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퍼지이론 - 서론

1. 서 론

목 록

1. 서론

2. 퍼지 이론의 탄생과 발전

3. 퍼지 집합과 퍼지 논리

4. 퍼지 이론을 이용한 게임 캐릭터의 조종

게임에 등장하는 여러 캐릭터 중에서 플레이어가 직접 조작하는 캐릭터 외에는 프로그램내에서 적절하게 동작을 지시해 주어야 합니다.

단순하게 이미 정해진 패턴에 따라 움직이게 한다면 간단하고 프로그래밍도 쉽지만, 쉽게 컴퓨터가 조작하는 캐릭터의 동작을 외워 버리게 되고, 결국은 게임이 싱거워 집니다.

그래서 대개는 적당히 난수를 이용해서 너무 규칙적이지 않게 만들게 됩니다.

아니면 적절히 if문등을 이용해서 매 게임의 상황 (특히 플레이어가 조작하는 캐릭터의 동작) 에 따라 캐릭터의 동작을 지시해 주게 되는데, 일종의 인공지능이 도입 되는 거죠... 

흔히들 미로 찾기 비슷한 류의 게임이나 바둑이나 장기등의 보드 게임 나아가서 전략 시물레이션 게임에나 거창하게 인공 지능이 필요한 것으로 아는데 그렇지않습니다.

단지 정도의 차이일 뿐이지 대개의 게임들은 모두 다 인공지능적인 요소를 지니고 있습니다.

대표적으로 스파투류의 대전 게임을 보시면 사람들 간에 대전도 있지만, 컴퓨터와 겨룰 경우는 상당한 인공지능 기법이 필요합니다. 

사람과 사람이 겨루도록 디자인 된 게임이 아닌 이상 필연적으로 컴퓨터가 사람과 동등한 위치에서 제어를 할 대상들이 있게 마련입니다.

그런데 이런 류의 컴퓨터가 동작을 제어할 필요가 있는 게임을 한 번이라도 프로그래밍해 보신분들은 대개 if문등을 이용해서 하게 되는데, 동작을 지시하는 적절한 규칙을 만들어냅니다. 

그러니까 이런 경우는 이렇게하라, 저런 경우는 저렇게해라 식이죠.

그렇지만 동작을 좀 더 정교하게 하고 그럴싸하게 하려면 프로그래밍이 상당히 까다로와 지게 됩니다.

그래서 인공 지능 분야, 특히 자동 제어부분에서 요즈음 각광을 받고 있는 퍼지를 게임에서 이용하는 요령에 대해서 알려 드리고자 합니다. 

대충 퍼지의 개념에 대해 설명드리고, 이어서 게임내에서 이용하는 법을 설명 드리고자 합니다.


2. 퍼지 이론의 탄생과 발전

퍼지 이론이라는 말은 들어보지 못하셨더라도 퍼지 세탁기나 퍼지 밥통이라는 말은 광고등을 통해 많이 접하셨을 겁니다.

퍼지 이론이 이렇게 가전 제품에 응용이 될 정도로 각광을 받게 된것은 얼마 되지 않습니다.

그리고 실상 탄생 된 것도 얼마 되지 않은 이론이죠.

원래 퍼지 이론이라는 것은 이란 출신의 미국 수학자인 자데 교수가 196? 년에(기억이 가물~ ) 처음으로 제안한 수학 이론 입니다.

퍼지란 말의 뜻은 애매하다 모호하다 라는 그런 뜻입니다.

자데 교수의 말로는 옆집 여인이 자기 부인 보다 이쁜데, 고걸 수학적으로 표현할 방법이 없을까 하는 조금은 엉뚱한 계기로 시작 되었다고 합니다.

원래 자데 교수는 일종의 자동제어 분야에서 상당한 명성을 얻고 있던 학자이었는데도 자신의 분야가 계속 한계에 부딪히고 앞으로 나아가지 않는데 대해서 어떤 해결책을 찾고 있던 중이었답니다.

자데 교수는 그 원인이 기존 수학이론의 경직성에 있다고 판단했습니다.

즉 '예' 아니면 '아니오'의 단순한 이치 논리에 기반을 두고 있는 기존의 수학이론으로는 복잡성과 애매성을 지니는 실세계를 제대로 다룰 수 없다는 겁니다.

우리들이 고등학교에서 배우게 되는 소위 집합과 논리라는 부분이 수학의 제일 기초라는 것은 여러분도 잘 아실 겁니다.

결국은 모든 수학이 이를 기초로해서 쌓아진 학문체계입니다.

그런데 여러분은 처음에 집합과 논리를 배울때 뭔가 자신의 살아온 경험과는 다른 이상한 규칙을 접하게 됩니다.

대표적인 것이

문 ) 다음 중 집합인 것을 고르시오.

(1) 우리반에서 안경 쓴 사람의 모임 

(2) 우리반에서 키 큰 사람의 모임 

(3) 모여고에서 이쁜 여학생의 모임 

(4) 학생들이 존경하는 선생님들의 모임 ...........정답은 (1) 번이죠.

이걸 통해서 수학이 얼마나 엄정하고 애매성을 철저하게 배제하는 지를 배웁니다.

그리고 또 논리에 대해서 보면 

"너 저 여학생 좋아하니 ?" 

" 글쎄 , 좋아 하는 것 같기도 하고 아닌 것 같기도 하고"

그러면 수학을 잘하는 학생은 이럴 겁니다. 

" 야 임마 . 딱 부러지게 얘기해. 좋으면 좋다, 아니면 아니다. TRUE OR FALSE 로 답해 !" 

