KR102188313B1 - Vr을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전방의 영상을 획득할 수 있도록 구성되는 카메라, 영상을 표시할 수 있도록 구성된 디스플레이부를 포함하는 HMD, 비행정보를 표시할 수 있도록 구성되는 모니터 및 조종사로부터 조종입력을 입력받을 수 있도록 구성되는 조종간을 포함하는 조종석 모사부, 비행 시뮬레이션에 따른 외부영상을 생성할 수 있도록 구성된 조종석 외부영상 생성부, 항공기의 기종선택에 따라 선택적으로 조종석의 내부영상을 생성할 수 있도록 구성되는 조종석 이미지 생성부 및 카메라로부터 획득되는 획득영상으로부터 모니터, 조종간을 포함한 영역인 추출영상을 추출하며, 추출영상, 내부영상 및 외부영상을 합성하여 디스플레이부로 전송하도록 구성되는 영상처리부를 포함하는 다기종 비행 훈련 시뮬레이터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터는 MFD(Multi Function Display) 및 조종사 자신의 팔의 영상을 실제영상으로부터 획득하며 시뮬레이션 할 수 있으므로 몰입감을 높일 수 있고, 조종석 내부의 영상을 기종에 따라 다르게 표시할 수 있어 확장성이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터{Multi-model flight training simulator using VR}
본 발명은 비행 훈련 시뮬레이터에 관한 것이며, 보다 상세하게는 VR을 이용하여 여러 기종을 시현하여 시뮬레이션 할 수 있는 비행 훈련 시뮬레이터에 관한 것이다.
시뮬레이터는 군수 뿐만 아니라 민수 산업전반에 걸쳐서 Interactive한 훈련 및 학습용으로 사용이 되고 있으며, 사용 목적과 비용에 따라서 다양한 형태의 시뮬레이터가 존재하고, 앞으로 그 중요성 및 적용 분야가 확장될 것으로 다수의 ICT 전문가들이 예측하고 있다.
비행 시뮬레이터는 전통적으로 조종사의 조종관련 신호 입출력을 담당하는 조종석 시스템, 조종입력을 사용하여 비행성능 및 조종석 계기의 값을 계산하는 호스트 시스템, 조종석 외부 영상 환경을 생성하는 영상 발생장치와 발생된 가상 영상 이미지를 시현하는 시현장치 등으로 구분될 수 있다.
종래의 조종사 비행훈련 및 전술훈련을 위한 시뮬레이터는 조종석 밖의 외부 영상 FOV(Field of View: 시야각)가 크면 클수록 유리한 반면에 비용적인 부담이 있어 왔다. 또한 조종석 외부의 외부 영상 환경을 시현하는 장치는 스크린에 가상영상을 투사하는 프로젝션 또는 TV 혹은 모니터에 디스플레이되는 방식으로 구분되었다.
이러한 종래기술과 관련하여 대한민국 공개특허 제19950008655호가 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래의 기술은 곡면 또는 평면에 가상현실의 영상을 투사하는 방식으로서 사실성이 결여되며, 다양한 기종으로 확장이 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제19950008655호
본 발명은 종래의 비행 훈련 시뮬레이터에서 다양한 기종으로의 확장성 및 몰입감을 향상시킬 수 있는 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 전방의 영상을 획득할 수 있도록 구성되는 카메라, 영상을 표시할 수 있도록 구성된 디스플레이부를 포함하는 HMD, 비행정보를 표시할 수 있도록 구성되는 모니터 및 조종사로부터 조종입력을 입력받을 수 있도록 구성되는 조종간을 포함하는 조종석 모사부, 비행 시뮬레이션에 따른 외부영상을 생성할 수 있도록 구성된 조종석 외부영상 생성부, 항공기의 기종선택에 따라 선택적으로 조종석의 내부영상을 생성할 수 있도록 구성되는 조종석 이미지 생성부 및 카메라로부터 획득되는 획득영상으로부터 모니터, 조종간을 포함한 영역인 추출영상을 추출하며, 추출영상, 내부영상 및 외부영상을 합성하여 디스플레이부로 전송하도록 구성되는 영상처리부를 포함하는 다기종 비행 훈련 시뮬레이터가 제공될 수 있다.
여기서 추출영상은 획득영상으로부터 소정깊이까지의 영상을 추출할 수 있다.
또한, 추출영상은 획득영상에서 영역별 깊이정보를 추출하며, 깊이정보를 근거로 소정깊이까지의 영상을 추출할 수 있다.
