KR102121940B1 - 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법 - Google Patents

가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법 Download PDF

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노재승
유영지
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Abstract

본 발명은 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 농업시설의 실내 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동 상황을 나타내는 CFD(Computational Fluid Dynamics) 데이터를 외부로부터 입력받아 미리 저장하고, 기저장된 CFD 데이터 중 CFD 시각화부에서 요청받은 CFD 데이터를 검색하여, 검색한 CFD 데이터를 상기 CFD 시각화부로 전송하는 CFD 관리서버 및 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 환경조건을 외부로부터 입력받고, 입력받은 농업시설의 종류와 관련된 CFD 데이터를 상기 CFD 관리서버로 전송 요청하여 수신하고, 수신한 상기 CFD 데이터를 상기 농업시설에 대한 VR 영상에 반영하여 상기 농업시설 내 공기 유동 상황을 가상현실 상에서 나타내는 CFD 영상을 생성한 후, 출력하는 CFD 시각화부를 포함한다.

Description

가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법{Air fluid circumstance visualization system and method based on Virtual Reality}
본 발명은 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가상현실상에서 각종 농업시설을 미리 구현할 때, 상기 농업시설의 실내외 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동상황을 가상현실 영상을 통해 나타냄으로써, 농업시설을 실제로 짓기 전에 발생할 수 있는 여러 종류의 공기 유동상황을 사용자가 육안을 통해 미리 확인할 수 있는 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
농업분야의 첨단화에 따라 농업분야의 다양한 부문에서 기술혁신이 일어나고 있으며, 그 중에서도, 온실, 돈사 등의 농업시설에 IT 기술이 적용되고 있다.
이러한 농업시설의 각종 시설 구조 및 환경 조건을 제어하는데 IT기술을 적용하여, 사용자의 편의성을 증대시키고 있다. 하지만, 이와 같은 사용자 편의성의 증대에도 불구하고, 시간이 지날수록 농업시설의 건립 당시에는 전혀 예상하지 못했던 구조, 지역, 계절 등의 문제들로 인하여 농업시설의 건립 후 유지보수에 추가적인 비용과 시간이 소요되는 문제점이 발생했다.
특히, 농업시설의 내부 환경은 해당 농업시설이 건립된 곳의 지역 상황의 변화에 따라 농업시설 내 내부 환경 또한 크게 달라지고 있다. 따라서, 농업시설의 내외부 환경 조건의 변화에 따라 상기 농업시설의 내부 환경이 어떻게 변화하는지 미리 예측할 수 있다면 농업시설을 건립한 이후에 추가적으로 발생되는 유지보수 비용을 크게 줄일 수 있으므로 관련 연구가 매우 중요시 되고 있다.
한국 등록특허공보 10-1142832 (2012.04.27.)
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 건립 예정인 농업시설을 가상현실상에서 미리 구현하고, 이때, 상기 농업시설의 내외부 환경조건의 변화에 따라 상기 농업시설의 내부 상황 특히, 공기 유동상황이 어떻게 변화하는지를 사용자가 육안으로 확인할 수 있도록 시각화할 수 있는 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템은 농업시설의 실내 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동 상황을 나타내는 CFD(Computational Fluid Dynamics) 데이터를 외부로부터 입력받아 미리 저장하고, 기저장된 CFD 데이터 중 CFD 시각화부에서 요청받은 CFD 데이터를 검색하여, 검색한 CFD 데이터를 상기 CFD 시각화부로 전송하는 CFD 관리서버 및 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 환경조건을 외부로부터 입력받고, 입력받은 농업시설의 종류와 관련된 CFD 데이터를 상기 CFD 관리서버로 전송 요청하여 수신하고, 수신한 상기 CFD 데이터를 상기 농업시설에 대한 VR 영상에 반영하여 상기 농업시설 내 공기 유동 상황을 가상현실 상에서 나타내는 CFD 영상을 생성한 후, 출력하는 CFD 시각화부를 포함한다.
