Booil Jung

Webots 로봇 시뮬레이터

Webots 로봇 시뮬레이터에 대한 포괄적이고 심층적인 분석을 제공한다. Webots는 성숙하고 안정적이며 전문가 수준의 로봇 시뮬레이터로, 사용자 친화적인 그래픽 사용자 인터페이스(GUI), 뛰어난 리소스 효율성, 그리고 다중 프로그래밍 언어에 대한 강력한 지원으로 차별화된다. 1996년 스위스 로잔 연방 공과대학교(EPFL)에서 학술 연구용으로 시작하여 1998년부터 Cyberbotics사에 의해 상용 소프트웨어로 개발되다가, 2018년 아파치 2.0 라이선스로 전환하며 오픈 소스 생태계에 합류했다. 이러한 독특한 발전 경로는 20년간의 상용 개발을 통해 축적된 안정성과 완성도를 오픈 소스의 유연성 및 접근성과 결합시키는 결과를 낳았다.

주요 분석 결과:

핵심 권장 사항:

안정성, 크로스플랫폼 호환성, 사용 편의성, 그리고 리소스 효율성을 우선시하는 연구자 및 개발자에게 Webots는 매우 강력한 선택지가 될 수 있다. 특히 로봇 시뮬레이션에 새로 입문하거나 전통적인 ROS 중심의 파이프라인에서 벗어난 프로젝트를 진행하는 경우, Webots는 Gazebo의 매력적인 대안으로서 적극적으로 고려될べき이다.

Webots의 설계 철학과 기술적 특성을 이해하기 위해서는 그 역사적 발전 과정과 핵심 기술 스택에 대한 깊이 있는 분석이 선행되어야 한다. 본 섹션에서는 Webots의 기원부터 오픈 소스로의 전환 과정, 그리고 시뮬레이터를 구성하는 기술적 기반을 상세히 다룬다.

Webots의 핵심은 현대적인 GUI, 맞춤형 물리 엔진, 그리고 고성능 렌더링 엔진이라는 세 가지 기술적 기둥의 조합으로 이루어져 있다.8

속성 사양 출처
최초 출시 1996 6
오픈 소스 전환 2018년 12월 6
라이선스 Apache 2.0 6
개발사 Cyberbotics Ltd. 6
핵심 구성요소 GUI (Qt), 물리 엔진 (ODE 포크), 렌더링 엔진 (wren/OpenGL 3.3) 8
지원 운영체제 Windows, macOS, Linux 6
주요 프로그래밍 언어 C, C++, Python, Java, MATLAB 8
월드 파일 형식 .wbt (VRML 기반) 6

Webots에서 로봇을 프로그래밍하고 제어하는 아키텍처는 다중 언어 지원과 명확한 API 구조를 통해 개발자에게 높은 유연성과 안정성을 제공한다. 본 섹션에서는 컨트롤러 아키텍처, API 구현 방식, 그리고 외부 시스템과의 연동성을 분석한다.

다양한 언어를 지원하고 컨트롤러를 독립 프로세스로 실행하는 아키텍처는 진입 장벽을 낮추고 시스템의 견고성을 높이는 이중의 효과를 가진다. AI/ML 연구자(주로 Python 사용)부터 제어 시스템 엔지니어(MATLAB, C++)까지 다양한 기술 스택을 가진 연구팀이 단일 플랫폼에서 협업할 수 있다. 이러한 유연성과 안정성의 조합은 Webots를 다학제적 팀에게 매우 실용적이고 합리적인 선택으로 만든다.