한편, 조종석 이미지 생성부는 전방계기, 좌측계기 및 우측계기 중 적어도 하나를 포함한 영상을 생성하도록 구성될 수 있다. 구체적으로 조종석 이미지 생성부는 카메라 추출영상을 제외한 조종사에게 보여지는 내부 조종석 프레임과 좌우측 계기를 포함한 영상을 생성하도록 구성될 수 있다. 즉 MFD(Multi Function Display) 및 조종간과 조종사의 손을 제외한 조종석 프레임 및 좌우측 계기와 조종석 바닥은 영상 발생장치에서 생성된 이미지일 수 있다. 카메라에서 추출한 영상과 전술한 생성된 이미지가 함께 HMD에서 시현될 수 있다.
또한, 조종석 외부영상 생성부는 비행 시뮬레이션의 수행에 따른 특수효과, 대용량 지형 및 모델 데이터 중 적어도 하나를 포함한 영상을 생성할 수 있다.
한편, 추출영상은 카메라로 획득되는 조종사의 상박의 영상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터는 MFD(Multi Function Display) 및 조종사 자신의 팔의 영상을 실제영상으로부터 획득하며 시뮬레이션 할 수 있으므로 몰입감을 높일 수 있고, 조종석 내부의 영상을 기종에 따라 다르게 표시할 수 있어 확장성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터의 블록도이다.
도 2는 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터의 HMD 및 조종석에서 조종사의 시야가 나타나 있다.
도 3은 획득영상으로부터 추출된 추출영상의 개념이 도시된 도면이다.
도 4는 외부영상의 개념을 도시한 도면이다.
도 5는 내부영상의 개념을 도시한 도면이다.
도 6은 디스플레이부에 표시되는 합성영상의 일 예를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터의 블록도이며, 도 2는 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터의 HMD(10) 및 조종석에서 조종사의 시야가 나타나 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터는 사용자가 바라보는 방향의 실제영상의 일부와 비행 시뮬레이션이 진행됨에 따라 가상공간의 영상이 합성되어 조종사가 시각적으로 인식할 수 있도록 표시될 수 있다. 일 실시예로서 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터는 HMD(10)(Head Mount Display), 조종석 모사부(20), 영상처리부(40), 조종석 이미지 생성부(50), 조종석 외부영상 생성부(60) 및 비행 시뮬레이터(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
HMD(10)(Head Mount Display)는 조종사가 머리에 착용하며, 영상을 표시할 수 있도록 구성된다. HMD(10)는 하우징, 카메라(11) 및 디스플레이부(12)를 포함하여 구성될 수 있다. 하우징은 전체적인 외형을 구성하며 카메라(11) 및 디스플레이가 구비될 수 있는 공간을 제공하도록 구성될 수 있다. 하우징의 일측은 사용자가 머리에 착용이 용이한 형상으로 구성될 수 있다. 카메라(11)는 적어도 두 개로 구성되어 하우징에서 전방을 촬영할 수 있는 위치에 구비될 수 있으며, 서로 적절한 거리로 이격되어 구비될 수 있다. 이격거리는 사용자가 HMD(10)를 착용한 상태에서 사용자의 두 개의 안구에서 인식되는 시각정보와 유사한 영상을 획득할 수 있도록 사람의 안구의 이격거리와 유사하게 결정될 수 있다. 디스플레이부(12)는 하우징의 내측에 구비되며 사용자가 HMD(10)를 착용하였을 때 사용자의 안구측으로 시현될 수 있도록 구성된다. 디스플레이부(12)는 좌측과 우측에 독립적으로 각각 다른 영상이 표시될 수 있어 몰입감을 높일 수 있도록 구성된다. 한편 HMD(10)를 구성하는 구체적인 구성은 널리 사용되는 구성이 적용될 수 있으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
조종석 모사부(20)는 조종석 내측의 구성을 모사하여 구비될 수 있다. 조종석 내측에서는 다양한 비행정보를 표시할 수 있도록 구성되는 모니터(21)가 구비될 수 있다. 모니터(21)는 일 예로 MFD(Multi Function Display)로 구성될 수 있다. 또한 조종석 모사부(20)에 착석한 조종사가 조종입력을 전달할 수 있도록 조종간(22)이 구비될 수 있다. 조종간(22)은 복수개로 구비될 수 있다.
