KR102182766B1 - 사용자 맞춤형 가상 지진체험 및 훈련 시스템과이를 이용한 지진체험 및 훈련 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각 사용자에 따라 맞춤형으로 지진체험 및 훈련이 가능한 지진체험 및 훈련 시스템으로서: 적어도 하나 이상의 객체를 배치하여 가상의 지진체험공간을 생성하는 편집 모듈; 사용자의 생활환경정보에 따라 가상의 지진체험공간에 모의할 지진조건을 결정하는 지진조건결정 모듈; 및 상기 지진조건결정 모듈로부터 상기 모의된 지진조건을 전달받아 상기 모의된 지진조건에 따른 진동에 의한 가상의 지진체험공간 내의 상기 객체의 운동을 추적하는 지진시뮬레이션하는 동역학적시뮬레이션 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 시스템에 관한 것이다.

Description

사용자 맞춤형 가상 지진체험 및 훈련 시스템과이를 이용한 지진체험 및 훈련 방법{USER SPECIFIC EARTHQUAKE EXPERIENCE AND VIRTURAL DRILLS SYSTEM AND EARTHQUAKE EXPERIENCE AND VIRTURAL DRILLS METHOD USING THE SAME}
본 발명은 가상 지진체험 및 훈련 시스템에 관한 것으로서, 각 사용자에 따라 맞춤형으로 지진체험 및 훈련이 가능한 지진체험 및 훈련 시스템과 이를 이용한 지진체험 및 훈련 방법에 관한 것이다.
대한민국의 지진 관측 이래 가장 큰 규모의 지진인 리히터 규모 5.8의 지진이 2016년 9월 12일에 경상북도 경주시에서 발생하였다. 또한, 2017년 11월 15일에는 경상북도 포항시에서 리히터 규모 5.4의 지진이 발생하였다.
포항 지진은 한동대학교에서 지진으로 건물 외벽이 무너지고, 포항 대성아파트가 기울어지는 등 지진피해로 약 672억원의 재산피해가 발생하였다.
무엇보다 큰 문제는 포항시 북구 흥해흡에서 70대 할머니가 무너진 담에 깔려 중상을 입는 등 62명이 부상하는 인명피해가 발생하였다.
이러한 지진으로 인한 인명피해를 예방하기 위해, 정부에서는 지진시 행동요령을 안내하고 있다. 하지만 이러한 지진시 행동요령은 일반적 사항만 열거되어 있으므로 현실적으로 와닿지 않는다.
이보다 적극적인 예방책으로 지진체험실이 운영되고 있다. 종래의 지진체험실은 지진동을 발생시키는 모션베드 위에 가구 등을 배치하여 가상의 생활공간을 구성하고, 지진동의 강도를 조절하여 체험자가 모션베드 위에서 가상의 지진을 체험할 수 있도록 하였다. 하지만 이와 같은 종래의 지진체험실은 가구가 기설정된 위치에 배치되어 있고, 가구 등의 생활공간을 배치하는 것이 사실상 불가능하다. 따라서 종래의 지진체험실을 이용하는 사용자는 단일화된 지진체험을 할 수 밖에 없다.
더욱이 지진원부터 사용자의 생활공간까지의 거리, 생활공간이 위치한 건물의 형태와 층수 등에 의해 지진파의 크기 및 파형의 양상이 변화하는데, 종래의 지진체험실은 이와 같은 각 사용자의 생활공간에 따른 변화를 반영할 수 없다.
결론적으로 지진으로 인한 인명피해 및 재산피해를 감소시키기 위해서는 각각의 사용자들이 실제 지진이 발생했을 때 자신의 생활공간에서 어떠한 현상이 발생하는지에 대한 현실감있는 체험이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 사용자의 생활공간을 고려하여 각각의 사용자가 맞춤형으로 지진체험 및 훈련이 가능한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 가상 지진체험 및 훈련 시스템은 각 사용자에 따라 맞춤형으로 지진체험 및 훈련이 가능하다. 이를 위해 일 실시예의 가상 지진체험 및 훈련 시스템은 적어도 하나 이상의 객체를 배치하여 가상의 지진체험공간을 생성하는 편집 모듈; 사용자의 생활환경정보에 따라 가상의 지진체험공간에 모의할 지진조건을 결정하는 지진조건결정 모듈; 및 상기 지진조건결정 모듈로부터 상기 모의된 지진조건을 전달받아 상기 모의된 지진조건에 따른 진동에 의한 가상의 지진체험공간 내의 상기 객체의 운동을 추적하여 지진시뮬레이션하는 동역학적시뮬레이션 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 동역학적시뮬레이션 모듈은 지진조건에 따라 객체에 가해지는 작용힘과 회전힘을 계산하고, 각각의 객체의 충돌에 따른 객체의 속도 및 변위를 도출하여 각각의 객체들의 운동을 추적하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 편집 모듈은 객체를 추가, 삭제, 이동 또는 회전시켜 사용자 맞춤형 지진체험공간을 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 편집 모듈은 다양한 사물이 배치되어 있는 생활공간의 영상정보를 수신하는 영상수신부; 및 상기 영상정보에 촬영된 사물을 객체로 인식하고 상기 객체의 3차원 공간에서의 위치 및 크기를 추출하여 가상의 지진체험공간을 생성하는 영상신호처리부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 생활환경정보는 가상의 지진체험공간의 위치, 가상의 지진체험공간이 위치한 건물의 종류, 및 가상의 지진체험공간이 위치한 층수 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함하고, 