KR20090003079A - Secondary image painting training system and method - Google Patents

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양웅연
이건
황선유
신선형
손욱호
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한국전자통신연구원
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Abstract

A virtual painting training system and method are provided to reproduce and virtualize an input/output unit and a painting simulation in real time to prevent waste of training materials through virtualization and enable smooth communication between a teacher and students. A virtual paining training system includes a display device(100) displaying a virtual screen, an operating unit(120) by which a student responds to the virtual screen, a data processor(110) for processing a response of the student, and a data generator(113) for generating a painting image of a ship according to the response of the student.

Description

가상 페인팅 훈련 시스템 및 방법{SECONDARY IMAGE PAINTING TRAINING SYSTEM AND METHOD}Virtual painting training system and method {SECONDARY IMAGE PAINTING TRAINING SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 가상 훈련 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 가상 페인팅 훈련 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a virtual training system, and more particularly to a virtual painting training system and method of a ship.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-604-02, 과제명: 실감형 Virtual Engineering 기술 개발]The present invention is derived from the research conducted as part of the IT new growth engine core technology development project of the Ministry of Information and Communication and the Ministry of Information and Telecommunication Research and Development. [Task Management Number: 2005-S-604-02, Title: Development of realistic Virtual Engineering technology] ]

가상현실 기술의 대표적인 목적은 가상의 경험을 사용자가 얻을 수 있도록 하는 것이다. 즉, 현실의 상황과 동일하거나 물리적으로 불가능한 가상의 시나리오를 사용자가 체험할 수 있도록 하는 것이다. 이런 특징 때문에, 현장 상황이 가진 안전사고 및 경제적 요인 등, 단점을 극복할 수 있는 솔루션으로서, 국방과 의료 및 산업 현장에 대한 교육 및 훈련, 그리고 엔터테인먼트 분야 등에 활용되고 있다.The representative purpose of virtual reality technology is to allow a user to obtain a virtual experience. In other words, the user can experience a virtual scenario that is the same as or physically impossible. Because of this feature, it is used as a solution to overcome disadvantages such as safety accidents and economic factors in the field situation, and is used for education, training, and entertainment in defense, medical and industrial sites.

가상 훈련 시스템의 대표적인 사례는 국방 및 의료 분야에서 찾을 수 있으며, 넓은 의미에서는 가상 교육과 엔터테인먼트 시스템을 포함한다. 훈련 시스템의 일반적인 목표가 훈련생이 현장에서 활용 가능한 기능(skill)을 습득하도록 하는 것이므로, 현장의 물리적 상황을 동일하게 시뮬레이션(simulation)하는 가시화 기술 및 현실 상황과 동일한 인터페이스를 이용하여 기능 습득을 용이하게 하는 상호작용 기술이 교수/훈련법 등 관련 기술과 조화되는 것이 중요하다.Representative examples of virtual training systems can be found in the defense and medical sector, and in a broad sense include virtual education and entertainment systems. The general goal of the training system is to allow trainees to acquire skills that are available in the field, thus facilitating skill acquisition using the same interface as the real world and visualization techniques that simulate the physical situation in the field. It is important that the interaction skills be harmonized with related skills, such as teaching / training.

종래에 산업용 도장 작업을 고려하여 가상 스프레이 페인팅을 시뮬레이션한 사례가 있었으나, 단조로운 2D 평면과 두께 측정 기능 미지원 및 햅틱 피드백 미지원 등의 한계가 있다. 사실적인 페인팅 렌더링 기술은 컴퓨터 그래픽(computer graphics) 분야에서 실시되고 있으나, 가상현실 시스템과 통합되기에는 실시간 처리 성능이 부족하거나, 예술적인 관점에서 붓과 같은 회화 도구를 대상으로 시뮬레이션 등에 한정되고 있다.Conventionally, there has been a case of simulating virtual spray painting in consideration of industrial painting work, but there are limitations such as no support of monotonous 2D plane and thickness measurement function and no haptic feedback. Photorealistic painting rendering technology is practiced in the field of computer graphics, but it lacks real-time processing ability to integrate with virtual reality systems or is limited to simulation for painting tools such as brushes from an artistic point of view.

