드에는가장적게는 22회, 가장많게는 54회의시각적연결이발생하였다. 이는단차가없는경우인 19회보다 3회줄어든것으로스크린의모든지점은최소 22개의좌석에서는시지각됨을의미한다. 18) 가시율은 90.4479% 의가시율을보이는것으로분석되므로, 100만큼의단차는 6.

6 석정면정중앙이고, B는측면으로 +300, C는 +600, D는 +900 을편심으로이동시켜서각각의가시율을평가하였다. < 그림 12> 스크린의위치예시분석결과정중앙일때평균 27.33개의가시빈도를보이고있으며, 가시율은 50.61% 로분석되었다. 15) 편심으로 300을이동시켰을때 (B) 가시율 50.67%, 600 을이동시켰을때 (C) 가시율 50.01%, 900을이동시켰을때 (D) 49.72% 의가시율을보여 50% 를기준으로가시율은 ±1% 의근소한차이를보였다. 16) 도출된가시빈도를 < 그림 13> 과같이위치별로마킹하여위치별분석을하여도수직, 수평방향으로큰차이를보이지않았다. 이는차폐요소가격자형으로배치되어있기때문에상호간의간섭효과에의해사실상전체적인가시율의총합에큰차이가나타나지않는것으로보인다. 로분석해내는것도아직까지는시도된바가없다. 이에단차에따른가시율개선에대한시뮬레이션을수행하였다. 전절에사용된환경과동일한예시에단차가없을때와 100씩일때, 200씩일때의차이에따른가시성개선효과를분석하였다. 단차가없는경우에스크린에는최소 19 회, 최대 54 회의시각적연결이발생하였는데, 여기에서 54 회의시각적연결 ( 가시빈도 ) 이발생한지점은모든좌석에서시지각이되는부분이라고할수있고, 19 개가발생하는지점은 19 개의좌석에서만시지각이되는부분이다. 차폐물이없을때의가시빈도에대한차폐물에의한실제가시빈도의비율을계산하면 % 의가시율을보이는것으로분석된다. 17) 앞좌석부터뒷좌석으로의단차를 100씩높인예시를분석하였을때, 스크린의각노드에는가장적게는 22회, 가장많게는 54회의시각적연결이발생하였다. 이는단차가없는경우인 19회보다 3회줄어든것으로스크린의모든지점은최소 22개의좌석에서는시지각됨을의미한다. 18) 가시율은 % 의가시율을보이는것으로분석되므로, 100만큼의단차는 6.39% 의가시성개선효과를가져오는것으로파악되었다. 또한단차를 200씩두었을때는스크린의각노드에서최소 24회의시각적연결이가능해지며, 가시율은 % 로나타났다. 19) 이와동일한방법으로극장용의자를이용하여시뮬레이션하면다음 < 표 1> 과같은분석데이터가산출된다. < 표 1> 단차의차이에따른가시율의변화 시청각의자 극장의자 단차 최소 평균 연결빈도 가시율 단차없을때 , % 단차100일때 , % 단차200일때 , % 단차없을때 , % 단차100일때 , % 단차200일때 , % 분석데이터를통하여단차의크기가커질수록가시율이개선됨을알수있으며, 객석의단차와가시율의상관관계를이용하여 < 그림 14> 와같이기대가시곡선을만들수있다. < 그림 13> 스크린의위치에따른가시도분포 객석의단차에따른변화와예측 객석에서연단으로의시야를확보하기위해서는객석에단차를주는것이매우효과적임은익히알려져있는사실이나, 한정된공간 ( 室 ) 에서충분한단차를두기는쉽지않다. 또한단차가어느정도시야를확보해줄수있는가, 최적의가시성을위한최소의단차는얼마인가를정량적으 15) 가장적은가시빈도를보이는지점 ( 노드 ) 은 11 개이며, 전체적으로는시점과노드간에총 51,679 회의가시빈도가산출되었다. 16) B 일떄최소 10( 평균 회 ), C 일때최소 10 회 ( 평균 27 회 ), D 일때최소 10( 평균 회 ) 였다. < 그림 14> 시청각의자의단차에따른기대가시율곡선 17) 차폐물이없다면모든좌석에서의총 회의시각적연결이가능해야하지만, 시뮬레이션결과차폐물과의충돌없이스크린과시점이시각적으로연결된빈도는 회이다. 18) 스크린의각노드의연결평균값은 회이다. 19) 모든좌석의시점과스크린의모든노드와의시각적접속은단차 100 일때총 회, 단차가 200 일때총 회이었다. 한국실내디자인학회논문집제 21 권 5 호통권 94 호 _