상기 지진조건결정 모듈은 진원지와 지진체험공간의 위치, 지진체험공간의 건물 종류 및 지진체험공간이 위치한 층수 중 적어도 하나 이상에 따른 진동의 강도 및 파형을 도출하여 모의할 지진조건을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 동역학적시뮬레이션 모듈에서 수행한 동역학적시뮬레이션 과정을 가상현실 장치로 송출하는 출력 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 가상현실 장치는 상기 가상의 지진체험공간에서 상기 동역학적시뮬레이션 과정에 대응하는 사용자의 움직임을 추적할 수 있는 모션 트래킹 센서를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 출력 모듈과 연결되며, 상기 모의된 지진조건에 따른 물리적 진동을 발생시키는 모션베드를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 가상 지진체험 및 훈련 방법은 편집 모듈이 적어도 하나 이상의 객체를 배치하여 가상의 지진체험공간을 생성하는 지진체험공간 생성 단계; 지진조건결정 모듈이 사용자의 생활환경정보에 따라 가상의 지진체험공간에 모의할 지진조건을 결정하는 지진조건 결정 단계; 및 동역학적시뮬레이션 모듈이 상기 지진조건결정 모듈로부터 상기 모의된 지진조건을 전달받아 모의된 지진조건에 따른 진동에 의한 가상의 지진체험공간 내의 객체의 운동을 추적하는 지진시뮬레이션 단계;를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 가상의 지진체험공간을 생성하는 단계는, 상기 편집 모듈이 객체를 추가, 삭제, 이동 또는 회전시켜 가상의 지진체험공간을 생성하고, 상기 객체는 바닥, 기둥, 천장, 벽, 가전 또는 가구인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 생활환경정보는 가상의 지진체험공간의 위치, 가상의 지진체험공간이 위치한 건물의 종류, 및 가상의 지진체험공간이 위치한 층수 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함하고, 상기 모의할 지진조건을 결정하는 단계는 상기 지진조건결정 모듈이 진원지와 지진체험공간의 위치, 지진체험공간의 건물 종류 및 지진체험공간이 위치한 층수 중 적어도 하나 이상에 따른 진동의 크기 및 파형을 결정하는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 방법.
다른 실시예에 있어서, 출력 모듈이 상기 동역학적시뮬레이션 모듈에서 수행한 동역학적시뮬레이션 과정을 가상현실 장치로 송출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 가상현실 장치는 상기 가상의 지진체험공간에서 상기 동역학적시뮬레이션 과정에 대응하는 사용자의 움직임을 추적할 수 있는 모션 트래킹 센서를 구비하고, 상기 사용자의 움직임을 추적할 경우 상기 가상현실 장치가 상기 모션 트래킹 센서에서 감지한 사용자의 이동거리를 상기 가상의 지진체험공간에서의 사용자의 이동거리로 변환하는 단계를 수행하되, 상기 가상의 지진체험공간에서의 사용자의 이동거리는 상기 실제 사용자의 이동한 거리보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 출력 모듈와 연결되는 모션베드를 더 포함하고, 상기 모션베드는 모의된 지진조건에 따른 물리적 진동을 발생시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지진체험 및 훈련 시스템은 편집 모듈을 이용하여 가상의 지진체험공간에 각각의 사용자의 요구에 맞춰 객체를 배치하여 가상의 지진체험공간을 편집 및 생성하고, 생성된 가상의 지진체험공간에 대하여 동역학적시뮬레이션 모듈이 지진상황을 모의함으로써 각각의 사용자에 따른 맞춤형으로 지진체험 및 훈련시스템을 제공할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 지진체험 및 훈련 시스템의 동역학적시뮬레이션 모듈에서 모의되는 지진상황은 단순히 진동을 모의하는 것이 아니라, 지도에서 진원지와 지진체험공간의 위치를 선택하여 진원지로부터의 거리에 따른 영향을 분석할 수 있다. 이때 동역학적시뮬레이션 모듈에서 모의되는 지진상황은 지진체험공간이 위치한 건물의 종류나 층를 선택하여, 건물의 종류나 층에 따른 영향을 분석하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 지진체험 및 훈련 시스템의 지진조건결정 모듈에서 진원지와 지진체험공간의 위치, 지진체험공간의 건물 종류, 층에 따라 진동의 크기 및 파형을 결정하고, 결정된 진동의 크기 및 파형을 동역학적시뮬레이션 모듈에서 수신하여 수신한 조건의 진동을 모의한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 지진체험 및 훈련 시스템은 가상현실 장치로 동역학적시뮬레이션 결과를 송출하는 출력 모듈을 포함한다. 특히, 가상현실 장치로 모션 트래킹 센서(Motion Tracking Sensor)를 구비한 것을 이용함으로써 사용자가 본인의 요구에 맞춰 객체를 생성하고 배치한 가상의 지진체험공간에서 지진상황에 행동요령 등을 직접 훈련할 수 있다.
