KR20120077226A - 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템 및 그 교육 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템 및 방법이 제공된다.
본 발명의 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템은 배선 실습 대상이 되는 실습 보드, 카메라를 통해 상기 실습 보드의 영상을 입력받는 입력부, 상기 실습 보드의 패턴을 인식하고 상기 영상에 가상의 배선 이미지로 증강하며 실제 배선이 상기 가상의 배선 이미지와 일치하는지를 판단하는 제어부 및, 상기 증강된 영상을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하면, 본 발명은 증강 현실을 접목하여 구성하였으므로 교육생이 스스로 이해할 때까지 교사나 교재에 의존하지 않고도 반복적인 실습이 가능하여 보다 유리한 효과가 있는 것이다.

Description

증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템 및 그 교육 방법{EDUCATION METHOD AND THE SYSTEM ABOUT WIRING USING AUGMENTED REALITY}
본 발명은 기술 교육 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 PLC(Progammable Logic Controller)와 같이 처음 접하는 교육생이 배선 과정에 어려움을 겪을 가능성이 높은 때에, 교육생이 교사나 교재에 독립적으로 실습을 수행할 수 있도록 증강 현실을 이용하여 배선할 위치를 가상의 이미지로 표시하여, 입문 단계의 교육생에 대한 교육 효과를 극대화할 수 있는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
증강 현실(Augmented Reality, AR)은 사용자가 카메라를 통한 영상에 컴퓨터 그래픽을 실시간으로 겹쳐 보여주는 기술로, 가상 현실에 비해 훨씬 현실감이 높은 기술이다.
특히, 최근에는 휴대용 기기나 PMP 등에 내장된 카메라를 사용하는 휴대용 증강 현실 분야에 대한 연구 개발이 본격적으로 시도되고 있다.
휴대용 증강 현실 기술은 휴대용 기기를 가진 사용자의 증가로 인해 확장성이 높고, 공간의 제약을 받지 않는다.
한편 도 5는 종래의 PLC 배선 교육에 사용되는 PLC 실습 환경의 실사인데, PLC 배선 기술 교육 방법에 있어서 교육 대상자가 PLC를 처음 접하는 입문자의 경우, 배선 실습 과정에서 교사 또는 전문가 또는 교재의 도움을 항상 받아야 하므로 교육 효과가 떨어지는 문제점 있었다.
즉 입문자의 경우 교사나 교재에 절대적으로 의존하여 실습을 진행해야 하기 때문에, 교육 내용을 모두 이해하기 위한 시간이 한정적이어서 교육 효과가 떨어진다.
이를 보완하기 위해서 증강 현실을 시도한 사례가 다양하게 있었으나, 이러한 사례들은 주로 자동차 또는 항공기와 같은 고가의 장비를 사용하는 공장에서 사내 교육용으로만 사용되었기 때문에 교육 대상자가 한정적이고, 추가 확장이 힘든 한계가 있었다.
또한 증강 현실이 아닌 가상 현실 기술을 도입한 사례도 있었으나, 가상 현실의 경우 모든 환경이 가상 이미지로 이루어져 있기 때문에 실제 환경과의 차이가 발생하게 된다. 따라서 이후에 실 장비를 접할 때 한 번 더 교육을 해야 하는 시간적, 비용적인 소모가 있었다.
또한 모바일 기기를 이용한 증강 현실 사례가 있었으나, 한 손이 반드시 모바일 기기를 사용해야 하기 때문에 PLC와 같이 양 손을 함께 사용하는 기술 교육 환경에 적용하기에는 한계가 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 증강 현실 기술을 이용하여 교육생이 교사나 교재에 의존하지 않고 반복적으로 실습을 할 수 있도록 하여 교육 효과를 증대시키는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명에서는 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템 및 방법이 제공된다.
본 발명의 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템은 배선 실습 대상이 되는 실습 보드, 카메라를 통해 상기 실습 보드의 영상을 입력받는 입력부, 상기 실습 보드의 패턴을 인식하고 상기 영상에 가상의 배선 이미지로 증강하며 실제 배선이 상기 가상의 배선 이미지와 일치하는지를 판단하는 제어부 및, 상기 증강된 영상을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 출력부는 상기 가상의 이미지를 2차원 이미지 및 3차원 이미지 중 적어도 하나 이상을 선택하여 표시할 수 있다.
