KR102577996B1 - 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템 - Google Patents

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Abstract

실시예의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템은, 사용자가 근무하는 사업장의 장비 또는 훈련하고자 하는 장비로 크레인을 선택한 경우에 해당 크레인의 기종을 저장하고 해당 크레인 기종의 훈련시 사용하는 시뮬레이터 하드웨어 장치의 설정이 가능하도록 하는 훈련장치 연동부를 포함하고, 상기 훈련장치 연동부는 사용자가 훈련하고자 하는 크레인 기종의 선택이 가능하도록 하는 크레인 기종 설정부와, 상기 크레인 기종 설정부에 의해 선택된 크레인 기종에 대하여 가상훈련이 가능하도록 미리 준비된 시뮬레이터 하드웨어 장치의 선택과 설정이 가능하도록 하는 훈련장비 설정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템{Industrial safety virtual training system for multi-user training of user oriented be interlocked with crane simulator}
본 발명은 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템에 관한 것으로, 특히, 산업현장에서 복합위험상황의 대응훈련을 위해 가상훈련 콘텐츠 시나리오를 사용자가 근무하는 산업현장 환경으로 편집하여 사용자 중심의 체험이 가능하도록 하는 복합위험상황에 대한 시나리오 편집 시스템과, 크레인 시뮬레이터를 연동하여 사용자가 근무하는 산업현장에서의 크레인 운전 및 작업자와 연계하여 사용자 중심으로 맞춤형 체험이 가능하도록 하는 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템에 관한 것이다.
최근 산업현장의 생산 환경은 아웃소싱 일반화, 생산인구 감소와 고령화, 소규모사업장 증가 및 기술 고도화에 의해 산업현장의 생산 환경이 다변화되는 추세이다. 특히, 아웃소싱 생산방식 확대에 따라 위험작업 외주화 환경에서 발생한 안전사고는 ‘사고의 외주화’ 라는 큰 사회적 문제로 대두되고 있다.
이러한 생산 환경에서 안전사고 예방을 위해서는, 단순 이론교육보다는 현장특성 및 대처능력을 고려한 다양한 위험상황에 대한 대응훈련 중심의 콘텐츠로 교육이 이루어질 필요가 있다.
종래의 산업안전훈련 콘텐츠는 수요자의 요구에 의해 특정 업종 및 사고사례에 편중되어 있으며, 수요자 입장에서는 매번 동일한 콘텐츠로 교육할 수밖에 없는 환경이며, 교육대상자 입장에서도 동일한 콘텐츠를 몇 번 체험하면 교육의 흥미 및 효과도 떨어지는 문제점이 있다.
특히, 중장비 중 하나인 크레인의 경우, 안전사고 빈도가 높고 사고가 발생할 경우에 대형사고로 이어질 수 있지만, 비용과 시간, 공간상의 제약으로 산업현장 내에서 크레인 운전 및 주변 작업자와의 연계 및 훈련이 실질적으로 이루어지기는 매우 어려운 상황이다.
따라서, 안전사고에 대한 예방을 위해서 훈련자의 능동적 참여 및 반복 대응훈련을 할 수 있는 수요자 맞춤형 산업안전 가상훈련시스템 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 제조업 현장에서 유발하는 주요 안전사고 중 크레인에 의하여 발생하는 사고를 예방하기 위하여, 작업환경 특성을 반영한 복합위험상황에 대한 시나리오 편집의 기능과, 크레인 운영 중 발생할 수 있는 복합위험상황에 대해 수요자가 직접 대응 훈련 시나리오를 생성 또는 편집한 후 크레인 시뮬레이터와 연동할 수 있는 시스템을 제안한다.
그리고, 크레인 운전자의 운전 훈련 및 신호수, 작업자 등 작업 현장 내 근로자와 연계하여 훈련할 수 있도록 하여 실제 현장에서 실질적으로 사용자에게 도움이 될 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.
실시예의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템은, 사용자가 제작하고자 하는 업종과 관련 공정을 선택하는 산업현장 특성조합부와, 선택된 공정에서 발생한 재해사례를 기준으로 선정된 복수개의 안전사고를 선택하는 사고유형 선택부와, 사용자에 의해 선택된 업종, 공정 및 사고유형 정보를 기반으로 훈련 시나리오를 구성하고, 훈련대상이 되는 객체와 훈련장소가 되는 배경을 포함하는 훈련콘텐츠가 포함된 템플릿을 생성하는 템플릿 생성부와, 상기의 훈련콘텐츠가 포함된 템플릿을 해당 산업현장에 적합하도록 편집할 수 있도록 하는 템플릿 편집부를 포함하고, 상기 템플릿 편집부는, 사용자 중심 복합위험상황의 시나리오를 편집하기 위한 구성으로서, 상기 훈련콘텐츠의 배경에 해당하는 사업장 또는 작업장의 공간데이터를 추출하기 위한 공간데이터 추출부와, 상기 훈련콘텐츠에 포함되는 객체를 사업장 또는 작업장의 장비로 이용하고자 하는 경우에 해당 장비에 대한 객체데이터를 추출하기 위한 객체데이터 추출부와, 상기 공간데이터 추출부와 객체데이터 추출부에 의해 생성된 공간 및 객체데이터를 정합하여 3D 모델을 생성하는 역할을 수행하는 공간 및 객체 생성부와, 상기의 생성되는 3D 모델을 로딩하여 가상환경으로 배치하는 훈련공간 편집부와, 상기의 생성된 공간 및 객체데이터를 이용한 사용자의 훈련시에 사고시점과 사고발생횟수를 설정 및 편집하도록 하는 시나리오 편집부와, 상기 객체데이터 추출부에 의해 사용자가 근무하는 사업장의 장비 또는 훈련하고자 하는 장비로 크레인을 선택한 경우에 해당 크레인의 기종을 저장하고 해당 크레인 기종의 훈련시 사용하는 시뮬레이터 하드웨어 장치의 설정이 가능하도록 