더욱이 본 발명의 일 실시예에 따른 지진체험 및 훈련시스템은 출력 모듈과 연결된 모션배드를 더 포함하고, 출력 모듈은 모션베드로 지진조건을 전달한다. 이에 따라 모션베드는 전달받은 지진조건에 따른 물리적 진동을 생성한다. 따라서 가상현실 장치를 착용한 사용자는 가상현실 장치로 사용자가 본인의 요구에 맞춰 객체를 생성하고 배치한 가상의 지진체험공간에서 실제 지진동을 느끼면서 가상현실 장치를 통해 실제적인 지진체험 및 훈련이 가능하다. 이때, 가상현실 장치와 모션배드는 지진조건결정 모듈에서 생성하는 지진조건에 의해 서로 동기화되어, 사용자는 보다 실감나는 체험이 가능하다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 지진체험 및 훈련 시스템의 개략적 구성도이다.
도 2 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 지진 체험 및 훈련 시스템에서 가상의 지진체험공간에 대하여 동역학적시뮬레이션을 수행하는 과정을 단계별로 도시한 개략적 참고도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가상 지진체험 및 훈련 방법의 개략적 플로우 차트이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
생활공간이라 함은 방과 거실 등을 포함하는 주거공간이나 업무나 사업을 진행하는 사무실, 가게 등을 의미한다. 각각의 사람들은 각자 서로 다른 생활공간을 가진다.
지진이 발생할 경우 대부분의 사람들은 자신의 생활공간에서 지진을 맞이하게 된다. 따라서 지진에 따른 피해를 예방하기 위해서는 개개인의 생활공간에서 지진이 발생할 경우를 대비할 필요가 있다.
하지만 현재 이용되고 있는 지진체험시설은 이미 정해진 체험공간에서만 이루어진다. 이미 지진체험시설에 가구 등이 배치되어 있고, 지진상황을 가정 또는 모션배드에 의해 진동을 발생시켜서 지진체험 및 훈련을 하는 것이다. 이와 같은 종래의 지진체험시설은 지진체험이 가능함은 별론 자신의 생활공간에서 지진체험을 불가능하다.
또한, 가상 지진체험도 단순히 이미 정해진 영샹을 보여주는 것에 그치고 있다. 즉, 각 사용자별로 맞춤형 지진체험 및 훈련을 제공하지 못한다.
더군다나 종래의 지진체험시설이나 종래의 가상 지진체험은 진원지와 사용자의 생활공간의 위치, 사용자의 생활공간이 위치한 건물의 종류, 사용자의 생활공간이 위치한 층수에 따른 진동의 크기와 파형의 변화를 반영하지 못하는 문제가 있다.
이에 발명자는 개별 사용자에 맞춰 가상 지진체험 및 훈련이 가능한 시스템을 개발하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 지진체험 및 훈련 시스템의 개략적 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가상 지진체험 및 훈련 시스템(1000)은 편집 모듈(10), 지진조건결정 모듈(20) 및 동역학적시뮬레이션 모듈(30)을 포함한다. 한편, 편집 모듈(10), 지진조건결정 모듈(20), 동역학적시뮬레이션 모듈(30) 및 후술하는 출력 모듈(40), 데이터 모듈(50)에서 수행되는 동작은 프로세서나 콘트롤러에 의해 동작하는 컴퓨터 또는 정보처리장치 상에서 수행될 수 있다.
편집 모듈(10)은 가상의 지진체험공간을 생성하는 역할을 수행한다. 편집 모듈(10)은 적어도 하나 이상의 객체를 이용하여 가상의 지진체험공간을 생성한다. 이때, 객체란 바닥, 기둥, 천장, 및 벽 등과 같은 공간요소와, 책상, 의자, 옷장 등과 같은 가구와, 텔레비전, 냉장고, 세탁기 등과 같은 가전을 의미한다. 다만, 편집 모듈(10)에서 이용하는 객체는 가상의 객체를 의미한다.
객체에 관한 정보는 데이터 모듈(50)을 통해 편집 모듈(10)로 전달될 수 있다. 이와 같은 객체에 관한 정보는 동역학적시뮬레이션을 수행하는데 필수적이다. 객체에 관한 정보란 객체의 밀도, 인식된 객체의 밀도, 무게, 압축강도, 인장강도, 마찰계수, 영률, 푸아송비 및 반발계수 중 적어도 하나의 물성에 관한 정보와 각 객체의 결착관계에 관한 정보를 의미한다. 결착관계에 관한 정보란 인식된 객체가 접촉대상에 대해, 놓여져 있는지, 접착되어 있는지, 끈에 의해 매달려 있는지 여부 등을 의미한다. 예를 들어, 객체가 탁상시계라면 결착관계는 다른 객체인 바닥이나 책상에 '놓여짐'과 같은 결착관계를 가질 것이다. 이와 달리, 객체가 벽걸이 시계라면 다른 객체인 벽면에 '못에 의해 고정됨'과 같은 결착관계를 가질 것이다. 한편, 데이터 모듈(50)은 별도의 저장매체에 객체에 관한 정보를 전달받거나 네트워크를 이용하여 별도의 데이터 저장소로부터 필요한 정보를 전달받는다.