기능 C++ 예시 Python 예시 Java 예시
헤더/모듈 임포트 #include <webots/Robot.hpp> from controller import Robot import com.cyberbotics.webots.controller.Robot;
로봇 인스턴스 생성 webots::Robot *robot = new webots::Robot(); robot = Robot() Robot robot = new Robot();
메인 루프 while (robot->step(timeStep)!= -1) {... } while robot.step(timeStep)!= -1: while (robot.step(timeStep)!= -1) {... }
장치 핸들 획득 webots::DistanceSensor *ds = robot->getDistanceSensor("ds0"); ds = robot.getDevice("ds0") DistanceSensor ds = robot.getDistanceSensor("ds0");
센서 활성화 ds->enable(timeStep); ds.enable(timeStep) ds.enable(timeStep);
센서 값 읽기 double value = ds->getValue(); value = ds.getValue() double value = ds.getValue();

Webots의 진정한 가치는 물리적 현상을 시뮬레이션하는 능력과 이를 뒷받침하는 방대한 자산 라이브러리에 있다. 본 섹션에서는 Webots가 제공하는 물리 시뮬레이션의 깊이, 센서와 액추에이터의 충실도, 그리고 즉시 사용 가능한 환경 및 자산 생태계를 상세히 분석한다.

Webots의 자산 생태계는 신속한 프로토타이핑을 지원하고 복잡한 시뮬레이션의 진입 장벽을 낮추기 위해 의도적으로 설계되었다. 방대한 센서, 액추에이터, 상호작용 객체, 그리고 완성된 환경 라이브러리는 3D 모델링 전문가가 아니더라도 누구나 정교한 시뮬레이션을 빠르게 구성할 수 있게 한다.6 이는 교육 현장이나 애자일 개발 방식의 산업계에서 “첫 실험까지 걸리는 시간”을 극적으로 단축시키는 핵심 요소이다.

더 나아가, PROTO 파일의 메타데이터 시스템은 이러한 자산 생태계를 확장 가능하고 검색 가능한 라이브러리로 만드는 기반이 된다. PROTO 설계 가이드라인에는 license, documentation url, tags(deprecated 등), keywords(robot/wheeled 등)와 같은 구조화된 메타데이터 스키마가 포함되어 있다.25 이는 단순한 파일 정리를 넘어,

webots.cloud와 같은 웹 기반 자산 데이터베이스의 백엔드 데이터 모델 역할을 한다. Cyberbotics는 개발자들이 이러한 메타데이터를 추가하도록 장려함으로써, 방대하지만 때로는 정돈되지 않은 Gazebo의 모델 저장소와 경쟁할 수 있는, 잘 정리된 커뮤니티 기여 자산 라이브러리를 구축하는 장기적인 전략을 실행하고 있다.

Webots는 그 유연성과 안정성을 바탕으로 학계, 산업계, 교육 현장 전반에 걸쳐 광범위한 영향력을 미치고 있다. 본 섹션에서는 구체적인 프로젝트와 연구 사례를 통해 Webots가 각 분야에서 어떻게 활용되고 있는지 심도 있게 조명한다.

Webots의 가치는 아이디어 구상부터 실제 구현에 이르는 전체 파이프라인에 걸쳐 있다. 학술 연구(군집 지능)에서 시작된 아이디어가 산업 프로토타입(자율 채굴 차량)으로 발전하고, 산업 표준 도구(Matlab/Simulink)로 검증되며, 최종 제품의 운용자 훈련(원자력 로봇)에까지 사용된다. 이처럼 연구, 개발, 훈련 단계에서 도구를 전환할 필요가 없다는 연속성은 마찰을 줄이고 오류 가능성을 낮추는 강력한 이점이다. 또한, 르노(자동차 안전), 디스탈모션(수술 로봇), INTRA 그룹(원자력 안전)과 같은 고위험 산업 분야에서의 성공적인 도입 사례는 Webots의 안정성, 결정론적 특성, 물리적 충실도에 대한 높은 신뢰를 방증한다. 이는 Webots가 사용자 친화적인 인터페이스를 가졌음에도 불구하고 전문가 수준의 “진지한” 프로젝트에 충분히 신뢰할 수 있는 도구임을 증명하는 강력한 실증적 증거이다.

로봇 시뮬레이터 선택은 프로젝트의 성패를 좌우할 수 있는 중요한 결정이다. 본 섹션에서는 정성적인 사용자 경험과 정량적인 성능 벤치마크 데이터를 종합하여 Webots를 주요 경쟁 시뮬레이터들과 비교 분석한다.