배운걸 잘 실천하는 수학 잘하는 학생을 칭찬할 게 아니라 뭔가 이상하다고 느끼지 않았습니까 ?

바로 자데 교수가 처음에 우리가 집합과 논리를 배울때 지녔던 이상함에 착안하여 우리의 실세계를 재대로 다룰려면 수학에도 애매성을 도입해야 된다고 주장한 것입니다.

그러니까 이쁜 여학생의 모임도 집합으로 인정해야 하고, "글쎄" 라는 것도 예 , 아니오와 함께 취급해야 한다는 겁니다.

그리하야 자데 교수는 퍼지 집합과 퍼지 논리라는 것을 발명(?) 을 했습니다.

그런데 이 새로운 수학 이론을 학계에 발표하자, 수많은 수학자들이 이에 비판을 가해 왔습니다.

자데 교수가 뭔가 수학자의 본분을 망각한게 아니냐, 애매한게 어떻게 수학이 될 수 있느냐 ? 수학을 모독하는 행위이다 . 등등 .. 

기존의 이치 논리에 익숙해 있던 서양의 돌대가리들은 고걸 도저히 수학이라고 인정할 수가 없었던 겁니다.

그러나 평소에 애매한 사고에 익숙해 있던 동양의 학자들은 그 이론을 접하자 동지를 만난 듯이 기뻤습니다.

그래서 퍼지 이론은 미국에서 생겨났지만 오히려 동양권에서 활발하게 연구 되기 시작했습니다.

그렇지만 동양이라고 해서 퍼지를 연구하는 학자들을 백안시 하지 않은 건 아닙니다.

역시 동양도 서양 학문을 공부해서 서양적인 사고에 물든 대다수의 수학자들은 퍼지를 연구하는 일단의 퍼지 학자들을 수학의 '수'자도 모르는 이상한 인간 취급을 했습니다.

그렇게 천대시 받던 퍼지 이론이 드디어 그 진가를 발휘하게 된 부분은 바로 응용 분야인 자동 제어였습니다. 

그리고 급기야 일본에서 퍼지 밥통이니 하는 것들을 만들어 냄으로써 비로소 일반인들에게도 알려 지게 되었죠.

몇 년 안된 아주 최근의 일이죠. 

사실 어떤 기계라던지 대상을 자동제어 하려면 우리는 필연적으로 컴퓨터의 도움을 받게 되는데, 이놈의 컴퓨터란 놈이 이치 논리에 기반을 두고 만들어진 놈이라 대상이 조금만 애매성을 지니면 상당히 까다로와 지게 됩니다. 

그렇지만 어디 세상이 딱 딱 부러지는 것만 있는 것도 아니고, 애매하고 복잡한 것들이 더 많죠.

간단한 실례를 들죠. 

여러분 아마 엑스포 전시장에서 퍼지 로봇이라는 것을 보았을 겁니다.

와인잔에 술을 담아서 층층이 쌓아놓은 쟁반을 경험 많은 웨이타들 처럼 아주 능숙하게 받치고 있는 로보트의 팔을요.

요 기다란 막대기 같은 팔만 있는 로보트가 바로 퍼지제어를 받는 겁니다.

만약 여러분이 기존의 프로그래밍 방식으로 쟁반에 올려진 술을 쏟아지지 않고, 균형 잡을 수 있는 제어 프로그램을 만든다고 합시다.

그러면 아마 슈퍼 컴퓨터를 동원해도 가능할까 싶은 엄청난 애매성과 복잡성을 만나게 됩니다. 

막대의 무게 중심은 어떻고 쟁반의 무게와 무게 중심 거기에 올려진 잔들의 무게와 무게 중심, 잔들의 정확한 배치, 중력에 의해서 각 물체들에 미치는 힘을 계산해야하고, 물체의 모양이 단순하지 않으므로 각 물체의 토크(회전력)라던지 , 관성 모멘트, 쟁반과 잔 사이의 마찰력, 잔들 사이의 마찰력, 주위의 공기의 밀도, 공기의 움직임(바람), 쟁반과 막대사이의 마찰력, 막대를 움직이는 모터의 관성 모멘트, 모터의 힘, 정확한 회전수, 모터 축의 마찰계수.... 

그리고 완전히 우리를 포기하게 만든는 것이 있는데, 술잔에 담겨있는 출렁거리는 액체(술).

한마디로 고도의 역학 이론과 모터를 정밀하게 제어 할 수 있는 제어 기술로서 시시 각각으로 변하는 물체들의 움지임을 측정하는 예민한 센서, 이들을 이용해서 제어 신호를 모터에 보낼 완벽한 프로그램, 마지막으로 이런 수많은 데이타를 눈 깜짝할 사이 보다 빠르게 실시간으로 계산 할 수 있는 초 슈퍼 컴퓨터. 

한마디로 완전히 불가능입니다.

그렇지만 퍼지 제어는 너무도 너무도 쉽게 이걸 해냅니다.

기적같이요. 

마치 웨이타가 중력이니 마찰력이니 역학이니 하는 것을 전혀 몰라도 잘 해내 듯이 위에 열거한 조건들을 몰라도 사람보다 더 잘해냅니다.

옆에서 누가 조금 쳐서 기울어 지더라도 금새 균형을 잡아 버립니다.

그럼 다음에는 실제 퍼지이론의 기초가 되는 퍼지 집합과 퍼지 논리에 대해서 알아보고, 위와 같은 복잡한 대상을 어떻게 실제로 제어 하는지 그 원리를 알아보겠습니다.

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