KR102441454B1 - 실제 및 가상 사물인터넷 기기를 연동한 3차원 디지털 트윈 시각화 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실제 및 가상 사물인터넷 기기를 연동한 3차원 디지털 트윈 시각화 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 실세계에 배치되는 실제 사물인터넷(IoT) 기기로부터 실제 지리공간 데이터를 수집하며, 가상세계에서 서버의 셀프 루틴을 통해 생성되는 가상 사물인터넷(IoT) 기기로부터 가상 지리공간 데이터를 수집하는 가상 및 실제 데이터 수집부, 상기 실제 지리공간 데이터 및 상기 가상 지리공간 데이터를 통합하여 도시 디지털 트윈(Urban Digital Twin; UDT)에 전송하는 데이터 처리부 및 상기 통합된 데이터를 기반으로 상호작용을 위한 증강현실의 동시 공간을 제공하며, 테이블탑(Tabletop)으로부터 제어를 위해 생성된 네트워크 패킷을 중계하는 도시 디지털 트윈부를 포함한다.
Description
본 발명은 실제 및 가상 사물인터넷 기기를 연동한 3차원 디지털 트윈 시각화 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 3차원 가상 도시와 실제 및 가상 사물인터넷 기기를 이용한 디지털 트윈 생성 및 시각화 기술에 관한 것이다.
스마트시티를 실현하기 위한 연구 개발의 필요성과 수요는 증가하고 있지만, 적절한 공급은 여전히 부족하다. 도시에 사물인터넷(IoT)이 존재하는 서비스 설계 초기에 시민을 위한 스마트 서비스를 발굴하고, 도시 관리자가 기존 사물인터넷 데이터를 제공하며, 서비스로의 진화를 위한 필요 조건을 파악하는 것은 어려운 과제로 남아있다.
더욱이, 스마트시티의 수요증가로 도시 디지털 트윈(Urban Digital Twin, UDT)을 제작할 시점에 사물인터넷 센서들이 구비되어 있지 않아 개발에 불필요한 시간 소요가 발생된다. 이에 따라서, 하드웨어 사물인터넷 센서들을 대신하여 가상의 신호 발생, 데이터 전송 및 저장 역할을 하는 사물인터넷 이벤트 생성 시스템에 관한 연구가 필요하다. 특히, 초기 스마트시티 서비스 디자인을 위한 디지털 트윈 개발 단계에서, 실제 사물인터넷 시스템을 구축할 때 사물인터넷의 활용도에 따라 발생할 수 있는 시간, 물리적 비용의 낭비를 최소화하기 위해 가상 사물인터넷 기기를 사용하여 시뮬레이션 하는 방법이 요구된다.
또한, 3차원 도시 시공간 정보를 기반으로 한 디지털 트윈 제작 시, 실시간 데이터 가시화와 시공간 정보 가시화 기술의 부족은 자주 언급되는 필수 연구 주제이며, 이를 지원하기 위한 가시화 연구가 필요하다.
또한, 기존의 증강현실 HMD(AR Head Mounted Display)는 에어 제스처(air gesture)와 같이 손을 이용한 기본적인 사용자 입력 방법을 제공하지만 기존의 키보드, 마우스, 터치스크린과 같이 다른 입력 방법에 비하면 부정확하고, 이 기술에 익숙하지 않은 사용자들이 사용하는데 어려움이 많다. 따라서, 지도 안에서의 이동과 줌 인/아웃 기능을 빠르고 정확하게 이용해야 하는 가상 도시 미니어처와 같은 시스템의 경우 보다 섬세하고, 효과적인 사용자 입력 도구가 필요하다.
P. Milgram and F. Kishino, "A taxonomy of mixed reality visual displays," IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems, vol. 77, no. 12, pp. 1321-1329, 1994.