상기 CFD 시각화부는 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경조건을 입력받는 입력부, 상기 농업시설과 관련된 CFD 데이터의 전송을 상기 CFD 관리서버로 요청하고, 상기 농업시설을 가상현실로 구현하기 위한 다수의 3D 데이터의 전송을 외부의 3D 관리서버로 요청하는 데이터 요청부, 상기 CFD 관리서버로부터 요청한 CFD 데이터 및 상기 3D 관리서버로부터 요청한 상기 농업시설을 가상현실로 구현하기 위한 3D 데이터를 수신하는 데이터 수신부, 상기 데이터 수신부가 수신한 상기 다수의 3D 데이터를 조합하여 상기 농업시설에 대한 VR 영상을 생성하고, 상기 VR 영상에 상기 데이터수신부가 수신한 상기 농업시설과 관련된 CFD 데이터를 반영하여 상기 농업시설 내 공기 유동 상황을 나타내는 가상현실상에서 CFD 영상을 생성하는 영상처리부 및 상기 CFD 영상을 외부로 디스플레이하는 영상출력부를 포함한다.
상기 입력부는 사용자의 손에 착용되는 장갑 형태의 핸드 트래킹 센서, 조이스틱, 마이크 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 입력부는 사용자의 손에 착용되는 장갑 형태로 이루어지고, 상기 사용자 손의 움직임을 따라 이동하며, 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경 조건을 입력받는 핸드 트래킹 센서, 상기 핸드 트래킹 센서의 이동 범위를 결정하는 베이스 스테이션 및 상기 핸드 트래킹 센서의 위치좌표를 추적하는 트래커를 포함할 수 있다.
상기 영상출력부는 사용자의 머리에 착용되어, 상기 CFD 영상을 상기 사용자의 안구로 출력하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치로 이루어질 수 있다.
또한, 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 다수의 실내외 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동상황을 나타내는 복수 개의 CFD 데이터를 생성한 후, 상기 CFD 관리서버로 전송하여 등록하는 데이터 전송단말을 더 포함할 수 있다.
상기 데이터 전송단말은 상기 CFD 관리서버에 직접 접속할 수 있는 권한을 갖는 ID 및 패스워드를 상기 CFD 관리서버로부터 미리 할당받을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 방법은 CFD 시각화부가 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경 조건을 외부로부터 입력받는 단계, 상기 CFD 시각화부가 상기 농업시설의 실내 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동 상황을 나타내는 CFD(Computational Fluid Dynamics) 데이터의 전송을 CFD 관리서버로 요청하고, 상기 농업시설을 가상현실로 구현하기 위한 다수의 3D 데이터의 전송을 3D 관리서버로 요청하는 단계, 상기 CFD 관리서버가 기저장된 CFD 데이터로부터 상기 CFD 시각화부에서 요청받은 CFD 데이터를 검색하고, 검색한 CFD 데이터를 상기 CFD 시각화부로 전송하는 단계, 상기 CFD 시각화부가 상기 CFD 관리서버로부터 요청한 CFD 데이터를 수신하고, 상기 3D 관리서버로부터 상기 농업시설에 대한 다수의 3D 데이터를 수신하는 단계, 상기 CFD 시각화부가 상기 3D 관리서버로부터 수신한 다수의 3D 데이터를 조합하여 상기 농업시설에 대한 VR 영상을 생성하는 단계, 상기 CFD 시각화부가 상기 VR 영상에 상기 CFD 관리서버로부터 수신한 CFD 데이터를 반영하여 상기 농업시설 내 공기 유동 상황을 가상현실상에서 나타내는 CFD 영상을 생성하는 단계 및 상기 CFD 시각화부가 상기 CFD 영상을 외부로 디스플레이하는 단계를 포함한다.
특히, 상기 CFD 시각화부가 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경 조건을 외부로부터 입력받는 단계는 사용자의 손에 착용되는 장갑 형태의 핸드 트래킹 센서, 조이스틱, 마이크 중 적어도 하나를 통해 농업시설의 종류 및 환경 조건을 입력받을 수 있다.
또한, 상기 CFD 시각화부가 농업시설의 종류 및 환경조건을 입력받는 단계를 수행하기 전, 데이터 전송단말이 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 다수의 실내외 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동상황을 나타내는 복수 개의 CFD 데이터를 생성한 후, 상기 CFD 관리서버로 전송하여 등록하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의한 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법은 건립 전의 농업시설을 가상현실상에서 미리 구현하며, 상기 농업시설의 내외부 환경조건의 변화에 따라 상기 농업시설의 내부 상황 특히, 공기 유동상황이 어떻게 변화하는지 시각화하여 영상으로 출력함으로써, 사용자가 육안으로 농업시설의 내외부 환경 조건의 변화에 따라 변화하는 농업시설 내 공기의 유동상황을 용이하게 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법은 농업시설의 건립 이후에 농업시설의 내외부 환경 조건의 변화에 따라 변화하는 공기 유동상황을 가상현실을 통해 건립 전에 미리 예측함으로써, 농업시설의 실제 건립 시, 미리 예측된 문제에 따른 보완사항을 반영하여, 농업시설의 건립 후에 발생하는 유지보수 비용을 크게 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템의 블록도이다.
