KR102631397B1 - 다양한 항공기 기종의 비행 훈련을 위한 현실 및 가상 현실 기반 시스템 - Google Patents

다양한 항공기 기종의 비행 훈련을 위한 현실 및 가상 현실 기반 시스템 Download PDF

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박재범
최태화
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(주)브이알엑스
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Abstract

다양한 항공기 기종의 비행 훈련을 위한 현실 및 가상 현실 기반 시스템이 제공된다. 시스템은 항공기 기종에 맞춤 제작된 실제 제어 장치, 항공기 기종에 맞춤 제작된 가상 제어 장치를 디스플레이하도록 구성된 헤드 마운티드 디스플레이, 및 가상 제어 장치의 조작을 위한 사용자의 움직임을 감지하도록 구성된 VR 글러브를 포함한다. 헤드 마운티드 디스플레이는 사용자의 조작에 의해 변경된 실제 제어 장치의 자세에 따라 가상 제어 장치의 자세를 변경하여 디스플레이하도록 구성된다.

Description

다양한 항공기 기종의 비행 훈련을 위한 현실 및 가상 현실 기반 시스템{Real and virtual reality based system for flight training of various type of aircraft}
본 개시는 다양한 항공기 기종의 비행 훈련을 위한 현실 및 가상 현실 기반 시스템에 관한 것이다.
실제 항공기를 이용한 비행 훈련은 많은 비용과 시간을 소모한다. 항공기 운용을 위한 공간, 항공기가 있는 곳으로 훈련사 및 훈련생을 이동시키는 비용 및 시간, 항공기의 유지 보수 등이 실제 항공기를 이용한 비행 훈련에 요구된다. 나아가, 다양한 항공기 기종의 비행 훈련을 위해서는 요구되는 자원이 몇 배로 증가한다. 이에, 효율적인 비행 훈련을 위한 시스템이 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-1636360호 대한민국 공개특허 제10-2009-0001372호
본 개시의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 다양한 항공기 기종의 효율적인 비행 훈련을 위한 현실 및 가상 현실 기반 시스템을 제안하고자 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 다양한 항공기 기종의 비행 훈련을 위한 현실 및 가상 현실 기반 시스템이 개시된다.
상기 시스템은, 비행 훈련을 위한 항공기 기종을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서; 상기 항공기 기종에 맞춤 제작된 실제 제어 장치; 상기 실제 제어 장치에 대응하는 제1 가상 제어 장치 및 상기 실제 제어 장치에 대응하지 않는 제2 가상 제어 장치를 포함하는, 상기 항공기 기종에 맞춤 제작된 가상 제어 장치를 디스플레이하도록 구성된 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, head mounted display); 및 상기 제1 가상 제어 장치 및 상기 제2 가상 제어 장치의 조작을 위한 사용자의 움직임을 감지하도록 구성된 VR 글러브를 포함하고, 상기 헤드 마운티드 디스플레이는, 상기 사용자의 상기 실제 제어 장치 또는 상기 가상 제어 장치의 조작에 기초한 상기 항공기의 비행 시뮬레이션 이미지를 디스플레이하고, 상기 사용자의 조작에 의해 변경된 상기 실제 제어 장치의 자세에 따라 상기 제1 가상 제어 장치의 자세를 변경하여 디스플레이하도록 구성될 수 있다.
상기 실제 제어 장치는 상기 항공기 기종에 맞춤 제작된 사이클릭 조종간 및 콜렉티브 조종간 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제1 가상 제어 장치는 상기 사이클릭 조종간에 대응하는 가상 사이클릭 조종간 및 상기 콜렉티브 조종간에 대응하는 가상 콜렉티브 조종간 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 가상 제어 장치는 가상 푸시 버튼, 가상 스위치, 가상 노브, 및 가상 터치 패드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 실제 제어 장치는 상기 항공기의 기동(maneuver)을 제어하기 위한 비행 조종간을 포함하고, 상기 제1 가상 제어 장치는 상기 비행 조종간에 대응하는 가상 비행 조종간을 포함하고, 상기 제2 가상 제어 장치는 상기 항공기의 항공전자(avionics)를 제어하기 위한 가상 항공전자 제어 장치를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 사용자의 상기 실제 제어 장치 및 상기 제1 가상 제어 장치의 조작에 기초하여 제1 입력 신호를 생성하고, 상기 사용자의 상기 제2 가상 제어 장치의 조작에 기초하여 제2 입력 신호를 생성하고, 상기 헤드 마운티드 디스플레이는, 상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호에 기초한 상기 항공기의 비행 시뮬레이션 이미지를 디스플레이하도록 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 사용자의 상기 실제 제어 장치 및 상기 제1 가상 제어 장치의 조작에 기초하여 기동 제어 신호를 생성하고, 상기 사용자의 상기 제2 가상 제어 장치의 조작에 기초하여 항공전자 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 헤드 마운티드 디스플레이는, 상기 기동 제어 신호에 기초한 상기 항공기의 기동 시뮬레이션 이미지를 디스플레이하고, 상기 항공전자 제어 신호에 기초한 상기 항공기의 항공전자 시뮬레이션 이미지를 디스플레이하도록 구성될 수 있다.