하는 훈련장치 연동부를 포함하고, 상기 공간데이터 추출부는 360도 촬영가능한 카메라를 이용하여 사용자가 사업장 또는 작업장을 촬영하여 데이터베이스에 저장하는 역할을 수행하는 산업현장 촬영부와, 3D 스캐닝 장비를 이용하여 사용자가 사업장 또는 작업장을 3D 스캐닝 후 데이터베이스에 저장하는 역할을 수행하는 산업현장 스캐닝부와, 사업장 또는 작업장의 CAD 또는 3D 모델링 파일을 로딩 후 데이터베이스에 저장하는 역할을 수행하는 외부데이터 입력부를 포함하고, 상기 훈련장치 연동부는 사용자가 훈련하고자 하는 크레인 기종의 선택이 가능하도록 하는 크레인 기종 설정부와, 상기 크레인 기종 설정부에 의해 선택된 크레인 기종에 대하여 가상훈련이 가능하도록 미리 준비된 시뮬레이터 하드웨어 장치의 선택과 설정이 가능하도록 하는 훈련장비 설정부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 근로자수가 가장 많고 대부분의 산업재해자수를 차지하는 업종인 제조업의 근로자와 관리감독자가 유해, 위험작업 환경에서 유발되는 재해유형에 대한 예방 및 대처능력을 확보할 수 있고, 산업현장 특성 기반 복합위험상황 대응 시나리오를 통해 반복적 맞춤형 대응훈련을 수행하는 산업안전보건 교육훈련 분야 가상훈련 시스템으로 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예는 산업안전보건교육 관련 법규에 의거한 법정 근로자 안전보건교육 분야의 교육훈련(근로자/관리감독자 정기교육, 특별교육)을 위한 가상훈련시스템으로 활용할 수 있다.
또한, 실제 산업현장 가상화 및 시각화를 통한 몰입감 있는 VR(Virtual Reality) 환경을 제공하고 현장특성 별로 다양한 위험상황 시나리오 부여 및 체감형 인터랙션을 제공함으로써 훈련자의 능동적 참여 및 반복 대응훈련을 통해 안전사고의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 실시예의 콘텐츠 생성부의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 산업현장 특성조합부의 업종 선택부의 구성을 보여주는 예이다.
도 4는 산업현장 특성조합부의 공정 선택부의 구성을 보여주는 예이다.
도 5는 본 실시예에 따른 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템의 복합위험상황에 대한 시나리오 편집 구성을 보여주는 블록도이다.
도 6는 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템을 구성하는 공간데이터 추출부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템을 구성하는 객체데이터 추출부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8는 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템을 구성하는 공간 및 객체데이터 생성부를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템을 구성하는 시나리오 편집부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템의 복합위험상황 시나리오 편집 시스템을 구성하는 훈련장치 연동부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템의 복합위험상황 시나리오 편집 시스템을 구성하는 훈련자 설정부를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템은 복합위험상황에 대한 시나리오 편집 구성을 포함하고, 이에 더하여 크레인 시뮬레이터 연동 기능이 탑재되는 것으로서, 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템과, 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 복합위험상황에 대한 시나리오 편집 시스템을 동일한 의미로 해석하여도 좋다.
실시예의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 복합위험상황에 대한 시나리오 편집 시스템은, 안전사고 산업현장에서 안전사고에 대비한 예방훈련과 관련된 콘텐츠의 제작을 의뢰 및 요청하는 콘텐츠 요청부(100)와, 사용자에게 실제 산업현장의 환경을 가상화 및 시각화하여 가상현실(VR)의 환경을 제공하면서 현장특성에 따른 다양한 위험상황의 시나리오를 부여하고 체감형 인터랙션을 제공하기 위하여 콘텐츠를 제작하는 콘텐츠 생성부(200)와, 상기 콘텐츠 생성부(200)에 의해 콘텐츠를 해당 현장에서 훈련 및 교육이 수행되도록 영상 및 음성을 출력하는 안전사고 예방 교육부(300)를 포함한다.
최근 산업현장의 생산 환경이 아웃소싱 일반화, 생산인구 감소 및 고령화, 소규모사업장 증가 및 기술 고도화에 의해 재해위험요소가 다양화됨에 따라 해당 산업현장에 맞는 대응훈련 콘텐츠의 제작수요가 증가하고 있다. 상기 콘텐츠 요청부(100)는 이러한 수요에 따라 사용자가 각 산업현장에서 안전사고에 대비한 예방훈련과 관련한 콘텐트의 제작을 시작을 개시하기 위한 역할을 수행하고, 상기 콘텐츠 생성부(200)는 본 실시예에 따라 생성되는 시나리오와 그에 대한 콘텐츠를 생성하고, 나아가 사용자의 실제 작업 현장의 반영이 이루어지도록 편집이 가능하도록 하는 역할을 수행한다.
본 실시예에서의 콘텐츠 시나리오는, 산업현장에서의 안전사고에 대비한 예방훈련과 관련되는 상황과, 상기 상황 내에 사용되거나 보여지는 객체 등의 영상 데이터와 훈련의 현장감과 몰입도를 향상시키기 위한 음성 데이터 등의 컨텐츠를 전개하기 위한 시나리오를 포함하는 용어로 사용된다.