또한 상기 출력부는 모니터 또는 HMD(Head Mounted Display)인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 입력부는 모바일 장치에 장착된 카메라 또는 컴퓨터에 장착된 웹캠으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기 실습 보드는 PLC(Programmable Logic Controller)인 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명의 증강 현실을 이용한 배선 교육 방법은 (a) 입력부가 실습 보드의 영상을 획득하는 단계, (b) 제어부가 실습 보드의 패턴을 인식하는 단계, (c) 제어부가 실습 보드의 영상에 가상의 배선 이미지를 증강하고 출력부에 표시하는 단계, (d) 입력부가 실제 배선 과정을 인식하는 단계, (e) 제어부가 실제 배선과 가상의 배선 이미지를 상호 비교 판단하는 단계 및, (f) 상호 비교 판단하여 올바르게 배선되었으면 다음 배선을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 (b) 단계는, 상기 실습 보드의 영상으로부터 마커의 패턴을 인식하여 상기 실습 보드의 위치 및 정보를 획득하는 것을 특징으로 한다.
또한 여기서 상기 (e) 단계에서, 상기 실제 배선과 가상의 배선 이미지를 상호 비교 판단하는 방법은, 상기 실습 보드의 포트에 영역 침범이 있었는지를 검사하여 배선이 올바르게 되었는지를 판단하는 것을 특징으로 한다.
나아가 상기 (f) 단계는, 키보드나 마우스 입력 중 적어도 하나 이상을 사용하여 다음 배선을 진행하거나, 영상 처리를 통해 실제 배선의 위치를 인식하여 다음 배선을 진행할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하면, 본 발명은 증강 현실을 접목하여 구성하였으므로 교육생이 스스로 이해할 때까지 교사나 교재에 의존하지 않고도 반복적인 실습이 가능하여 보다 유리한 효과가 있는 것이다.
또한 교육생이 실 세계와 유사한 느낌을 받도록 할 수 있다.
나아가 간단한 실습부터 고 난이도의 실습 내용을 교육할 수 있고, 추후 다른 실습 내용을 추가하여 확장이 가능하다.
또 나아가 모니터나 HMD를 이용함으로써 두 손을 자유롭게 사용할 수 있는 유리한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 증강 현실을 이용한 배선 교육방법을 구현하는 전체 순서도이다.
도 3은 본 발명의 증강 현실을 이용한 배선 교육방법에 있어서 다음 단계로 수행되는 예시이다.
도 4는 본 발명의 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템 및 교육 방법을 실제로 시연한 모습을 담은 실사이다.
도 5는 종래의 PLC 배선 교육에 사용되는 PLC 실습 환경의 실사이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템의 블록 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 시스템(20)은 배선 실습 대상이 되는 실습 보드(30), 카메라(미도시)를 통해 상기 실습 보드의 영상을 입력받는 입력부(21), 상기 실습 보드의 패턴을 인식하고 상기 영상에 가상의 배선 이미지로 증강하며 실제 배선이 상기 가상의 배선 이미지와 일치하는지를 판단하는 제어부(22) 및, 상기 증강된 영상을 출력하는 출력부(23)를 포함한다.
본 실시예에서는 실습 보드는 PLC 실습 보드(30)이다.
또한 상기의 입력부(21)와 출력부(23)는 HMD일 수 있으며, 상기 제어부(22)는 HMD에 내장되거나, 별도의 전자전 장치일 수 있다.
본 시스템을 사용하여 가이드 라인, 즉 가상의 배선 이미지를 증강하는 방법을 설명한다.
교육생이 HMD를 착용하고 PLC 보드를 바라보았을 때, HMD에 장착된 카메라를 통해 얻은 영상으로부터 상기 제어부(22)가 PLC 보드의 마커를 인식하여 해당 실습의 가상의 배선 이미지를 증강시키는데 이때 패턴 매칭 알고리즘을 적용한다. 여기서 가상의 배선 이미지의 위치 및 길이와 같은 세부 정보는 상기 마커를 인식하여 얻는다.
그리고 상기 마커의 패턴을 인식하여 해당 PLC 보드의 위치나 정보를 획득한다. 이를 통해 얻은 정보를 이용하여 가이드 라인, 즉 가상의 배선 이미지를 상기 출력부(23)를 통해 표시한다.
한편 상기 제어부(22)는 실제 배선이 상기 가상의 배선 이미지와 일치하는지를 판단하는데, 이때 영역 침범 알고리즘을 사용한다. 즉 실습 내용에 맞는 포트에 영역 침범이 있었는지를 검사하여 배선이 올바르게 되었는지를 판단한다.
도 2는 본 발명의 증강 현실을 이용한 배선 교육방법을 구현하는 전체 순서도이다.
먼저, 상기 입력부(21)가 실습 보드의 영상을 획득한다(S10). 바람직하게는 영상을 획득하기 전의 단계로서 교육생이 본 발명의 시스템에 저장되어 있는 실습을 선택하여 실행시키는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 제어부(22)가 실습 보드의 패턴을 인식한다(S20). 구체적으로 상기 실습 보드의 영상으로부터 마커의 패턴을 인식하여 상기 실습 보드의 위치 및 정보를 획득한다.