상기 헤드 마운티드 디스플레이는, 상기 항공기 기종이 변경됨에 따라, 상기 제1 가상 제어 장치 및 상기 제2 가상 제어 장치의 종류를 변경하여 디스플레이하도록 구성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 프로세서는, 상기 사용자의 조작에 의해 변경된 상기 실제 제어 장치의 자세를 산출하고, 미리 결정된 교정 값을 이용하여 상기 산출된 실제 제어 장치의 자세로부터 상기 제1 가상 제어 장치의 자세를 산출하도록 구성되고, 상기 헤드 마운티드 디스플레이는, 상기 산출된 제1 가상 제어 장치의 자세에 따라 상기 제1 가상 제어 장치를 디스플레이하도록 구성될 수 있다.
상기 실제 제어 장치는 상기 항공기 기종에 맞춤 제작된 조종간 헤드 및 상기 비행 훈련을 위한 상기 항공기 기종이 변경됨에 따라 상기 조종간 헤드가 교체 가능하도록 장착된 조종간 베이스를 포함할 수 있다.
상기 헤드 마운티드 디스플레이는, 상기 VR 글러브의 움직임에 기초하여, 대응하는 움직임을 갖는 가상 손을 디스플레이하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 다양한 항공기 기종의 비행 훈련을 위한 현실 및 가상 현실 기반 시스템에 의하면, 항공기 기동 훈련을 위해 실제 제어 장치를 이용하므로, 사용자가 실제 비행에 상응하는 조종간의 조작을 체험할 수 있어, 비행 훈련을 통해 사용자의 조종 숙련도가 향상될 수 있다.
또한, 다양한 항공기 기종의 제어를 위해 다양항 항공기 기종에 맞춤 제작된 가상 제어 장치를 이용하므로, 사용자는 다양한 항공기 기종에 대한 효율적인 비행 훈련을 수행할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시 예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 이하의 본 개시의 예시적 실시 예들에 대한 기재로부터 본 개시의 예시적 실시 예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적 실시 예들을 실시함에 따른 의도하지 아니한 효과들 역시 본 개시의 예시적 실시 예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 비행 훈련을 위한 항공기 모형을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 조종실을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 실제 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 가상 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 6b는 실시 예들에 따른 실제 제어 장치 및 제1 가상 제어 장치의 디스플레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 실제 제어 장치의 조작에 따른 제1 가상 제어 장치의 디스플레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 기동 제어 및 항공전자 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 현실과 가상 현실 사이의 상호작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 현실 및 가상 현실에서의 조종간의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시 예들에서 사용되는 용어는 본 실시 예들에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 기술분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 임의로 선정된 용어도 있으며, 이 경우 해당 실시예의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 실시 예들에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 실시예들의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 실질적으로 동일하다는 것은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 동일한 것과 유사한 것을 포괄하는 것으로 넓게 해석될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 일 실시 예에 따른 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다.
시스템(100)은 적어도 하나의 프로세서(110, 이하 프로세서라고 함), 실제 제어 장치(120), 헤드 마운티드 디스플레이(130, HMD, head mounted display), 및 VR(virtual reality) 글러브(140)를 포함한다. 도 1은 일 실시 예에서 설명하고자 하는 시스템(100)의 구성요소들을 도시한 것이다. 따라서, 시스템(100)은 도 1에 도시된 것 외의 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 장치들 간의 데이터 전송을 위한 네트워크 허브를 더 포함할 수 있다.
시스템(100)은 다양한 항공기 기종에 대하여 비행 훈련이 가능하도록 구성된다. 사용자는 다양한 항공기 기종 중 비행 훈련을 수행하고자 하는 항공기 기종을 선택할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 사용자 인터페이스를 통해 항공기 기종을 선택할 수 있다.
비행 훈련은 점검 훈련 및 기동 훈련을 포함할 수 있다. 점검 훈련은 비행 전 또는 비행 후에 항공기의 상태를 점검하는 훈련일 수 있다. 점검 훈련에서 사용자는 항공기의 장치들의 상태가 양호한지, 항공기가 비행을 하기에 적합한 상태인지 등을 확인할 수 있다. 기동 훈련에서 사용자는 항공기의 이륙에서 착륙까지의 훈련을 수행할 수 있다.
일 실시 예에서 비행 훈련을 위한 항공기는 회전익 항공기이다. 항공기 기종은 KUH-1, UH-60, CH-47, MD 500, UH-1H, 또는 BO-105일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
시스템(100)은 사용자가 선택된 항공기 기종에 대하여 비행 훈련을 수행할 수 있도록, 선택된 항공기 기종에 맞춤 제작된 실제 제어 장치(120) 및 가상 제어 장치를 제공한다. 실제 제어 장치(120) 및 가상 제어 장치는 비행 시뮬레이션 상에서 항공기를 제어하기 위한 장치들일 수 있다. 보다 상세하게, 실제 제어 장치(120) 및 가상 제어 장치는 비행 시뮬레이션 상에서 항공기 기동 및 항공전자를 제어하기 위한 장치들일 수 있다.
