KR102212241B1 - 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소방 체험 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템은, 체험자의 머리에 착용되고 사용자 주변의 실사 영상 및 가상으로 생성된 영상을 혼합하여 표시하는 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 장치; 헤드 마운트 디스플레이 장치와 무선 통신가능한 교보재 소화기 장치; 및 헤드 마운트 디스플레이 장치와 교보재 소화기와 무선통신가능한 제어 컴퓨터를 포함하고, 교보재 소화기 장치는 배출부를 포함하고, 상기 배출부에는 배출부의 자세를 검출하기 위한 자세위치 검출부를 포함하고, 제어 컴퓨터는 상기 교보재 소화기 장치의 배출부의 자세 및 위치를 검출하고, 검출된 배출부의 자세 및 위치에 기반하여 가상의 분무를 생성하고, 생성된 가상의 분무는 헤드 마운트 디스플레이 장치에 전달되고, 헤드 마운트 디스플레이 장치는 가상의 분무를 교보재 장치의 배출부에 위치 정합하여 가상의 분무를 사용자에게 디스플레이하도록 구성된다.

Description

혼합현실 기반의 소방 체험 시스템{FIRE FIGHTING EXPERIENCE SYSTEM BASED ON MIXED REALITY}

본 발명은 소방 체험 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 소방 체험 학습의 효율을 향상시킬 수 있도록 기능하는 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템에 관한 것이다.

통상적으로, 소방 훈련이라 함은 화재시 발생될 수 있는 사고뿐만 아니라 그 진화를 효과적으로 수행할 수 있도록 하는 훈련으로서, 대피훈련 및 소화훈련 등을 사전에 반복적으로 실시하여 실제 화재 현장에서 초기에 화재진압을 효과적으로 대응하도록 하는 것이다.

통상적으로 소방 훈련은 운동장과 같이 넓은 평지 등의 야외에서 실제 불꽃을 점화시킨 상태에서 이루어짐에 따라 훈련 도중 점화된 불꽃으로 인해 훈련자의 신체가 다치는 등의 안전상의 문제점이 내재되어 있었으며, 실제 불꽃을 점화시킴에 따라 유발되는 연기 및 가스에 의해 환경오염을 유발하는 문제가 있다.

또한, 안전상의 문제로 인해 청소년이나 어린이에게는 화재진압 훈련은 실재 이루어지고 있지 않고 있으며 화재 발생시의 대피 요령만을 교육시킴에 따라 어릴 때부터 소방 훈련을 숙지할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 소방체험 시스템은 별도 제작된 교육용 소화기를 이용하여 화재 진화를 체험할 수 있게 하고 있다. 이러한 교육용 소화기는 실제 소화기를 사용하는 것과 동일한 작동원리를 실현하는 것으로, 민방위 교육장이나 여러 공공기관에서 활용하고 있다.

일례로, 한국공개특허공보 제10-2010-0134266호에는 "소화기 소방교육 시뮬레이션 시스템"에 대해 개시하고 있는데, 구체적으로는, 화재 영상을 표시하는 영상 표시부; 및 내부에 실린더와 마이크로스위치를 구비하여 압력이 발생 되고, 호스 내부에는 레이저발생장치를 구비하여 화재진압신호를 발생시키는 적어도 하나 이상의 시뮬레이션용 소화기를 이용하여 소화기 소방교육 시뮬레이션을 실시하고 것에 대해 제안하고 있지만, 이는 소화기로부터 단순히 압축공기만을 분사하고 또한 벽등에 스크린 상에 불꽃을 투영하여 체험자에게 제공하고 있기 때문에 사용자가 실제 화재를 체험하고 있다라는 측면에서 부족함이 많고 또한 영상과 음성을 제공하는 장치 등의 구성이 너무 부피가 커서 제조비용이 증가하게 된다.

본 발명은 전술한 문제점에 기반하여 안출된 발명으로서 실제 화재 상황과 같은 환경에서 사용자에게 화재 진압 및 대피 훈련등을 제공할 수 있는 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일양태에 따르면, 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템이 제공된다. 이 시스템은, 체험자의 머리에 착용되고 사용자 주변의 실사 영상 및 가상으로 생성된 영상을 혼합하여 표시하는 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 장치; 헤드 마운트 디스플레이 장치와 무선 통신가능한 교보재 소화기 장치; 및 헤드 마운트 디스플레이 장치와 교보재 소화기와 무선통신가능한 제어 컴퓨터를 포함하고, 교보재 소화기 장치는 배출부를 포함하고, 상기 배출부에는 배출부의 자세를 검출하기 위한 자세위치 검출부를 포함한다.