본 발명의 목적은 초기 스마트시티 서비스 디자인을 위한 디지털 트윈 개발 단계에서 실제 사물인터넷 시스템을 구축할 때, 가상 사물인터넷 기기를 사용하여 시뮬레이션함으로써, 사물인터넷의 활용도에 따라 발생할 수 있는 시간적 및 물리적 비용의 낭비를 최소화하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 실제 및 가상 사물인터넷 기기를 연동한 3차원 디지털 트윈 시각화 시스템에 있어서, 실세계에 배치되는 실제 사물인터넷(IoT) 기기로부터 실제 지리공간 데이터를 수집하며, 가상세계에서 서버를 통해 생성되는 가상 사물인터넷(IoT) 기기로부터 가상 지리공간 데이터를 수집하는 가상 및 실제 데이터 수집부, 상기 실제 지리공간 데이터 및 상기 가상 지리공간 데이터를 통합하여 도시 디지털 트윈(Urban Digital Twin; UDT)에 전송하는 데이터 처리부 및 상기 통합된 데이터를 기반으로 상호작용을 위한 증강현실의 동시 공간을 제공하며, 테이블탑(Tabletop)으로부터 제어를 위해 생성된 네트워크 패킷을 중계하는 도시 디지털 트윈부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 실제 및 가상 사물인터넷 기기를 연동한 3차원 디지털 트윈 시각화 방법에 있어서, 실세계에 배치되는 실제 사물인터넷(IoT) 기기로부터 실제 지리공간 데이터를 수집하며, 가상세계에서 서버를 통해 생성되는 가상 사물인터넷(IoT) 기기로부터 가상 지리공간 데이터를 수집하는 단계, 상기 실제 지리공간 데이터 및 상기 가상 지리공간 데이터를 통합하는 단계; 및 상기 통합된 데이터를 기반으로 상호작용을 위한 증강현실의 동시 공간을 제공하며, 테이블탑(Tabletop)으로부터 제어를 위해 생성된 네트워크 패킷을 중계하는 디지털 트윈하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 사물인터넷 기기 지원이 불가능한 환경에서 초기 단계의 디지털 트윈을 구축할 수 있으며, 이로 인해 스마트시티 서비스를 설계할 때 사물인터넷 기기의 구축이 완료될 때까지 발생하는 시간적 및 물리적 비용을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 여러 종류의 다양한 사물인터넷 기기가 구축이 되지 않은 상태에서도 가상 사물인터넷 기기를 이용하여 미리 시뮬레이션 할 수 있으며, 실제 도시를 기반으로 만들어진 디지털 트윈의 도시 환경을 변경하며 시뮬레이션하고, 이것을 시각화할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 사물인터넷 데이터 시각화 기능을 이용하여 실시간 모니터링이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 사물인터넷 기기를 구축하기 어려운 여러 업체들에게 디지털 트윈 제작의 기틀을 마련해줄 수 있으며, 도시 연구자들에게 증강현실을 이용한 시각적 도구를 제공하여 다양한 도시 정보들의 활용방안을 연구할 수 있게 한다.
도 1은 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 시각화 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실제 사물인터넷(Real IoT) 영역의 내부 컴포넌트를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가상 사물인터넷(Virtual IoT) 영역의 내부 컴포넌트를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도시 디지털 트윈 서버(UDT Server)의 내부 컴포넌트를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 상호작용(Interaction) 시스템의 내부 컴포넌트를 도시한 것이다.
도 7a 및 도 7b은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 셋을 시각화한 결과를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 360 이미지 기반의 실내 시각화한 결과를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 테이블탑의 상호작용을 시각화한 결과를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 시각화 방법의 동작 흐름도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실제 사물인터넷(Real IoT) 영역의 내부 컴포넌트를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가상 사물인터넷(Virtual IoT) 영역의 내부 컴포넌트를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도시 디지털 트윈 서버(UDT Server)의 내부 컴포넌트를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 상호작용(Interaction) 시스템의 내부 컴포넌트를 도시한 것이다.
도 7a 및 도 7b은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 셋을 시각화한 결과를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 360 이미지 기반의 실내 시각화한 결과를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 테이블탑의 상호작용을 시각화한 결과를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 시각화 방법의 동작 흐름도를 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 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. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면 상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예들은 3차원 가상 도시와 실제 및 가상 사물인터넷 기기를 이용한 디지털 트윈 생성 및 시각화 기술에 관한 것으로, 실제 및 가상 사물인터넷 기기를 사용하여 시뮬레이션하는 것을 그 요지로 한다.