실제 제어 장치(120)는 사용자가 조작할 수 있는 현실 세계의 제어 장치이다. 사용자는 HMD(130) 및 VR 글러브(140)를 통한 가상 현실 속에서 실제 제어 장치(120)를 조작함으로써 비행 훈련을 수행할 수 있다. 실제 제어 장치(120)는 실제 항공기의 대응하는 제어 장치와 동일할 수 있다. 또는, 실제 제어 장치(120)는 실제 항공기의 대응하는 제어 장치와 동일하게 구성된 샘플일 수 있다. 실제 제어 장치(120)는 실제 항공기의 대응하는 제어 장치와 실질적으로 동일한 조작감을 제공하도록 구성될 수 있다. 그에 따라, 사용자는 실제 제어 장치(120)를 통해 실제 항공기의 대응하는 제어 장치의 조작을 체험할 수 있다.
가상 제어 장치는 가상 현실에 구현된 제어 장치이다. 사용자는 HMD(130)를 통한 가상 현실 속에서 가상 제어 장치를 조작함으로써 비행 훈련을 수행할 수 있다. 가상 제어 장치는 실제 제어 장치(120)에 대응하는 제1 가상 제어 장치 및 실제 제어 장치(120)에 대응하지 않는 제2 가상 제어 장치를 포함한다. 사용자는 HMD(130)를 착용하고 제1 가상 제어 장치를 통해 가상 현실 속에서 실제 제어 장치(120)의 시각적인 정보를 획득할 수 있다. 또한, 사용자는 VR 글러브(140)를 착용하고 실제 제어 장치(120)를 조작함으로써 가상 현실 속에서 제1 가상 제어 장치를 조작할 수 있다.
VR 글러브(140)는 사용자의 손의 움직임을 감지하도록 구성된다. VR 글러브(140)는 사용자의 손의 움직임을 감지하기 위한 모션 감지 센서를 포함할 수 있다.
HMD(130)는 가상 제어 장치를 디스플레이할 수 있다. 또한, HMD(130)는 사용자의 실제 제어 장치(120) 및 가상 제어 장치의 조작에 기초한 항공기의 비행 시뮬레이션 이미지를 디스플레이할 수 있다. 또한, HMD(130)는 사용자의 조작에 의해 변경된 실제 제어 장치(120)의 자세에 따라 제1 가상 제어 장치의 자세를 변경하여 디스플레이할 수 있다. 또한, HMD(130)는 VR 글러브의 움직임에 기초하여, 대응하는 움직임을 갖는 가상 손을 디스플레이할 수 있다. 보다 상세하게, HMD(130)는 사용자의 VR 글러브(140)의 위치 및 모양에 따라 대응하는 위치 및 모양의 가상 손을 디스플레이할 수 있다.
프로세서(110)는 다양한 항공기 기종의 비행 훈련을 위하여 시스템(100)의 동작을 제어하도록 구성된다. 프로세서(110)는 VR 글러브(140)를 통해 감지된 사용자의 움직임에 기초하여, 사용자의 가상 제어 장치의 조작을 감지할 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 사용자의 실제 제어 장치(120)의 조작을 감지할 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 사용자에 의해 선택된 항공기 기종, 및 사용자의 실제 제어 장치(120) 및 가상 제어 장치의 조작에 기초하여, HMD(130)에 디스플레이하기 위한 이미지를 생성할 수 있다.
프로세서(110)는 사용자에 의해 선택된 항공기 기종에 따라 항공기의 다이나믹스 모델(예를 들어, 항공기의 6자유도 모델) 및 항공기의 비행 제어 변수 등을 변경할 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 사용자에 의해 선택된 항공기 기종에 따라 HMD(130)에 디스플레이되는 이미지를 변경할 수 있다. 보다 상세하게, 프로세서(110)는 사용자에 의해 선택된 항공기 기종에 따라 가상 제어 장치 및 비행 시뮬레이션 환경을 변경하여 HMD(130)에 디스플레이할 수 있다.
프로세서(110)는 사용자의 실제 제어 장치 및 제1 가상 제어 장치의 조작에 기초하여 제1 입력 신호를 생성하고, 사용자의 제2 가상 제어 장치의 조작에 기초하여 제2 입력 신호를 생성할 수 있다. HMD(130)는 제1 입력 신호 및 제2 입력 신호에 기초한 항공기의 비행 시뮬레이션 이미지를 디스플레이할 수 있다.