영상처리부(40)는 후술할 조종석 이미지, 조종석 외부영상(300) 및 추출영상(100)을 합성하여 표시할 수 있도록 구성될 수 있다. 영상처리부(40)는 합성된 영상을 디스플레이부(12)에서 표시할 수 있도록 영상신호를 발생시키며, 좌우측에 각각 별도의 영상을 생성하여 사용자가 입체적으로 인식할 수 있도록 구성된다. 이와 관련하여는 차후 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
조종석 이미지 생성부(50)는 기종에 따른 조종석 내부의 영상을 생성할 수 있도록 구성된다. 조종석 이미지 생성부(50)는 모니터(21) 이미지 생성부와 조종석 내부 이미지 생성부를 포함하여 구성될 수 있다. 조종석 내부 이미지 생성부는 사용자에 의해 항공기 기종이 선택되는 경우 조종석 내측의 3차원적인 모델을 로딩하고 이미지를 생성할 수 있도록 구성된다.
모니터(21) 이미지 생성부는 기종에 따라 실제 조종석 모사부(20)에 구비된 모니터(21)에 표시될 내용을 생성하게 된다. 전술한 바와 같이 모니터(21)는 일 예로서 MFD로 구성될 수 있으며, MFD에 표시되는 핵심 계기 및 비행정보에 관한 화면을 생성할 수 있다. 한편, 모니터(21) 이미지 생성부에서 생성된 이미지는 모니터(21)에서 표시되며, HMD(10)의 카메라(11)가 촬영한 뒤 디스플레이부(12)에서 최종적으로 시현된다.
조종석 내부 이미지 생성부는 모니터(21)를 제외한 항공기 조종석의 내부 영상을 생성하며, 구체적으로 좌측 및 우측의 계기들을 포함한 내부의 영상을 획득하도록 구성된다. 조종석 내부 이미지는 조종석 내부 이미지 생성부에서 생성되며, 카메라(11)를 거치지 않고 디스플레이부(12)에서 최종적으로 시현된다.
조종석 외부영상 생성부(60)는 비행 시뮬레이션에 따라 항공기의 외부의 영상을 생성하도록 구성된다. 조종석 외부영상 생성부(60)는 비행 시뮬레이션이 수행됨에 따라 가상 공간 내부에서 이동하는 위치 및 자세에 따라 외부 배경을 생성한다. 또한 피아 장비, 무장의 운용 및 특수효과에 다른 시각적인 정보를 생성하도록 구성된다. 조종석 외부영상 생성부(60)는 항공기의 시야각과 3차원적인 공간좌표에 따라 표시되는 영상을 결정할 수 있다.
비행 시뮬레이터(30)는 시간에 따른 가상공간에서 항공기의 운용이 이루어질 수 있도록 구성된다. 한편 시뮬레이터의 구성은 널리 사용되는 구성이 적용될 수 있으므로 그 설명을 생략하도록 한다.
이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 이미지의 생성 및 영상처리에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 획득영상으로부터 추출된 추출영상(100)의 개념이 도시된 도면이고, 도 4는 외부영상의 개념을 도시한 도면이며, 도 5는 내부영상의 개념을 도시한 도면이다.
도 3을 살펴보면, 사용자가 전방의 계기판을 바라보고 있을 때 전방측의 영상이 촬영될 수 있다. 전방 영상에는 전방의 모니터(21)와 조종간(22)을 포함한 영역이 촬영될 수 있다. 여기서 조종사가 조종간(22)을 잡고 있는 경우 조종사의 손(h)과 손목을 포함한 팔의 일부 또는 전부가 영상에 촬영될 수 있다. 영상처리부(40)는 획득영상을 분석하여 영상의 깊이를 분석하여 추출에 이용하도록 구성될 수 있다. 일 예로 항공기의 조종석에서 전방을 바라볼 때 카메라(11)로부터 모니터(21)의 표시 위치까지 존재하는 물체들을 인식하게 된다.
영상처리부(40)는 획득영상으로부터 영상의 깊이정보를 이용하여 일정 깊이까지의 영상만을 추출하며, 일정깊이보다 깊은 영역에 대하여는 클리핑(clipping)하여 제거할 수 있도록 구성된다.
영상처리부(40)는 추출영상(100)이 추출되면 조종석의 내부영상(200) 및 조종석 외부영상(300)을 합성하여 표시될 수 있도록 구성된다. 외부영상(300)은 도 4에 표시된 바와 같이 3차원적인 좌표 및 항공기의 방향에 따라 표시되는 영상을 선택하게 된다. 영상처리부(40)는 내부영상(200)을 제외한 영역, 즉 항공기 모델마다 가시광선이 투과하여 외부 자연환경을 인식할 수 있는 영역에 대하여 외부영상(300)을 합성한다. 외부영상(300)은 전술한 바와 같이 항공기가 바라보는 방향에 따라 외부영상 표시영역(A1)에 표시될 수 있다.