도 2는 CFD 시각화부의 세부 블록도이다.
도 3은 입력부 중 핸드 트래킹 센서를 이용한 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 CFD 관리서버에 저장되는 CFD 데이터의 일 예를 나타낸 표이다.
도 6은 입력부를 통해 농업시설의 종류 및 환경 조건을 입력받는 과정을 일 예로 나타낸 도면이다.
도 7은 농업시설의 종류로서 온실 및 그에 대한 환경 조건을 입력받는 과정을 일 예로 나타낸 도면이다.
도 8은 온실에 대한 추가적인 환경 조건을 입력받는 과정의 일 예로 나타낸 도면이다.
도 9는 농업시설의 종류로서 돈사 및 그에 대한 환경 조건을 입력받는 과정 일 예로 나타낸다.
도 10은 VR 영상과 CFD 영상을 나타내는 모습이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
특별히 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 온실, 돈사 등과 같은 농업시설 등을 실제로 짓기 전에 가상현실 상에서 미리 구현해보고, 이때 상기 농업시설의 실내외 환경 조건이 어떻게 달라지는가에 따라 이와 연동하여 변화하는 공기의 유동 상황을 시각화하여 나타내는 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이하에서는 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템에 대하여 자세히 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템을 나타낸 블록도이고, 도 2는 CFD 시각화부의 세부 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템(100)은 CFD 관리서버(140) 및 CFD 시각화부(160)를 포함한다.
CFD 관리서버(140)는 농업시설의 실내 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동 상황을 나타내는 CFD(Computational Fluid Dynamics) 데이터를 외부로부터 입력받아 데이터베이스(150)에 미리 저장하고, 기저장된 CFD 데이터 중 CFD 시각화부(160)로부터 요청받은 CFD 데이터를 검색하여, 검색한 CFD 데이터를 상기 CFD 시각화부(160)로 전송한다.
CFD 시각화부(160)는 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 환경조건을 외부로부터 입력받고, 입력받은 농업시설의 종류와 관련된 CFD 데이터를 상기 CFD 관리서버(140)로 전송 요청하여 수신하고, 수신한 상기 CFD 데이터를 상기 농업시설에 대한 VR 영상에 반영하여 상기 농업시설 내 공기 유동 상황을 가상현실 상에서 나타내는 CFD 영상을 생성한 후, 출력한다. 이러한 CFD 시각화부(160)는 도 2에 도시된 바와 같이, 입력부(161), 데이터 요청부(163), 데이터 수신부(165), 영상처리부(167) 및 영상출력부(169)를 포함한다.
입력부(161)는 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경조건을 입력받는다. 이러한 입력부(161)는 사용자의 손에 착용되는 장갑 형태의 핸드 트래킹 센서, 조이스틱, 마이크 중 적어도 하나를 포함하여, 상기 핸드 트래킹 센서 또는 조이스틱이 나타내는 위치에 대응하는 입력 데이터를 수신하거나, 상기 마이크를 통해 입력되는 음성신호를 입력 데이터로 수신할 수 있다.
데이터 요청부(163)는 상기 농업시설과 관련된 CFD 데이터의 전송을 상기 CFD 관리서버(140)로 요청하고, 상기 농업시설을 가상현실 영상으로 구현하기 위한 다수의 3D 데이터의 전송을 외부의 3D 관리서버(170)로 요청한다.
데이터 수신부(165)는 상기 CFD 관리서버(140)로부터 요청한 CFD 데이터 및 상기 3D 관리서버(170)로부터 요청한 상기 농업시설을 가상현실로 구현하기 위한 3D 데이터를 각각 수신한다.