도 2는 본 실시예의 콘텐츠 생성부의 구성을 보여주는 블록도이다.
본 실시예에 따르면, 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템은 도 1의 콘텐츠 생성부(200)를 통해 사용자가 직접적으로 산업현장의 여건에 적합한 콘텐츠를 생성 및 편집하는데 그 특징이 있으며, 이의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 상기 콘텐츠 생성부(200)는 산업현장 특성조합부(210), 사고유형 선택부(220), 템플릿 생성부(230) 및 템플릿 편집부(240)를 포함한다.
상기 산업현장 특성조합부(210)는 업종 선택부(211)와 공정 선택부(212)를 포함할 수 있다. 본 발명의 산업안전 가상훈련시스템은 컴퓨터를 통해 인터넷 환경에서 이루어지는 어플리케이션으로 구성될 수 있으며, 사용자의 선택에 따라 저장된 화면을 제시하며, 생성되는 콘텐츠는 파일의 형태로 저장될 수 있다.
산업현장 특성조합부의 업종 선택부(211)의 실시예가 도 3에 도시된다.
도 3은 산업현장 특성조합부의 업종 선택부의 구성을 보여주는 예이다.
도 3을 참조하면, 사용자가 안전사고에 대한 대응훈련 콘텐츠를 제작하기로 결정하면 상기 업종 선택부(211)를 통해 해당 산업현장의 업종을 선택할 수 있다.
상기 업종 선택부(211)는 제조업, 건설업, 서비스업과 같이 상위 카테고리를 제공하며, 각각의 카테고리를 선택시 하위 카테고리의 구체적인 업종을 제공한다. 예를 들어 제조업을 선택한 경우, 화학제품제조업, 금속가공기계제조업, 목재 및 나무제품 제조업, 선박건조 및 수리업 등의 상세업종이 팝업되고 이중에 하나를 선택하면 해당 정보가 다음화면으로 전달된다.
각각의 상세 업종을 선택시에 각 업종에 해당되는 기제작된 콘텐츠가 업로드되어 있으며, 이를 가상현실의 이미지로 확인할 수 있다.
산업현장 특성조합부의 공정 선택부(212)의 예가 도 4에 도시된다.
도 4는 산업현장 특성조합부의 공정 선택부의 구성을 보여주는 예이다.
도 4를 참조하면, 사용자가 상기 업종 선택부(211)에서 하나의 업종을 선택하면, 상기 공정 선택부(212)는 선택된 업종에서 실시되는 여러 공정 단계를 팝업한다. 사용자는 팝업된 여러 공정 단계 중에서 안전사고가 많이 발생할 것으로 판단되어 안전훈련이 필요한 공정을 선택할 수 있다.
사용자가 업종과 공정을 선택하면, 사고유형 선택부(220)는 사용자에게 복수개의 사고 유형을 제시하며, 사용자는 이 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
사고유형 선택은 안전보건공단에 공개된 재해사례를 기반으로, 제조업 현장에서 유발하는 5대 안전사고 중 상기 선택한 공정에서 발생한 재해사례를 항목으로 나타낼 수 있다.
제조업 현장에서 유발하는 5대 안전사고는 화재, 폭발, 끼임, 맞음, 떨어짐으로 분류되며, 공정에 따라 발생하는 사고유형은 다를 수 있기 때문에 해당하는 공정에서 발생한 재해사례 기준으로 선택을 고려할 수 있다.
한편, 상기 템플릿 생성부(230)는 사용자에 의해 선택된 업종, 공정, 사고유형 정보를 기반으로 훈련 시나리오를 구성하고, 콘텐츠 제작용 템플릿을 생성하는 역할을 수행한다. 상기 템플릿 생성부(230)는 사용자가 선택한 업종, 공정, 사고유형 정보를 검색 조건으로 하여 미리 제작된 콘텐츠 및 상기 콘텐츠를 포함한 훈련 시나리오가 저장 및 판매되는 외부 마켓플레이스와, 산업현장 모델링 DB에서 검색 조건에 부합하는 리소스를 수집한다.
여기서, 리소스는 배경, 객체, 기인물의 3D 모델링을 의미하며, 외부 마켓플레이스 및 산업현장 모델링 DB에서 수집된 리소스는 배경, 객체, 기인물을 기설정된 포맷에 따라 분류됨에 따라 하나의 템플릿이 제작될 수 있다. 여기서, 3D 모델링의 포맷은 Unity3D에서 사용가능한 .fbx 포맷일 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 상기 템플릿 생성부(230)에 의하여 생성되는 훈련 시나리오에 대해서, 사용자인 작업자가 실제 근무하거나 작업하는 환경과 작업도구를 훈련 시나리오 내에 반영할 수 있도록 하며, 이러한 과정은 생성된 훈련 시나리오 템플릿을 편집하기 위한 과정 속에서 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이 제작된 템플릿 정보는 도 3에 도시된 공정 선택 화면에 개제될 수 있으며, 사용자가 전체공정이 유사한 업종을 선택시 기저장되어 있는 템플릿 정보를 확인하여, 적합한 템플릿이 있으면 이를 선택 후 템플릿 편집툴과 연동할 수 있다. 사용자는 템플릿 편집부(240)를 통해 기저장되어 있는 템플릿을 해당 산업현장에 적합하도록 편집할 수 있다.
본 실시예에 따라 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 복합위험상황 시나리오를 편집하기 위한 구성에 대해서 상세히 설명하여 본다.