이러한 정성적인 사용자 경험의 차이는 실질적인 개발 효율성으로 이어진다. Webots의 직관적인 UI와 명확한 문서는 개발자의 “학습 곡선”과 “프로토타이핑 시간”을 직접적으로 단축시킨다. 혼란스럽고 오래된 문서나 투박한 씬 편집기와 씨름하는 개발자는 로봇 공학 문제를 해결하는 대신 도구와 싸우는 데 시간을 낭비하게 된다. 따라서 벤치마크가 CPU 사이클과 메모리를 측정하는 동안, 정성적인 장점은 개발자의 시간을 절약하여 프로젝트 완료를 앞당기고 비용을 절감하는, 정량화하기 어렵지만 매우 중요한 실질적 가치를 창출한다.

정량적 데이터는 “최고의” 시뮬레이터가 단 하나가 아님을 명확히 보여준다. 각 시뮬레이터는 특정 영역에서 강점을 보인다. CoppeliaSim은 모션 정확도에서, Isaac Sim은 GPU 가속 강화학습에서, Gazebo는 깊은 ROS 통합에서 두각을 나타낸다. 이러한 맥락에서 Webots의 핵심 가치는 균형 잡힌 성능과 효율성에 있다. 모든 단일 지표에서 최고는 아닐지라도, 안정성, 리소스 사용량, 사용 편의성 등 전반적인 측면에서 일관되게 우수한 성능을 보여주어, 실용적이고 범용적인 선택지로서의 입지를 확고히 한다.

기능 Webots Gazebo (Ignition) Isaac Sim CoppeliaSim
라이선스 Apache 2.0 Apache 2.0 NVIDIA License Proprietary (Edu/Free versions)
주요 물리 엔진 ODE (Custom Fork) ODE, Bullet, DART, Simbody NVIDIA PhysX Bullet, ODE, Vortex, Newton
ROS/ROS2 지원 우수 매우 우수 (네이티브) 우수 우수
주요 강점 안정성, 리소스 효율성, 사용자 친화성, 크로스플랫폼 깊은 ROS 통합, 방대한 커뮤니티, 모듈성 GPU 가속, RL/AI 최적화, 사실적 렌더링 높은 유연성, 스크립팅, 모션 정확도
주요 약점 복잡한 주제에 대한 문서 부족 가능성 가파른 학습 곡선, 오래된 정보, 높은 리소스 사용량 높은 하드웨어 요구사항 (NVIDIA GPU), Linux 전용 일부 기능은 유료, 학습 곡선
주요 사용 사례 교육, 학술 연구, 신속 프로토타이핑, 군집 로봇 ROS 기반 연구 및 개발, 실외 환경 대규모 RL 훈련, 합성 데이터 생성, 디지털 트윈 산업 자동화, 정밀 모션 시뮬레이션
지표 Webots Gazebo CoppeliaSim (V-REP) 출처 연구
CPU 사용량 (NAO 내비게이션) ~11.05% (최저) ~42.38% ~20.65% 2
메모리 사용량 (NAO 내비게이션) ~176.6 MB (최저) ~203.64 MB ~212 MB 2
안정성/반복성 (ROS2 조작) 높음 (최상위 그룹) 높음 (Ignition, 최상위 그룹) - 1
모션 정확도 (Husky A200) - 좋음 (2위) 매우 좋음 (1위) 32

현대 로보틱스의 가장 중요한 두 가지 과제는 지능형 에이전트를 훈련시키는 것과 시뮬레이션된 결과를 현실 세계로 이전하는 것이다. 본 섹션에서는 이 두 가지 첨단 분야에서 Webots가 제공하는 역량과 프레임워크를 탐구한다.

