휴머노이드 얼굴의 눈물·윤기 표현 기술: “반짝임 1mm”가 생기를 만들고, 1단계만 과하면 언캐니가 됩니다

휴머노이드 얼굴 기술이 고도화될수록, 사용자들은 단순한 표정을 넘어 "표면 질감"에서 생기와 자연스러움을 판단합니다.
특히 눈의 촉촉함(눈물막, tear film)과 피부의 미세한 광택(윤기)은 로봇이 '살아있는 듯한' 인상을 주는지 여부를 강하게 결정합니다. 이 윤기 표현은 조금만 부족하면 플라스틱 인형처럼 보이거나, 조금만 과하면 기름이 번들거리는 듯한 불쾌한 인상(언캐니 밸리)을 유발하기 쉽습니다. 따라서 눈물과 윤기 표현 기술은 단순한 시각적 효과가 아니라, 사용자와 로봇 간의 신뢰, 친근감, 상호작용의 자연스러움을 결정하는 핵심 사용자 경험(UX) 요소입니다.

 

저는 이 분야에서 수년간 연구와 실무 경험을 쌓으며, 로봇 얼굴의 눈(tear film) 반사 원리, 피부 광택의 물리적 구현, 재질 및 환경적 요소를 종합적으로 분석해 왔습니다. 이 글에서는 저희 팀이 수립한 구현 옵션(코팅/텍스처/조명), 실패 사례, 그리고 장기적인 유지보수 기준을 실무자의 관점에서 정리합니다.

 

휴머노이드 얼굴의 눈물·윤기 표현 기술: “반짝임 1mm”가 생기를 만들고, 1단계만 과하면 언캐니가 됩니다

핵심 구현 전략 요약

• 눈물과 윤기는 단순한 '장식'이 아니라, 재질의 표면 거칠기(roughness)와 반사광(specular)을 정교하게 조절하여 생동감을 부여하는 기술입니다.
• 눈(안구)에는 빛을 모아주는 작고 강한 하이라이트가 필수적이며, 피부에는 빛을 은은하게 퍼트리는 넓고 약한 하이라이트가 핵심입니다.
• 안정적인 윤기 구현을 위해서는 다음 3가지 레이어를 통합적으로 관리해야 합니다.
  • 기저 재질: 실리콘, TPU 등 기본 재료의 광학적 특성.
  • 미세 패턴: 0.1mm 수준의 초미세 텍스처를 활용한 빛 분산.
  • 조명 환경: 실내외 조명 조건에 따른 동적 반응 설계.
• 운영 시 가장 흔한 문제인 오염과 잦은 마찰(닦임)로 인한 광택 변화에 대비하여 설계하는 것이 중요합니다.
• 과도한 윤기는 언캐니 밸리를 급격히 상승시키므로, '최대치 제한(Max Cap)'을 설계 정책으로 고정해야 합니다.

1) 눈물 및 윤기가 '생기'로 인식되는 물리적 근거

• 1) 사람의 눈은 '젖은 표면', 즉 눈물막(Tear Film)입니다
  • 인간의 안구 표면은 항상 얇은 눈물막으로 덮여 있습니다. 이 눈물막이 빛을 반사하여 만들어내는 작은 반짝임(하이라이트)을 우리는 '눈빛' 또는 '초점'으로 무의식중에 해석합니다.
  • 이 하이라이트가 없으면 눈이 탁해 보이며, 너무 과하면 플라스틱 유리구슬처럼 인공적으로 느껴집니다.
• 2) 피부 윤기는 '미세 거칠기(Roughness)' 조절의 결과입니다
  • 피부는 미세한 굴곡들이 들어온 빛을 사방으로 퍼지게(분산) 만들며 '부드러운 윤기'를 생성합니다.
  • 자연스러운 윤기는 이 거칠기 지수를 정교하게 제어하는 데서 시작합니다.
• 3) 윤기는 감정 해석의 '편향'을 만듭니다
  • 눈이 촉촉하거나 피부 윤기가 적절할 때 로봇에 대한 생동감, 공감대 형성 가능성이 올라가며, 지나치게 광택이 강하면 위압감이나 불쾌감을 줄 수도 있어 제어가 필요합니다.