전술한 양태에서 제어 컴퓨터는 상기 교보재 소화기 장치의 배출부의 자세 및 위치를 검출하고, 검출된 배출부의 자세 및 위치에 기반하여 가상의 분무를 생성하고, 생성된 가상의 분무는 헤드 마운트 디스플레이 장치에 전달되고, 헤드 마운트 디스플레이 장치는 가상의 분무를 교보재 장치의 배출부에 위치 정합하여 가상의 분무를 사용자에게 디스플레이하도록 구성된다.

전술한 양태에서 교보재 소화기는, 회로기판이 내장되는 몸체부; 및 상기 몸체부로부터 상측으로 연장되는 헤드부를 포함하고, 상기 헤드부는, 헤드부로부터 회동가능하도록 측방향으로 연장하여 결합된 상측 손잡이와 상기 헤드부로부터 상기 상측 손잡이의 아래측에서 측방향으로 연장된 하측 손잡이를 더 포함하고, 상측 손잡이와 하측 손잡이는 자기결합하도록 구성되고, 상측 손잡이와 하측 손잡이의 자기 겨합 상태가 상기 제어 컴퓨터로 전달되도록 구성된다.

전술한 양태에서, 교보재 소화기는, 상기 상측 손잡이와 하측 손잡이의 결합부에 안전핀을 더 포함하고, 상측 손잡이는 안전핀이 삽입된 상태에서 회동불가능하고, 상기 안전핀이 해제된 상태에서 회동가능하도록 구성되고, 안전핀의 삽입 상태 및 해제 상태는 상기 제어 컴퓨터로 전달되도록 구성된다.

전술한 양태에서 교보재 소화기는, 헤드부의 측면의 일부분으로부터 외측으로 호스를 통해 연장되는 배출부를 더 포함하고, 배출부 내에는 배출부의 자세를 감지하기 위한 자세위치 검출부를 포함하고, 자세 검출부는 3축 자이로 센서, 3축 가속도 센서, 및 3축 지자기 센서를 포함하고, 3축 자이로 센서, 3축 가속도 센서, 및 3축 지자기 센서로부터의 검출된 검출값은 제어 컴퓨터로 전송되도록 구성된다.

또한 전술한 양태에서 제어 컴퓨터는, 혼합현실 기반의 소방 체험에 이용되는 공간에 대한 설정을 수행하는 환경설정부를 포함하고, 환경 설정부는 혼합현실 기반의 가상의 체험 공간에 대한 화재 요소 및 환경 요소를 생성하도록 기능한다.

또한 전술한 양태에서 화재 요소는, 체험 공간내 화재 불꽃의 위치, 화재시 발생되는 연기의 농도 및 색상, 화재 불꽃의 크기를 포함하고, 환경 요소는, 체험 공간내 배치되는 가구, 벽, 책상, 장애물을 포함한다.

또한 전술한 양태에서 환경 요소는 실제 사물 또는 가상의 사물 또는 실제 사물과 가상의 사물의 혼합 중 어느 하나를 포함하여 이루어진다.

또한 전술한 양태에서 제어 컴퓨터는 사용자의 화재 소방 체험시 사용자가 수행한 동작을 평가하기 위한 수행 평가부를 더 포함하고, 수행 평가부는,

소화기 손잡이 안전핀이 정상적으로 뽑혔는지 여부;

소화기 손잡이의 가압 여부;

바람을 등지고 서서 호스를 화재 불쪽으로 향하였는지 여부;

화재 진압시 대피로를 등지고 있는지 여부;

화재 진압시 소화기 호스의 경사각도의 적절성;

화재 진압 시간을 평가하도록 구성된다.

또한 전술한 양태에서 제어 컴퓨터와 헤드 마운트 디스플레이 장치는 일체로 형성될 수도 있다.

본 발명에 따르면 혼합현실을 기반으로 하여 사용자에게 실제 화재 상황과 유사한 환경을 제공하고 또한 혼합현실 상황에서 연동하여 동작하는 소화기 교보재를 제공함으로써 사용자는 안전하지만 실재와 같은 화재 상황에서 화재 진압 및 대피 훈련을 은 전술한 문제점에 기반하여 안출된 발명으로서 실재 화재 상황과 같은 환경에서 사용자에게 화재 진압 및 대피 훈련등을 제공할 수 있는 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템의 일례를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템의 제어 컴퓨터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템에서의 환경 설정을 설명하기 위한 설명도.
도 4a는 본 발명에 따른 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템에 이용되는 교보재 소화재의 외관 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4b는 본 발명에 따른 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템에 이용되는 교보재 소화재의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템에서의 소방 훈련 체험 과정을 나타내는 흐름도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템(10)의 일례를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템(10)은 혼합현실 컨텐츠를 생성하고 관리하기 위한 제어 컴퓨터(100), 제어 컴퓨터(100)에 통신가능하게 연결되는 헤드마운트디스플레이 장치(이하 HMD 장치로 언급됨)(200) 및 전술한 제어 컴퓨터(100)에 통신가능하게 연결되는 교보재 소화기(300)를 포함한다.