영상처리부(167)는 상기 데이터 수신부(165)가 수신한 상기 다수의 3D 데이터를 조합하여 상기 농업시설에 대한 VR 영상을 생성하고, 이와 같이 생성된 상기 VR 영상에 상기 데이터수신부(165)가 수신한 상기 농업시설과 관련된 CFD 데이터를 반영하여 상기 농업시설 내 공기 유동 상황을 가상현실상에서 나타내는 CFD 영상을 생성한다.
영상출력부(169)는 상기 CFD 영상을 외부로 디스플레이한다. 이러한 영상출력부(169)는 일반적인 디스플레이 장치로 이루어지거나, 또는 사용자의 머리에 착용되어, 상기 CFD 영상을 상기 사용자의 안구로 출력하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치(HMD, Head Mounted Display)로 이루어질 수 있다.
특히, 이러한 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템(100)은 상술한 CFD 관리서버(140), CFD 시각화부(160)에 더하여, 데이터 전송단말(120)을 더 포함할 수 있다.
데이터 전송단말(120)은 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 다수의 실내외 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동상황을 나타내는 복수 개의 CFD 데이터를 생성한 후, 상기 CFD 관리서버(140)로 전송하여 등록한다. 이러한 데이터 전송단말(120)은 CFD 전문가들에 의해 주로 사용되며, 상기 CFD 관리서버(140)에 직접 접속할 수 있는 권한을 갖는 ID 및 패스워드를 상기 CFD 관리서버(140)로부터 미리 할당받을 수 있다. 따라서, 가상현실로 구현되는 각종 농업시설의 실내외 환경조건에 따라 공기 유동상황을 나타내는 CFD 데이터가 CFD 관리서버(140)에 연결된 데이터베이스(150)에 저장될 수 있다.
이하에서는 도 3을 참조하여, 핸드 트래킹 센서를 이용하여 구성되는 입력부에 대하여 보다 자세히 살펴보도록 한다.
도 3은 입력부 중 핸드 트래킹 센서를 이용한 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 입력부(161)는 핸드 트래킹 센서(161a), 베이스 스테이션(161b), 트래커를 포함한다.
핸드 트래킹 센서(161a)는 사용자의 손에 착용되는 장갑 형태로 이루어지고, 사용자 손의 움직임을 따라 이동하며, 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경 조건을 입력받는다.
베이스 스테이션(161b)은 상기 핸드 트래킹 센서(161a)를 사이에 두고, 상호 간에 소정거리 이격되는 한 쌍으로 이루어지거나, 또는 상기 핸드 트래킹 센서(161a)로부터 소정거리 이격된 하나로 이루어져 상기 핸드 트래킹 센서(161a)의 이동 범위를 결정한다.
트래커(미도시)는 상기 핸드 트래킹 센서(161a)의 위치좌표를 추적하고, 추적한 위치 좌표정보를 데이터 요청부(163)로 전송한다.
결과적으로, 본 발명에 따른 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템은 사용자가 원하는 농업시설 및 상기 농업시설에서 발생할 수 있는 다양한 형태의 공기 유동상황을 시각화하여 사용자에게 제공할 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 방법에 대하여 보다 자세히 살펴보도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 방법은 농업시설의 종류 및 환경조건을 입력 받기에 앞서, 먼저, 데이터 전송단말(120)이 가상현실로 나타내고자 하는 다양한 종류의 농업시설에 대한 실내외 환경 상황을 나타내는 복수 개의 CFD 데이터를 생성한 후, CFD 관리서버(140)로 전송하여 등록한다. 이에 따라, 상기 CFD 관리서버(140)는 등록된 복수 개의 CFD 데이터를 자신과 연결된 별도의 데이터베이스(150)에 저장한다. 이러한 CFD 데이터의 저장 과정은 CFD 관리서버(140)로부터 접속 권한을 나타내는 ID와 패스워드를 할당받은 데이터 전송 단말(120)이 CFD 데이터를 생성할 때마다 또는 미리 설정된 주기마다 상기 CFD 데이터를 CFD 관리서버(140)로 전송할 수 있다.
CFD 시각화부(160)가 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경 조건을 외부로부터 입력받는다(S210). 이때, 상기 CFD 시각화부(160)가 사용자의 손에 착용되는 장갑 형태의 핸드 트래킹 센서(161a), 조이스틱, 마이크 중 적어도 하나를 통해 사용자로부터 농업시설의 종류 및 환경 조건을 입력받을 수 있다.