7 우선가시곡선은차폐요소의면적이클수록경사와곡률이커지는것으로파악되었다. 좌측의시청각객석시뮬레이션에서는가시율이 100% 로예상되는지점은단차가 265 일때인것으로나타났으며, 극장객석시뮬레이션에서는단차가 292인것으로예측이가능하다. 따라서최소한이값의단차를주면, 전객석에서스크린에대한가시율이 100% 가될수있는것이며, 특정한가시율을전제로하여도동일한방법으로최소단차를계산해낼수있는것이다 영역에대한시지각분석 ( M ass Z oning) 지금까지의분석한가시도평가는스크린과같은면을대상으로하므로, 노드 (node) 군이하나의면에분포되는패싯조닝 (facet zoning) 이었다고할수있다. 그러나연극이나뮤지컬과같은공연은하나의면 (face) 이아닌 3차원의영역 (zone) 에서이루어기때문에대상군도면이아닌입체적인영역에서형성되므로노드군 ( 대상점 ) 이매스조닝 (mass zoning) 을이루게된다. 매스조닝과패싯조닝의개념은다음그림 15와같이정리할수있다. 이 분석에서는 모델을 11124개의 삼각면 (triangle) 으로 분해하여, 노멀벡터를 양면으로 계산해야 하기 때문에 하나의 시점과 노드 ( 대상점 ) 간의 가시성을 판단하는데 있어서는 22248회의 충돌판정을 거쳐야 한다. 노드의 수는 2차원 면 (facet) 보다 1차원이 더 늘어난 3차원 입방체를 형성하므로, 개의 노드로 이루어 진 대상군 ( 노드 ) 이 설정된다. 여기에 객석이 54개 (9 6) 이므로 회의 충돌판단을 22248개의 가상면에 대 하여 수행하여야 하기 때문에 약 1500억회가 넘는 충돌 판정연산이 필요하므로, 2차원 면을 대상으로 하는 분석 에 비하여 연산시간이 급증하게 된다. 21) 따라서 복잡한 오디토리움에 대하여 실제 산업적으로 활용되기 위해서 는 영역에 대한 분석은 충돌알고리즘에 대한 개선이나, 분석노드의 한정과 같은 추가적인 연구가 필요할 것으로 보인다. 단차가 없는 시청각실 객석을 대상으로 한 분석에서 가시율은 51.52% 로 나타났으며, 단차가 100인 경우에는 67.74%, 단차가 200인 경우는 81.81% 로 나타났다. < 표 2> 단차의차이에따른가시율의변화 시청각의자 단차 최소 평균 연결빈도 가시율 단차없을때 % 단차100일때 % 단차200일때 % 극장의자 단차없을때 % 단차100일때 % 단차200일때 % < 그림 15> 매스조닝과패싯조닝의차이 앞서 활용한 예시에 무대의 크기를 5000(w) 200(d) 로 설정하고, 단차가가장큰예시의가장뒤편객석의시점 높이인 1500(h) 까지를가시요구영역으로하여가시분석을 수행하면 그림 16과 같이 1차적 가시판정 결과가 나타난 다. 20) < 그림 16 > 노드의 Mass Zoning 에대한가시도분석 차폐율이큰극장의자의경우에는 < 표 2> 와같이단차의크기에따른가시율상승효과가더욱크게나타났다. 시청각의자의배치에서단차가없을때의가시율은 47.54% 이나, 단차가 200일때 80.61% 로나타나 200높이의단차의증가로인한가시율이 1.59배향상되지만극장의자는시청각의자의 1.7배로더욱크게향상되는것으로나타났다. 또한노드 ( 대상군 ) 가스크린 ( 패싯조닝 ) 일때보다입체영역 ( 매스조닝 ) 일때단차의차이는가시율에더욱큰향상을미치는것으로파악되었다. 대상군이패싯조닝일때는 1.15, 매스조닝에서는 1.16에불구하지만, 매스조닝은단차에의한가시율개선효과가 40% 정도향상된다. 이를 < 그림 17> 과같이기대가시율곡선으로표현할수있다. 시청각의자배치에서가시율이 100% 가되는예상점은단차가 350.6일때, 극장의자배치에서는 347.1일때로나타나며, 기대가시곡선이스크린 ( 패싯조닝 ) 보다가파르기때문에요구되는단차는더욱커지게된다. 20) 가장높은시점보다높은영역은전좌석에서당연히가시율 100% 가되기때문에분석에서제외한것이다. 21) 154,223,892,432 회로본연구자의컴퓨터에서는 33 분이소요되었다 한국실내디자인학회논문집제 21 권 5 호통권 94 호 _