HMD 장치(100)와 교보재 소화기(300)는 제어 컴퓨터(100)에 유선 또는 무선을 통해 연결될 수 있으며, 바람직하게는 Wi-fi, 블루투스 등과 같은 무선 통신 인터페이스를 통해 연결될 수 있다.

또한 HMD 장치(100)와 교보재 소화기(300)는 제어 컴퓨터(100)를 통해 서로 연결될 수도 있으며, 필요한 경우 바람직하게는 Wi-fi, 블루투스 등과 같은 무선 통신 인터페이스를 통해 직접 서로 연결될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템(10)에서의 제어 컴퓨터(100)의 구성을 일례로 나타낸 도면이다. 도시된 도면은 본 발명에 따른 실시예를 보다 쉽게 이해할 수 있도록 각각의 구성요소가 별개의 것으로 도시되어 있지만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 하나의 통합된 유닛으로 제공될 수도 있고, 각각의 기능의 구현은 하드웨어 또는 소프트웨어를 통해 이루어질 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템(10)에서의 제어 컴퓨터(100)는 소방 훈련의 환경을 조성하기 위한 환경 설정부(100), 외부의 장치들(HMD,소화기)로부의 데이터를 수신하기 위한 수신부(120), HMD 및 소화기로부터 수신된 데이터들로부터 수신되는 데이터(영상 데이터, 센서 데이터 등)으로부터 특정 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 판단부(130), HMD(200) 동작에 필요한 영상을 생성하고 처리하기 위한 영상 처리부(150) 및 HMD의 장치로 처리된 영상을 출력하는 출력부(160)를 포함한다.

환경 설정부(110)는, 혼합현실 기반의 소방 체험에 이용되는 공간에 대해 혼합현실의 공간으로 설정하거나 또는 저장부(미도시)에 미리저장된 공간을 설정된 화재 공간으로 설정하도록 기능한다.

예를 들면, 관리자는 환경 설정부(110)를 통해 소방훈련에 이용될 공간에 대해, 공간내 사물(예를 들면, 가구, 벽, 책상 등)의 배치를 수행할 수 있고, 또한 이에 더하여 공간을 이루는 환경의 재질(목재, 석재, 인화 물질 등), 출입문의 위치, 화재시 발생되는 연기의 종류(연기의 색깔, 농도 등), 화재 불꽃의 크기, 화재 발생 장소 등을 설정할 수 있도록 구성된다.

예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 사용자는 환경 설정부(110)를 통해 벽의 배치, 가구의 배치 등을 수행하고 실재 화재 훈련시 관리자의 인터페이스에 제공되는 화면을 통해 특정 장소에 불꽃을 생성시킬 수 있도록 구성된다. 이와 같이 설정된 화재 훈련 환경은 실제 체험자의 소방 훈련시 제공되고, 따라서 체험자들의 현재 나이, 직업, 주거 환경, 작업 환경, 주거주 공간 등의 고려하여 다양한 화재 훈련 나이도 또는 경험을 제공할 수 있게 되는 효과가 얻어질 수 있다.

이와 같이 환경 설정부(110)에서 설정된 화재 환경은 저장부 등에 저장되고 관리자는 필요시 언제든지 이를 로딩하여 화재 훈련을 실시할 수 있도록 구성된다.

또한 보다 사실적인 화재 묘사를 위해서 실제 물리적 사물이 체험 학습 공간 내에 배치될 수도 있다. 예를 들면, 주방의 가스 렌지에서의 화재 재현을 위해서 실제 가스 렌지가 배치되고 가스 렌지의 주변으로 화염이 생성되도록 제공될 수도 있다.

수신부(120)는 외부의 장치들, 예를 들면, HMD 장치(200), 교보재 소화기(300)로부터 필요한 데이터를 수신하도록 동작한다. 예를 들면 수신부(120)는 HMD 장치(100)에 설치된 카메라로부터 영상을 수신하고, 영상처리부(150)는 수신된 실제 영상에 대해서 가상의 영상을 합성하여 사용자에게 혼합 영상을 제공할 수 있게 된다.