사용자는 편집 모듈(10)을 통해 객체를 추가, 삭제, 이동 또는 회전시켜 사용자 개개인이 원하는 가상의 지진체험공간을 생성할 수 있다. 예컨대, 사용자는 편집 모듈(10)을 이용하여 자신의 생활공간을 가상의 지진체험공간으로 구현할 수 있다.
또는, 편집 모듈(10)이 다양한 사물이 배치되어 있는 생활공간의 영상정보를 수신하는 영상수신부와, 영상정보에 촬영된 사물을 객체로 인식하고 객체의 3차원 공간에서의 위치 및 크기를 추출하여 가상의 지진체험공간을 생성하는 영상신호처리부를 포함할 수 있다. 이 경우 사용자가 자신의 생활공간을 휴대폰 카메라 등으로 촬영할 경우 영상수신부 및 영신호처리부를 거쳐 가상의 지진체험공간으로 생성한다. 영상신호처리부는 인공신경을 이용한다. 이때, 인공신경망으로는 컨볼루션신경망(CNN: Convolution Neural Network)를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것아니다. 본 발명에서 이용하는 인공신경망은 복수의 영상정보로부를 분석하여 각 객체가 어떤 특징을 가지고 있는지 파악하여 신경망을 구성하고, 영상수신부로 수신된 영상정보를 분석하여 해당 특징을 가지고 있는 사물을 객체로 인식하는 것이다. 다만, 영상신호처리부에서의 객체의 인식 방법은 공지된 기술을 이용할 수 있으며, 특정한 방법으로 제한되는 것은 아니다. 이후 사용자는 편집 모듈(10)을 통해 생성된 가상의 지진체험공간의 객체들을 수정하여 사용자의 생활공간과 가상의 지진체험공간을 보다 더 유사하게 할 수 있다.
지진조건결정 모듈(20)은 사용자의 생활환경정보에 따라 지진조건을 결정한다.
실제 지진은 진원에서 시작된다. 그런데 각 사용자의 생활공간은 서로 다른 위치를 가진다. 위치가 달라지면 진원지와 생활공간 사이의 거리로 인해 지진의 강도가 달라진다. 따라서 본 발명의 일 실시예는 진원지로부터의 거리 및 지반특성에 따라 지반의 응답특성(응답스펙트럼)이 변화하는 특성을 반영하기 위해 경험적 또는 해석적으로 거리에 대한 감쇠 공식을 이용하여 지진동 특성(규모 및 주파수 등)을 결정할 수 있다.
또한, 사용자의 생활공간이 위치한 건물 종류나 층수에 따라 지진의 강도를 비롯하여 파형도 달라지게 된다. 특히 종래의 지진체험시설은 지진계측기에서 계측된 파형을 이용하는데, 지진계측기에서 계측된 파형은 기반암에 설치된 것을 측정한 것으로 사용자 생활공간에서의 파형과 차이가 있을 수 밖에 없다. 조금더 상세히 살펴보면 , 지반을 통해 전달되는 실제 지진동은 기반암에 지진계측기를 설치하여 얻는 자유장 지진동과 차이가 있다. 또한, 지반 위에 건설된 구조물의 응답특성(스펙트럼, 공진주파수 등)에 따라 구조물 내에서 전달되는 지진동은 다르게 나타난다.
예컨대, 사용자의 생활공간의 건물종류가 단독주택인지, 아파트인지 여부에 따라 동일한 지진이여도 서로 다른 크기와 파형의 진동이 발생한다. 또한, 사용자의 생활공간이 고층에 위치할 경우 상하방향의 진동보다 좌우방향의 진동이 더욱 커진다. 더욱이 지진의 주파수 대역에 따라 각 생활공간에 예상되는 지진의 피해가 상이하다. 고주파의 지진의 경우에는 낮은 층이 위험하나, 저주파의 지진의 경우에는 높은 층이 위험하다.
결국 구조물의 특성이나 구조물의 층수에 따라 구조물의 응답특성이 달라진다. 이에 본 발명의 일 실시예는 구조물의 움직임을 표준응답스펙트럼에 의한 인공지진동(지반진동)을 발생시켜, 구조물의 응답특성을 수치해석적으로 파악함으로써 사용자의 생활환경정보에 따른 지진조건을 결정할 수 있다. 예컨대, 구조물의 응답특성에 따른 공식을 도출하여 이를 이용하거나, 대표적인 구조물(구조물의 특징 또는 층수)에 따라 연구된 자료나 공개된 측정치를 토대로 체험자의 환경에 시스템 내 입력 지진 파형을 결정할 수 있다.