본 발명의 실시예들은 IoT system(또는, 가상 및 실제 데이터 수집부), cloud system(또는, 데이터 처리부), digital twin(또는, 도시 디지털 트윈부)과 같은 layer들로 설계된 시스템을 제작하며, 각 층(layer)의 구성요소와 구성요소들 간의 관계를 구성한다. 본 발명의 실시예에 따른 해당 시스템은 실제 사물인터넷 데이터셋을 기반으로 가상 사물인터넷을 구축하며, 구축된 가상 사물인터넷 데이터는 디지털 트윈과 함께 증강현실 도구를 기반으로 시각화된다.
본 발명은 실제 도시 공간에 해당 기술을 적용하여 해당 시스템이 효과적으로 디지털 트윈과 사물인터넷 데이터를 시각화하여 보여줄 수 있음을 실증한다.
이하에서는, 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 대해 보다 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 시각화 시스템의 구성도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 시각화 시스템은 3차원 가상 도시와 실제 및 가상 사물인터넷 기기를 이용한 디지털 트윈 생성 및 시각화한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 시각화 시스템(100)은 가상 및 실제 데이터 수집부(110), 데이터 처리부(120) 및 도시 디지털 트윈부(130)를 포함한다.
가상 및 실제 데이터 수집부(110, IoT System Layer)는 실세계에 배치된 실제 사물인터넷 기기(RI)로부터 데이터를 수집하는 실제 데이터 수집부(112) 및 가상세계에서 가상 사물인터넷 기기(VI)로부터 데이터를 수집하는 가상 데이터 수집부(111)를 포함하며, 실세계(Real World)에 배치되는 실제 사물인터넷(IoT) 기기로부터 실제 지리공간 데이터를 수집하고, 가상세계(Virtual World)에서 서버의 셀프 루틴을 통해 생성되는 가상 사물인터넷(IoT) 기기로부터 가상 지리공간 데이터를 수집한다. 이때, 실제 데이터 수집부(112)는 실제 지리공간 데이터를 저장하는 저장장치(DB)를 포함한다. 또한, 가상 데이터 수집부(111)는 게임 엔진(game engine)을 포함하며, 관리자(administrator)에 의해 생성 및 관리될 수 있다.
실제 데이터 수집부(112)는 실세계에서 기업 및 기관으로부터 실제 사물인터넷 기기에 대한 실제 지리공간 데이터를 수집하며, 실제 지리공간 데이터뿐 아니라, 위치정보 데이터, 휴먼/IoT 감지 데이터, 웹 서비스를 통한 데이터 및 저작 데이터(authoring data) 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 저장할 수 있다.
이때, 실제 데이터 수집부(112)는 실제 지리공간 데이터를 JSON 포맷으로 변환하여 데이터 처리부(120)에 전송할 수 있다.
가상 데이터 수집부(111)는 가상세계에서 서버의 셀프 루틴을 통해 가상 지리공간 데이터를 생성하며, 3D 지오그래픽 맵 상의 게임 엔진을 통한 지리 정보 데이터, 기록된 환경 데이터 및 저작 데이터(authoring data) 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 결합하여 가상 지리공간 데이터를 생성할 수 있다.
이때, 가상 데이터 수집부(111)는 가상 지리공간 데이터를 JSON 포맷으로 변환하여 데이터 처리부(120)에 전송할 수 있다.
데이터 처리부(120, Cloud System Layer)는 실제 지리공간 데이터 및 가상 지리공간 데이터를 통합하여 도시 디지털 트윈(Urban Digital Twin; UDT)에 전송한다.
데이터 처리부(120)는 데이터 플랫폼 영역에서, 실제 및 가상 사물인터넷 기기에서 획득한 실제 지리공간 데이터 및 가상 지리공간 데이터를 수신하여 통합할 수 있다. 이후, 데이터 처리부(120)는 TCP/IP 네트워크를 이용하여 도시 디지털 트윈부(130)에 데이터를 전송하는 역할을 한다.