특히, 조선 공정에 있어서 도장 작업은 전체 작업 공정의 일정 및 선박의 품질에 큰 영향을 끼치는 부분이므로 많은 수의 숙련공을 필요로 하는 작업이다. 그러나, 열악한 작업 환경 등의 사유로 이직률이 높기 때문에, 숙련공 배출 및 재교육을 위한 효율적인 훈련 시스템이 필요한 상태이다. 구체적으로, 훈련생 실습을 위해 특수 페인트 및 대용으로 사용되는 물이 다량으로 소비되어 재료가 낭비되고, 실제 페인트 재료를 사용하는 경우, 장시간의 훈련이 불가능하여 유독성 페인트를 사용하고, 방독면의 착용으로 정상적인 의사 교환 불가능하고, 제한된 연습용 구조물, 페인트 건조 시간 필요하여 지속적인 진행이 어렵고, 제한된 훈련 공간 때문에 소수의 인원만 훈련에 참가한다.In particular, the painting work in the shipbuilding process is a work that requires a large number of skilled workers because it is a part that greatly affects the schedule of the entire work process and the quality of the ship. However, since the turnover rate is high due to poor working conditions, an efficient training system for skilled worker discharge and retraining is required. Specifically, a large amount of water used as a special paint and a substitute for trainee training is consumed, and materials are wasted, and when using actual paint materials, it is impossible to use a long time training and use toxic paint, and it is normal to wear a gas mask. Due to the non-communicable, limited training structures, paint drying time, difficult progress, and limited training space, only a small number of participants participate in the training.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 선박의 도장 분야에서 가상현실 기술을 적용하여 현장 작업 상황을 동일하게 재현시키는 기술을 제시하는 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, an object of the present invention is to propose a technique for reproducing the same situation of the field work by applying a virtual reality technology in the field of painting of the ship.

본 발명의 다른 목적은, 실측 기반 가상 모델을 실물 크기의 작업 공간으로 가시화시킬 수 있는 입체 디스플레이 장치, 현장 상황과 일치된 작업 인터페이스, 사실적인 스프레이 페인팅 가시화 및 다양한 작업 환경 및 훈련 시나리오 지원 기능을 중심으로 하는 가상 페인팅 훈련 시스템을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to focus on a stereoscopic display device capable of visualizing a measurement-based virtual model into a full-size work space, a work interface consistent with field situations, realistic spray painting visualization, and support for various working environments and training scenarios. It is to provide a virtual painting training system.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가상 화면을 표시하는 디스플레이 장치; 교육자가 상기 가상 화면에 대하여 반응하는 동작부; 및 상기 교육자의 반응을 처리하는 데이터 처리부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a display device for displaying a virtual screen; An operation unit for an educator to respond to the virtual screen; And it provides a virtual painting training system comprising a data processor for processing the response of the educator.

여기서, 가상 화면은 선박의 페인팅을 위한 영상을 표시하는 것을 특징으로 한다.Here, the virtual screen is characterized by displaying an image for painting the vessel.

그리고, 디스플레이 장치는, 대형 디스플레이 화면, 착용형 디스플레이 화면 및 다중 디스플레이 화면 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.The display device may be any one of a large display screen, a wearable display screen, and a multiple display screen.

그리고, 데이터 처리부는, 상기 교육자의 반응을 상기 가상 화면에 반영하여, 상기 디스플레이 장치에 표시하는 것을 특징으로 한다.The data processor may reflect the teacher's response on the virtual screen and display the same on the display device.

그리고, 데이터 처리부는, 상기 교육자의 반응을 디스플레이 데이터로 만드는 데이터 작성부; 및 상기 데이터 작성부에서 작성된 데이터를 보정하는 데이터 보정부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.And, the data processing unit, a data creation unit for making the response of the educator to the display data; And a data correction unit for correcting the data created by the data creation unit.

또한, 데이터 작성부는 상기 교육자의 반응을 상기 선박의 도색 영상으로 만드는 것을 특징으로 한다.In addition, the data creation unit is characterized in that for the painter's response to the painted image of the vessel.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 선박의 가상 영상을 표시하는 단계; 상기 영상이 표시되는 인터페이스에 대하여, 교육자가 가상 페인팅을 하는 단계; 및 상기 가상 페인팅에 따라 상기 가상 영상을 수정하여 표시하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 방법을 제공한다.According to another embodiment of the invention, the step of displaying a virtual image of the ship; An educator performing a virtual painting on the interface on which the image is displayed; And it provides a virtual painting training method comprising the step of modifying and displaying the virtual image in accordance with the virtual painting.