제1, 2 입력 신호는 사용자의 실제 제어 장치(120) 및 가상 제어 장치의 조작에 대응하여 프로세서(110)가 생성하는 전기적 신호일 수 있다. 제1 입력 신호는 사용자가 실제 제어 장치(120) 또는 제1 가상 제어 장치를 조작하여 발생한 움직임, 압력, 각도 등의 물리적 신호를 전기적으로 변환함으로써 생성된 전기적 신호일 수 있다. 제2 입력 신호는 사용자가 제2 가상 제어 장치를 조작하기 위하여 발생한 움직임에 대응하여 생성된 전기적 신호일 수 있다. 예를 들어, 사용자가 실제 조종간을 움직인 경우, 프로세서(110)는 실제 조종간의 움직임에 대응하는 전기적 신호인 제1 입력 신호를 생성하고, HMD(130)는 제1 입력 신호에 따라 실제 조종간의 움직임에 대응하는 항공기의 비행 시뮬레이션 이미지를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 가상 푸쉬 버튼을 누른 경우, 프로세서(110)는 가상 푸쉬 버튼을 누르는 사용자의 움직임에 대응하는 전기적 신호인 제2 입력 신호를 생성하고, HMD(130)는 제2 입력 신호에 따라 가상 푸쉬 버튼의 기능이 반영된 항공기의 비행 시뮬레이션 이미지를 디스플레이할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 비행 훈련을 위한 항공기 모형(200)을 설명하기 위한 도면이다.
시스템(100)은 항공기 모형(200)을 포함할 수 있다. 항공기 모형(200)은 실제 항공기를 본뜬 모형일 수 있다. 항공기 모형(200)은 실제 항공기에서 비행 훈련에 필요한 부분들을 본뜬 모형일 수 있다. 항공기 모형(200)은 조종실(210, cockpit) 및 로터(미도시)를 포함할 수 있다.
조종실(210)은 실제 항공기의 조종실을 본뜬 모형일 수 있다. 조종실(210)은 실제 항공기의 조종실에서 비행 훈련에 필요한 부분들을 본뜬 모형일 수 있다. 사용자는 조종실(210)에서 HMD(130) 및 VR 글러브(140)를 장착하고 가상 현실 속에서 실제 제어 장치(120) 및 가상 제어 장치를 조작할 수 있다. 로터는 실제 제어 장치(120) 및 가상 제어 장치의 조작에 따라 회전하는 복수의 블레이드들을 포함할 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 조종실을 설명하기 위한 도면이다.
조종실(210)에는 주조종석(310) 및 보조조종석(320)이 배치될 수 있다. 또한, 조종실(210)에는 실제 제어 장치(120)가 배치될 수 있다. 보다 상세하게, 조종실(210)에는 실제 제어 장치(120)로서, 사이클릭 조종간(331), 콜렉티브 조종간(332), 및 페달(333)이 배치될 수 있다.
사이클릭 조종간(331)은 항공기의 기동을 제어하기 위하여 사용되는 제어 장치이다. 콜렉티브 조종간(332)은 항공기의 상승 또는 하강을 제어하기 위하여 사용되는 제어 장치이다. 사용자가 사이클릭 조종간(331) 및 콜렉티브 조종간(332)을 움직임에 따라, 로터의 블레이드 각도가 변경될 수 있다.
페달(333)은 로터의 회전을 제어하기 위하여 사용되는 제어 장치이다. 사용자가 페달(333)을 조작함에 따라, 로터의 회전 방향이 변경될 수 있다.
도 3에는 도시되지 않았으나, 조종실(210)에는 실제 제어 장치(120)로서 엔진 컨트롤 레버가 배치될 수 있다. 사용자가 엔진 컨트롤 레버를 조작함에 따라, 로터의 회전 속도가 변경될 수 있다.
도 4는 일 실시 예에 따른 실제 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 실제 제어 장치(120)로서, 사이클릭 조종간을 도시한다. 실제 제어 장치(120)는 다양한 항공기 기종에 맞춤 제작된 조종간 헤드들(421, 422, 423) 및 조종간 헤드들(421, 422, 423)이 선택적으로 장착 가능하도록 구성된 조종간 베이스(410)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 실제 제어 장치(120)는 제1 항공기 기종(431)에 맞춤 제작된 제1 조종간 헤드(421), 제2 항공기 기종(432)에 맞춤 제작된 제2 조종간 헤드(422), 및 제3 항공기 기종(433)에 맞춤 제작된 제3 조종간 헤드(423)를 포함한다. 제1 항공기 기종(431)은 KUH-1이고, 제1 조종간 헤드(421)는 KUH-1에 맞춤 제작된 조종간 헤드일 수 있다. 또한, 제2 항공기 기종(432)은 UH-60이고, 제2 조종간 헤드(422)는 UH-60에 맞춤 제작된 조종간 헤드일 수 있다. 또한, 제3 항공기 기종(433)은 CH-47이고, 제3 조종간 헤드(423)는 CH-47에 맞춤 제작된 조종간 헤드일 수 있다.
사용자는 조종간 헤드들(421, 422, 423)을 선택적으로 조종간 베이스(410)에 장착함으로써, 비행 훈련을 수행하고자 하는 항공기 기종에 맞는 조종간으로 비행 훈련을 수행할 수 있다.
제1 항공기 기종(431)으로 비행 훈련을 수행하고자 할 경우, 사용자는 제1 조종간 헤드(421)를 조종간 베이스(410)에 장착할 수 있다. 프로세서(110)는 제1 항공기 기종(431)의 비행 훈련을 위한 가상 현실을 제공하고, 사용자는 제1 조종간 헤드(421)가 장착된 조종간 베이스(410)를 이용하여 훈련 시나리오에 따라 제1 항공기 기종(431)의 비행 훈련을 수행할 수 있다.
