직접 돌려 보다
산불 확산 시뮬레이터 만들기

앞 차시까지 우리는 현상을 '모델'로 바꾸는 법을 배웠어요. 이제 그 모델을 실제로 컴퓨터가 돌릴 수 있는 '규칙(코드)'으로 옮겨 직접 실행해 볼 차례예요. 산불은 직접 내볼 수 없지만, 격자 한 칸 한 칸에 단순한 규칙만 주면 컴퓨터 속 숲은 얼마든지 태워 보고 되살릴 수 있어요. 돌려 보고, 관찰하고, 고치는 반복 — 그것이 시뮬레이션의 진짜 묘미예요.

복잡한 산불도, 알고 보면 '한 칸이 옆 칸에게 미치는 단순한 규칙'의 반복으로 흉내 낼 수 있어요. 숲을 바둑판 같은 격자로 나누고, 각 칸의 상태를 빈땅·나무·불·탄자리 넷 중 하나로 둡니다. 그리고 '불붙은 칸의 이웃 나무는 확률 p로 다음 스텝에 불이 옮는다' 같은 규칙을 모든 칸에 동시에 적용해요. 이렇게 칸(cell)들이 규칙(rule)에 따라 매 스텝 상태를 바꾸는 모델을 셀룰러 오토마타라고 불러요. 핵심은 전체를 한꺼번에 설계하지 않고, '한 칸의 규칙'만 잘 정하면 전체 그림이 저절로 떠오른다는 점이에요.

규칙을 곧장 코드로 적기 전에, '사람이 읽는 말'과 '컴퓨터가 읽는 코드'의 중간 언어인 의사코드(pseudocode)로 먼저 정리하면 실수가 줄어요. 시뮬레이션에서 특히 중요한 건 '모든 칸을 동시에 갱신한다'는 점이에요. 그래서 현재 격자를 보고 결과를 새 격자(next)에 쓴 다음, 한꺼번에 바꿔치기해요. 안 그러면 같은 스텝 안에서 막 붙은 불이 연쇄로 번져 결과가 어긋나요.

각 칸 (r, c)에 대해:
  만약 불이면          → 다음엔 탄자리
  아니고 나무이면:
     만약 이웃에 불이 있으면 → 확률 p로 불 (없으면 그대로 나무)
     (바람 방향 이웃의 불은 p를 더 높게 적용)
  그 외(빈땅·탄자리)   → 그대로
모든 칸을 다 계산한 뒤  → 격자 ← 새 격자(next)

슬라이더로 나무 밀도·발화 확률·바람을 정하고, 숲을 클릭하거나 [🔥 가운데 발화]로 불을 내 보세요! 변수를 하나씩 바꿔 가며 여러 번 돌려, 결과가 확 바뀌는 지점을 찾아보세요.

모델은 한 번에 완성되지 않아요. 돌려 보고(실행), 무슨 일이 일어나는지 살피고(관찰), 규칙이나 변수를 바꿔 다시 돌려 보는(수정) 반복으로 점점 그럴듯해져요. 중요한 건 한 번에 변수 하나씩만 바꾸는 것이에요. 여러 개를 동시에 바꾸면 무엇 때문에 결과가 달라졌는지 알 수 없으니까요.

각 칸의 규칙은 '옆 칸에 확률로 옮긴다'가 전부예요. 그런데 이 단순한 규칙을 수천 칸에 반복하면, 아무도 직접 그리지 않은 큰 패턴 — 불의 전선(front), 바람을 탄 길쭉한 화염 — 이 '저절로' 나타나요. 부분의 규칙엔 없던 성질이 전체에서 솟아나는 이것을 창발(emergence)이라고 해요. 특히 인상적인 건 임계 현상이에요. 나무 밀도를 아주 조금만 높였는데 어느 문턱(임계점)을 넘는 순간 결과가 '거의 안 탐'에서 '전소'로 급변하죠. 댐이 한 방울 차이로 넘치듯, 연결이 임계 밀도를 넘으면 불길이 격자 전체를 가로지르는 길을 찾아내요.

시뮬레이션이 그럴듯한 그림을 그린다고 해서 그게 곧 '진실'은 아니에요. 모델을 믿으려면 세 가지를 거쳐야 해요. 검증 — 아주 단순한 경우(나무가 거의 없으면 불이 안 번져야 함)에서 상식과 맞는지 확인. 보정 — 실제 산불 기록의 번짐 속도·방향과 비슷해지도록 확률·바람 계수를 맞춰 줌. 한계 인식 — 우리 모델엔 지형 경사·습도·나무 종류·소방 활동이 빠져 있다는 걸 솔직히 적어 두는 것. 이 셋을 거쳐야 비로소 '교육용 모델'이 '쓸모 있는 모델'에 가까워져요.