사람들은 자신의 생활공간이 어떠한 지진에 취약한지, 그리고 지진이 발생할 경우 어떻게 대처해야하는지에 대하여 걱정한다. 하지만 종래의 지진체험시설이나 가상 지진체험은 이와 같은 사용자의 걱정을 전혀 해소할 수 없다.
하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 지진체험 및 훈련시스템(100)은 전술한 바와 같이 편집 모듈(10)을 통해 사용자의 생활공간을 가상의 지진체험공간으로 구형할 수 있으며, 지진조건결정 모듈(20)을 이용하여 사용자의 생활환경정보에 대응하는 지진조건을 결정할 수 있다. 즉, 지진조건결정 모듈(20)은 진원지와 지진체험공간의 위치, 지진체험공간의 건물 종류 및 지진체험공간이 위치한 층수 중 적어도 하나 이상에 따른 진동의 크기 및 파형을 도출하여 모의할 지진조건을 결정한다.
한편, 사용자는 진원(또는 진앙)과 지진의 규모를 실제 일어났던 지진으로 선택하는 것도 가능하다. 예컨대, 사용자가 '2017년 11월 15일 포항 지진'을 선택하면, 지진조건결정 모듈(20)은 2017년 11월 15일 포항시 북구 북쪽 9km 지점인 흥해읍 남송리의 지표에서 7km 떨어진 지점을 진원으로 하고, 지진의 규모(Mw)를 5.4로 결정한다. 그 다음 지진조건결정 모듈(20)은 사용자의 생활환경정보를 고려하여 지진의 강도와 파형을 포함한 지진조건을 결정하는 것이다.
가상의 지진체험공간이 생성되고, 모의할 지진조건이 결정되면 동역학적시뮬레이션 모듈(30)에서 모의된 지진조건에 따라 가상의 지진체험공간 내의 객체의 운동을 추적하여 시뮬레이션하게 된다.
동역학적시뮬레이션 모듈로는 언리얼 엔진(Unreal Engine), 유니티 엔진(Unity Engine), 게임메이커(Gamemaker)를 이용할 수 있다. 이와 같은, 언리얼 엔진(Unreal Engine), 유니티 엔진(Unity Engine), 게임메이커(Gamemaker)는 각각의 사이트에서 서비스 제공자가 구입하여 이용할 수 있을 것이다.
동역학적시뮬레이션 모듈 (30)에서는 각각의 객체의 충돌을 감지하고, 작용 힘과 회전힘을 계산하여 나온 결과값을 시간으로 적분함으로써 속도 및 변위를 순차적으로 계산함으로써 객체들의 운동을 추적하게 된다.
구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 동역학적시뮬레이션 모듈(30)은 객체가 받는 작용힘(Force)과 회전힘(Torque)를 계산한다. 이때, 작용힘이란 객체와 객체사이의 충돌에 의해 작용하는 힘을 의미하는데, 이는 사물-사물, 사물-바닥 또는 사물-벽 등이 서로 충돌에 의해 작용하는 힘을 의미한다. 물론, 작용힘에는 중력이나 주변 기체나 유체에 의한 항력을 포함할 수 있다.
다음으로 뉴턴방정식에 의해 가속도 및 각가속도를 계산한다.
가속도 a=Force/(Mass)
각가속도 τ= Torque/(Moment of Inertia)
위의 가속도와 각가속도를 수치 적분(numerical integration)하여 각각 병진운동과 회전운동에 따른 변화를 산출하게 된다. 병진운동 및 회전운동에 따른 변화는 다음과 같은 표 1의 식으로 구할 수 있다.
Figure 112020100505951-pat00001
즉, 동역학적시뮬레이션 모듈(30)을 이용하여 시간 t에서의 객체의 상태(x(t), v(t), θ(t))로부터 시간 t+△t 에서의 상태(x(t+△t), v(t+△t), θ(t+△t))를 산출하여 객체의 운동을 추적한다.
동역학적시뮬레이션 모듈(30)이 가상의 지진체험공간에 대해 지진시뮬레이션하는 과정을 도 2 내지 도 5에 도시하였다.
도 2 내지 5를 참조하여 구체적으로 살펴보면, 지진체험공간에 대한 시뮬레이션이 진행되는 과정을 설명한다.
먼저, 도 2에는 적어도 하나 이상의 객체가 배치된 가상의 지진체험공간이 도시되어 있다. 도 2의 가상의 지진체험공간을 구성하는 객체로는 바닥, 벽, 천장과, 식탁, 복수의 의자, 책, 컵, 화분, 전등, 유리문이 있다. 이때, 각 객체의 결착관계는 식탁과 복수의 의자는 바닥에 놓여져 있고, 책과 컵은 식탁에 놓여져 있다. 화분은 의자에 놓여져 있다. 전등은 천장에 고정핀에 의해 매달려 있고, 유리문은 끼워져 있다. 도 2에서 알 수 있듯이, 각각의 객체될은 안정된 상태를 유지하고 있다.