여기서, 가상 영상의 표시 단계는, 대형 디스플레이 화면, 착용형 디스플레이 화면 및 다중 디스플레이 화면 중 어느 하나를 통하여 이루어진다.Here, the displaying of the virtual image is performed through any one of a large display screen, a wearable display screen, and a multiple display screen.

그리고, 가상 페인팅 단계는, 교육자가 상기 인터페이스에 대하여 수행한다.The virtual painting step is performed by the educator on the interface.

또한, 가상 영상의 수정 단계는, 상기 가상 페인팅에 따라, 상기 선박의 도색을 수정하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the step of modifying the virtual image, characterized in that made by modifying the painting of the vessel in accordance with the virtual painting.

상술한 본 발명에 따른 가상 페인팅 훈련 시스템 및 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.The effects of the virtual painting training system and method according to the present invention described above are as follows.

첫째, 사용자가 현장 상황과 동일한 체험을 얻을 수 있도록, 입출력 장치 및 스프레이 페인팅 시뮬레이션의 실시간 재현 및 가시화를 통해, 현물을 사용하는 현장의 훈련 시스템이 가진 훈련 재료의 낭비를 가상 페인트 분사 및 가시화로 제거 하고, 특수 페인트의 유독성 단점을 가상 페인트로 대체하여 마스크 착용의 불편함을 덜어 줌으로써 교사와 학생 사이의 원활한 의사 소통이 가능하다.First, virtual paint spraying and visualization eliminates waste of training materials in the field-based training system through real-time reproduction and visualization of input and output devices and spray painting simulations, so that users get the same experience as the field situation. In addition, the toxic shortcomings of special paints are replaced with virtual paints, thereby reducing the inconvenience of wearing a mask, so that smooth communication between teachers and students is possible.

둘째, 가상 재료의 사용으로 실험 재료 및 공간의 재활용 및 공동 활용의 효율을 높여서, 주어진 시간에 많은 수의 학생을 교육시킬 수 있어서 결과적으로 훈련 시스템의 효율이 향상된다.Second, the use of virtual materials improves the efficiency of recycling and co-utilization of experimental materials and spaces, which can educate a large number of students at any given time, which in turn improves the efficiency of the training system.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention that can specifically realize the above object will be described.

종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The same components as in the prior art are given the same names and the same reference numerals for convenience of description, and detailed description thereof will be omitted.

본 발명에 따른 가상 페인팅 훈련 시스템은, 거리나 각도에 따라 실제 스프레이 페인팅하는 것과 동일한 패턴으로 분사되어 칠해지고, 페인트가 퇴적되는 도막 두께나 분사량이 경험 데이터 베이스와 실시간 가시화 시뮬레이션을 위한 적층 모델의 근사식을 바탕으로 거리나 각도에 따라 다르게 계산이 되어 페인팅 된다. 구체적으로 높은 수준의 현장감(spatial Presence)를 제시하기 위하여, 대형 프로젝션 스크린을 이용하는 CAVE 형태의 장치와 해드 트래킹 기능이 연동된 HMD 형태의 장치등을 사용할 수 있다.The virtual painting training system according to the present invention is applied by spraying and painting in the same pattern as the actual spray painting according to distance or angle, and approximation of a laminated model for simulation and a real-time visualization simulation of the film thickness or spray amount on which the paint is deposited. Based on the formula, it is calculated and painted differently according to distance or angle. Specifically, in order to present a high level of spatial presence, a CAVE type device using a large projection screen and an HMD type device in which a head tracking function is linked can be used.

도 1은 본 발명에 따른 가상 페인팅 훈련 시스템의 일실시예의 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 따른 가상 페인팅 훈련 방법의 일실시예의 흐름도이다. 이하에서, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 가상 페인팅 훈련 방법을 설명하면 다음과 같다.1 is a block diagram of one embodiment of a virtual painting training system according to the present invention, and FIG. 2 is a flowchart of one embodiment of a virtual painting training method according to the present invention. Hereinafter, the virtual painting training method according to the present invention with reference to FIGS. 1 and 2 as follows.