Webots는 DRL 채택의 “선순환 구조”에 진입했다. 그 핵심 아키텍처(슈퍼바이저, 결정론)가 DRL에 적합했기 때문에 초기 연구자들이 이를 DRL 프로젝트에 사용하기 시작했다. 이는 더 나은 통합의 필요성을 낳았고, deepbots와 같은 커뮤니티 도구의 개발로 이어졌다. 이 도구들은 다시 새로운 연구자들이 Webots를 DRL에 채택하는 것을 더 쉽게 만들어, 긍정적인 피드백 루프를 형성하고 있다. 비록 Isaac Sim이 GPU 가속 DRL의 선두주자로 여겨지지만, Webots는 CPU 기반의 리소스 효율적이고 접근성 높은 DRL 플랫폼으로서 강력한 틈새 시장을 구축하고 있다.

Webots의 성숙한 Sim-to-Real 프레임워크는 완전한 시스템 개발에 있어 핵심적인 차별점이다. 많은 시뮬레이터가 제어 알고리즘을 생성할 수 있지만, Webots는 그 알고리즘을 실제 하드웨어에 배포하기 위한 완전하고 문서화된, 오랜 역사를 지닌 툴체인을 제공한다. 디버깅과 테스트를 위한 원격 제어, 최종 배포를 위한 교차 컴파일을 모두 명시적으로 지원하는 것은 전체 워크플로우를 포괄한다. 현실에 맞게 시뮬레이션을 “튜닝”해야 한다는 실용적인 조언은 이 분야의 어려움에 대한 깊고 실질적인 이해를 보여준다. 이는 최종 목표가 물리적 프로토타입인 프로젝트에 Webots를 특히 강력한 선택지로 만든다.

본 보고서의 분석을 종합하여, Webots에 대한 최종적인 전문가 평가와 다양한 사용자 프로필에 맞춘 권장 사항을 제시한다. 이는 새로운 데이터를 도입하기보다는, 제시된 증거들을 바탕으로 고차원적인 전략적 결론을 도출하는 데 중점을 둔다.

Webots는 틈새 독점 도구에서 주요 오픈 소스 경쟁자로 성공적으로 진화했으며, 20년간의 전문적인 완성도와 현대적인 오픈 소스의 유연성을 독특하게 결합했다. 그 핵심 강점은 사용자 친화적인 GUI, 견고한 안정성, 높은 리소스 효율성, 그리고 폭넓은 다중 언어 지원이라는 균형 잡힌 특징에 있다. 모든 단일 지표에서 최고는 아니지만, 안정성과 효율성의 정량적 벤치마크에서는 지속적으로 최상위 성능을, 사용 편의성과 문서 명확성의 정성적 평가에서는 선두를 차지한다. 또한, 그 아키텍처는 DRL과 같은 고급 응용 분야에 근본적으로 적합하며, Sim-to-Real 전환이라는 핵심 과제를 위한 성숙하고 검증된 프레임워크를 갖추고 있다.

Webots는 아파치 2.0(Apache 2.0) 라이선스 하에 배포된다.6 이 라이선스는 사용자에게 소프트웨어와 그 소스 코드를 어떤 목적으로든, 상업적 응용을 포함하여, 무료로 사용, 수정, 배포할 권한을 부여한다. 이는 파생 저작물에 대해 동일한 오픈 소스 라이선스를 강제하지 않는 “허용적(permissive)” 라이선스이다. 따라서 Webots는 독점적인 상용 제품을 개발하는 데 안전하게 사용될 수 있다. 단, 일부 특정 자산은 더 제한적인 “Webots Assets license” 하에 배포될 수 있으나, 이는 관련 파일에 명확히 명시되어 있다.11

Webots는 Windows, macOS, Linux 운영체제를 모두 지원하며, 공식 웹사이트에서 각 플랫폼에 맞는 설치 파일을 다운로드할 수 있다.8 설치 과정은 대체로 간단하지만, 몇 가지 유의사항이 있다.

Webots 사용자는 다양한 공식 및 커뮤니티 채널을 통해 지원을 받거나 커뮤니티에 참여할 수 있다.