전술한 템플릿 편집부에 의하여 복합위험상황 시나리오의 편집이 이루어진다고 해석하여도 되며, 별도의 복합위험상황 시나리오 편집수단이 더 구성되는 것으로 이해하여도 좋다. 이미 생성된 템플릿이나 상기 템플릿이 포함하는 훈련 시나리오를 사용자인 작업자 중심으로 편집할 수 있는 툴을 제공한다는 관점에서 설명하여 본다.
도 5는 본 실시예에 따른 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 복합위험상황에 대한 시나리오 편집 시스템의 구성을 보여주는 블록도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 실시예의 시나리오 편집 시스템은 템플릿 편집부(240)의 구성에 포함되거나, 상기 도 2의 구성에서 시나리오 편집 시스템이 더 구성될 수도 있다.
이하에서는, 실시예의 템플릿 편집부 내에 시나리오 편집 수단으로서, 도 5의 편집 시스템이 더 구성되는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 5을 참조하면, 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심 복합위험상황의 시나리오를 편집하기 위한 구성은, 공간데이터 추출부(410), 객체데이터 추출부(420), 공간 및 객체 생성부(430), 훈련공간 편집부(440), 시나리오 편집부(450), 훈련장치 연동부(460) 및 훈련자 설정부(470)를 포함한다.
상기 공간데이터 추출부(410)는 산업안전훈련 콘텐츠의 가상환경에서 배경에 해당하는 사업장 내부 또는 야외 작업장의 공간데이터를 추출하는 것으로, 사용자가 근무하는 사업장 또는 체험하고 싶은 장소의 공간데이터를 추출하는 구성이다. 즉, 사용자인 작업자에게 익숙한 공간을 직접 설정할 수 있도록 하거나, 학습하고자 하는 공간을 미리 가정하여 설정할 수 있도록 한다.
상기 공간데이터 추출부(410)의 구성에 대해서는, 첨부되는 도 6을 함께 참조하여 본다. 도 6는 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심 복합위험상황 시나리오 편집 시스템을 구성하는 공간데이터 추출부를 설명하기 위한 도면이다.
상기 공간데이터 추출부(410)는 산업현장 촬영부(411), 산업현장 스캐닝부(412), 외부데이터 입력부(413)를 포함하며, 상기 산업현장 촬영부(411)는 360도 촬영가능한 카메라를 이용하여 사용자가 근무하는 사업장 또는 체험하고 싶은 장소를 촬영하여 데이터베이스에 저장하는 역할을 수행한다.
상기 산업현장 스캐닝부(412)는 3D 스캐닝 장비를 이용하여 사용자가 근무하는 사업장 또는 체험하고 싶은 장소를 3D 스캐닝 후 데이터베이스에 저장하는 역할을 수행한다.
상기 외부데이터 입력부(413)는 사용자가 근무하는 사업장 또는 체험하고 싶은 장소의 CAD 또는 3D 모델링 파일을 로딩 후 데이터베이스에 저장하는 역할을 수행한다.
예를 들어, 사업장 또는 현장을 도시한 3D CAD 도면파일을 이용하여 FBX 3D 모델링 파일을 추출하고, 360도 카메라를 이용하여 사용자가 촬영한 사업장/현장 사진을 텍스쳐로 맵핑시킴으로써, 근무하고 있는 현장을 구현해낼 수 있다.
한편, 상기 객체데이터 생성부(420)는 산업안전훈련 콘텐츠의 가상환경 중 안전훈련 체험 장비에 해당하는 것으로, 사용자가 근무하는 사업장의 장비 또는 체험하고 싶은 장비의 객체데이터를 추출하는 구성이다.
상기 객체데이터 생성부(420)에 대해서는, 첨부되는 도 7과 함께 설명하여 본다. 도 7은 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심 복합위험상황 시나리오 편집 시스템을 구성하는 객체데이터 추출부를 설명하기 위한 도면이다.
상기 객체데이터 추출부(420)는 객체 촬영부(421), 포인트 클라우드 취득부(422)를 포함하고, 상기 객체 촬영부(421)는 RGB-D 카메라를 이용하여 사용자가 근무하는 사업장의 장비 또는 체험하고 싶은 장비를 촬영하여 데이터베이스에 저장하는 기능을 제공한다.
그리고, 상기 포인트 클라우드 취득부(422)는 상기 객체 촬영부(421)에서 촬영한 이미지의 깊이 지도(Depth map)과 컬러 지도(Color map)를 이용하여 각각의 포인트 클라우드를 생성하고 데이터베이스에 저장하는 기능을 제공한다.
즉, 상기 포인트 클라우드 취득부(422)에 의하여 훈련하고자 하는 장비 또는 물건의 객체를 폴리곤 메시가 형성되는데, 포인트 클라우드는 특정 영역에 속한 점들의 집합으로 LiDAR와 같은 3D 스캐너를 이용하여 사물의 표면에 수많은 점들의 3차원 좌표를 측정하여 측정된 점들의 집합을 이용하여 상기 폴리곤 메시를 생성된다.
예를 들어, 트림블 리얼웍스 같은 포인트 클라우드 편집 프로그램을 이용하여 3D 스캐너를 통해 얻은 스캔 데이터 중 노이즈 등 불필요한 데이터를 제거하고, 각 스캔 장면에서 얻은 포인트 클라우드들을 하나로 합쳐진 포인트 클라우드를 얻는 정합 작업을 진행 후 시나리오 편집기에서 사용할 수 있는 모델링 데이터로 변환하여 저장한다.