8 정밀한분석이추후요구된다. 4. 결론 < 그림 17> 시청각의자의단차에따른기대가시율곡선 최소요구단차에대한검증 전장에서도출된가시율 100% 을위한최소요구단차를적용하여분석시뮬레이션을통해가시율을검증하였을때, 분석결과는표 3과같이나타났다. < 표 3> 단차의차이에따른가시율의변화 대상군 스크린 ( 패싯조닝 ) 무대영역 ( 매스조닝 ) 객석의종류 단차최소평균연결빈도가시율 시청각의자 % 극장의자 % 시청각의자 % 극장의자 % 시청각의자를배치의최종결과 ( 단차200) 에서단차를추가로 65 만큼높였을때, 가시율이 3% 정도향상되어가시율은 100% 에가까운 % 를얻을수있게된다. 또한극장의자는단차를 92만큼키우면 100% 의가시율을얻게된다. 반면에무대영역에대한가시율을 100% 에가깝게확보하려면이보다큰 150정도를추가로높여야하며, 각각 150.6( 시청각의자 ), 147.1( 극장의자 ) 만큼높였을때 97.18%( 시청각의자 ), 96.5%( 극장의자 ) 로가시율을향상시킬수있음을알수있다. 검증결과패싯조닝 ( 스크린 ) 분석은오차율이 1% 미만으로나타났으나, 매스조닝 ( 무대 ) 은최대 4.5% 까지나타나, 스크린과같은 2차원적인노드군 ( 패싯조닝 ) 에대한예측력이더욱강한것으로파악되었다. 그러나매스조닝도높이 1500 이하의부분만연산한것이므로, 실제적인무대영역의높이를모두포함한다면, 오차는절반수준이하일것으로판단된다. 이러한오차가발생하는이유는 2차곡선인기대가시율곡선의형태가단순 2차곡선이아닌 TCB변수 22) 를갖고있기때문인것으로짐작된다. 이에따른미미한오차가발생하는것으로보이지만, 이에대한추가적인 22) Tension, Continuity, Bias 본연구에서는객석의배치대안에따른가시도측정을위한분석방법론을제시하였다. 이방법은시점과대상점간의시각적연결선이차폐물에의해차단되는가를 3 차원그래픽시뮬레이션을통해파악해내는방법으로서, 이를어플리케이션으로직접구현하여예시모델을통한계량화된분석이가능함을파악하였다. 그결과격자형으로배열된객석에대하여서는스크린의수평적위치는가시성에큰영향을미치지않으며, 반면에객석간의단차는영향을크게미침을정량적인결과데이터로도출해내었다. 또한이러한영향은기대가시율곡선을통해최적선을예측할수있음을검증을통해증명하였다. 그러나본연구에서나타내는가시율은개념적인지표로서절대적인수치가아닌상대적지표의성격이크다. 또한상대값의격차또한설정되는대상군의설정에따라달라지므로대안간의비교를위한지표로활용되는것이적합하다. 이분석기술은실제와동일한가상모델에대한 3차원시뮬레이션기술이므로예시로사용된직교형배열이외에도, 아레나, 쓰리사이드, 프로시니엄등다양한종류의관람장의객석배치에모두적용이가능하다는장점이있다. 또한이분석기술은전산화모델이므로향후객체지향형캐드스시스템 (BIM) 의분석모델로도적합할것으로판단되며, 이에실제설계과정에서실시간적인가시성시뮬레이션도가능할것으로생각된다. 현재객석별로가시도를측정하는역방향시뮬레이션에대한연구가추가적으로진행중이다. 이를통해객석의등급 ( 위치 ) 별가시율측정, 배치대안에따른가시율개선효과를객석별로추출할수있을것으로기대된다. 또한향후더욱입체적인환경에서의분석검증과가시율의예측모델을구체화하는것이후속과제로추진될예정이다. 참고문헌 1. T urner, A.(20 07). U CL Depthmap 7: from isovist analysis to generic spatial network analysis. In New Developments in Sp ace S y ntax S oftw are 2. Mark Deloura. Game Programming Gems, 류광역, 정보문화사, 김영수, 건축계획각론, 도서출판서우, 김중근, 실내디자인총론, 기문당, 1994 [ 논문접수 : ] [1 차심사 : ] [2 차심사 : ] [ 게재확정 : ] 한국실내디자인학회논문집제 21 권 5 호통권 94 호 _

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<3035B1E8BCAEC5C220C6EDC1FD D E687770> 논문 CODE 20402 *** 다시점가시영역분석도구설정에관한기초연구 - 3D 게임엔진을이용한래스터연산방식을중심으로 - A study for the establishment of analysis tool for the visible area of three dimensional space - Based on the Raster operation using 3D