본 실시예에 따른 디스플레이 장치(100)와 데이터 처리부(110) 및 동작부(120)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 데이터 처리부는 데이터 작성부(113)와 데이터 보정부(116)을 포함하여 이루어진다. 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 시스템에는 입력부와 중앙의 주요 처리 모듈 및 상단의 시스템 출력부가 있다. 그리고, 임의의 훈련 시나리오의 구현에 능동적으로 대처할 수 있도록, 다양한 VR 입력 장치 및 영상 출력 장치의 통합을 지원하는 구조로 이루어져 있다. 시스템 구동에 사용되는 운영 체제는 마이크로소프트사의 윈도우(WINDOWS)와 같은 범용적인 제품이 활용될 수 있다. 그리고, 다수의 디스플레이 및 렌더링 클러스터 구축에 유리한 프로그램 라이브러리와 다양한 VR 입력 장치 연동을 위한 프로그램 라이브러리, 그리고, 영상 이미지 합성 처리를 위한 영상 처리 프로그램 모듈 등으로 구성되어 있다.The display device 100 according to the present exemplary embodiment includes a data processor 110 and an operation unit 120. The data processing section includes a data creating section 113 and a data correcting section 116. Specifically, it is as follows. The system has an input, a central main processing module and a system output at the top. In addition, in order to actively cope with the implementation of any training scenario, the structure supports the integration of various VR input devices and image output devices. The operating system used to run the system may utilize a general-purpose product such as Microsoft's Windows. In addition, it is composed of a program library for building a plurality of display and rendering clusters, a program library for interworking with various VR input devices, and an image processing program module for processing image images.

본 실시 예에서 H/W환경은 벽면형 디스플레이(wall display)의 4채널 출력을 위한 고선명 프로젝터 4대와 2대의 렌더링 클러스터PC, 트래킹 장치와 트래킹 서버PC, stereo FMD(face mounted display; 얼굴 착용형 디스플레이) 2채널 출력용 PC, spray gun장치 및 공기 펌프, 그리고 광학식 및 비디오 방식 see-through를 지원하는 FMD가 통합되어 있다.In this embodiment, the H / W environment includes four high-definition projectors and two rendering cluster PCs, a tracking device and a tracking server PC, and a stereo face mounted display (FFM) for four-channel output of a wall display. PC with dual channel output, spray gun unit and air pump, and FMD with optical and video see-through are integrated.

본 실시예에서는, 다양한 활용 시나리오를 지원하려는 목적으로, 사용자의 작업 환경에 따른 출력 디스플레이 장치를 대형 몰입형 스크린 장치, 착용형 디스플레이 장치, 그리고, 앞의 두 시스템의 장점을 활용한 다중 디스플레이 장치를 제 시한다. 그리고, 각각의 개별 디스플레이 장치를 구성하는 단위 디스플레이 장치는 양안 시차를 이용한 입체 영상 또는 단일 모노 영상을 선택적으로 가시화시킬 수 있다.In the present embodiment, for the purpose of supporting various usage scenarios, an output display device according to a user's working environment may be used as a large immersive screen device, a wearable display device, and a multiple display device utilizing the advantages of the previous two systems. present. In addition, the unit display device configuring each individual display device may selectively visualize a stereoscopic image or a single mono image using binocular disparity.

먼저, 대형 몰입형 입체 디스플레이 장치는 현장과 동일한 가상 환경 구축을 위한 디스플레이 플랫폼으로 선정된 것으로, 다음과 같은 기술적 사항을 고려한 설계 사항이다. 첫째, 몰입형 디스플레이의 설치 공간 및 비용 문제를 고려하여, 완전 몰입 환경 구축을 위한 CAVE형태의 장치는 넓은 공간과 높은 설치 및 유지 비용을 요구하므로, 훈련장의 특성상 적당한 크기의 훈련 시스템을 여러 대 설치하여 다수의 훈련생이 실습을 해볼 수 있는 장치가 필요하다. 그러므로, 강의실 사이의 이동 배치 용이성과, 페인팅 동작 작업의 특성상 안정된 고정 위치 자세에서 상하 좌우로 움직이는 이동의 범위를 고려하여 150cm(폭)x 200cm(높이)의 크기로 제작한다.First, a large immersive stereoscopic display device is selected as a display platform for building the same virtual environment as the field, and is a design matter considering the following technical matters. First, considering the installation space and cost of the immersive display, the CAVE type device for constructing a fully immersive environment requires a large space and high installation and maintenance costs. Therefore, a device is needed for a large number of trainees to practice. Therefore, it is manufactured in the size of 150cm (width) x 200cm (height) in consideration of the ease of movement arrangement between lecture rooms and the range of movement moving up and down and left and right in a stable fixed position posture due to the characteristics of painting operation work.