도시 디지털 트윈부(130, Digital Twin Layer)는 통합된 데이터를 기반으로 상호작용을 위한 증강현실의 동시 공간을 형성하며, 테이블탑(Tabletop)으로부터 제어를 위해 생성된 네트워크 패킷을 중계한다.
도시 디지털 트윈부(130)는 상호작용을 위한 테이블탑(Tabletop) 및 3차원 렌더링을 위한 증강현실 HMD(Head mounted Display)를 포함하며, 증강현실의 도시 공간의 3차원 맵을 테이블탑의 화면과 위치에 동기화하여 건물, 차량, 공지/이벤트 보드 및 그래프의 증강현실 지도의 물체를 표시할 수 있다.
보다 상세하게, 도시 디지털 트윈부(130)는 UDT(Urban Digital Twin, 도시 디지털 트윈) 서버를 포함하며, 상호작용을 위한 테이블탑(Tabletop, 132)과 증강현실 HMD(AR HMD, 131)를 연결하여 증강현실 HMD(131)로 도시 공간을 탐색하고, 상호작용 파트의 테이블탑(132)으로부터 제어를 위해 생성된 네트워크 패킷을 중계하는 역할을 한다. 그 후, 도시 축소 모형의 3차원 증강현실 맵이 테이블탑(132)의 화면과 위치를 동기화하여 건물, 차량, 공지/이벤트 보드 및 그래프와 같은 증강현실 지도의 물체를 표시한다. 또한, 실내 증강현실 장면은 360 이미지에 의해 실제 뷰를 기반으로 모니터링 기능을 시각화할 수 있다.
또한, 도시 디지털 트윈부(130)는 테이블탑(132)을 통해 증강현실 도시 공간에서 특정 위치 지도를 이동하거나 줌(zoom)하기 위한 컨트롤을 수행할 수 있으며, 테이블탑(132) 및 증강현실 HMD(131)를 이용하여 사용자의 선택 입력에 의한 드래그 앤 드롭(drag and drop) 및 선택 기능과 같은 에어 제스처(air gesture)를 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실제 사물인터넷(Real IoT) 영역의 내부 컴포넌트를 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가상 사물인터넷(Virtual IoT) 영역의 내부 컴포넌트를 도시한 것이다. 또한, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도시 디지털 트윈 서버(UDT Server)의 내부 컴포넌트를 도시한 것이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 상호작용(Interaction) 시스템의 내부 컴포넌트를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 실제 사물인터넷 영역을 형성하는 구성요소의 상호관계는 위치정보 데이터(Geo-Location), 휴먼/IoT 감지 데이터(IoT Sensing, Human Sensing), 웹 서비스(Web Services)를 통한 데이터 및 저작 데이터(authoring data)를 저장하는 저장장치(Data Storage)를 포함한다. 그 후, 마지막 정보는 JSON 포맷으로 변환되어 데이터 플랫폼(Data Platform)으로 전송된다.
도 4를 참조하면, 가상 사물인터넷 영역을 형성하는 구성요소의 상호관계는 3D 지오그래픽 맵(3D Visuali-zation) 상의 게임 엔진(Game Engine)을 통한 지리 정보 데이터(Geo-Information), 기록된 환경 데이터(Data Generator) 및 저작 데이터(authoring data)를 결합한다. 그 후, 최종 정보는 JSON 포맷으로 변환되어 데이터 플랫폼(Data Platform)으로 전송된다.
도 5를 참조하면, UDT 서버는 상호작용을 위한 테이블탑 시스템과 UDT 시스템을 연결하여 증강현실 HMD로 도시공간을 탐색하고, HoloLens2를 증강현실 HMD로 사용하며, 또한 상호작용 파트의 테이블탑으로부터 제어를 위해 생성된 네트워크 패킷을 중계하는 역할을 한다. 그 후, 도시 축소 모형의 3차원 증강현실 맵(3D AR City Maniature)이 테이블탑의 화면과 위치를 동기화하여 건물, 차량, 공지/이벤트 보드 및 그래프와 같은 증강현실 지도의 물체를 표시한다. 또한, 실내 증강현실 장면은 360 이미지에 의해 실제 뷰를 기반으로 모니터링 기능을 시각화할 수 있다.