2) 눈 윤기 구현: 핵심은 '작고 강한' 초점 하이라이트

• 핵심 목표
  • 동공 및 각막 영역에 크기는 작고 선명도는 높은 스페큘러 하이라이트를 만드는 것입니다. 하이라이트가 너무 크고 번지면 유리 눈처럼 왜곡되어 보입니다.
• 저희가 테스트한 주요 구현 전략 3가지
  • 전략 A: 투명 클리어 코트(Clear Coat)로 각막 모방
    • 장점: 눈에 '젖은' 느낌을 가장 빠르게 부여하고 눈빛이 살아납니다.
    • 단점: 조명 각도에 따라 번들거림이 과해질 수 있어 최대치(예: 0.7 스케일 이하)를 설정하는 룰이 필수입니다.
  • 전략 B: 미세 요철(Micro Pattern)을 활용한 하이라이트 크기 제어
    • 장점: 초미세 패턴(약 0.05mm ∼ 0.1mm 수준)을 각막 재질에 새겨 넣어 빛을 분산시키면, 하이라이트의 크기가 자연스럽게 작아지고 부드러워집니다.
    • 단점: 패턴이 과하면 눈이 전체적으로 뿌옇게(Milkiness) 보이는 부작용이 생깁니다.
  • 전략 C: 조명 인식 기반의 동적 하이라이트 설계
    • 장점: 주변 조명을 감지하여 실내외 환경에서도 일관된 인상을 유지하기 좋습니다.
    • 단점: 하드웨어와 소프트웨어의 복잡도가 높아지고 조명 의존도가 커집니다.
• 운영 팁
  • 눈 윤기는 상황(대화/안내/대기)에 따라 강도를 조절하는 것이 가장 안전합니다. 예: 대화 시 윤기 강도 0.6, 대기 시 0.3 같은 정책을 두면 과잉 반짝임을 효과적으로 제어할 수 있습니다.

3) 피부 윤기 구현: '넓고 약한' 부위별 하이라이트 분리

• 피부 윤기의 핵심은 roughness (거칠기) 지수 제어입니다
  • 젖은 표면처럼 보이게 하려면 일반적으로 거칠기 지수를 낮추고, 반사광(Specular)이 살아나게 만들어야 합니다.
  • 다만 얼굴 전체를 동일한 윤기로 만들면 "기름칠"처럼 보이기 쉬우므로, 인체 데이터 기반의 부위별 윤기 분리가 필수적입니다.
• 부위별 윤기 권장 전략 (5년 이내 실무 데이터 기반)

  부위	권장 Roughness 지수 (상대 스케일)	구현 시 유의사항
  이마/코	상대적으로 낮음 (∼ 0.3)	윤기가 높아도 자연스럽게 받아들여지기 쉬움.
  볼/광대	상대적으로 높음 (∼ 0.6)	윤기가 과하면 '번들거림' 인상이 빠르게 티가 나므로 보수적 접근.
  입가/턱	중립적이지만 내구성 중요 (∼ 0.4)	표정 변화 및 접촉이 잦아 코팅이 닳기 쉬워 내마모 설계가 최우선.

• 재질 기반 접근
  • 실리콘 자체의 표면 특성 위에 상부 코팅(Top Coating)을 조합하여 최종 톤을 맞춥니다.
  • 운영에서는 '자주 닦이면 광택이 변하는' 현상이 가장 큰 변수이므로, 코팅의 내마모 전략이 중요합니다.

4) 코팅 & 표면 설계: '젖음'과 '자연스러움'의 역할 분리

• 1) 코팅 레이어 (Wet Look & 보호)
  • 역할: 빛을 강하게 반사하는 하이라이트를 만들고, 오염을 덜 타게 표면을 보호하는 목적이 큽니다.
  • 주의: 코팅이 너무 두껍거나 균일하면 인공광이 강하게 반사되어 언캐니가 커질 수 있습니다.
• 2) 미세 패턴 레이어 (Softness & Dispersion)
  • 역할: 코팅이 만든 강한 하이라이트를 미세 텍스처(약 0.1mm 수준의 굴곡)가 받아 '퍼뜨려서' 부드러운 윤기로 만듭니다.
  • 장점: 조명 각도가 바뀌어도 표면 인상이 급변하지 않습니다.
• 3) 조명 대응 레이어 (Consistency)
  • 역할: 실내 조명과 실외 자연광에서 로봇 얼굴이 '같은 인상'을 유지하도록 시스템적으로 보정합니다.
  • 결론: 윤기 품질은 재질만이 아니라 환경 조명 시스템을 아우르는 통합적인 영역입니다.

5) 유지보수 관점: 윤기는 '시간에 따른 변화'를 전제로 설계해야 합니다

• 1) 오염 (Contamination)
  • 손기름, 먼지, 세정제 잔여물 등이 모두 표면의 roughness 지수를 바꿔 광택을 변화시킵니다.
  • 오염 상태에 따라 '번들거림'이 갑자기 비정상적으로 증가할 수 있습니다.
• 2) 닦임 (Abrasion/Wiping)
  • 잦은 청소 과정에서 표면을 반복적으로 닦으면 광택이 미세하게 달라지고, 특정 부위만 반짝이는 '광택 패치(Patch)'가 생길 수 있습니다.
  • 특히 입가/코 주변은 변화가 가장 빠르게 누적됩니다.
• 점검 및 대응 루틴 (예시)
  • 주 1회: 하이라이트의 비정상적인 '광택 패치' 여부 육안 점검
  • 월 1회: 동일한 촬영 조건에서 전후 비교 사진으로 광택 변화 정량 추적
  • 이슈 발생 시: 코팅 재도포보다 먼저 표면 세정 및 오염 제거 프로세스가 정확한지 확인해야 합니다.