제2 항공기 기종(432)으로 비행 훈련을 수행하고자 할 경우, 사용자는 조종간 베이스(410)의 제1 조종간 헤드(421)를 제2 조종간 헤드(422)로 교체할 수 있다. 프로세서(110)는 제2 항공기 기종(432)의 비행 훈련을 위한 가상 현실을 제공하고, 사용자는 제2 조종간 헤드(422)가 장착된 조종간 베이스(410)를 이용하여 훈련 시나리오에 따라 제2 항공기 기종(432)의 비행 훈련을 수행할 수 있다.
제3 항공기 기종(433)으로 비행 훈련을 수행하고자 할 경우, 사용자는 조종간 베이스(410)의 제2 조종간 헤드(422)를 제3 조종간 헤드(423)로 교체할 수 있다. 프로세서(110)는 제3 항공기 기종(433)의 비행 훈련을 위한 가상 현실을 제공하고, 사용자는 제3 조종간 헤드(423)가 장착된 조종간 베이스(410)를 이용하여 훈련 시나리오에 따라 제3 항공기 기종(433)의 비행 훈련을 수행할 수 있다.
조종간 베이스에 조종간 헤드들을 선택적으로 장착 가능하므로, 사용자는 훈련하고자 하는 항공기 기종에 맞는 조종간 헤드를 선택하여 비행 훈련을 수행할 수 있다. 이를 통해, 사용자는 효율적으로 다양한 항공기 기종에 대한 비행 훈련을 수행할 수 있다. 또한, 하나의 조종간 베이스와 복수의 조종간 헤드들로 다양한 항공기 기종을 위한 조종간을 구현함으로써, 제작 비용 및 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
이상의 도 4를 참조한 설명은 콜렉티브 조종간에도 적용될 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 가상 제어 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따라 HMD(130)에 디스플레이 된 이미지를 도시한다. HMD(130)가 디스플레이하는 이미지는 항공기 기종이 변경됨에 따라 변경될 수 있다. HMD(130)는 항공기 기종이 변경되면, 변경된 항공기 기종에 맞춤 생성된 조종실 내부를 디스플레이할 수 있다. 또한, HMD(130)는 항공기 기종이 변경되면, 변경된 항공기 기종에 맞춤 생성된 제1 가상 제어 장치 및 제2 가상 제어 장치를 디스플레이할 수 있다.
사용자는 가상 현실 속에서 가상 사이클릭 조종간(511) 및 가상 페달(512)을 조작함으로써, 현실 세계에 존재하는 사이클릭 조종간(331) 및 페달(333)을 조작할 수 있다. 즉, 사용자는 가상 현실 속에서 제1 가상 제어 장치를 조작함으로써 실제 제어 장치(120)를 조작할 수 있다.
사용자는 가상 현실 속에서 제2 가상 제어 장치를 조작할 수 있다. 제2 가상 제어 장치는 가상 푸시 버튼(521), 가상 스위치(522), 가상 노브(523), 및 가상 터치 패드(524)를 포함할 수 있다. 제2 가상 제어 장치를 조작하기 위한 사용자의 움직임은 VR 글러브(140)에 의해 감지되어 프로세서(110)로 전달될 수 있다.
도 6a 및 6b는 실시 예들에 따른 실제 제어 장치 및 제1 가상 제어 장치의 디스플레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 6b는 실제 제어 장치(120)로서 사이클릭 조종간 및 제1 가상 제어 장치로서 가상 사이클릭 조종간을 도시한다.
HMD(130)는 실제 제어 장치(120)에 대응하는 제1 가상 제어 장치를 디스플레이할 수 있다. 보다 상세하게, HMD(130)는 실제 제어 장치(120)와 동일한 외관을 갖는 제1 가상 제어 장치를 디스플레이할 수 있다.
실제 제어 장치(120)로서 조종간 베이스(410) 및 제1 조종간 헤드(421)가 이용되는 경우, HMD(130)는 조종간 베이스(410)에 대응하는 가상 조종간 베이스(610) 및 제1 가상 조종간 헤드(621)를 디스플레이할 수 있다.
HMD(130)는 항공기 기종이 변경됨에 따라 조종간 헤드가 교체되면, 교체된 조종간 헤드에 대응하도록 가상 조종간 헤드를 교체하여 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 제1 항공기 기종에서 제2 항공기 기종으로 변경됨에 따라 제1 조종간 헤드(421)가 제2 조종간 헤드(422)로 교체된 경우, HMD(130)는 제1 가상 조종간 헤드(621)를 제2 가상 조종간 헤드(622)로 교체하여 디스플레이할 수 있다.
이상의 도 6a 및 6b를 참조한 설명은 콜렉티브 조종간 및 가상 콜렉티브 조종간에도 적용될 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 실제 제어 장치의 조작에 따른 제1 가상 제어 장치의 디스플레이를 설명하기 위한 도면이다.