둘째, 입체 vs. 모노 디스플레이 선택 문제가 있다. 따라서, 주 실습(시범자)이외의 참관인이 보기에는 모노 디스플레이가 편하지만, 입체 구조물의 표현을 위해서는 해드 트래킹(머리 또는 시선 움직임 추적)이 연동 된 입체 영상 제시 장치가 필요하다. 그러므로, 강의실용 고정형과 현장 작업 훈련용 이동형 디스플레이기반 시스템을 개발하고, 두 디스플레이를 동시에 사용하는 다중 입체 영상 혼합 제시형 디스플레이 장치도 제시한다.Second, stereoscopic vs. There is a problem with the mono display selection. Therefore, although the mono display is convenient for observers other than the main practitioner (tester), the stereoscopic image presentation device in which head tracking (head or eye movement tracking) is linked is required for the representation of the three-dimensional structure. Therefore, we develop a fixed display system for the classroom and a mobile display-based system for field work training, and present a multi-dimensional image mixed presentation display device using both displays simultaneously.

Wall Display는 몰입감을 극대화 시키고 가상의 벽면과 물리적인 스크린의 위치를 일치 시키기 위해, 사용자의 기준 위치를 스크린 앞 1m로 설정한다. 전신 크기의 스크린을 가까운 거리에서 영상을 관찰하기 때문에, 해상도 품질을 높이기 위해서 후면 투사형 tiled display를 1(너비)x2(높이)의 배열로 구축 한다. 프로젝터에 의한 스크린의 hot spot 효과를 감소시키기 위해 gain값이 1.5 정도 값을 가진 hard-type 스크린을 사용한다. 입체 영상 제시용 편광 필터는 입체 영상 제시용 필터 중에서 상대적으로 저가이면서 머리의 움직임에 대해 좌우 채널 분리 효과가 안정적인 원형 편광 필터를 사용한다.Wall Display sets the user's reference position to 1m in front of the screen to maximize immersion and match the location of the virtual wall with the physical screen. Since the whole-size screen is observed at close range, the rear-projection tiled display is constructed in an array of 1 (width) x 2 (height) to improve the resolution quality. To reduce the effect of hot spots on the screen by the projector, use a hard-type screen with a gain of about 1.5. The polarization filter for stereoscopic image presentation uses a circular polarization filter that is relatively inexpensive among stereoscopic image presentation filters and has a stable effect of separating left and right channels with respect to head movement.

이어서, 착용형 디스플레이 장치를 사용하는 실시예를 설명한다. 착용형 디스플레이 장치로 제시된 FMD(face mounted display)는 해드 트래킹 장치와 연동시키는 경우, 휴대성이 높은 소형 기구를 사용하여 사용자에게 완전한 몰입 공간을 제시할 수 있는 디스플레이 장치이다. Wall display가 전면(front side)위주의 가상 공간 표현의 한계를 가진 것을 보완하여, 모든 방향의 복잡한 입체 구조물에 대한 작업을 지원하는 장점과 시스템의 이동성이 우수한 장점을 가진다. 선박 도장 작업 현장에서 사용되는 방독면의 FOV(Field Of View)가 약110°이므로, 일반 안경 착용시 형성되는 약130°의 시야각을 제시하는 FMD를 사용한다.Next, an embodiment using the wearable display device will be described. The face mounted display (FMD), which is presented as a wearable display device, is a display device capable of presenting a complete immersion space to a user by using a small portable device having high portability when interlocked with the head tracking device. Complementing the wall display with the limitation of the front side-oriented virtual space representation, it has the advantage of supporting work on complex three-dimensional structures in all directions and the excellent mobility of the system. Since the field of view (FOV) of the gas mask used in the ship painting work site is about 110 °, an FMD that presents a viewing angle of about 130 ° formed when wearing general glasses is used.

먼저, 선박의 가상 영상을 표시한다(S210). 이 때, 사용자가 상기 영상을 관찰하는 인터페이스는 상술한 종류의 디스플레이 장치이다. 그리고, 교육자는 상기 인터페이스에 도색작업을 한다(S220). 이어서, 상기 도색 작업에 따라, 가상 영상이 수정되어 다시 표시된다(S230).First, a virtual image of a ship is displayed (S210). At this time, the interface for the user to observe the image is a display device of the above-described type. In addition, the educator paints the interface (S220). Subsequently, according to the painting operation, the virtual image is modified and displayed again (S230).