판단부(130)는 수신부(120)를 통해 수신된 교보재 소화기(300)로부터의 센서 입력 신호에 기반하여 소화기의 상태를 판단하게 된다. 예를 들면, 수신부(120)로 입력되는 신호는 소화기의 온/오프 상태 신호, 안전핀 센서 신호, 레버 손잡이 신호, 자이로 센서로부터의 3축 가속도/각속도 신호일 수 있다.

판단부(130)는 수신된 신호들에 기반하여 교보재 소화기(300)의 작동 상태 조건을 판단하고, 작동 상태 조건이 만족되는지 여부를 제어부(140)로 전송하고 제어부(140)는 이에 기반하여 영상 처리부(150)로 하여금 이를 처리하도록 지시한다.

영상 처리부(150)는 제어부(140)의 제어하에 HMD(200)로부터 수신되는 실제 영상에 합성할 영상을 생성하고 이를 출력부(160)으로 전달하도록 기능한다. 합성되는 영상으로는 예를 들면, 화재 불꽃, 화재로 인한 연기, 벽 또는 가구 등의 구조물 또는 장애물, 교보재 소화기로부터 발사되는 분말 등을 포함하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

출력부(160)는 영상 처리부(150)에서 생성된 영상을 HMD 장치(160)으로 출력하고, HMD 장치(160)는 이를 수신하여 실제의 영상과 가상의 영상을 합성하여 사용장읜 눈에 제공하게 된다.

수행 평가부(170)는 사용자가 혼합 현실 기반의 환경에서 소화기를 이용하여 화재를 진압하는 전체 과정을 부분적으로 평가하도록 구성된다. 예를 들면 평가의 항목으로는, 화재 진압 수행과정에서,

소화기 손잡이 안전핀이 정상적으로 뽑혔는지 여부;

소화기 손잡이이의 가압 여부;

바람을 등지고 서서 호스를 불쪽으로 향하였는지 여부;

화재 진압시 대피로를 등지고 있는지 여부;

화재 진압시 소화기 호스의 경사각도 적절성;

화재 진압 시간

를 포함하여 화재 진압 과정의 적절성을 평가하도록 구성된다.

제어부(140)는 전술한 바와 같이 환경 설정부(110), 수신부(120), 판단부(130), 수행 평가부(170), 영상 처리부(150) 및 출력부(160)의 전반적인 동작을 제어하도록 구성된다.

다음으로 도 1을 참조하여 HMD 장치(200)에 대해 설명한다. HMD 장치는 Optical see-through 형식의 장치로 사용자의 눈 앞에 부착되는 반투과성 광학 합성기를 통해 실세계 환경과 광학 합성기로 투사되는 가상 영상을 접목한 장치가 이용될 수 있다.

HMD 장치(200)는 현재 상용화된 제품을 이용하여 구성될 수도 있고 최적화된 모의 소방 훈련 컨텐츠를 위해 전용의 장치로 설계될 수도 있으며, 모의 소방 훈련 또는 소방 체험 훈련에 이용되는 공간을 인식하기 위한 공간 카메라와, 제어 컴퓨터 및/또는 교보재 소화기(300)와 무선 통신가능한 수단을 포함하고 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 이런 범위 내에서 적당한 HMD 장치(200)가 선택적으로 이용될 수도 있다는 것은 당업자에게 자명하다.

다음으로 도 1, 도 4a, 도 도 4b를 참조하여 본 발명의 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템(10)에 이용되는 교보재 소화기(300)에 대해 설명한다. 도 4a는 교보재 소화기(300)의 외관의 형상을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도4 b는 교보재 소화기(300)의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 투과 사시도이다.

도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 교보재 소화기(300)는 제어회로부를 포함하는 몸체부(310), 몸체부 상측에 형성되는 헤드부(330), 헤드부(330)의 상단부로부터 외측을 향해 돌출하여 형성되는 손잡이부(370), 상기 헤드부(300)의 하단부로부터 외측으로부터 연장되는 가스배출부(340), 및 몸체부 하측에 형성되는 지지보호부(380)를 포함한다.

몸체부(310) 내에는 회로기판(310a) 및 배터리(310b)가 포함되고, 메인보드(310a)에는 헤드부(330), 손잡이부(370), 및 가스배출부(340)에 내장된 복수의 센서들(772a,360a,345a)이 연결된다.

또한 몸체부(310)의 외측의 일부분에는 교보재 소화기(300)의 동작 상태를 표시하기 위한 상태표시부(315)가 형성되고, 상태 표시부(315)는 복수의 LED가 설치된다.

상태 표시부(315)는 이에 한정되는 것은 아니지만 블루투스 연결상태를 나타내기 위한 블루투스 상태 LED, 배터리 상태를 나타내기 위한 배터리 상태 LED, 및 교보재 소화기 장치(300)의 온/오프 상태를 나타내기 위한 전원 LED를 포함한다. 따라서 사용자는 상태 표시부(315)를 통해 현재 교보재 소화기의 동작 상태를 보다 쉽게 파악할 수 있고, 이를 통해 교보재 소화기(300)의 유지 관리가 용이하다라는 이점이 얻어질 수 있다.