HMD(130)는 사용자가 조작하는 실제 제어 장치(120)의 움직임에 따라 제1 가상 제어 장치의 자세가 자동으로 변경된 이미지를 디스플레이할 수 있다. 사용자가 현실에서 실제 제어 장치(120)를 조작함에 따라 실제 제어 장치(120)의 자세가 변경될 수 있다. 실제 제어 장치(120)의 변경된 자세에 따라 가상 현실 속의 제1 가상 제어 장치의 자세도 자동으로 변경됨으로써, 가상 현실 환경에서의 사용자의 움직임과 상호작용이 자연스럽게 반영될 수 있다.
프로세서(110)는 사용자의 조작에 의해 변경된 실제 제어 장치(120)의 자세를 산출하고, 미리 결정된 교정(calibration) 값을 이용하여 산출된 실제 제어 장치(120)의 자세로부터 제1 가상 제어 장치의 자세를 산출할 수 있다. HMD(130)는 프로세서(110)에 의해 산출된 제1 가상 제어 장치의 자세에 따라, 제1 가상 제어 장치를 디스플레이할 수 있다.
도 7을 참조하면, 사용자가 조종간(710)을 조작함에 따라 조종간(710)이 각도 ρ만큼 회전할 수 있다. 프로세서(110)는 조종간(710)이 회전한 각도 ρ로부터 (θ,φ)를 산출할 수 있다. (θ,φ)는 조종간(710)의 변경된 자세에 대응하는 좌표값일 수 있다. 예를 들어, θ 및 φ는 구면좌표계 상에서 조종간(710)의 기준축의 각(angle) 좌표들을 나타낼 수 있다. 여기서, 각 좌표들은 구면좌표계의 x축과 조종간(710)의 기준축이 이루는 각 및 구면좌표계의 z축과 조종간(710)의 기준축이 이루는 각을 나타낼 수 있다. 다른 예를 들어, θ 및 φ는 사용자 설정 좌표계 상에서 조종간(710)의 기준축의 좌표들을 나타낼 수 있다. 여기서, 사용자 설정 좌표계는 3차원 공간에서 조종간(710)의 기준축을 표현할 수 있는 임의의 좌표계를 의미할 수 있다.
프로세서(110)는 교정 테이블(730)을 이용하여 (θ,φ)로부터 (θ1,φ1)를 산출할 수 있다. 교정 테이블(730)은 실제 제어 장치(120)와 제1 가상 제어 장치 사이의 교정 작업을 통해 미리 생성될 수 있다. 교정 테이블(730)은 조종간(710)의 자세와 가상 조종간(720)의 자세를 일치시키기 위한 교정 값들을 포함할 수 있다.
프로세서(110)는 (θ1,φ1)로부터 가상 조종간(720)의 회전 각도 ρ1을 산출할 수 있다. 그에 따라, HMD(130)는 기준축이 각도 ρ1만큼 회전한 가상 조종간(720)을 디스플레이할 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 기동 제어 및 항공전자 제어를 설명하기 위한 도면이다.
비행 훈련에서, 항공기의 기동 제어는 현실 및 가상 현실 기반으로 수행되고, 항공기의 항공전자 제어는 가상 현실 기반으로 수행될 수 있다. 사용자는 항공기의 기동 제어를 위해 실제 제어 장치(120) 및 제1 가상 제어 장치(810)를 조작하고, 항공기의 항공전자 제어를 위해 제2 가상 제어 장치(820)를 조작할 수 있다.
실제 제어 장치(120) 및 제1 가상 제어 장치(810)는 항공기의 기동 제어를 위한 기동 제어 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 실제 제어 장치(120)는 조종간 및 페달을 포함하고, 제1 가상 제어 장치(810)는 가상 조종간 및 가상 페달을 포함할 수 있다. 제2 가상 제어 장치(820)는 항공기의 항공전자를 제어하기 위한 가상 항공전자 제어 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 가상 제어 장치(820)는 통신장비, 항법장비, 센서장비 등을 제어하기 위한 가상 푸시 버튼, 가상 스위치, 가상 노브, 및 가상 터치 패드를 포함할 수 있다.
프로세서(110)는 사용자의 실제 제어 장치(120) 및 제1 가상 제어 장치(810)의 조작에 기초하여 기동 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 기동 제어 신호에는 도 1을 참조하여 설명한 제1 입력 신호의 설명이 적용될 수 있다. 또한, 프로세서(110)는 사용자의 제2 가상 제어 장치(820)의 조작에 기초하여 항공전자 제어 신호를 생성할 수 있다. 여기서, 항공전자 제어 신호는 도 1을 참조하여 설명한 제2 입력 신호의 설명이 적용될 수 있다.
HMD(130)는 기동 제어 신호에 기초한 항공기의 기동 시뮬레이션 이미지를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, HMD(130)는 기동 제어 신호에 따라 항공기가 기동하였을 때, 사용자가 현실에서 볼 수 있을 것으로 기대되는 항공기의 창 밖 시뮬레이션 이미지 및 계기판의 시뮬레이션 이미지를 디스플레이할 수 있다. 또한, HMD(130)는 항공전자 제어 신호에 기초한 항공기의 항공전자 시뮬레이션 이미지를 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, HMD(130)는 항공전자 제어 신호에 따라 항공기가 작동하였을 때, 사용자가 현실 세계에서 볼 수 있을 것으로 기대되는 컨트롤 패널의 시뮬레이션 이미지를 디스플레이할 수 있다.