또한, 영상처리부(40)는 도 5(a)에 나타난 바와 같이 3차원적으로 모델링된 조종석 내부영상(200)에서 전방의 영역에 추출영상(100)이 표시되도록 구성된다. 이후 내부영상(200)과 외부영상(300)을 합성하여 표시될 수 있도록 구성된다. 영상처리부(40)는 3차원적인 공간에서 모델링 및 영상이 확정되면 사용자의 시선방향에 따라서 디스플레이되는 영상의 방향을 결정하여 디스플레이부(12)에 전송한다. 한편 다른 기종이 선택되는 경우 도 5(b)와 같이 내부영상(200)이 달라지게 된다.
도 6은 디스플레이부(12)에 표시되는 합성영상의 일 예를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 디스플레이부(12)에는 외부영상 표시영역(A1)과 내부영상 표시영역(A2)이 3차원적으로 합성되어 시현되고 있으며, 내부영상(200)에는 카메라(11)로부터 획득된 모니터(21) 이미지와 조종간(22) 및 사용자의 손(h)이 함께 표시될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 VR을 이용한 다기종 비행 훈련 시뮬레이터는 사용자가 손을 움직이고 조작하는 경우 실제 모니터에 표시되는 정보들을 즉각적으로 인식할 수 있고, 사용자의 조작에 따른 움직임을 시각적으로 확인할 수 있어 몰입감을 높일 수 있다. 또한 기종에 따라 실제 내부구성을 교체하지 않더라도 내부영상을 교체하여 시현할 수 있어 저렴한 비용으로 운용할 수 있는 효과가 있다.
10: HMD
11: 카메라
12: 디스플레이부
20: 조종석 모사부
21: 모니터
22: 조종간
30: 비행 시뮬레이터
40: 영상처리부
50: 조종석 이미지 생성부
60: 조종석 외부영상 생성부
h: 손
A1: 외부영상 표시영역
A2: 내부영상 표시영역
100: 추출영상
200: 내부영상
300: 외부영상

Claims (6)

  1. 전방의 영상을 획득할 수 있도록 구성되는 카메라, 영상을 표시할 수 있도록 구성된 디스플레이부를 포함하는 HMD;
    비행정보를 표시할 수 있도록 구성되는 모니터 및 조종사로부터 조종입력을 입력받을 수 있도록 구성되는 조종간을 포함하는 조종석 모사부;
    비행 시뮬레이션에 따른 외부영상을 생성할 수 있도록 구성된 조종석 외부영상 생성부;
    항공기의 기종선택에 따라 선택적으로 조종석의 내부영상을 생성할 수 있도록 구성되는 조종석 이미지 생성부; 및
    상기 카메라로부터 획득되는 획득영상으로부터 상기 모니터, 상기 조종간을 포함한 영역인 추출영상을 추출하며, 상기 추출영상, 상기 내부영상 및 상기 외부영상을 합성하여 상기 디스플레이부로 전송하도록 구성되는 영상처리부를 포함하며,
    상기 영상처리부는,
    상기 획득 영상으로부터 상기 카메라로 획득되는 조종사의 상박의 영상을 포함할 수 있도록, 상기 추출영상은 상기 획득영상에서 영역별 깊이정보를 추출하고, 상기 깊이정보를 근거로 상기 소정깊이까지의 영상을 추출하며, 상기 깊이정보를 근거로 상기 소정깊이 이상의 영역을 클리핑하여 제거하며,
    상기 조종석 이미지 생성부는 사용자에 의한 상기 항공기의 기종에 따라 전방계기, 좌측계기 및 우측계기 중 적어도 하나를 포함한 영상을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다기종 비행 훈련 시뮬레이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 조종석 외부영상 생성부는 비행 시뮬레이션의 수행에 따른 특수효과, 대용량 지형 및 모델 데이터 중 적어도 하나를 포함한 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 다기종 비행 훈련 시뮬레이터.
  6. 삭제
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KR102427587B1 (ko) 2021-11-26 2022-08-01 라이트하우스(주) Ar 기반 비행 훈련 시뮬레이터 제공 방법, 장치 및 시스템
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