몸체부(310)의 측면에는 교보재 소화기(300)의 몸체내에 내장된 배터리(310b)를 충전하기 위한 충전 포트가 제공된다. 충전 포트는 이에 한정되는 것은 아니지만 USB, 마이크로 USB, USB-C 타입의 충전용 포트가 제공될 수 있다.

헤드부(330)는 몸체부(310)의 상측으로부터 돌출하여 연장되는데, 헤드부(330)의 일면에는 교보재 소화기(300)의 전원을 온/오프하기 위한 토글 스위치(332)가 제공된다. 관리자는 체험 학습시 토글 스위치(332)를 온 상태로 유지하는 한편 체험 학습이 종료되면 토글 스위치(332)를 오프함으로써 교보재 소화기(300)의 배터리를 보다 효율적으로 관리할 수 있다.

헤드부(330)의 상단부에는 손잡이부(370)가 외측으로 돌출하여 연장되는데, 손잡이부는 상측 손잡이(372) 및 하측 손잡이(374)를 포함한다. 상측 손잡이(372)는 도 4a에 도시된 바와 같이 그 일단부가 헤드부(330)의 내측에서 하방을 향해, 즉 하측 손잡이(374)를 향해 회동가능하고, 동시에 헤드부 내측에 설치된 스프링 등의 탄성수단에 의해 제자리로 복귀가능하도록 구성된다.

또한 상측 손잡이(372)의 끝단에는 자석수단(372a)이 더 설치되고, 하측 손잡이(374)에는, 구체적으로는 상측 손잡이(372)가 하측 손잡이(374)를 향해 회동운동할 때 자석 수단(372a)이 맞닿는 대응하는 부분에 자기 센서(374a)가 제공된다.

따라서 사용자가 교보재 소화기(300)를 사용시 상측 손잡이(372)를 하측 손잡이(374)를 향해 가압하면 상측 손잡이의 자석수단(372a)이 하측 손잡이(374)의 자기 센서(374a)에 접촉하게 되고 이를 이용해 손잡이가 정상적으로 동작했는지 여부가 판단될 수 있다.

한편 상측 손잡이(372)와 하측 손잡이(374)의 교차 영역에는 안전핀(360)이 제공된다. 안전핀(360)이 부착된 상태에서 상측 손잡이는 하측 손잡이를 향해 회동운동할 수 없고 상측 손잡이를 하측 손잡이를 향해 회동시키기 위해서는 사용자는 안전핀을 뽑아 제거해야만 한다.

이와 같은 안전핀의 제거 동작을 판별하기 위해 안전핀이 설치되는 안전핀 홀에는 안전핀의 상태를 판단하기 위한 안전핀 센서가 더 제공된다. 안전핀이 자석으로 이루어진 경우에는 전술한 자기 센서가 이용될 수도 있고, 대안적으로는 자석핀을 저항체로 이용하여 전류의 변화를 감지하는 전류변화 감지 센서가 안전핀 센서로서 이용될 수도 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 안전핀 센서의 탈착 여부를 판단할 수 있는 센서라면 어느 것이라도 이용될 수 있다.

또한 헤드부(330)의 일부분에는 연결 호스(342)가 돌출하여 연장된다. 연결 호스(342)는 플렉시블한 소재, 예를 들면, 고무, PVC와 같은 재질로 이루어질 수 있으며, 그 일단부는 헤드부(330)의 일부분에 타단부는 배출부(345)에 연결된다.

배출부(345)는 호스의 한쪽 단부에 연결되는데, 배출부 내부에는 배출부(345)의 자세 및 위치를 감지하기 위한 자세위치 검출부(345a)를 포함하고, 자세위치 검출부(345a)는 3축 자이로 센서, 3축 가속도 센서, 3축 지자기 센서를 포함한 총 9축 자세 검출 센서를 포함한다. 통상적으로 가속도 센서에 의해 계산된 기울어진 각도는 올바른 값을 보여주지만 자이로 센서에서는 시간이 지날수록 틀린 값을 보인다. 반대로, 움직이는 짧은 시간의 관점에서 자이로 센서는 올바른 값을 보여지만 가속도 센서는 기울어진 각도와는 다른 계산 값이 나올 수 있다. 본 발명은 보다 정확한 자세 검출을 위해 9축의 센서를 이용함으로써, 보다 현실감 있는 분무감을 사용자에게 제공한다.