능숙하게 항공기를 기동하기 위해서는, 조종간을 어느 정도의 힘으로 얼마만큼 움직여야 하는지와 같은 조종 숙련도가 필요하다. 본 개시에서는 항공기 기동 훈련을 위해 실제 제어 장치(120)를 이용하므로, 사용자가 실제 비행에 상응하는 조종간의 조작을 체험할 수 있어, 비행 훈련을 통해 사용자의 조종 숙련도가 향상될 수 있다.
반면, 항공전자를 제어하기 위한 푸시 버튼 및 스위치 등의 제어 장치들은, 버튼을 누르거나 스위치를 온/오프하는 등의 제어 장치를 조작하는 행위에 대한 숙련도가 요구되지 않는다. 또한, 다양한 항공기 기종에 대하여 항공전자 제어 장치들을 모두 실물로 맞춤 제작하는 것은 비효율적이다. 본 개시에서는 다양한 항공기 기종의 항공전자 제어를 위해 다양한 항공기 기종에 맞춤 제작된 제2 가상 제어 장치(820)를 이용하므로, 사용자는 다양한 항공기 기종에 대한 효율적인 항공전자 제어 훈련을 수행할 수 있다.
도 9는 일 실시 예에 따른 현실과 가상 현실 사이의 상호작용을 설명하기 위한 도면이다.
본 개시에 따른 시스템(100)은 HMD(130)를 통해 사용자에게 가상 공간에서 실제 비행 훈련 공간에 존재하는 것과 같은 현실감을 제공하는 가상 현실 기반 시스템이다. 또한, 시스템(100)은 실제 제어 장치(120) 및 가상 제어 장치를 통해 사용자에게 가상 공간에서 실제 비행 훈련과 같은 감각을 제공하는 혼합 현실 기반 시스템이다.
현실에서 VR 글러브(140)를 통해 사용자의 손의 위치 및 움직임이 획득될 수 있다. 현실에서 획득된 사용자 손의 정보는 가상 현실로 전달될 수 있다. 그에 따라, 가상 현실에서 현실의 사용자의 손의 위치에 대응하는 위치에 가상의 손이 구현될 수 있다. 또한, 가상 현실에서 현실의 사용자의 손의 움직임에 대응하는 가상의 손의 움직임이 구현될 수 있다. 가상 현실에서 가상 손의 시각적인 정보는 HMD(130)를 통해 사용자에게 전달될 수 있다. 사용자는 시각적으로 가상 손의 위치 및 움직임을 인지하며, 실제 제어 장치(120)를 조작할 수 있다. 이와 같은 현실과 가상 현실의 상호 작용을 통해, 사용자에게 실제 비행 훈련 공간에 존재하는 것과 같은 현실감 및 실제 비행 훈련과 같은 감각을 제공할 수 있다.
한편, 가상 현실의 구현에 VR 엔진(910)이 이용될 수 있다. VR 엔진(910)은 가상 현실을 구현하기 위한 상용 엔진을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 10은 일 실시 예에 따른 현실 및 가상 현실에서의 조종간의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
현실에서 사용자가 VR 글러브를 착용한 손을 실제 조종간으로 움직이면(R1011), 이에 대응하여 가상 현실에서 가상 손이 가상 조종간으로 움직인다(VR1021).
현실에서 사용자가 실제 조종간을 잡으면(R1012), 이에 대응하여 가상 현실에서 가상 손이 가상 조종간을 잡는 모양으로 변경된다(VR1022). 이때, 가상 손은 현실에서 사용자의 손이 실제 조종간에 근접한 것에 반응하여 가상 조종간을 잡는 모양으로 변경될 수 있다.
현실에서 사용자가 실제 조종간을 잡고 움직이면(R1013, R1014), 이에 대응하여 가상 현실에서 가상 손이 가상 조종간을 움직인다(VR1023, VR1024).
사용자의 현실에서의 움직임이 가상 현실에 반영되므로, 사용자는 가상 현실 속에서 직관적으로 현실과 상호 작용하며 비행 훈련을 수행할 수 있다. 그에 따라, 사용자의 비행 훈련의 몰입도가 향상될 수 있다.
본 개시에서 회전익 항공기에 관한 실시 예들을 설명하였으나, 본 개시의 실시 예들은 고정익 항공기에도 적용될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 VR 기반 회전익항공기 비행전 점검 및 시동/정지절차 훈련체계 개발(22-SN-AU-02) 과제에 의해 수행된 것이다.