구체적으로 설명하면 다음과 같다. 가상환경 내의 3차원 물체에 페인트가 칠해지는 현상을 가시화하는 방법은, 3차원 모델의 표면에 직접 색조를 입히는 방법 으로 텍스쳐 맵 이미지를 덧입혀 구현하는 것이 일반적이다. 본 실시예에서는 도막의 두께를 측정하기 위해 두께를 표현하는 텍스쳐 맵 이미지를 추가로 사용하여, 스프레이 건의 위치와 각도에 따라 적절한 스프레이 페인트 패턴을 근사식을 통해 생성하여 색상 및 두께 텍스쳐 맵 이미지를 갱신하는데 사용한다.Specifically, it is as follows. In general, the method of visualizing a three-dimensional object in a virtual environment by applying a texture map image is applied by tinting the surface of the three-dimensional model directly. In this embodiment, a texture map image expressing the thickness is additionally used to measure the thickness of the coating film, and an appropriate spray paint pattern is approximated according to the position and angle of the spray gun to update the color and thickness texture map image. Used to

실시간 스프레이 페인팅 가시화 기술은 현장 상황을 동일하게 재현하는 것을 목표로 할 때, 가상 훈련 시스템의 완성도를 평가하는 중요한 부분으로, CFD/FEM(Computational Fluid Dynamics/Finite Element Method)으로 파티클의 물리적 시뮬레이션을 이용한 페인트의 스프레이 분사 및 적층 가시화 기술을 사용할 수 있다. 또한, 발견적(heuristic) 접근법으로, 제한 조건에서 분사 패턴 및 도막 두께를 측정하여 경험 database를 구축하고, 실시간 가시화 시뮬레이션을 위한 적층 모델의 근사식을 정의한다.Real-time spray painting visualization is an important part of evaluating the completeness of a virtual training system when aiming to reproduce the same situation in the field, using physical simulation of particles with Computational Fluid Dynamics / Finite Element Method (CFD / FEM). Spray spraying and additive visualization techniques of paint can be used. In addition, a heuristic approach measures the spray pattern and film thickness under constraints to build an experience database and define an approximation of the stacked model for real-time visualization simulations.

선박에 도색되는 페인트의 분사 패턴에 영향을 주는 주요 요소인 spray gun의 tip의 종류 2가지와 페인트의 물성 종류 2가지에 대한 profile를 생성하고, 런타임에는 spray gun tip에서 ray casting 방법으로 구조물과의 충돌을 검출하여 실시간(15fps이상)으로 texture map을 갱신한다. 이 때, texture map의 크기는 구조물의 실측 크기와 CAD데이터로부터 tessellation 된 polygon의 수 그리고 약 1m 전방에서의 시각적 효과(aliasing problem)를 고려하여 128x128pixel이 1m2 면적에 할당 되도록 한다.Create profiles for the two types of tip of the spray gun and the two types of properties of the paint, which are the main factors affecting the spray pattern of the paint painted on the ship. Detect collisions and update texture maps in real time (15fps or more). At this time, the size of the texture map should be 128x128pixels allocated to 1m 2 area considering the actual size of the structure, the number of polygons tesselated from the CAD data, and an aliasing problem about 1m ahead.

그리고, 상술한 수치를 반영하기 위하여, 훈련 데이터 콘텐츠 및 가상 모델 DB 처리부에서는 실측 크기의 선박 전체(주요 철골 구조)에 대한 CAD 모델을 작업 단위 공간으로 잘라서 VRML(Virtual Reality Modeling Language)로 변환하는 작업이 필요하다. CAD to VRML 모델 변환 과정에서는 CAD 데이터에 포함된 상세 파리미터(철판의 두께 정보)의 표현, 실시간 가시화를 위한 scene graph의 node hierarchy 재조정 작업, 그리고, tessellation polygon에 texture map coordinate 정보를 자동 삽입하는 툴을 이용하여 작업 처리 공정의 효율성을 높인다.In addition, in order to reflect the above-described numerical value, the training data content and the virtual model DB processing unit cuts the CAD model of the entire vessel (main steel structure) of actual size into a work unit space and converts it into VRML (Virtual Reality Modeling Language). This is necessary. The CAD to VRML model conversion process includes the representation of detailed parameters (thickness information of the steel plate) contained in the CAD data, readjustment of the node hierarchy of the scene graph for real-time visualization, and automatic insertion of texture map coordinate information into tessellation polygons. Increase the efficiency of the work process.