자세위치 검출부(345a)로부터 측정된 값은 블루투스 통신을 통해 제어 컴퓨터(100)로 전달되고 제어 컴퓨터(100)는 수신된 측정값을 통해 가상으로 생성되느는 분무가스의 분무 시작 시점을 계산할 수 있고 이를 통해 가상 영상을 생성하고 사용자의 HMD 장치(200)에 전송하여 사용자의 교보재 소화기의 배출부를 통해 합성해 냄으로써 사용자는 실제 소화기를 이용하고 있다라는 현실감을 부여할 수 있게 된다.

다시 도 4a를 참조하면, 교보재 소화기 장치(300)는 몸체의 하측에 형성되는 지지보호부(380)를 더 포함할 수도 있다. 지지 보호부(380)는 고무 등의 신축성 소재로 형성되어 사용자가 교보재 소화기 장치(300)를 이용한 소방 체험 학습 도중 소화기를 들고 놓는 과정에서 발생되는 충격을 흡수하도록 기능하여, 교보재 소화기 장치(300)에 내장된 회로부가 충격으로부터 손상되는 것을 방지한다.

도 5는 전술한 바와 같이 구성된 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템(10)을 이용한 혼합 현실 기반 소방 훈련의 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 혼합 현실 기반 소방 훈련은 먼저 단계 S100에서 HMD 장치의 카메라로부터 공간을 미리 인식하는 단계를 포함한다. 이 단계에서 관리자는 인식된 공간에 기반하여 체험 컨텐츠를 제작할 수 있다. 예를 들면 이 단계에서 관리자는 환경 설정부(110)를 통해 소방훈련에 이용될 공간에 대해, 공간내 사물(예를 들면, 가구, 벽, 책상 등)의 배치, 출입문의 위치 등을 배치할 수 있다.

이와 같이 공간을 형성하는 환경 컨텐츠들은 가상으로 제작되어 사용자에게 제공될 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 것은 아니고 보다 현실감을 부여하기 위해 실제 벽, 가구 또는 기타 실제 사물들이 배치될 수도 있고, 또한 가상의 환경과 실제 환경이 서로 혼합되어 제공될 수도 있다.

전술한 바와 같이 관리자는 환경 설정부(110)를 통해 벽의 배치, 가구의 배치 등을 수행할 수 있고, 이와 같이 생성된 컨텐츠들은 체험자들의 나이, 직업, 주거 환경, 작업 환경, 주거주 공간 등의 고려하여 저장된다.

단계 S200에서 관리자는 위와 같이 생성된 컨텐츠들 중 실제 체험자들이 원하는 체험 컨텐츠를 선택한다. 체험되는 컨텐츠는 예를 들면 교실, 아파트, 대중교통 등의 각종 장소 컨텐츠를 포함할 수 있다.

단계 S200에서 체험 컨텐츠가 선택된 후 관리자는 단계 S300에서 체험 공간 내에 화재 요소 및 체험 장소를 표현할 수 있는 사물을 배치하는 단계를 포함한다. 여기서 화재 요소는 공간 내 발화지점, 화재의 화재시 발생되는 연기의 종류(연기의 색깔, 농도 등), 화재 불꽃의 크기 등이 포함될 수 있으며, 사물의 배치는 선택되는 컨텐츠에 어울리는 사물이 배치되는데, 예를 들면 교실의 경우 책상, 의자, 칠판과 같은 사물이 배치될 수 있다. 이와 같은 사물은 가상의 사물일 수도 있고, 또는 실제 사물일 수도 있으며, 이들이 혼합된 사물(일부는 가상, 일부는 실제)일 수도 있다.

이어서 관리자는 단계 S400에서 사용자의 HMD에 대해 생성된 컨텐츠내의 가상의 영상을 제공한다.

사용자는 생성된 컨텐츠 영상이 HMD로 전송되어 오면, 단계 S500에서 사용자는 공간 내에서 교보재 소화기를 들고 화재 장소로 진화를 위해 이동한다. 시스템(10)은 사용자가 교보재 소화기를 들고 이동하는 시점부터 사용자의 화재 진압에 대한 요소들을 평가한다.

예를 들면, 단계 S500에서는 사용자의 이동과 관련해서 안전한 루트를 통해 이동하는지 여부가 판단될 수 있고, 퇴로 등을 확보하고 이동하는지 여부가 판단될 수 있다.

