KR20080088292A

KR20080088292A - 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템

Info

Publication number: KR20080088292A
Application number: KR1020070031116A
Authority: KR
Inventors: 한용식; 김명배; 최병일; 오창보
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2008-10-02

Abstract

본 발명은 화재 발생에 따른 물리적 현상이 재현되도록 사용자 시점에 따라 변화하는 화재 동영상 및 연기나, 바람, 열기와 같은 물리적인 화재 상황을 제공하여, 현실적인 화재 상황을 재현할 수 있도록 하는 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.

이를 위한 본 발명의 가상현실 기반의 화재 시뮬레이션 시스템은, 터널 내부 화재 현장 재현을 위한 시뮬레이션 룸과, 상기 시뮬레이션 룸 내부에 구비되며 물리적인 화재 상황이 재현되도록 하는 물리현상 발생 장치와, 상기 시뮬레이션 룸 내부에 구비되며 3차원 영상을 제공하는 디스플레이 장치와, 상기 시뮬레이션 룸 내부에 구비되며 상기 디스플레이 장치에서 출력되는 영상에 대응하는 음향을 출력하는 음향 장치와, 상기 디스플레이 장치와 연동하여 사용자의 시점이 변화하도록 움직임을 검출하는 사용자 시점 추적 장치와, 상기 사용자의 조작 신호가 입력되는 입력 장치와, 상기 시뮬레이션 룸 내부에 화재 상황이 재현되도록 각 장치의 전체 동작을 제어하며 상기 디스플레이 장치에 사용자 시점에 대응하는 화재 역학(Fire Dynamics) 기반의 영상을 제공하는 제어 컴퓨터를 포함하여 구성된다.

가상현실, 디스플레이, 사용자 시점, 물리현상, 연기

Description

가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템{SYSTEM FOR TUNNEL FIRE SIMULATION BASED ON VIRTUAL REALITY}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템의 구성 블록도.

도 2는 도 1의 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템의 일실시예에 따른 구성을 구체적으로 도시한 개념도.

도 3은 도 1의 제어 컴퓨터의 작용을 설명하기 위한 개념도.

도 4는 도 1의 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템의 다른 실시예에 따른 구성을 구체적으로 도시한 개념도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 : 시뮬레이션 룸

20 : 물리 현상 발생 장치

30 : 디스플레이 장치

31 : 스크린

32 : 3D 프로젝터

30': HMD

40 : 음향 장치

50 : 사용자 시점 추적 장치

60 : 입력 장치

61 : 인터페이스

70 : 제어 컴퓨터

본 발명은 터널 화재 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화재 발생에 따른 물리적 현상이 재현되도록 사용자 시점에 따라 변화하는 화재 역학(Fire Dynamics) 기반의 동영상 및 연기나, 바람, 열기와 같은 물리적인 화재 상황을 제공하여, 현실적인 화재 상황을 재현할 수 있도록 하는 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 도로 터널이나 철도 터널 및 지하철 터널에서 화재가 발생하면, 연기에 의해 터널 내부가 채워지게 된다.

그런데, 철도 터널의 경우에는 고온의 연기를 터널 외부로 배출시키기 위한 환기장치가 전무한 상태로, 연기에 의해 철도차량 내 승객 및 대피중인 승객이 질식하여 생명을 잃게 되는 커다란 문제점이 있었다.

또한, 도로 터널이나 지하철 터널의 경우 터널 내부에는 터널 내부로 확산되는 고온의 연기를 터널 외부로 배출하기 위한 배연 설비가 구비되어 있으나, 배연 설비의 용량이 부족하거나 화재 규모가 큰 경우 터널 외부로 연기를 배출시키는데 한계가 있었다.

특히, 환기팬을 이용해 연기를 터널 외부로 배출시키는 시간 및 배출 유량에 비해 고온의 연기가 터널 내부 전체로 확산되는 시간 및 속도가 매우 빠르기 때문에, 터널 내부의 연기를 터널 외부로 완전히 배출시키기 전(前)에 터널 내부로 확산되는 연기에 의해 승객 및 대피중인 승객이 질식하여 생명을 잃게 되는 문제점도 있었다.

한편, 1999년에 발생한 프랑스와 이탈리아를 연결하는 몽블랑터널의 화재사고에서 화재진압을 위해 터널내부로 진입한 소방대원이 터널내부에 갇히는 일이 발생하였다. 이와 같은 사고는 터널의 내부가 어두울 뿐만 아니라 연기에 의해서 시야가 차단되기 때문에 방향성을 상실하기 때문이다.

실제로 연기는 부력에 의해 상방향으로 상승하여 터널의 상층부에 설치되어 있는 조명등을 차단하게 되며 터널의 출입구에서 들어오는 빛은 매우 미약하여 터널 내부는 매우 어둡게 될 수밖에 없어, 화재가 지속되면 조명등은 기능을 발휘할 수 없기 때문에 터널 내부에서도 방향을 상실 할 가능성은 매우 높다.