상기 CFD 시각화부(160)가 상기 농업시설의 실내 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동 상황을 나타내는 CFD 데이터의 전송을 CFD 관리서버(140)로 요청하고, 상기 농업시설을 가상현실로 구현하기 위한 다수의 3D 데이터의 전송을 외부의 3D 관리서버(170)로 요청한다(S220).
상기 CFD 관리서버(170)가 기저장된 CFD 데이터로부터 상기 CFD 시각화부(160)에서 요청받은 CFD 데이터를 검색하고, 검색한 CFD 데이터를 상기 CFD 시각화부(160)로 전송한다(S230). 또한, 상기 3D 관리서버(170)가 요청받은 농업시설에 대한 다수의 3D 데이터를 검색하여 상기 CFD 시각화부(160)로 전송할 수 있다.
이에 따라, 상기 CFD 시각화부(160)가 상기 CFD 관리서버(140)로부터 요청한 CFD 데이터를 수신하고, 또한 상기 3D 관리서버(170)로부터 상기 농업시설에 대한 다수의 3D 데이터를 수신한다(S240). 이때, 수신한 상기 CFD 데이터는 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 농업시설 내 특정 위치인 x, y, z 의 좌표와 각 지점에서의 속도, 온도, 습도 정보 등을 포함할 수 있다.
다시 도 4로 돌아가서, CFD 시각화부(160)가 상기 3D 관리서버(170)로부터 수신한 다수의 3D 데이터를 조합하여 상기 농업시설에 대한 VR 영상 즉, 가상현실 영상을 생성한다(S250).
상기 CFD 시각화부(160)가 상기 VR 영상에 상기 CFD 관리서버(140)로부터 수신한 CFD 데이터를 반영하여 가상현실로 나타내는 농업시설 내 공기 유동 상황을 시각화하는 CFD 영상을 생성한다(S260).
상기 CFD 시각화부(160)가 상기 CFD 영상을 외부로 디스플레이한다(S270).
이에 따라, 사용자는 상기 CFD 영상을 통해 가상현실로 구현되는 농업시설 내 공기 유동상황을 육안으로 용이하게 확인할 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 11을 참고하여, 본 발명에 따른 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 방법을 실제로 구현하는 실시 예를 구체적으로 살펴보도록 한다.
도 6은 입력부를 통해 농업시설의 종류 및 환경 조건을 입력받는 모습을 일 예로 나타낸 도면이다.
CFD 시각화부(160) 내 입력부(161)가 가상현실로 구현하고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경 조건을 입력받는다. 이때, 상기 입력부(161)가 핸드 트래킹 센서(161a)를 포함하는 경우에, 상기 핸드 트래킹 센서(161a)가 사용자의 손에 착용된 상태에서 상기 사용자의 손 움직임을 따라 이동하여, CFD 시각화부(160)에 포함된 영상출력부(169)를 통해 출력되는 영상 중 특정 영역을 선택하면, 트래커가 상기 핸드 트래킹 센서(161a)의 현재 위치를 추적함으로써, 입력부(161)가 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 그에 따른 환경 조건을 입력받을 수 있다. 예를 들면, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 영상출력부(169)를 통해 출력되는 영상의 일부 영역에 메인메뉴, 온실설정, 시각화, 환경조건, 설정 등의 세부 선택항목이 포함될 수 있다. 따라서, 입력부(161)가 상기 세부 선택항목 중 하나를 입력받을 수 있다. 이때, 상기 메인메뉴는 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류를 선택하는 세부항목으로서, 온실 또는 돈사 중에서 택일될 수 있다.
만약, 입력부(161)가 영상출력부(169)를 통해 출력되는 영상 중 온실을 입력받으면, 도 6(b)에 도시된 바와 같이, 앞서 선택한 농업시설의 종류와 관련된 시설 환경 조건을 입력받을 수 있다. 또는 상기 영상출력부(169)를 통해 출력되는 영상의 세부 선택항목 중 환경조건이 선택되면, 해당 농업시설의 각종 내외부 환경 조건을 입력받을 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 가상현실을 통해 나타내고자 하는 농업시설이 온실이고, 이에 더하여 길이 50m, 3연동, 출입문 위치는 3개, 측창 개폐는 100%이며, 천장 개폐도 100%, 온실 커튼은 설치하지 않고, 환기팬 역시 설치하지 않으며, 온실 내 구비되는 베드는 쇼트배드이고, 내부순환팬은 설치되지 않고, 덕트난방기 역시 설치되지 않는 등의 온실의 내부 시설 환경 조건이 입력될 수 있다.