한편, 상기 공간 및 객체 생성부(430)는 상기 공간데이터 추출부(410), 객체데이터 추출부(420)에 의해 생성된 공간 및 객체데이터를 정합하고, 사용자가 요구하는 산업안전훈련 콘텐츠의 가상환경 구성용 3D 모델을 생성하는 역할을 수행한다. 도 8은 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심 복합위험상황 시나리오 편집 시스템을 구성하는 공간 및 객체데이터 생성부를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 함께 참조하면, 상기 공간 및 객체 생성부(430)는 포인트 클라우드 정합부(431), 3D 모델 생성부(432)를 포함한다.
상기 포인트 클라우드 정합부(431)는 상기 포인트 클라우드 취득부(422)에서 생성한 Depth map과 Color map 각각의 포인트 클라우드 데이터 로딩 후 정합하여 객체 형상을 생성한다. Depth map과 Color map 포인트 클라우드 데이터를 정합하는 것은 1가지 포인트 클라우드 데이터만으로는 데이터 손실 및 누락 등의 사유로 사용자가 요구하는 객체의 형상을 충실히 표현하기 어렵기 때문이다. 객체 형상 생성 과정에서 Depth map과 Color map 포인트 클라우드 데이터 중 중복된 데이터는 1개의 데이터를 제거하여 용량을 최소화한다.
예를 들어, 트림블 리억웍스 기반으로 3D 포인트 클라우드 처리를 수행하는 경우라면, 레이저 스캐닝을 통해 획득한 스캔 데이터가 3차원 점들의 집합인 포인트 클라우드 형식으로 저장되는 스캐닝 단계와, 각 스캔 장면들에서 얻은 포인트 클라우드들을 서로 합치기 위하여 정합 타켓들 정의하고 각 장면 스캔 데이터의 정합 타겟간 오차가 최소가 되도록 스캔 데이터를 이동 및 회전변환하는 과정을 반복하는 정합 단계와, 정합 데이터 확인과 실세계 좌표계로의 정합 단계들로 이루어질 수 있다.
상기 3D 모델 생성부(432)는 포인트 클라우드 정합부(431)에서 생성한 객체 형상을 범용 3D 모델로 생성하기 위한 것으로, 3D 포인트로 구성된 객체 형상 데이터를 로딩 후 메쉬(Mesh) 생성 알고리즘 기반으로 자동으로 포인트와 포인트를 연결하여 메쉬를 생성하고, 데이터 손실 및 누락 등으로 자동 생성이 되지 않는 부분은 사용자가 직접 연결하여 메쉬 생성을 한다. 메쉬 생성 후 사용자가 근무하는 사업장의 장비 또는 체험하고 싶은 장비의 이미지를 텍스쳐 맵핑하여 3D 모델 생성을 완료한다. 생성된 3D 모델은 상기 훈련공간 편집부(440)에서 로딩하여 사용자가 체험하고 싶은 가상환경으로 배치할 수 있다.
한편, 상기 훈련공간 편집부(440)는 기존 산업안전훈련 콘텐츠의 가상환경 중 배경과 체험장비를 변경 및 배치하는 것으로, 상기 공간 및 객체 생성부(430)에 의해 생성된 3D 모델을 활용하여 사용자가 체험하고 싶은 가상환경으로 변경 및 배치하는 역할을 수행한다.
상기 시나리오 편집부(450)는 기존 산업안전훈련 콘텐츠의 사고시점을 사용자가 체험하고 싶은 사고시점으로 편집하는 구성이다.
도 9는 본 발명의 사용자 중심 복합위험상황 시나리오 편집 시스템을 구성하는 시나리오 편집부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 시나리오 편집부(450)는 사고이벤트 사이클 편집부(451), 사고이벤트 타임라인 편집부(452)를 포함한다.
상기 사고이벤트 사이클 편집부(451)는 산업안전 가상훈련시스템의 훈련콘텐츠에 적용된 사고이벤트의 사이클을 편집하는 기능으로, 산업안전 가상훈련시스템에서 동일한 작업을 반복적으로 수행하는 장비로 체험이 구성되었다면, 몇 번째 작업을 수행 중에 사고가 발생할 것인지를 정의하는 기능을 포함한다.
실시예에서의 사고이벤트는 도 1에 도시된 바와 같은 산업안전 가상훈련시스템에 의해 적용되거나 수행되는 안전사고를 나타내는 것이다.
상기 사고이벤트 사이클 편집부(451)에 의하여 편집되는 사고이벤트의 사이클은 1개 작업의 시작과 끝을 의미하는 것으로, 동일한 작업을 반복적으로 하는 작업에서 1개의 작업을 시작에서 끝까지 완료 했을 때 1 사이클을 완료한 것이 된다. 예를 들면, 전단기라는 기계를 이용하여 철판을 절단하는 작업을 할 경우, 전단기의 절단부(칼날)를 들고, 철판을 삽입하고, 철판을 절단하는 과정이 1개의 사이클이 된다. 또 다른 예로, 프레스기의 경우, 프레스기 슬라이드를 들고, 소재를 넣고, 슬라이드를 하강하여 성형작업을 하면 1 사이클 완료되는 것이다.
산업안전 가상훈련시스템에 의하여 제작되는 훈련콘텐츠가 전단기나 프레스기의 경우처럼 반복적인 작업을 하는 기계에 관한 것일 경우, 미리 설정하여 둔 특정사이클 이후 사고가 발생하도록 설정되었다면, 상기 사고이벤트 사이클 편집부(451)가 이것을 n번째 사이클 후에 사고이벤트가 발생하도록 편집할 수 있는 것이다. 매번 동일한 사이클에서 사고가 발생하면 반복적인 훈련에 대한 효과가 떨어질 수 있으므로, 사용자 또는 관리자가 사고이벤트 사이클을 편집할 수 있도록 구성된다.