다음으로 도 3과 같이 지진조건에 따라 지진시뮬레이션이 시작된다. 즉, 지진조건에 따른 진동을 모의하는 것이다. 지진 조건에 따라 시뮬레이션이 시작되면, 메달려 있는 전등이 흔들리게 되고, 의자 위에 놓여져있던 화분도 진동하게 되며, 컵도 넘어지게 된다. 이때 컵의 경우에는 원통형이기 때문에 넘어진 후에는 힘과 작용점 등에 변화가 생겨 보다 쉽게 굴러가게 된다.
그 다음으로 도 4에서 확인할 수 있듯이, 의자위에 놓여진 화분도 떨어지게 된다. 이때 깨지는 특성을 가지고 있는 화분이 이미 깨어진 것을 알 수 있다.
마지막으로 도 5를 보면, 컵과 유리문도 최종 단계에서는 깨어짐이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 나아가 천장에 매달려있던 전등도 고정핀이 빠지면서 아래로 늘어지는 것을 알 수 있다.
도 2 내지 도 5에서 나타난 결과는 다음 세가지 부분에서 의미가 있다.
첫번째는 사용자가 편집 모듈(10)을 이용하여 생성된 사용자 맞춤형 가상의 지진체험공간에 대해 동역학적시뮬레이션이 수행된다는 것이다. 행정안전부에서는 지진시 행동요령으로 여러가지 상황별 대처방안을 제시하고 있다. 하지만 이는 일반론에 불과하다. 이와 달리 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 지진체험 및 훈련 시스템(100)은 사용자 맞춤형으로 생성된 지진체험공간에 대해 지진상황을 모의하기 때문에 사용자는 지진이 발생할 경우에 어떠한 행동을 할 것인지 정확하게 인지할 수 있다는 장점이 있다.
두번째는 지진조건으로 사용자의 생활환경정보를 고려하여 가상의 지진체험공간에 대해 동역학적시뮬레이션을 수행한다는 것이다. 지진은 진원에서 시작된다. 하지만 각 사용자의 생활공간은 서로 다른 위치를 가지고, 나아가 생활공간이 위치한 건물 종류나 층에 따라 지진의 강도 및 파형이 달라진다. 그런데 종래의 지진체험실은 이와 같은 생활환경정보를 전혀 고려하지 못한다. 예컨대, 사용자의 생활공간이 고층에 위치한 경우 건물의 구조적 영향으로 인해 3축(x, y, z) 중 높이 방향인 z축의 진동보다는 x축과 y축 방향으로의 진동이 커지는데, 종래의 지진체험실은 이와 같은 것을 전혀 고려하지 못했다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 지진체험 및 훈련시스템(100)은 사용자의 생활환경정보를 고려하여 지진조건을 결정하기 때문에, 사용자는 보다 정확하게 자신의 생활환경정보에 따른 지진의 영향을 살펴볼 수 있다.
세번째는 가상의 지진체험공간에 대한 동역학적시뮬레이션을 수행함으로써 지진에 의해 피해가 예상되는 위치를 확인할 수 있다는 것이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 지진체험 및 훈련 시스템(100)을 이용함으로서 사용자는 지진에 취약한 부분을 확인할 수 있고, 나아가 취약한 부분을 보완하여 지진 발생시 예상되는 피해를 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 지진체험 및 훈련 시스템(100)은 동역학적시뮬레이션 모듈에서 수행한 동역학적시뮬레이션 과정을 가상현실 장치(60)로 송출하는 출력 모듈(40)을 더 포함한다. 이때, 가상현실 장치(60)는 HMD(Head Mounted Display), VR 조작장치(조이스틱 또는 글러브) 및 기타 안전장치 등으로 구성될 수 있다. 한편, 가상현실 장치(60)은 모션 트래킹 센서(Motion Tracking Sensor)를 구비할 수 있다. 모션 트래킹 센서는 HMD와 VR 조작장치의 위치를 추적하여 사용자의 휴먼 모델을 생성하고, 휴먼 모델을 가상의 지진체험공간의 객체로 포함시킨다. 동역학적지진시뮬레이션 모듈(30)은 휴먼 모델을 포함한 상태로 지진시뮬레이션을 수행한다. 따라서 가상현실 장치(60)를 통해 사용자는 가상의 지진체험공간에 대해 이루어지는 지진시뮬레이션을 직접체험할 수 있고, 나아가 지진 발생시 취해야 할 행동을 예행 연습해 볼 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상의 지진체험 및 훈련 시스템(100)은 출력 모듈(40)과 연결되는 모션베드(70)를 더 포함할 수 있다. 모션베드(70)는 모의된 지진조건에 따른 물리적 진동을 발생시키게 된다. 사용자는 가상현실 장치(60)를 착용하고, 모션베드(70) 위에서 가상의 지진체험 및 훈련을 수행할 수 있다.
이때, 가상현실 장치(60)와 모션베드(70)는 모의된 지진조건을 매개로 서로 연동된다. 따라서 사용자는 보다 실감나게 가상의 지진체험 및 훈련이 가능하다.