도 6을 참조하면, UDT(Urban Digital Twin)에서 도시 축소 모형의 특정 위치 지도를 이동하거나 줌(zoom) 동작은 컨트롤 타워 관리자가 사용하는 테이블탑 영역이며, 하나의 물체를 선택하여 추적한다. 또한, 드래그 앤 드롭(Drag&Drop Interaction), 선택 기능(Touch Interaction) 등 허공 제스처는 증강현실 HMD와 테이블탑 양쪽에서 지원한다. 테이블탑의 2D 메뉴(2D Menu Interface)는 증강현실 HMD의 뷰가 추적하는 특정 물체를 선택하는 데 사용되는데, 특히 증강현실 HMD의 뷰 밖으로 특정 물체를 보여주는데 유용하다.
도 7a 및 도 7b은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 셋을 시각화한 결과를 도시한 것이다.
보다 상세하게는, 도 7a은 자동차 움직임에 대한 실제 지리공간 데이터 및 가상 지리공간 데이터 셋과 그에 따른 시각화 결과를 도시한 것이며, 도 7b은 건물 에너지 사용량을 건물의 색 변화 및 그래프를 사용하여 시각화한 결과를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 증강현실 도시 축소 모형은 거대한 관점에서 도시 공간을 관찰하고 한눈에 볼 수 있다. 여기에 본 발명은 차량 이동 정보와 건물 에너지 소비량을 적용하였다.
현 도시에는 가까운 역에서 대중교통 버스의 도착 시간을 알려주는 서비스가 존재한다. 다만, 버스 탑승객 수를 실시간으로 알려주지 않는다.
이에, 사물인터넷 기기를 이용하여 승객 수를 알 수 있다면 대중교통 활용이 보다 다양해질 수 있다. 다만, 실제 사물인터넷 서버(또는 실제 데이터 수집부)가 수신한 데이터는 1분 간격으로 수신되며, 데이터의 종류는 도 7a에 도시된 바와 같이 실제 사물인터넷(Real IoT) 부분이 생성하는 경도와 위도로 구성된 2차원 좌표를 나타낸다. 실제 사물인터넷 기기로 획득되는 실제 지리공간 데이터는 방향이 없는 포인트로 표현되며, 승객의 수는 데이터 플랫폼에서 가상으로 만들어진다.
가상 사물인터넷(Virtual IoT) 서버(또는 가상 데이터 수집부)는 향후 서비스가 가능한 버스 트램(tram)의 시뮬레이션 데이터를 생성한다. 또한, 가상 사물인터넷 서버는 도 7a에 도시된 바와 같이, 현재 위치와 이전 위치를 연계하여 벡터로서 차량의 방향을 발생시키기 위해 초당 1회 차량 위치를 업데이트한다.
본 발명은 원격 컨트롤 타워 및 전망대에 사용할 수 있는 증강현실(AR) 시각화한다. 일 예로, 한 도시가 도시 컨트롤 타워에서 추적을 관리하고 데이터를 관리하는 시나리오는 여러 가지가 있다. 예를 들어 폐쇄회로 텔레비전(CCTV), 도시 건물이 소비하는 에너지 데이터, 밀집지역의 미세먼지 농도 등 보안 데이터를 생각해 볼 수 있다.
본 발명은 실제 도시 건축물 관리자로부터 시간당 24시간 단위로 기록된 건축물의 전기사용량에 대한 실제 사물인터넷 데이터인 실제 지리공간 데이터를 수신한다. 이때, 전기 소비량 데이터는 판독 가능한 파일(예를 들면, csv)로 제공될 수 있다. 이 파일은 가상 사물인터넷(Virtual IoT) 서버와 실시간으로 연동되며, 이는 도 7b에 표현된다. 도 7b에서, (a)는 특정 건물을 선택할 때의 에너지 소비량을 그래프로 나타낸 것이며, (b)는 선택된 건물과 전력 사용 현황을 나타낸다. 또한, (c)는 최소값인 흰색에서 최대값인 적색까지 데이터가 제공되는 모든 건물을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 360 이미지 기반의 실내 시각화한 결과를 도시한 것이다.