또한, 이에 더하여, 도 8(a)에 도시된 바와 같이, 가상현실을 통해 나타내고자 하는 온실의 외부 환경 조건이 하절기 주간 상황, 기온은 33.7 ℃이고, 풍속은 1.0 m/s, 풍향은 0이고, 습도는 70 %이며, 일사량은 1007.0 KJ/m2가 입력부(161)를 통해 입력될 수 있다.
또한, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 온실의 벽체 온도가 36.7 ℃이고, 바닥온도는 44.2 ℃이며, 항력계수는 0.26, 순환팬의 설치 용량이 67 L이고, 환기팬의 설치 용량은 1.0 회/분인 온실의 내부 환경 조건 또한 입력부(161)를 통해 입력받을 수 있다.
뿐만 아니라, 도 9에 도시된 바와 같이, 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설로서 돈사가 선택될 수도 있는데, 돈사의 타입이 2016년도 기준 모델이고, 돼지종류가 자돈/육성돈사이며, 외부벽체는 적벽돌 마감형태이고, 축분이송방식은 분이송 키트이며, 길이는 1800 cm 이고, 입기 방식은 중천장 천공이 설치되고, 천장입기슬롯이 설치되며, 배기방식은 굴뚝 팬이 설치되고, 측벽팬 또한 설치되며, 급이기 배열 방식은 측벽면 정면배열이고, 사육밀도는 100%인 돈사의 시설 내부 환경 조건이 입력될 수 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법이 도 6 내지 도 9를 통해 설명한 바와 같이, 농업시설의 종류 및 이에 대한 환경 조건을 입력 받으면, 도 10에 도시된 바와 같이, 입력받은 입력받은 농업시설을 가상현실로 구현하고, 구현한 가상현실 영상에 입력받은 환경조건에 대응하는 공기 유동상황을 시각화할 수 있다. 이때, 도 10(a)는 CFD 데이터 중 시각화하고자 하는 항목을 나타내는 것으로, 예를 들면, 온도, 온도 평면, 습도, 풍향/풍속, 동적 풍향/풍속, 암모니아 농도 등이 존재할 수 있다. 또한, 도 10(b)는 VR 영상에 CFD 데이터를 적용하여 나타낸 것으로, 각 항목을 물방울, 원, 직선, 화살표 중 적어도 하나의 오브젝트를 대상으로 위치, 방향, 크기, 색상, 명암 차이를 두며 시각화할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의한 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법은 건립 전의 농업시설을 가상현실 상에서 미리 구현하며, 상기 농업시설의 내외부 환경조건의 변화에 따라 상기 농업시설의 내부 상황 특히, 공기 유동상황이 어떻게 변화하는지 시각화하여 영상으로 출력함으로써, 사용자가 육안으로 농업시설의 내외부 환경 조건의 변화에 따라 변화하는 농업시설 내 공기의 유동상황을 용이하게 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템 및 방법은 농업시설의 건립 이후에 농업시설의 내외부 환경 조건의 변화에 따라 변화하는 공기 유동상황을 가상현실을 통해 건립 전에 미리 예측함으로써, 농업시설의 실제 건립 시, 미리 예측된 문제에 따른 보완사항을 반영하여, 농업시설의 건립 후에 발생하는 유지보수 비용을 크게 줄일 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
120: 데이터 전송단말 140: CFD 관리서버
150: 데이터베이스 160: CFD 시각화부
161: 입력부 161a: 핸드 트래킹 센서
161b: 베이스 스테이션 163: 데이터 요청부
165: 데이터 수신부 167: 영상처리부
169: 영상출력부 170: 3D 관리서버

Claims (10)

  1. 농업시설의 실내 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동 상황을 나타내는 CFD(Computational Fluid Dynamics) 데이터를 외부로부터 입력받아 미리 저장하고, 기저장된 CFD 데이터 중 CFD 시각화부에서 요청받은 CFD 데이터를 검색하여, 검색한 CFD 데이터를 상기 CFD 시각화부로 전송하는 CFD 관리서버; 및
    가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경조건을 외부로부터 입력받는 입력부, 상기 입력받은 농업시설의 종류와 관련된 CFD 데이터를 상기 CFD 관리서버로 전송 요청하고, 상기 입력받은 농업시설을 가상현실로 구현하기 위한 다수의 3D 데이터의 전송을 외부의 3D 관리서버로 요청하는 데이터 요청부, 상기 CFD 관리서버로부터 요청한 CFD 데이터 및 상기 3D 관리서버로부터 요청한 상기 3D 데이터를 수신하는 데이터 수신부, 상기 수신한 3D 데이터를 조합하여 상기 농업시설에 대한 VR 영상을 생성하고, 상기 CFD 데이터를 상기 농업시설에 대한 VR 영상에 반영하여 상기 농업시설 내 공기 유동 상황을 가상현실 상에서 나타내는 CFD 영상을 생성하는 영상처리부 및 상기 CFD 영상을 외부로 출력하는 영상출력부를 포함하는 CFD 시각화부;