6) 5년 이내 실무 기반의 실패 사례 7가지

• 사례 1: 눈 하이라이트 크기 제어 실패로, 눈 전체가 유리구슬처럼 반짝여 불쾌감을 주었습니다.
• 사례 2: 얼굴 전체 roughness 지수를 너무 낮춰 마치 기름을 바른 듯한 '번들거림' 인상을 주었습니다.
• 사례 3: 코 부분의 재질 반사 특성 제어 실패로, 조명 각도에 따라 코만 과도하게 빛나 시선이 코로 고정되었습니다.
• 사례 4: 닦임 누적으로 입가나 턱 주변의 광택이 주변보다 높아져 인공적인 '패치' 형태로 도드라졌습니다.
• 사례 5: 두꺼운 코팅으로 인해 0.5mm 이하의 미세 표정 변화가 시각적으로 둔화되고 뭉개졌습니다.
• 사례 6: 실외 UV/오염 노출로 코팅이 변색되고 광택이 불균일해져, 피부톤과 광택의 경계가 도드라졌습니다.
• 사례 7: 상황과 무관하게 윤기 강도가 항상 높게 유지되어 '과잉 생기'로 해석되며 언캐니 밸리가 증가했습니다.

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결론: 윤기는 제어된 생기입니다

• 눈물과 윤기는 휴머노이드 얼굴을 '살아있는 존재'처럼 보이게 만드는 가장 강력한 요소이지만, 동시에 언캐니 밸리를 가장 빠르게 키우는 위험 요소이기도 합니다.
• 눈은 '작고 강한 하이라이트', 피부는 '넓고 약한 하이라이트'라는 핵심 원칙을 기준으로, 코팅·미세 패턴·조명 대응을 레이어로 분리해 설계하는 것이 안정적입니다.
• 장기적인 운영 환경을 전제로, 초기 설계 단계부터 점검 루틴과 광택 최대치 제한을 정책으로 고정하여 신뢰와 자연스러운 인상을 유지해야 합니다.

Q&A

Q1) 윤기를 많이 주면 왜 바로 언캐니가 됩니까

• 인간의 피부는 부위별 광택이 다르고, 빛을 은은하게 퍼트리는 미세 거칠기(roughness) 특성이 있습니다.
• 얼굴 전체를 균일하고 강하게 번들거리게 만들면, 우리의 뇌는 이를 플라스틱, 오일 등 인공적인 재질로 해석하기 때문에 불쾌감(언캐니)을 느낍니다.

Q2) 눈 윤기는 어디에 넣는 것이 가장 효과적입니까

• 눈의 동공과 각막 영역에 들어가는 '작고 선명한 하이라이트'가 가장 중요합니다.
• 이 하이라이트가 시선과 초점을 만들어내며, 하이라이트가 커지거나 번지면 유리 눈처럼 보이게 됩니다.

Q3) 코팅만으로 자연스러운 윤기를 해결할 수 있습니까

• 아닙니다. 코팅은 반사광을 만들 수 있지만, 자연스러움은 미세 패턴(텍스처)과 주변 조명 환경에 대한 대응이 함께 이루어져야만 안정적입니다.

Q4) 윤기 품질이 시간이 지나며 깨지는 가장 흔한 원인은 무엇입니까

• 오염(손기름, 세정제 잔여물)과 닦임(마찰)의 누적입니다.
• 특히 입가와 코 주변처럼 접촉이 잦은 구역에서 광택의 변화가 가장 빠르게 나타납니다.

Q5) 실내/실외에서 윤기 인상이 달라지는데 어떻게 해야 합니까

• 조명 환경이 바뀌면 하이라이트가 변하는 것은 자연스러운 현상입니다.
• 재질 개선 외에도, 조명 시스템이 하이라이트 강도를 제어하거나 '최대 반짝임 제한'을 정책으로 설정하여 환경 변화에도 인상의 일관성을 유지하는 것이 중요합니다.

참고로, 관람객이나 사용자가 가까이 접근하여 상호작용하는 체험형 환경에서는 윤기를 '예쁘게' 연출하는 것보다 '부담스럽지 않게' 연출하는 데 초점을 맞추는 것이 사고를 줄입니다.
특히 어린이, 고령층 등 민감한 사용자 대상이라면 과도한 반짝임이 위압감으로 해석될 수 있으므로, 보다 보수적인 설계 접근이 안전합니다.