360 실내 장면 시각화는 별도의 제작과정 없이 카메라에 의해 캡처된 영상을 기반으로 하기 때문에 고품질 3D 오브젝트를 모델링하는 것에 비해 비용 효율적인 프로세스이다. 이에, 본 발명은 리얼리즘을 더하는 시각화 구성요소 도시 디지털 트윈 서버(UDT, 또는 도시 디지털 트윈부)에 360 이미지 기반의 실내 시각화를 구현한다.
본 발명은 제스처 클릭 이벤트로 도시 디지털 트윈 서버의 건물 위에서 360 구를 맴돌면서 360 시각화 컴포넌트로 점프하는 사용자 인터페이스를 설계한다. 이 시각화 컴포넌트의 게임엔진은 360 이미지를 구에 매핑하고, 소프트웨어 카메라는 구에 위치하여 카메라의 시야 이미지를 렌더링하다. 나아가, 노벨뷰(novel-view) 합성법을 사용하여 새로운 뷰 이미지를 합성해 카메라 캡처 경로에서 벗어날 수 있는 이동의 자유를 부여한다.
도 8(a)는 도시 디지털 트윈 서버에서 360 구를 사용하는 UI 시스템을 나타낸 것으로, UI 시스템은 수동 제스처 클릭 이벤트에 의해 연결된 360 시각화 장면으로 점프할 수 있다. 또한, 도 8(b)는 360 시각화 장면을 나타낸 것으로, 실제적인 실내 공간을 둘러보고 장면 내부를 걸어다니게 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 테이블탑의 상호작용을 시각화한 결과를 도시한 것이다.
본 발명은 테이블탑 디지털 화면의 터치 및 드래그 앤 드롭 기능을 이용하여 증강현실 도시 축소 모형을 제어할 수 있다.
테이블탑(tabletop) 시스템이 도시 디지털 트윈 서버를 연결하면, 도시 디지털 트윈 서버는 데이터 플랫폼에서 수신한 정교한 데이터를 테이블탑 시스템으로 전송한다. 테이블탑 시스템은 물체 목록과 차량 및 건물의 위치, 그리고 상태 데이터를 결합하여 화면에 2D 정보를 표시한다. 화면의 메뉴에서 선택한 항목은 디지털 트윈 서버를 통해 증강현실(AR) 도시 축소 모형으로 전송된다. 이에 따라서, 증강현실(AR) 도시 축소 모형은 HoloLens 2에서 도시 정보를 3D 시각화로 보여준다.
도 9(a)는 사용자가 테이블탑 시스템의 터치 기능을 사용하는 예를 나타낸다. 2D 메뉴 아래의 지오그래픽 맵은 드래그 앤 드롭이 가능하며, 2D 지도 위치는 증강현실(AR) 도시 축소 모형과 위치를 동기화하여 확대 및 축소 가능하다.
도 9(b)는 사용자가 HoloLens2의 레이-캐스팅(ray-casting) 기능을 사용하여 직접 선택한 건물을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 시각화 방법의 동작 흐름도를 도시한 것이다.
도 10의 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 디지털 트윈 시각화 시스템에 의해 수행된다.
도 10을 참조하면, 단계 S1010에서, 실세계(Real World)에 배치되는 실제 사물인터넷(IoT) 기기로부터 실제 지리공간 데이터를 수집하고, 가상세계(Virtual World)에서 서버의 셀프 루틴을 통해 생성되는 가상 사물인터넷(IoT) 기기로부터 가상 지리공간 데이터를 수집한다.
단계 S1010은 실세계에서 기업 및 기관으로부터 실제 사물인터넷 기기에 대한 실제 지리공간 데이터를 수집하며, 실제 지리공간 데이터뿐 아니라, 위치정보 데이터, 휴먼/IoT 감지 데이터, 웹 서비스를 통한 데이터 및 저작 데이터(authoring data) 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 저장할 수 있다.