따라서, 터널 내부에서의 화재 발생에 대하여 효과적으로 대처하기 위한 터널화재 모의 훈련이 필요 하지만 교통 차단의 어려움과 적절한 훈련에 필요한 화재를 발생시키기 어려워 형식적인 훈련에 그칠 수밖에 없다.

또한, 터널 화재 모의 훈련은 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션 방식으로만 이루어지기 때문에 실제 화재와 동일한 상황 재현 및 그에 따른 대처 훈련을 효과적으 로 실시할 수 없는 단점이 있었다.

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 화재 역학(Fire Dynamics) 기반의 동영상이 제공되는 디스플레이 장치와 연동하여 사용자의 움직임에 따라 시점이 변화하도록 움직임을 검출하고, 검출 결과에 따라 사용자의 시점과 시뮬레이션 룸 내부의 상황을 동기시켜 생생한 화재 영상을 제공하고, 시뮬레이션 룸 내부에 현실적인 화재 상황을 재현할 수 있도록 연기, 바람, 열기와 같은 물리적인 현상 발생 장치를 구비하여, 사실감 있는 화재 상황을 연출할 수 있도록 하는 가상현실 기반의 터널 화제 시뮬레이션을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가상현실 기반의 화재 시뮬레이션 시스템은, 터널 내부 화재 현장 재현을 위한 시뮬레이션 룸과, 상기 시뮬레이션 룸 내부에 구비되며 물리적인 화재 상황이 재현되도록 하는 물리현상 발생 장치와, 상기 시뮬레이션 룸 내부에 구비되며 3차원 영상을 제공하는 디스플레이 장치와, 상기 시뮬레이션 룸 내부에 구비되며 상기 디스플레이 장치에서 출력되는 영상에 대응하는 음향을 출력하는 음향 장치와, 상기 디스플레이 장치와 연동하여 사용자의 시점이 변화하도록 움직임을 검출하는 사용자 시점 추적 장치와, 상기 사용자의 조작 신호가 입력되는 입력 장치와, 상기 시뮬레이션 룸 내부에 화재 상황이 재현되도록 각 장치의 전체 동작을 제어하며 상기 디스플레이 장치에 사용자 시점에 대응하는 화재 역학(Fire Dynamics) 기반의 영상을 제공하는 제어 컴퓨터를 포함하 여 구성된다.

여기서, 상기 물리현상 발생 장치는 열기 발생 장치와 연기 발생 장치 및 바람 발생 장치로 구성될 수 있다.

또한, 상기 디스플레이 장치는 상기 시뮬레이션 룸의 벽면에 설치되는 스크린과 상기 제어 컴퓨터의 제어 신호에 따라 상기 스크린에 영상을 투영시키기 위한 3D 프로젝터로 구성되어 다수의 사용자의 훈련이 가능하도록 하거나, 사용자가 각각 착용할 수 있는 HMD(head Mounted Display)로 구성되어 단독 사용자의 훈련이 가능하도록 할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템의 구성 블록도이고, 도 2는 도 1의 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템의 일실시예에 따른 구성을 구체적으로 도시한 개념도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가상현실 기반의 화재 시뮬레이션 시스템은, 시뮬레이션 룸(10), 물리 현상 발생 장치(20), 디스플레이 장치(30), 음향 장치(40), 사용자 시점 추적 장치(50), 입력 장치(60) 및 제어 컴퓨터(70)를 포함하여 구성된다.

여기서, 시뮬레이션 룸(10)은 터널 내부 화재 현장 재현을 위한 공간부이고, 물리 현상 발생 장치(20)는 시뮬레이션 룸(10) 내부에 구비되며 물리적인 화재 상 황이 재현되도록 하는 것이다.

물리 현상 발생 장치(20)는 열기, 바람 및 연기 발생 장치로 구성되어 현실감 있는 화재 상황이 재현되도록 하는 것으로, 연기의 온도나, 농도, 이동 속도 등 터널 내부의 화재 상황 재현에 필요한 물리적인 요소들을 제어하기 위하여 전산유체역학(Computerized Fluid Dynamics) 방법에 기반을 두어 계산한다.

또한, 디스플레이 장치(30)는 시뮬레이션 룸(10) 내부에 구비되며 3차원 영상 즉 3차원의 현실감 있는 화재 동영상을 제공하는 것이다.

본 발명의 일실시예에 따르면 디스플레이 장치(30)는 시뮬레이션 룸(10)의 벽면에 설치되는 스크린(31)과, 제어 컴퓨터(70)의 제어 신호에 따라 스크린(31)에 영상을 투영시키기 위한 3D 프로젝터(32)로 구성되어 다수의 사용자 훈련이 가능하도록 하는 것이다.

음향 장치(40)는 시뮬레이션 룸(10) 내부에 구비되어 디스플레이 장치(30)에서 출력되는 영상에 대응하는 음향을 출력한다.

사용자 시점 추적 장치(50)는 사용자에 의해 착용되며 디스플레이 장치(30)와 연동하여 사용자의 움직임에 따라 시점이 변화하도록 움직임을 검출하며, 입력 장치(60)는 사용자의 조작 신호가 입력되도록 구비된다.