100: 시스템 110: 프로세서
120: 실제 제어 장치 130: HMD
140: VR 글러브 200: 항공기 모형
210: 조종실 310: 주조종석
320: 보조조종석 331: 사이클릭 조종간
332: 콜렉티브 조종간 333: 페달
410: 조종간 베이스 421: 제1 조종간 헤드
422: 제2 조종간 헤드 423: 제3 조종간 헤드
431: 제1 항공기 기종 432: 제2 항공기 기종
433: 제3 항공기 기종 511: 가상 사이클릭 조종간
512: 가상 페달 521: 가상 푸시 버튼
522: 가상 스위치 523: 가상 노브
524: 가상 터치 패드 610: 가상 조종간 베이스
621: 제1 가상 조종간 헤드 622: 제2 가상 조종간 헤드
710: 조종간 720: 가상 조종간
730: 교정 테이블 810: 제1 가상 제어 장치
820: 제2 가상 제어 장치 910: VR 엔진

Claims (10)

  1. 다양한 항공기 기종의 비행 훈련을 위한 현실 및 가상 현실 기반 시스템에 있어서,
    비행 훈련을 위한 항공기 기종을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서;
    상기 항공기 기종에 맞춤 제작된 실제 제어 장치;
    상기 실제 제어 장치에 대응하는 제1 가상 제어 장치 및 상기 실제 제어 장치에 대응하지 않는 제2 가상 제어 장치를 포함하는, 상기 항공기 기종에 맞춤 제작된 가상 제어 장치를 디스플레이하도록 구성된 헤드 마운티드 디스플레이(HMD, head mounted display); 및
    상기 제1 가상 제어 장치 및 상기 제2 가상 제어 장치의 조작을 위한 사용자의 움직임을 감지하도록 구성된 VR 글러브를 포함하고,
    상기 헤드 마운티드 디스플레이는,
    상기 사용자의 상기 실제 제어 장치 또는 상기 가상 제어 장치의 조작에 기초한 상기 항공기의 비행 시뮬레이션 이미지를 디스플레이하고, 상기 사용자의 조작에 의해 변경된 상기 실제 제어 장치의 자세에 따라 상기 제1 가상 제어 장치의 자세를 변경하여 디스플레이하도록 구성되고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 사용자의 상기 실제 제어 장치 및 상기 제1 가상 제어 장치의 조작에 기초하여 제1 입력 신호를 생성하고,
    상기 사용자의 상기 제2 가상 제어 장치의 조작에 기초하여 제2 입력 신호를 생성하고,
    상기 헤드 마운티드 디스플레이는,
    상기 제1 입력 신호 및 상기 제2 입력 신호에 기초한 상기 항공기의 비행 시뮬레이션 이미지를 디스플레이하도록 구성된, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실제 제어 장치는 상기 항공기 기종에 맞춤 제작된 사이클릭 조종간 및 콜렉티브 조종간 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 제1 가상 제어 장치는 상기 사이클릭 조종간에 대응하는 가상 사이클릭 조종간 및 상기 콜렉티브 조종간에 대응하는 가상 콜렉티브 조종간 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 가상 제어 장치는 가상 푸시 버튼, 가상 스위치, 가상 노브, 및 가상 터치 패드 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실제 제어 장치는 상기 항공기의 기동(maneuver)을 제어하기 위한 비행 조종간을 포함하고,
    상기 제1 가상 제어 장치는 상기 비행 조종간에 대응하는 가상 비행 조종간을 포함하고,
    상기 제2 가상 제어 장치는 상기 항공기의 항공전자(avionics)를 제어하기 위한 가상 항공전자 제어 장치를 포함하는, 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 사용자의 상기 실제 제어 장치 및 상기 제1 가상 제어 장치의 조작에 기초하여 기동 제어 신호를 생성하고,
    상기 사용자의 상기 제2 가상 제어 장치의 조작에 기초하여 항공전자 제어 신호를 생성하고,
    상기 헤드 마운티드 디스플레이는,
    상기 기동 제어 신호에 기초한 상기 항공기의 기동 시뮬레이션 이미지를 디스플레이하고, 상기 항공전자 제어 신호에 기초한 상기 항공기의 항공전자 시뮬레이션 이미지를 디스플레이하도록 구성된, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 헤드 마운티드 디스플레이는,
    상기 항공기 기종이 변경됨에 따라, 상기 제1 가상 제어 장치 및 상기 제2 가상 제어 장치의 종류를 변경하여 디스플레이하도록 구성된, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 사용자의 조작에 의해 변경된 상기 실제 제어 장치의 자세를 산출하고, 미리 결정된 교정 값을 이용하여 상기 산출된 실제 제어 장치의 자세로부터 상기 제1 가상 제어 장치의 자세를 산출하도록 구성되고,
    상기 헤드 마운티드 디스플레이는,
    상기 산출된 제1 가상 제어 장치의 자세에 따라 상기 제1 가상 제어 장치를 디스플레이하도록 구성된, 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실제 제어 장치는 상기 항공기 기종에 맞춤 제작된 조종간 헤드 및 상기 비행 훈련을 위한 상기 항공기 기종이 변경됨에 따라 상기 조종간 헤드가 교체 가능하도록 장착된 조종간 베이스를 포함하는, 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 헤드 마운티드 디스플레이는,
    상기 VR 글러브의 움직임에 기초하여, 대응하는 움직임을 갖는 가상 손을 디스플레이하도록 구성된, 시스템.
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