상기 사고이벤트 타임라인 편집부(452)는 산업안전 가상훈련시스템의 훈련콘텐츠에 적용된 사고이벤트의 타임라인을 편집하는 역할을 수행하고, 산업안전 가상훈련시스템이 체험 시작 후 특정 시간이 지난 후 사고가 발생하도록 구성되었다면, 사고발생 시간을 편집하여 동일한 시간에 사고가 발생하지 않도록 사고발생 시간을 정의하는 기능을 포함한다.
상세히, 상기 사고이벤트 타임라인 편집부(452)는 훈련콘텐츠 내에서의 사고이벤트가 발생하는 시점 및 강도를 변경할 수 있도록 한다. 상기 사고이벤트 사이클 편집부와 비교하여, 상기 사고이벤트 타임라인 편집부(452)는 산업안전훈련 시작 후 특정 시간이 흐른 후에 사고가 발생하는 것을 편집하기 위한 것으로, 용접 작업을 예를 들면, 용접 작업 시작 후 특정 시간이 지난 후에 폭발하는 사고가 발생하는 훈련콘텐츠라면, 폭발 사고 발생하는 시간을 편집 할 수 있으며, 폭발의 강도를 편집할 수 있다.
도 10은 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심 복합위험상황 시나리오 편집 시스템을 구성하는 훈련장치 연동부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
상기 훈련장치 연동부(460)는 상기 객체데이터 추출부(420)에 의해 사용자가 근무하는 사업장의 장비 또는 체험하고 싶은 장비로 크레인을 추출하였을 때 해당 크레인의 기종을 저장하고, 기 개발된 크레인 시뮬레이터 하드웨어 장치과 연동하기 위한 운영 조건을 설정할 수 있으며, 가상공간에 배치되어 훈련하고자 하는 크레인의 속도와 운영 범위를 설정하는 역할을 수행한다.
도 10을 참조하면, 상기 훈련장치 연동부(460)는 크레인 기종 설정부(461), 훈련장비 설정부(462) 및 크레인 사양 설정부(463)을 포함한다.
상기 크레인 기종 설정부(461)는 사용자가 훈련하고자 하는 크레인 기종을 설정할 수 있도록 하는 역할을 하며, 예를 들어, 천장크레인, 컨테이너크레인, 타워크레인, 기중기 4종류의 기종을 화면에 표시되도록 하고, 사용자에 의해 표시된 기종 중 어느 하나가 선택되면 데이터베이스에서 선택한 크레인 기종 정보를 저장시키고, 화면에 해당 크레인이 표시되도록 한다.
상기 훈련장비 설정부(462)는 상기 크레인 기종 설정부(461)에 의해 선택된 크레인 기종에 대하여 시뮬레이터 훈련이 가능하도록 하기 위해, 미리 준비된 크레인 시뮬레이터 하드웨어 장치의 선택과, 선택된 하드웨어 장치에서의 조정수단과 모션수단을 설정할 수 있도록 한다.
즉, 상기 훈련장비 설정부(462)는 선택된 크레인 기종에 대한 훈련이 실질적으로 이루어질 수 있도록 기개발되었거나 미리 준비된 하드웨어 장치들 중 사용자가 선택할 수 있도록 하고, 선택된 하드웨어 장치를 이용한 훈련이 가능한지 여부를 판단하는 역할도 수행한다.
이러한 하드웨어 장치를 설정하기 위한 구성으로, 본 실시예에서는 조종수단과 모션수단이 포함될 수 있으며, 상기 훈련장비 설정부(462)는 상기 조종수단과 모션수단의 선택 및 상세 설정이 가능하도록 한다.
상세히, 상기 조종수단은 실제 크레인 조종수단과 게임용 조이스틱을 포함할 수 있으며, 사용자는 실제 크레인 조종수단과 게임용 조이스틱 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 다만, 사용자가 선택한 크레인 기종에 대한 시뮬레이터의 조종수단이 실제 크레인 조종수단으로 설정되어 있는 경우에는, 실제 크레인 조종수단을 선택하도록 상기 훈련장비 설정부(462)가 가이드하고, 만약 게임용 조이스틱으로 설정되어 있는 경우라면 게임용 조이스틱을 선택하도록 가이드한다.
상기 조종수단의 경우, 천장크레인을 조종하기 위해서는 횡행(Trolley)동작, 주행(Gantry)동작, 권상/권하(Hoist Up/Down)동작이 조종 레버 2개로 가능해야 하며, 조종 레버는 8방향(전, 후, 좌, 우, 대각선 4방향)조작 및 4단 기어 구성을 포함하고, 전원 투입/차단 버튼, 비상정지버튼이 포함된 구성을 최소 사양으로 정의할 수 있다.
컨테이너 크레인을 조종하기 위한 구성은 횡행(Trolley)동작, 주행(Gantry)동작, 권상/권하(Hoist Up/Down)동작이 조종 레버 2개로 가능해야 하며, 조종 레버는 4방향(전, 후, 좌, 우)조작 및 4단 이상 기어 구성을 포함하고, 전원 투입/차단 버튼, 비상정지버튼, 스프레더 펌프 온/오프(Spreader Pump On/Off), 플리퍼 업/다운(Flipper Up/Down), 트위스트 락/언락(Twist Lock/Unlock), 텔레스코픽(Telescopic) 20ft/40ft/45ft 버튼이 포함된 구성을 최소한 사양으로 정의할 수 있다.