    를 포함하는 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입력부는
    사용자의 손에 착용되는 장갑 형태의 핸드 트래킹 센서, 조이스틱, 마이크 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 입력부는
    사용자의 손에 착용되는 장갑 형태로 이루어지고, 상기 사용자의 손의 움직임을 따라 이동하며, 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경 조건을 입력받는 핸드 트래킹 센서;
    상기 핸드 트래킹 센서의 이동 범위를 결정하는 베이스 스테이션; 및
    상기 핸드 트래킹 센서의 위치좌표를 추적하는 트래커;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 영상출력부는
    사용자의 머리에 착용되어, 상기 CFD 영상을 상기 사용자의 안구로 출력하는 헤드 마운티드 디스플레이 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 다수의 실내외 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동상황을 나타내는 복수 개의 CFD 데이터를 생성한 후, 상기 CFD 관리서버로 전송하여 등록하는 데이터 전송단말;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 데이터 전송단말은
    상기 CFD 관리서버에 직접 접속할 수 있는 권한을 갖는 ID 및 패스워드를 상기 CFD 관리서버로부터 미리 할당받는 것을 특징으로 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 시스템.
  8. CFD 시각화부가 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경 조건을 외부로부터 입력받는 단계;
    상기 CFD 시각화부가 상기 입력받은 농업시설의 실내 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동 상황을 나타내는 CFD(Computational Fluid Dynamics) 데이터의 전송을 CFD 관리서버로 요청하고, 상기 입력받은 농업시설을 가상현실로 구현하기 위한 다수의 3D 데이터의 전송을 3D 관리서버로 요청하는 단계;
    상기 CFD 관리서버가 기저장된 CFD 데이터로부터 상기 CFD 시각화부에서 요청받은 CFD 데이터를 검색하고, 검색한 CFD 데이터를 상기 CFD 시각화부로 전송하는 단계;
    상기 CFD 시각화부가 상기 CFD 관리서버로부터 요청한 CFD 데이터를 수신하고, 상기 3D 관리서버로부터 상기 농업시설에 대한 다수의 3D 데이터를 수신하는 단계;
    상기 CFD 시각화부가 상기 3D 관리서버로부터 수신한 다수의 3D 데이터를 조합하여 상기 농업시설에 대한 VR 영상을 생성하는 단계;
    상기 CFD 시각화부가 상기 VR 영상에 상기 CFD 관리서버로부터 수신한 CFD 데이터를 반영하여 상기 농업시설 내 공기 유동 상황을 가상현실상에서 나타내는 CFD 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 CFD 시각화부가 상기 CFD 영상을 외부로 디스플레이하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 CFD 시각화부가 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 종류 및 상기 농업시설의 내외부 환경을 나타내는 적어도 하나의 환경 조건을 외부로부터 입력받는 단계는
    사용자의 손에 착용되는 장갑 형태의 핸드 트래킹 센서, 조이스틱, 마이크 중 적어도 하나를 통해 농업시설의 종류 및 환경 조건을 입력받는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 CFD 시각화부가 농업시설의 종류 및 환경조건을 입력받는 단계를 수행하기 전, 데이터 전송단말이 가상현실로 나타내고자 하는 농업시설의 다수의 실내외 환경 조건에 따라 변화하는 공기 유동상황을 나타내는 복수 개의 CFD 데이터를 생성한 후, 상기 CFD 관리서버로 전송하여 등록하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반 공기 유동상황 시각화 방법.
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