그 후 상기 제어부(22)가 실습 보드의 영상에 가상의 배선 이미지를 증강하고 출력부(23)에 표시한다(S30). 여기서 증강하는 방법은 AR 툴킷(toolkit)을 이용하는 것이 바람직하다.
그 후 상기 입력부(21)가 실제 배선 과정을 인식한다(S40). 즉 교육생이 HMD에 보여지는 가상의 배선 이미지를 따라 실제 배선을 수행하면 카메라가 그 실제 배선 장면을 담은 영상을 찍는다.
그 후 상기 제어부(22)가 실제 배선과 가상의 배선 이미지를 상호 비교 판단한다(S50). 이때 HMD를 통해 입력 받은 영상을 기반으로 영역 침범 알고리즘을 수행한다. 즉 실습 단계의 포트에 배선이 침범되었는지를 검사하여, 올바르게 입력되었다면 다음 단계로 진행한다(S60). 만약 교육생이 잘못 배선하였다면 교육생에게 경고 메시지를 보내고, 교육생이 다시 배선을 하도록 유도하는 것이 바람직하다.
여기서 다음 단계로의 진행은 키보드나 마우스 입력 중 적어도 하나 이상을 사용하여 다음 배선을 진행할 수 있고, 영상 처리를 통해 실제 배선의 위치를 인식하여 다음 배선을 진행할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 증강 현실을 이용한 배선 교육방법에 있어서 다음 단계로 수행되는 예시이다.
도 3의 경우 1 내지 경우 3에서 볼 수 있듯이, 먼저 점선의 증강된 가상의 배선 이미지를 증강시키면 교육생이 실제 배선을 한다. 도 3에서 실제 배선은 실선으로 표시하였다. 이때 상기 제어부(22)가 올바르게 배선되었다고 판단하면, 다음 단계(next)의 가상의 배선 이미지를 증강시켜 보여준다.
도 4는 본 발명의 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템 및 교육 방법을 실제로 시연한 모습을 담은 실사이다.
교육생은 출력부(23)에 해당하는 모니터를 통해 증강된 케이블 위치를 확인한 후, 실제 배선을 실시하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
한편, 본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬(플로피) 디스크(floptical(Floppy) disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
20: 시스템 21: 입력부
22: 제어부 23: 출력부
30: PLC 실습 보드

Claims (11)

  1. 배선 실습 대상이 되는 실습 보드,
    카메라를 통해 상기 실습 보드의 영상을 입력받는 입력부,
    상기 실습 보드의 패턴을 인식하고 상기 영상에 가상의 배선 이미지로 증강하며 실제 배선이 상기 가상의 배선 이미지와 일치하는지를 판단하는 제어부 및,
    상기 증강된 영상을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력부는 상기 가상의 이미지를 2차원 이미지 및 3차원 이미지 중 적어도 하나 이상을 선택하여 표시하는 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 실습 보드는 PLC(Programmable Logic Controller)인 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 입력부는 모바일 장치에 장착된 카메라 또는 컴퓨터에 장착된 웹캠으로 구성된 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 출력부는 모니터 또는 HMD(Head Mounted Display)인 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 배선 교육 시스템.
  6. (a) 입력부가 실습 보드의 영상을 획득하는 단계,
    (b) 제어부가 실습 보드의 패턴을 인식하는 단계,
    (c) 제어부가 실습 보드의 영상에 가상의 배선 이미지를 증강하고 출력부에 표시하는 단계,
    (d) 입력부가 실제 배선 과정을 인식하는 단계,
    (e) 제어부가 실제 배선과 가상의 배선 이미지를 상호 비교 판단하는 단계 및,
    (f) 상호 비교 판단하여 올바르게 배선되었으면 다음 배선을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 배선 교육 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    키보드나 마우스 입력 중 적어도 하나 이상을 사용하여 다음 배선을 진행하는 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 배선 교육 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 (f) 단계는,
    영상 처리를 통해 실제 배선의 위치를 인식하여 다음 배선을 진행하는 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 배선 교육 방법.
  9. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    상기 실습 보드의 영상으로부터 마커의 패턴을 인식하여 상기 실습 보드의 위치 및 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 배선 교육 방법.
  10. 청구항 6 또는 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서,
    상기 실제 배선과 가상의 배선 이미지를 상호 비교 판단하는 방법은,
    상기 실습 보드의 포트에 영역 침범이 있었는지를 검사하여 배선이 올바르게 되었는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 배선 교육 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 (e) 단계에서,
    상기 실제 배선과 가상의 배선 이미지를 상호 비교 판단하는 방법은,
    상기 실습 보드의 포트에 영역 침범이 있었는지를 검사하여 배선이 올바르게 되었는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 증강 현실을 이용한 배선 교육 방법.
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