또한, 사용자 인터페이스를 실제 작업 시 사용하는 도구와 최대한 유사하게 만들기 위하여, 실제 선박 도장 작업 현장에서 사용하는 스프레이 건을 바탕으로 사용자 인터페이스를 제시한다. 컴퓨터의 입력장치로 사용하기 위해 스프레이 건의 레버에 버튼을 부착하여 실제 작업과 동일한 방법으로 스프레이의 분사를 조절하도록 하고, 3차원 위치 추적 장치를 이용하여 스프레이건의 3차원 공간상의 위치와 자세를 추적함으로써 실제 작업 시와 동일한 방식으로 스프레이 건 인터페이스를 다룰 수 있도록 한다. 또한, 페인트 분사 시 발생하는 반발력과 소음을 재현하기 위하여 스프레이 건에 콤프레셔를 연결하여 압축 공기를 분사하도록 함으로써, 현장 작업과 유사한 반발력과 소리를 제시한다. 그리고, 필요에 따라서 페인트 향기와 유사한 (무독성의) 발향 물질을 공기 분사와 혼합시키면 분사 작업시 보다 높은 현장감을 사용자에게 제시할 수 있다.In addition, in order to make the user interface as close as possible to the tools used in actual work, the user interface is presented based on the spray gun used in the actual ship painting shop. By attaching a button to the lever of the spray gun for use as a computer input device, the spray gun can be controlled in the same way as the actual work, and the 3D position tracking device can be used to track the position and posture of the spray gun in 3D space. The spray gun interface can be handled in the same way as in actual work. In addition, in order to reproduce the repulsive force and noise generated during the spraying of the paint, by connecting the compressor to the spray gun to inject compressed air, it presents a repulsive force and sound similar to field work. And, if necessary, mixing (non-toxic) fragrance-like substance with air scent can be presented to the user with a higher sense of presence during the spraying operation.

그리고, 사용자와 가상 현실과의 인터페이스인 디스플레이 장치로는, 외부 대형 디스플레이용 입체 영상을 N(행 방향) x M(열 방향) x 2(좌우 입체 영상)의 수 만큼 생성하여 출력하거나, 착용형 디스플레이를 위해 좌우 2개 영상을 생성하 거나, 혼합 영상 제시를 위해 앞의 영상을 모두 동시에 생성하는 처리를 담당한다. 가상 훈련 시스템의 활용 시나리오에 따라서는 다수의 디스플레이 장치가 통합되어 하나의 가상 공간을 가시화하게 되므로, 대형 디스플레이와 FMD를 위한 입체 영상을 생성하기 위하여 정확한 입력 파라미터가 필요하다. 이런 요구 변화에 유기적으로 대응하기 위하여, 다수의 virtual camera에 대한 transformation 과 상대적인 관계를 시뮬레이션 하여, static calibration 파라미터를 설정한다.The display device, which is an interface between the user and the virtual reality, generates and outputs an external large display stereoscopic image by the number of N (row direction) x M (column direction) x 2 (left and right stereoscopic images) or wearable type. It is responsible for the process of generating two left and right images for display, or simultaneously generating all the previous images for presentation of mixed images. According to the application scenario of the virtual training system, a plurality of display devices are integrated to visualize one virtual space, and thus accurate input parameters are required to generate a stereoscopic image for a large display and an FMD. To respond organically to these demand changes, set static calibration parameters by simulating the transformation and relative relationships of multiple virtual cameras.

데이터 처리부(110)는, 크로마키잉 기법을 활용하여 사용자의 신체 부분에 대한 영상 정보를 주변 영상 정보로부터 분리시켜서, 가상의 모델(예; 선박 블록)과 페인팅 가시화 정보를 동시에 합성하여 혼합현실 영상을 생성할 수 있다.The data processor 110 separates image information of a user's body part from surrounding image information by using a chroma keying technique, simultaneously synthesizes a virtual model (eg, a ship block) and painting visualization information, and then displays a mixed reality image. Can be generated.