타워크레인을 조종하기 위한 구성은 횡행(Trolley)동작, 선회(Slewing)동작, 권상/권하(Hoist Up/Down)동작이 조종 레버 2개로 가능해야 하며, 조종 레버는 4방향(전, 후, 좌, 우)조작 및 4단 이상 기어 구성을 포함하고, 전원 투입/차단 버튼, 비상정지버튼이 포함된 구성을 최소 사양으로 정의할 수 있으며, 기중기를 조종하기 위한 구성은 붐 스윙 동작, 붐 상승/하강 동작, 붐 확장/축소, 윈치 상승/하강 동작이 조종 레버 2개 또는 4개로 가능해야 하며, 기중기 전원 투입/차단, 비상정지버튼이 포함된 구성을 최소한의 사양으로 정의할 수 있다.
한편, 모션수단은 몰임감 및 효과성이 높은 가상훈련을 위하여 훈련을 수행하는 사용자에게 흔들림을 생성하여 제공하는 구성으로서, 크레인 동작 시 발생하는 흔들림 및 충격에 의한 흔들림을 가상훈련 시 체감할 수 있도록 한다. 기 개발된 크레인 시뮬레이터의 모션수단의 자유도(DOF, Degree of Freedom)를 고려하여 선택해야 하며, 모션수단의 자유도는 흔들림을 생성할 수 있는 축의 개수를 표현하는 것으로, 1 DOF, 3 DOF, 4 DOF, 6 DOF로 통상 표현한다.
이때, 기 개발된 크레인 시뮬레이터가 모션수단 없이 구성되었다면, 상기 훈련장비 설정부(462)는 사용자가 0 DOF를 선택하도록 가이드하고, 모션수단이 포함된 시뮬레이터의 경우에는 사용자가 선택한 해당 DOF에 따라 시뮬레이터의 하드웨어 장치가 동작되도록 한다. 그리고, 상기 훈련장비 설정부(462)는 사용자가 선택하는 하드웨어 장치의 설정 사항중에서 모션수단의 속도/가속도/감속도, 운영범위는 해당 크레인 시뮬레이터 개발사에서 설정한 조건을 변경없이 운영 조건으로 설정하도록 하며, 이것은 훈련자인 사용자의 안전조건을 충족시키기 위함이다.
한편, 상기 크레인 사양 설정부(463)는 상기 객체데이터 추출부(420)에 의해 추출된 크레인의 조종 기어 단수별 최고 속도/가속도/감속도와 각 동작 별 운영범위를 사용자가 근무하는 크레인 또는 훈련하고 싶은 크레인 사양으로 설정하는 구성이다. 이와 같이, 크레인 사양에 대해서 상세히 사용자가 설정할 수 있도록 하여, 가상훈련의 특성에 기반해 사용자가 위험한 조건으로 사양을 설정하더라도 안전하게 훈련할 수 있는 장점이 있다.
도 11은 본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심 복합위험상황 시나리오 편집 시스템을 구성하는 훈련자 설정부의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
상기 훈련자 설정부(470)는 가상훈련에 참여하는 인원수를 설정하는 훈련인원 설정부(471)와, 각각의 인원이 가상훈련에서 수행할 역할을 설정하는 훈련역할 설정부(472)를 포함한다.
본 발명의 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템은 4인 또는 그 이상이 동시에 동일한 시나리오로 훈련할 수 있는 구성을 제공한다. 예를 들어, 상기 훈련인원 설정부(471)는 사용자가 훈련 참여인원 수를 1~4인까지 설정할 수 있도록 할 수 있다.
상기 훈련역할 설정부(472)는 상기 훈련인원 설정부(471)에서 설정한 훈련 참여인원에 대해 가상훈련에서 수행할 역할을 설정하도록 하며, 예를 들어, 역할은 크레인 운전자, 신호수, 작업자 중에서 중복 선택되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 천장크레인 2대와 신호수 1명, 작업자 1명이 가상훈련하는 시나리오의 경우, 상기 훈련인원 설정부(471)에서 참여인원이 4인으로 설정되어야 하고, 훈련역활 설정부(472)에서는 참여인원 2명에게 크레인 운전자 역할을 설정하고, 나머지 2인에게 신호수와 작업자 역할을 설정한다.
각각의 참여인원은 콘텐츠 내에서 안내하는 절차대로 크레인 운영 시 발생할 수 있는 복합위험상황에 대해 훈련할 수 있다. 다만, 크레인 운전자를 2명으로 설정하려면 크레인 시뮬레이터가 2대는 구성되어야 하는 제약사항은 있으나, 이러한 제약사항이 해결된다면 다수의 크레인을 운영하는 사업장의 환경으로 복합위험상황 시나리오를 편집하여 훈련할 수 있는 구성이다.
그리고, 상기 훈련역활 설정부(472)는 크레인 운영 시 발생할 수 있는 복합위험상황 시나리오로 각각의 참여인원이 훈련을 수행하는 과정을 통해 크레인 운전자와 신호수, 작업자의 연계 훈련이 가능한 구성이다.
예를 들어, 타워크레인으로 중량물을 운반하는 훈련을 수행할 경우, 크레인 운전자는 신호수의 안내대로 타워크레인을 조작하며, 신호수는 안전사고 예방을 위해 주변 상황을 인지하며 크레인 운전자에게 신호를 하고, 작업자는 타워크레인 훅에 중량물을 체결하는 작업을 위해 작업 장소로 이동하거나, 작업 위치에서 대기 또는 중량물 체결 작업을 할 때 타워크레인의 위치를 고려하며 작업을 할 수 있어 연계 훈련이 가능한 것이며, 이러한 연계 훈련 중 참여인원이 실수할 경우 안전사고가 발생하는 것이다.