또한, 단계 S1010은 가상세계에서 서버의 셀프 루틴을 통해 가상 지리공간 데이터를 생성하며, 3D 지오그래픽 맵 상의 게임 엔진을 통한 지리 정보 데이터, 기록된 환경 데이터 및 저작 데이터(authoring data) 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 결합하여 가상 지리공간 데이터를 생성할 수 있다.
이때, 단계 S1010은 실제 지리공간 데이터 및 가상 지리공간 데이터를 JSON 포맷으로 변환하여 단계 S1020에 전송할 수 있다.
단계 S1020에서, 실제 지리공간 데이터 및 가상 지리공간 데이터를 통합한다.
단계 S1030에서, 통합된 데이터를 기반으로 상호작용을 위한 증강현실의 동시 공간을 형성하며, 테이블탑(Tabletop)으로부터 제어를 위해 생성된 네트워크 패킷을 중계한다.
단계 S1030은 상호작용을 위한 테이블탑(Tabletop) 및 3차원 렌더링을 위한 증강현실 HMD(Head mounted Display)를 포함하며, 증강현실의 도시 공간의 3차원 맵을 테이블탑의 화면과 위치에 동기화하여 건물, 차량, 공지/이벤트 보드 및 그래프의 증강현실 지도의 물체를 표시할 수 있다.
단계 S1030은 테이블탑을 통해 증강현실 도시 공간에서 특정 위치 지도를 이동하거나 줌(zoom)하기 위한 컨트롤을 수행할 수 있으며, 테이블탑 및 증강현실 HMD를 이용하여 사용자의 선택 입력에 의한 드래그 앤 드롭(drag and drop) 및 선택 기능과 같은 에어 제스처(air gesture)를 제공할 수 있다.
이상에서 설명된 시스템 또는 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(Field Programmable Gate Array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 어플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (13)
- 실제 및 가상 사물인터넷 기기를 연동한 3차원 디지털 트윈 시각화 시스템에 있어서,
실세계에 배치되는 실제 사물인터넷(IoT) 기기로부터 실제 지리공간 데이터를 수집하며, 가상세계에서 서버를 통해 생성되는 가상 사물인터넷(IoT) 기기로부터 가상 지리공간 데이터를 수집하는 가상 및 실제 데이터 수집부;
상기 실제 지리공간 데이터 및 상기 가상 지리공간 데이터를 통합하여 도시 디지털 트윈(Urban Digital Twin; UDT)에 전송하는 데이터 처리부; 및
상기 통합된 데이터를 기반으로 상호작용을 위한 증강현실의 동시 공간을 제공하며, 테이블탑(Tabletop)으로부터 제어를 위해 생성된 네트워크 패킷을 중계하는 도시 디지털 트윈부를 포함하되,
상기 가상 및 실제 데이터 수집부는
가상세계에서 서버의 셀프 루틴을 통해 상기 가상 지리공간 데이터를 생성하는 가상 데이터 수집부를 포함하며,
3D 지오그래픽 맵 상의 게임 엔진을 통한 지리 정보 데이터, 기록된 환경 데이터 및 저작 데이터(authoring data) 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 결합하여 상기 가상 지리공간 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는, 디지털 트윈 시각화 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 가상 및 실제 데이터 수집부는
실세계에서 기업 및 기관으로부터 상기 실제 사물인터넷 기기에 대한 상기 실제 지리공간 데이터를 수집하는 실제 데이터 수집부를 포함하며,
위치정보 데이터, 휴먼/IoT 감지 데이터, 웹 서비스를 통한 데이터 및 저작 데이터(authoring data) 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 저장하는, 디지털 트윈 시각화 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 실제 데이터 수집부는
상기 실제 지리공간 데이터를 저장하는 저장장치를 포함하며,