한편, 모션베드(70)는 그 크기가 제한되어 있다. 하지만 사용자가 체험하고자 하는 가상의 지진체험공간은 사용자마다 상이하다. 따라서 모션 트래킹 센서에서 감지한 사용자의 이동거리를 가상의 지진체험공간에서 사용자의 이동거리, 즉 휴먼 모델의 이동거리로 변환할 때, 가상의 지진체험공간에서의 사용자의 이동거리는 실제 사용자의 이동한 거리보다 크도록 변환할 수 있다.
또한, 모션베드(70)의 크기가 제한되어 있기 때문에, 가상현실 장치(60)로 제공되는 영상정보에는 증강현실(AR)을 이용하여 모션베드(70)의 경계를 알려주는 경계선이 표시되도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 일 실시예에 따른 가상의 지진체험 및 훈련시스템(100)에 대해 설명하였다. 이와 같은 가상의 지진체험 및 훈련시스템(100)을 이용한 본 발명의 다른 실시예에 따른 가상의 지진체험 및 훈련 방법(M100)에 대해서 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가상의 지진체험 및 훈련 방법(M100)은 편집 모듈이 적어도 하나 이상의 객체를 배치하여 가상의 지진체험공간을 생성하는 지진체험공간 생성 단계(S10), 지진조건결정 모듈이 사용자의 생활환경정보에 따라 가상의 지진체험공간에 모의할 지진조건을 결정하는 지진조건 결정 단계(S20) 및 동역학적시뮬레이션 모듈이 상기 지진조건결정 모듈로부터 상기 모의된 지진조건을 전달받아 모의된 지진조건에 따라 가상의 지진체험공간 내의 객체의 운동을 추적하는 지진시뮬레이션 단계(S30)를 포함하여 수행된다.
지진체험공간 생성 단계(S10)는 편집 모듈이 객체를 추가, 삭제, 이동 또는 회전시켜 가상의 지진체험공간을 생성함으로써 수행된다. 이때, 객체는 사용자가 지정한 것들이거나, 영상수신부에서 수신한 영상으로부터 영상신호처리부가 추출한 객체일 수 있다. 후자의 경우, 영상신호처리부가 추출한 객체에 더불어 편집 모듈이 추가, 삭제, 이동 또는 회전시키는 과정이 함께 수행될 수 있다. 한편, 여기서 객체는 바닥, 기둥, 천장, 벽, 가전 또는 가구 등을 의미한다.
가상의 지진체험공간이 생성되는 것과 별개로 모의할 지진조건을 결정하는 지진조건 결정 단계(S20)가 진행된다. 이때, 생활환경정보는 가상의 지진체험공간의 위치, 가상의 지진체험공간이 위치한 건물의 종류, 및 가상의 지진체험공간이 위치한 층수 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함한다. 이 경우 지진조건 결정 단계(S20)는 상기 지진조건결정 모듈이 진원지와 지진체험공간의 위치, 지진체험공간의 건물 종류 및 지진체험공간이 위치한 층수 중 적어도 하나 이상에 따른 진동의 크기 및 파형을 결정하게 된다. 지진조건 결정 단계(S20)에서 사용자는 진원(또는 진앙)과 지진의 규모를 실제 일어났던 지진으로 선택하는 것도 가능하다.
가상의 지진체험공간이 생성되고, 모의할 지진조건이 결정되면 동역학적시뮬레이션 모듈이 모의된 지진조건에 따라 가상의 지진체험공간 내의 객체의 운동을 추적하는 지진시뮬레이션 단계(S30)가 수행된다. 동역학적시뮬레이션 모듈은 객체가 받는 작용힘(Force)과 회전힘(Torque)를 계산함으로써, 객체의 움직임을 추적하게 된다.
지진시뮬레이션 단계(S30)에서 수행되는 지진시뮬레이션 과정은 출력모듈을 통해 가상현실 장치로 송출될 수 있다. 사용자는 가상현실 장치를 착용하고 지진체험 및 훈련이 가능하다.
이때, 가상현실 장치가 모션 트래킹 센서를 구비한 경우라면, 가상의 지진체험공간에 모션 트래킹 센서에 대응하는 휴먼 모델을 객체로 생성하는 단계가 수행된다. 모션 트래킹 센서에 따라 사용자의 움직임을 추적하게 되고, 이에 따라 사용자는 가상의 지진체험공간에서 지진시뮬레이션이 수행되는 과정에서 직접 지진체험 및 훈련을 수행할 수 있다.
다만, 이와 같은 가상 지진체험 및 훈련 방법(M100)은 제한된 공간(예를 들어, 모션베드)에서 진행되므로, 사용자의 움직임을 추적할 경우 가상현실 장치가 모션 트래킹 센서에서 감지한 사용자의 이동거리를 가상의 지진체험공간에서의 사용자의 이동거리로 변환하는 단계를 수행하되, 가상의 지진체험공간에서의 사용자의 이동거리는 실제 사용자의 이동한 거리보다 크도록 변환할 수 있다.