또, 시뮬레이션 룸(10) 내부에는 도시되지는 않았으나, 연기, 바람, 열기를 검출하는 각종 센서가 구비될 수 있으며, 각 센서 및 입력 장치(60)와 제어 컴퓨터(70) 사이에는 인터페이스(61)가 구비된다.

또한, 제어 컴퓨터(70)는 시뮬레이션 룸(10) 내부에 화재 상황이 재현되도록 각 장치의 전체 동작을 제어하며, 사용자 시점 추적 장치(50)를 통해 검출되는 움직임에 따라 상기 디스플레이 장치(30)에 사용자 시점에 대응하는 화재 영상을 제공한다.

도 3은 도 1의 제어 컴퓨터의 작용을 설명하기 위한 개념도로, 제어 컴퓨터(70)는 시뮬레이션 룸(10) 내부에 화재 상황이 재현되도록 가상현실 하드웨어에 기 설정된 데이터에 따라 음향 장치(40)와 물리현상 발생 장치(20) 및 디스플레이 장치(30)에 제어 신호를 출력한다.

그리고 나서, 사용자 시점 추적 장치(50)를 통해 사용자의 움직임 변화에 따른 시점 및 입력 장치(60)를 통한 사용자의 조작 신호를 검출하고, 가상현실 소프트웨어를 이용하여 실시간의 실감형 랜더링 및 그래픽을 형성하여 사용자 시점에 대응하는 영상이 디스플레이 장치(30)로 출력되도록 한다.

즉, 본 발명은 화재 현상을 시뮬레이션 룸 내부에서 구현하되, 물리적인 현상 즉, 바람과 열기 및 연기와 같은 화재의 물리적 특성을 현실적으로 구현할 뿐만 아니라, 사용자 시점에 대응하는 화재 화재 역학(Fire Dynamics) 기반의 영상을 실시간으로 디스플레이 함으로써, 화재 상황 구현을 생생하게 할 수 있어 화재 훈련을 효율성을 높여 실제 화재 발생시 효과적으로 대응할 수 있도록 할 수 있다.

도 4는 도 1의 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템의 다른 실시예에 따른 구성을 구체적으로 도시한 개념도로서, 도 2와 동일한 요소에 대한 구성 및 작용 설명은 생략하도록 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예는 디스플레이 장치(30)가 사용자가 각각 착용할 수 있는 HMD(head Mounted Display, 30')인 것으로서, 단독 사용자만이 시뮬레이션에 이용할 수 있다.

화재 동영상이 제공되는 디스플레이 장치와 연동하여 사용자의 움직임에 따라 시점이 변화하도록 움직임을 검출하고, 검출 결과에 따라 사용자의 시점과 시뮬레이션 룸 내부의 상황을 동기시켜 생생한 화재 영상을 제공하고, 시뮬레이션 룸 내부에 현실적인 화재 상황을 재현할 수 있도록 연기, 바람, 열기와 같은 물리적인 현상 발생 장치를 구비하여, 사실감 있는 화재 상황을 연출할 수 있도록 하는 가상현실 기반의 터널 화제 시뮬레이션을 제공함에 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims

터널 내부 화재 현장 재현을 위한 시뮬레이션 룸(10)과,

상기 시뮬레이션 룸(10) 내부에 구비되며 물리적인 화재 상황이 재현되도록 하는 물리현상 발생 장치(20)와,

상기 시뮬레이션 룸(10) 내부에 구비되며 3차원 영상을 제공하는 디스플레이 장치(30)와,

상기 시뮬레이션 룸(10) 내부에 구비되며 상기 디스플레이 장치()에서 출력되는 영상에 대응하는 음향을 출력하는 음향 장치(40)와,

상기 디스플레이 장치(30)와 연동하여 사용자의 움직임에 따라 시점이 변화하도록 움직임을 검출하는 사용자 시점 추적 장치(50)와,

상기 사용자의 조작 신호가 입력되는 입력 장치(60)와,

상기 시뮬레이션 룸(10) 내부에 화재 상황이 재현되도록 각 장치의 전체 동작을 제어하며 상기 사용자 시점 추적 장치(50)를 통해 검출되는 움직임에 따라 상기 디스플레이 장치(30)에 사용자 시점에 대응하는 화재 역학(Fire Dynamics) 기반의 영상을 제공하는 제어 컴퓨터(70)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 물리현상 발생 장치(20)는;

열기 발생 장치와 연기 발생 장치 및 바람 발생 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 디스플레이 장치(30)는;

상기 시뮬레이션 룸(10)의 벽면에 설치되는 스크린(31)과 상기 제어 컴퓨터(70)의 제어 신호에 따라 상기 스크린(31)에 영상을 투영시키기 위한 3D 프로젝터(32)로 구성되어 다수의 사용자의 훈련이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 디스플레이 장치(30)는;

사용자가 각각 착용할 수 있는 HMD(head Mounted Display)인 것을 특징으로 하는 가상현실 기반의 터널 화재 시뮬레이션 시스템.