이후 단계 S600에서는 사용자가 교보재 소화기의 안전핀이 뽑혔는지 여부가 판단된다. 단계 S600에서 안전핀이 제거되지 않은 상태에서는 단계는 계속 유지되고 손잡이는 동작하지 않게된다. 한편, 안전핀이 뽑혀지지 않은 상태에서 손잡이가 가압되는 경우에는 "안전핀을 먼저 제거하세요"라는 안내 메시지 또는 안내 음성이 HMD 장치를 통해 표출될 수도 있다. 또한 이와 같은 안내 메시지는 사용자가 교보재를 들고 이동한 후 미리 정해진 시간 내에 안전핀이 제거되지 않은 경우 자동으로 표출될 수도 있다.

또한 시스템(10)은 이와 같은 안전핀의 제거 동작과 관련해서도 안전핀이 미리정해진 시간내에 제거되었는지 여부, 안전핀이 제거되기 전에 손잡이로부터 가압이 있었는지 여부 등을 평가하게 된다.

단계 S600에서 안전핀이 제거된 후, 단계 S700에서는 손잡이가 정상적으로 동작했는지 여부가 판단된다. 예를 들면 손잡이는 상측 손잡이가 하측 손잡이에 완전히 맞닿도록 가압되어야만 하는데, 그렇지 않은 경우에는 "손잡이를 더 강하게 누르세요"라는 안내 메시지가 HMD 장치에 표출될 수 있다. 또한 안전핀 제거와 동일하게 안전핀이 제거된 후 일정 시간이 경과할 때까지 손잡이가 눌려지지 않은 경우에는 "손잡이를 누르세요"라는 안내 메시지 또는 안내 음성이 표출되도록 구성될 수 있다.

또한 시스템(10)은 이와 관련하여 손잡이가 정상적으로 눌려졌는지 여부, 손잡이가 눌려지기 이전에 호스의 배출부의 방향이 화재 불꽃을 향하고 정확하게 겨냥하고 있는지 여부를 평가하게 된다.

다음으로 단계 S700에서 손잡이가 정상적으로 가압된 것으로 판단된 경우에는 제어 컴퓨터는 교보재 소화기의 자세 감지부(345a)로부터의 9축 센서의 값을 판독하여 배출부의 위치를 판독하고, 단계 S900에서 판독된 위치에 가상의 분무를 생성하고 이를 HMD에 제공한다.

이어진 단계 S1000에서는 화재가 종료되었는지 여부를 판단하고 화재가 종료된 것으로 판단된 경우에는 단계는 종료되는 반면, 그렇지 않은 경우에는 단계는 S800으로 진행되어 단계 S1000까지 반복하여 수행된다.

또한 시스템(10)은 이와 관련하여 사용자가 화재 진압시 위치(예를 들면 진압시 탈출구를 등지고 화재 진압을 수행했는지 여부), 화재 진압후 탈출구로의 이동 경로 등을 판단한다.

시스템(10)은 전술한 각각의 단계에서 이루어진 평가를 종합하고 화재 진압시 잘못된 부분 또는 고쳐야할 부분 등을 사용자에게 제공하도록 구성되고, 따라서 사용자는 자신이 화재 진압을 수행할 때 문제점을 즉각적으로 알 수 있게 됨에 따라 화재 진압의 효율성이 더욱 향상될 수 있다.

전술한 실시예에서 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템은 헤드 마운트 디스플레이 장치 및 제어 컴퓨터가 별개의 장치인 것으로 설명되고 있지만 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 실시예에 지나지 않으며, 헤드 마운트 디스플레이에 제어 컴퓨터에 대응하는 연산 장치가 별도로 설치될 수 도 있고, 이 경우 헤드 마운트 디스플레이 장치와 제어 컴퓨터는 일체로 형성될 수도 있고, 관리자는 헤드 마운트 디스플레이 전용의 어플리케이션 등을 소방 체험 훈련 컨텐츠를 설정 및 실행할 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템
100: 제어 컴퓨터
110: 환경 설정부
120: 수신부
130: 판단부
140: 제어부
150: 영상 처리부
160: 출력부
170: 수행 평가부
200: 헤드 마운트 디스플레이 장치
300: 교보재 소화기
310: 몸체부
330: 헤드부
340: 배출부
360: 안전핀
370: 손잡이

Claims (9)