상기 가상 및 실제 데이터 수집부는
상기 실제 지리공간 데이터 및 상기 가상 지리공간 데이터를 JSON 포맷으로 변환하여 상기 데이터 처리부에 전송하는, 디지털 트윈 시각화 시스템. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 도시 디지털 트윈부는
상호작용을 위한 상기 테이블탑(Tabletop) 및 3차원 렌더링을 위한 증강현실 HMD(Head mounted Display)를 포함하며, 상기 증강현실의 도시 공간의 3차원 맵을 상기 테이블탑의 화면과 위치에 동기화하여 건물, 차량, 공지/이벤트 보드 및 그래프의 증강현실 지도의 물체를 표시하는, 디지털 트윈 시각화 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 도시 디지털 트윈부는
상기 테이블탑을 통해 상기 증강현실 도시 공간에서 특정 위치 지도를 이동하거나 줌(zoom)하기 위한 컨트롤을 수행하는, 디지털 트윈 시각화 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 도시 디지털 트윈부는
상기 테이블탑 및 상기 증강현실 HMD를 이용하여 사용자의 선택 입력에 의한 드래그 앤 드롭(drag and drop) 및 선택 기능과 같은 에어 제스처(air gesture)를 제공하는, 디지털 트윈 시각화 시스템. - 실제 및 가상 사물인터넷 기기를 연동한 3차원 디지털 트윈 시각화 방법에 있어서,
실세계에 배치되는 실제 사물인터넷(IoT) 기기로부터 실제 지리공간 데이터를 수집하며, 가상세계에서 서버를 통해 생성되는 가상 사물인터넷(IoT) 기기로부터 가상 지리공간 데이터를 수집하는 단계;
상기 실제 지리공간 데이터 및 상기 가상 지리공간 데이터를 통합하는 단계; 및
상기 통합된 데이터를 기반으로 상호작용을 위한 증강현실의 동시 공간을 제공하며, 테이블탑(Tabletop)으로부터 제어를 위해 생성된 네트워크 패킷을 중계하는 디지털 트윈하는 단계를 포함하되,
상기 수집하는 단계는
가상세계에서 서버의 셀프 루틴을 통해 상기 가상 지리공간 데이터를 생성하는 단계를 포함하며,
3D 지오그래픽 맵 상의 게임 엔진을 통한 지리 정보 데이터, 기록된 환경 데이터 및 저작 데이터(authoring data) 중 적어도 어느 하나 이상의 데이터를 결합하여 상기 가상 지리공간 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는, 디지털 트윈 시각화 방법. - 제8항에 있어서,
상기 수집하는 단계는
실세계에서 기업 및 기관으로부터 상기 실제 사물인터넷 기기에 대한 상기 실제 지리공간 데이터를 수집하는 단계를 포함하며,
위치정보 데이터, 휴먼/IoT 감지 데이터, 웹 서비스를 통한 데이터 및 저작 데이터(authoring data) 중 적어도 어느 하나 이상의 상기 실제 지리공간 데이터를 수집하는, 디지털 트윈 시각화 방법. - 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 디지털 트윈하는 단계는
상호작용을 위한 상기 테이블탑(Tabletop) 및 3차원 렌더링을 위한 증강현실 HMD(Head mounted Display)를 포함하며, 상기 증강현실의 도시 공간의 3차원 맵을 상기 테이블탑의 화면과 위치에 동기화하여 건물, 차량, 공지/이벤트 보드 및 그래프의 증강현실 지도의 물체를 표시하는, 디지털 트윈 시각화 방법. - 제11항에 있어서,
상기 디지털 트윈하는 단계는
상기 테이블탑을 통해 상기 증강현실 도시 공간에서 특정 위치 지도를 이동하거나 줌(zoom)하기 위한 컨트롤을 수행하는, 디지털 트윈 시각화 방법. - 제11항에 있어서,
상기 디지털 트윈하는 단계는
상기 테이블탑 및 상기 증강현실 HMD를 이용하여 사용자의 선택 입력에 의한 드래그 앤 드롭(drag and drop) 및 선택 기능과 같은 에어 제스처(air gesture)를 제공하는, 디지털 트윈 시각화 방법.
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