  1. A Systematic Comparison of Simulation Software for Robotic Arm Manipulation using ROS2, accessed July 22, 2025, https://www.alphaxiv.org/overview/2204.06433v1
  2. (PDF) A Comparison of Humanoid Robot Simulators: A Quantitative …, accessed July 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/347629578_A_Comparison_of_Humanoid_Robot_Simulators_A_Quantitative_Approach
  3. Why is Gazebo very famous in the ROS community? what about Webots?, accessed July 22, 2025, https://discourse.ros.org/t/why-is-gazebo-very-famous-in-the-ros-community-what-about-webots/42459
  4. Research papers relying on Webots #2621 - GitHub, accessed July 22, 2025, https://github.com/cyberbotics/webots/discussions/2621
  5. Webots documentation: Transfer to your own Robot, accessed July 22, 2025, https://cyberbotics.com/doc/guide/transfer-to-your-own-robot
  6. Webots - Wikipedia, accessed July 22, 2025, https://en.wikipedia.org/wiki/Webots
  7. cyberbotics/webots: Webots Robot Simulator - GitHub, accessed July 22, 2025, https://github.com/cyberbotics/webots
  8. Cyberbotics: Robotics simulation with Webots, accessed July 22, 2025, https://cyberbotics.com/
  9. Cyberbotics Ltd. Webots Reviews, Price, Use-cases, Compare… - QVIRO, accessed July 22, 2025, https://qviro.com/product/cyberbotics-ltd/webots-cyberbotics
  10. 3.8. Webots - Vulcanexus 1.0.0 documentation, accessed July 22, 2025, https://docs.vulcanexus.org/en/humble/rst/introduction/tools/webots.html
  11. Webots documentation: License Agreement - Cyberbotics, accessed July 22, 2025, https://cyberbotics.com/doc/guide/webots-license-agreement
  12. Webots Robot Simulator - Robotics for Creative Practice - Fall 2022, accessed July 22, 2025, https://courses.ideate.cmu.edu/16-375/f2022/ref/text/resources/Webots.html
  13. An Application Example of Webots in Solving Control Tasks of Robotic System, accessed July 22, 2025, https://www.mas.bg.ac.rs/_media/istrazivanje/fme/vol41/2/10_pmandic.pdf
  14. Introduction to Webots, accessed July 22, 2025, https://cyberbotics.com/doc/guide/introduction-to-webots
  15. Tutorial 1: Your First Simulation in Webots (30 Minutes), accessed July 22, 2025, https://cyberbotics.com/doc/guide/tutorial-1-your-first-simulation-in-webots
  16. Webots documentation: Technical-Questions 2021, accessed July 22, 2025, https://cyberbotics.com/doc/discord/technical-questions-2021
  17. Webots documentation: Demos, accessed July 22, 2025, https://cyberbotics.com/doc/guide/samples-demos
  18. Webots documentation: Controller Programming - Cyberbotics, accessed July 22, 2025, https://cyberbotics.com/doc/guide/controller-programming
  19. Webots documentation: Keyboard, accessed July 22, 2025, https://cyberbotics.com/doc/reference/keyboard
  20. (PDF) WebotsTM: Professional Mobile Robot Simulation - ResearchGate, accessed July 22, 2025, https://www.researchgate.net/publication/221702459_WebotsTM_Professional_Mobile_Robot_Simulation
  21. Cyberbotics Ltd. Webots : Professional Mobile Robot Simulation - arXiv, accessed July 22, 2025, https://arxiv.org/pdf/cs/0412052
  22. webots.cloud - home, accessed July 22, 2025, https://webots.cloud/
  23. Webots: Robot Simulator - Reddit, accessed July 22, 2025, https://www.reddit.com/r/Webots/
  24. Environments - Webots documentation, accessed July 22, 2025, https://cyberbotics.com/doc/guide/samples-environments
  25. Webots documentation: PROTO Design Guidelines, accessed July 22, 2025, https://cyberbotics.com/doc/reference/proto-design-guidelines
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  33. How to pick a mobile robot simulator: A quantitative comparison of CoppeliaSim, Gazebo, MORSE and Webots with a focus on accuracy of motion - GitHub, accessed July 22, 2025, https://github.com/offroad-robotics/robot-simulator-comparison
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