상술한 실시예는 사용자가 단순히 가상환경을 가시화 결과를 관찰하는 수준에 머무르지 않고, 사용자의 능동적인 신체적 상호작용과 도구(예;스프레이 건)의 실시간 상호작용에 의한 작업 시나리오가 가상적으로 실시되어, 훈련 시나리오를 구현할 수 있는 다른 분야에도 다양하게 변형되어 활용될 수 있다.In the above-described embodiment, the user does not simply stay observing the result of visualizing the virtual environment, but the working scenarios by the user's active physical interaction and real-time interaction of the tool (eg, spray gun) are virtually implemented. In addition, it can be used in various modifications in other areas where training scenarios can be implemented.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능해도 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and such modifications are included in the scope of the present invention even if modifications are possible by those skilled in the art to which the present invention pertains.

도 1은 본 발명에 따른 가상 페인팅 훈련 시스템의 일실시예의 블럭도이고,1 is a block diagram of one embodiment of a virtual painting training system in accordance with the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 가상 페인팅 훈련 방법의 일실시예의 흐름도이다.2 is a flowchart of one embodiment of a virtual painting training method according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 디스플레이 장치 110 : 데이터 처리부100: display device 110: data processing unit

113 : 데이터 작성부 116 : 데이터 보정부113: data creation unit 116: data correction unit

120 : 동작부120: operation unit

Claims (10)

가상 화면을 표시하는 디스플레이 장치;A display device for displaying a virtual screen; 교육자가 상기 가상 화면에 대하여 반응하는 동작부; 및An operation unit for an educator to respond to the virtual screen; And 상기 교육자의 반응을 처리하는 데이터 처리부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 시스템.Virtual painting training system comprising a data processor for processing the response of the educator. 제 1 항에 있어서, 상기 가상 화면은,The method of claim 1, wherein the virtual screen, 선박의 페인팅을 위한 영상을 표시하는 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 시스템.A virtual painting training system, characterized by displaying an image for painting a vessel. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 장치는,The display apparatus of claim 1, wherein the display device 대형 디스플레이 화면, 착용형 디스플레이 화면 및 다중 디스플레이 화면 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 시스템.Virtual painting training system, characterized in that any one of a large display screen, wearable display screen and multiple display screen. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 처리부는,The method of claim 1, wherein the data processing unit, 상기 교육자의 반응을 상기 가상 화면에 반영하여, 상기 디스플레이 장치에 표시하는 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 시스템.And the response of the educator is reflected on the virtual screen and displayed on the display device. 제 2 항에 있어서, 상기 데이터 처리부는,The method of claim 2, wherein the data processing unit, 상기 교육자의 반응을 디스플레이 데이터로 만드는 데이터 작성부; 및A data creating unit which makes the response of the educator into display data; And 상기 데이터 작성부에서 작성된 데이터를 보정하는 데이터 보정부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 시스템.And a data correction unit for correcting the data created by the data creation unit. 제 5 항에 있어서, 상기 데이터 작성부는,The method of claim 5, wherein the data creation unit, 상기 교육자의 반응을 상기 선박의 도색 영상으로 만드는 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 시스템.Virtual painting training system, characterized in that to make the painter's response to the painting image of the vessel. 선박의 가상 영상을 표시하는 단계;Displaying a virtual image of a ship; 상기 영상이 표시되는 인터페이스에 대하여, 교육자가 가상 페인팅을 하는 단계; 및An educator performing a virtual painting on the interface on which the image is displayed; And 상기 가상 페인팅에 따라 상기 가상 영상을 수정하여 표시하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 방법.And modifying and displaying the virtual image according to the virtual painting. 제 7 항에 있어서, 상기 가상 영상의 표시 단계는,The method of claim 7, wherein the displaying of the virtual image comprises: 대형 디스플레이 화면, 착용형 디스플레이 화면 및 다중 디스플레이 화면 중 어느 하나를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 방법.Virtual painting training method, characterized in that made through any one of a large display screen, a wearable display screen and a multi-display screen. 제 7 항에 있어서, 상기 가상 페인팅 단계는,The method of claim 7, wherein the virtual painting step, 상기 교육자가 상기 인터페이스에 대하여 수행하는 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 방법.And the educator performs on the interface. 제 7 항에 있어서, 상기 가상 영상의 수정 단계는,The method of claim 7, wherein the correcting of the virtual image, 상기 가상 페인팅에 따라, 상기 선박의 도색을 수정하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 페인팅 훈련 방법.According to the virtual painting, the virtual painting training method, characterized in that made by modifying the painting of the vessel.
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