1. 혼합현실 기반의 소방 체험 시스템에 있어서,
   체험자의 머리에 착용되고 사용자 주변의 실사 영상 및 가상으로 생성된 영상을 혼합하여 표시하는 헤드 마운트 디스플레이(HMD) 장치;
   상기 헤드 마운트 디스플레이 장치와 무선 통신가능한 교보재 소화기 장치; 및
   상기 헤드 마운트 디스플레이 장치와 교보재 소화기와 무선통신가능한 제어 컴퓨터를 포함하고,
   상기 교보재 소화기 장치는 배출부를 포함하고, 상기 배출부에는 배출부의 자세를 검출하기 위한 자세위치 검출부를 포함하고,
   상기 제어 컴퓨터는 상기 교보재 소화기 장치의 배출부의 자세 및 위치를 검출하고, 검출된 배출부의 자세 및 위치에 기반하여 가상의 분무를 생성하고, 생성된 가상의 분무는 헤드 마운트 디스플레이 장치에 전달되고, 헤드 마운트 디스플레이 장치는 가상의 분무를 교보재 장치의 배출부에 위치 정합하여 가상의 분무를 사용자에게 디스플레이하도록 구성되고,
   상기 교보재 소화기는, 회로기판이 내장되는 몸체부; 및 상기 몸체부로부터 상측으로 연장되는 헤드부를 포함하고, 상기 헤드부는, 헤드부로부터 회동가능하도록 측방향으로 연장하여 결합된 상측 손잡이와 상기 헤드부로부터 상기 상측 손잡이의 아래측에서 측방향으로 연장된 하측 손잡이를 더 포함하고, 상기 상측 손잡이와 하측 손잡이는 자기결합하도록 구성되고, 상측 손잡이와 하측 손잡이의 자기 결합 상태가 상기 제어 컴퓨터로 전달되도록 구성되고,
   상기 교보재 소화기는, 상기 상측 손잡이와 하측 손잡이의 결합부에 안전핀을 더 포함하고, 상기 상측 손잡이는 안전핀이 삽입된 상태에서 회동불가능하고, 상기 안전핀이 해제된 상태에서 회동가능하도록 구성되고, 상기 안전핀의 삽입 상태 및 해제 상태는 상기 제어 컴퓨터로 전달되도록 구성되며,
   상기 교보재 소화기는, 상기 헤드부의 측면의 일부분으로부터 외측으로 호스를 통해 연장되는 배출부를 더 포함하고, 상기 배출부 내에는 배출부의 자세를 감지하기 위한 자세위치 검출부를 포함하고, 자세 검출부는 3축 자이로 센서, 3축 가속도 센서, 및 3축 지자기 센서를 포함하는 9축 자세 검출 센서를 포함하고, 상기 3축 자이로 센서, 3축 가속도 센서, 및 3축 지자기 센서로부터의 검출된 검출 값은 상기 제어 컴퓨터로 전송되고, 제어 컴퓨터는 9축 자세 검출 센서로부터 수신된 자세 측정값을 통해 가상으로 생성되는 분무가스의 분무 시작 시점을 계산하여 가상 영상을 생성하고 사용자의 헤드 마운트 디스플레이 장치에 전송하여 사용자의 교보재 소화기의 배출부를 통해 분무가스를 합성하도록 동작하고
   교보재 소화기는 몸체의 하측에 형성되는 지지보호부를 더 포함하고, 지지 보호부는 고무를 포함하는 신축성 소재로 형성되어 외부로부터 오는 충격을 흡수하도록 기능하여 교보재 소화기에 내장된 회로부가 충격으로부터 손상되는 것을 방지하도록 구성되고,
   상기 제어 컴퓨터는 사용자의 화재 소방 체험시 사용자가 수행한 동작을 평가하기 위한 수행 평가부를 더 포함하고, 상기 수행 평가부는,
   소화기 손잡이 안전핀이 정상적으로 뽑혔는지 여부; 소화기 손잡이의 가압 여부; 바람을 등지고 서서 호스를 화재 불쪽으로 향하였는지 여부; 화재 진압시 대피로를 등지고 있는지 여부; 화재 진압시 소화기 호스의 경사각도의 적절성; 화재 진압 시간을 평가하도록 구성된 것을 특징으로 하는
   혼합현실 기반의 소방 체험 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어 컴퓨터는, 혼합현실 기반의 소방 체험에 이용되는 공간에 대한 설정을 수행하는 환경설정부를 포함하고,
   상기 환경 설정부는 혼합현실 기반의 가상의 체험 공간에 대한 화재 요소 및 환경 요소를 생성하도록 기능하는 것을 특징으로 하는
   혼합현실 기반의 소방 체험 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 화재 요소는, 체험 공간내 화재 불꽃의 위치, 화재시 발생되는 연기의 농도 및 색상, 화재 불꽃의 크기를 포함하고,
   상기 환경 요소는, 체험 공간내 배치되는 가구, 벽, 책상, 장애물을 포함하는 것을 특징으로 하는
   혼합현실 기반의 소방 체험 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 환경 요소는 실제 사물 또는 가상의 사물 또는 실제 사물과 가상의 사물의 혼합 중 어느 하나를 포함하는
   혼합현실 기반의 소방 체험 시스템.
   
8. 삭제
9. 삭제

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