또한, 시스템이 출력 모듈와 연결되는 모션베드 더 포함할 경우, 모션베드는 모의된 지진조건에 따른 물리적 진동을 발생시킨다. 따라서 사용자는 모션베드 위에서 가상현실 장치를 착용하고 지진체험 및 훈련에 임할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가상의 지진체험 및 훈련 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magnetooptical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (14)

  1. 각 사용자에 따라 맞춤형으로 지진체험 및 훈련이 가능한 가상 지진체험 및 훈련 시스템으로서:
    적어도 하나 이상의 객체를 배치하여 가상의 지진체험공간을 생성하는 편집 모듈;
    사용자의 생활환경정보에 따라 가상의 지진체험공간에 모의할 지진조건을 결정하는 지진조건결정 모듈; 및
    상기 지진조건결정 모듈로부터 상기 모의된 지진조건을 전달받아 상기 모의된 지진조건에 따른 진동에 의한 가상의 지진체험공간 내의 상기 객체의 운동을 추적하여 지진시뮬레이션하는 동역학적시뮬레이션 모듈;을 포함하고,
    상기 동역학적시뮬레이션 모듈에서 수행한 동역학적시뮬레이션 과정을 가상현실 장치로 송출하는 출력 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 동역학적시뮬레이션 모듈은 지진조건에 따라 객체에 가해지는 작용힘과 회전힘을 계산하고, 각각의 객체의 충돌에 따른 객체의 속도 및 변위를 도출하여 각각의 객체들의 운동을 추적하는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 편집 모듈은 객체를 추가, 삭제, 이동 또는 회전시켜 사용자 맞춤형 지진체험공간을 생성하는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 편집 모듈은 다양한 사물이 배치되어 있는 생활공간의 영상정보를 수신하는 영상수신부; 및
    상기 영상정보에 촬영된 사물을 객체로 인식하고 상기 객체의 3차원 공간에서의 위치 및 크기를 추출하여 가상의 지진체험공간을 생성하는 영상신호처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 생활환경정보는 가상의 지진체험공간의 위치, 가상의 지진체험공간이 위치한 건물의 종류, 및 가상의 지진체험공간이 위치한 층수 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함하고,
    상기 지진조건결정 모듈은 진원지와 지진체험공간의 위치, 지진체험공간의 건물 종류 및 지진체험공간이 위치한 층수 중 적어도 하나 이상에 따른 진동의 강도 및 파형을 도출하여 모의할 지진조건을 결정하는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가상현실 장치는 상기 가상의 지진체험공간에서 상기 동역학적시뮬레이션 과정에 대응하는 사용자의 움직임을 추적할 수 있는 모션 트래킹 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 출력 모듈과 연결되며, 상기 모의된 지진조건에 따른 물리적 진동을 발생시키는 모션베드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 시스템.
  9. 편집 모듈이 적어도 하나 이상의 객체를 배치하여 가상의 지진체험공간을 생성하는 지진체험공간 생성 단계;
    지진조건결정 모듈이 사용자의 생활환경정보에 따라 가상의 지진체험공간에 모의할 지진조건을 결정하는 지진조건 결정 단계; 및
    동역학적시뮬레이션 모듈이 상기 지진조건결정 모듈로부터 상기 모의된 지진조건을 전달받아 모의된 지진조건에 따른 진동에 의한 가상의 지진체험공간 내의 객체의 운동을 추적하는 지진시뮬레이션 단계; 를 포함하고,
    출력 모듈이 상기 동역학적시뮬레이션 모듈에서 수행한 동역학적시뮬레이션 과정을 가상현실 장치로 송출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가상의 지진체험공간을 생성하는 단계는,
    상기 편집 모듈이 객체를 추가, 삭제, 이동 또는 회전시켜 가상의 지진체험공간을 생성하고,
    상기 객체는 바닥, 기둥, 천장, 벽, 가전 또는 가구인 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 생활환경정보는 가상의 지진체험공간의 위치, 가상의 지진체험공간이 위치한 건물의 종류, 및 가상의 지진체험공간이 위치한 층수 중 적어도 어느 하나의 정보를 포함하고,
    상기 모의할 지진조건을 결정하는 단계는 상기 지진조건결정 모듈이 진원지와 지진체험공간의 위치, 지진체험공간의 건물 종류 및 지진체험공간이 위치한 층수 중 적어도 하나 이상에 따른 진동의 크기 및 파형을 결정하는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 방법.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 가상현실 장치는 상기 가상의 지진체험공간에서 상기 동역학적시뮬레이션 과정에 대응하는 사용자의 움직임을 추적할 수 있는 모션 트래킹 센서를 구비하고,
    상기 사용자의 움직임을 추적할 경우 상기 가상현실 장치가 상기 모션 트래킹 센서에서 감지한 사용자의 이동거리를 상기 가상의 지진체험공간에서의 사용자의 이동거리로 변환하는 단계를 수행하되,
    상기 가상의 지진체험공간에서의 사용자의 이동거리는 실제 사용자의 이동한 거리보다 큰 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 출력 모듈와 연결되는 모션베드를 더 포함하고, 상기 모션베드는 모의된 지진조건에 따른 물리적 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 가상 지진체험 및 훈련 방법.
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