이러한 과정의 시나리오 편집이 완료되면, 최종적으로 사용자가 근무하는 환경 또는 체험하고 싶은 환경으로 가상환경 및 장비를 변경하여 체험할 수 있다.
전술한 바와 같은 실시예의 구성을 통해, 안전사고에 대한 예방 및 대처능력을 효율적으로 훈련할 수 있으며, 특히, 실제 근무 또는 작업하는 장소와 동일한 공간에서 가상훈련이 가능하여 안전 사고의 예방 효과를 더욱 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 사용자에게 산업현장의 환경을 가상화 및 시각화하여 가상현실(VR)의 환경을 제공하고, 현장특성별로 다양한 위험상황의 시나리오를 부여하고 체감형 인터랙션을 제공하는 훈련콘텐츠를 제작하는 콘텐츠 생성부를 포함하는 시스템으로서,
    상기 콘텐츠 생성부는,
    사용자가 제작하고자 하는 업종과 관련 공정을 선택하는 산업현장 특성조합부와,
    선택된 공정에서 발생한 재해사례를 기준으로 선정된 복수개의 안전사고를 선택하는 사고유형 선택부와,
    사용자에 의해 선택된 업종, 공정 및 사고유형 정보를 기반으로 훈련 시나리오를 구성하고, 훈련대상이 되는 객체와 훈련장소가 되는 배경을 포함하는 훈련콘텐츠가 포함된 템플릿을 생성하는 템플릿 생성부와,
    상기의 훈련콘텐츠가 포함된 템플릿을 해당 산업현장에 적합하도록 편집할 수 있도록 하는 템플릿 편집부를 포함하고,
    상기 템플릿 편집부는, 사용자 중심 복합위험상황의 시나리오를 편집하기 위한 구성으로서, 상기 훈련콘텐츠의 배경에 해당하는 사업장 또는 작업장의 공간데이터를 추출하기 위한 공간데이터 추출부와, 상기 훈련콘텐츠에 포함되는 객체를 사업장 또는 작업장의 장비로 이용하고자 하는 경우에 해당 장비에 대한 객체데이터를 추출하기 위한 객체데이터 추출부와, 상기 공간데이터 추출부와 객체데이터 추출부에 의해 생성된 공간 및 객체데이터를 정합하여 3D 모델을 생성하는 역할을 수행하는 공간 및 객체 생성부와, 상기의 생성되는 3D 모델을 로딩하여 가상환경으로 배치하는 훈련공간 편집부와, 상기의 생성된 공간 및 객체데이터를 이용한 사용자의 훈련시에 사고시점과 사고발생횟수를 설정 및 편집하도록 하는 시나리오 편집부와, 상기 객체데이터 추출부에 의해 사용자가 근무하는 사업장의 장비 또는 훈련하고자 하는 장비로 크레인을 선택한 경우에 해당 크레인의 기종을 저장하고 해당 크레인 기종의 훈련시 사용하는 시뮬레이터 하드웨어 장치의 설정이 가능하도록 하는 훈련장치 연동부를 포함하고,
    상기 공간데이터 추출부는 360도 촬영가능한 카메라를 이용하여 사용자가 사업장 또는 작업장을 촬영하여 데이터베이스에 저장하는 역할을 수행하는 산업현장 촬영부와, 3D 스캐닝 장비를 이용하여 사용자가 사업장 또는 작업장을 3D 스캐닝 후 데이터베이스에 저장하는 역할을 수행하는 산업현장 스캐닝부와, 사업장 또는 작업장의 CAD 또는 3D 모델링 파일을 로딩 후 데이터베이스에 저장하는 역할을 수행하는 외부데이터 입력부를 포함하고,
    상기 훈련장치 연동부는 사용자가 훈련하고자 하는 크레인 기종의 선택이 가능하도록 하는 크레인 기종 설정부와, 상기 크레인 기종 설정부에 의해 선택된 크레인 기종에 대하여 가상훈련이 가능하도록 미리 준비된 시뮬레이터 하드웨어 장치의 선택과 설정이 가능하도록 하는 훈련장비 설정부를 포함하는 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 훈련장비 설정부는 사용자에 의해 선택된 크레인의 가상훈련을 위하여 사용자가 조종할 조종수단으로서 실제 크레인 조종수단과 게임용 조이스틱 중 어느 하나를 설정할 수 있도록 하고,
    상기 훈련장비 설정부는 상기 가상훈련시에 사용자에게 흔들림을 생성하여 제공하는 모션수단의 동작을 설정할 수 있도록 하는 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 훈련장치 연동부는 상기 모션수단의 설정 사항중에서 모션수단의 속도, 가속도 및 감속도와, 운영범위에 대하여 해당 크레인 시뮬레이터 개발사에서 설정한 조건이 있는 경우에는 사용자에 의한 설정이 불가능하도록 제어하는 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 훈련장치 연동부는, 상기 객체데이터 추출부에 의해 추출된 크레인의 조종 기어 단수별 최고 속도, 가속도 및 감속도와, 각 동작 별 운영범위를 사용자가 근무하는 크레인 또는 훈련하고 싶은 크레인 사양으로 설정할 수 있도록 하는 크레인 사양 설정부를 더 포함하는 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기의 가상훈련에 참여하는 인원수를 설정하는 훈련인원 설정부와, 각각의 인원이 가상훈련에서 수행할 역할을 설정하는 훈련역할 설정부로 구성된 훈련자 설정부를 더 포함하는 크레인 시뮬레이터 연동 기능을 탑재한 사용자 중심의 다자참여형 산업안전 가상훈련시스템.
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