KR20150131794A - 지피에스와 9축 센서를 이용한 3d 시뮬레이션 영상 구현 방법 - Google Patents

지피에스와 9축 센서를 이용한 3d 시뮬레이션 영상 구현 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 현재 교육 훈련중인 교육생의 교육 훈련 상황을 관제 센터에서 교관이 3D 영상으로 모니터링하고 교육생에게 다양한 실전 교육 방법을 제시할 수 있고, 교관과 교육생이 교육 종료 후 교육 훈련 내용을 3D 영상을 통해 분석할 수 있는 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법에 관한 것으로서, GPS 장치 및 9축 센서가 탑재된 탑재 장치로부터 위치 정보 및 센서 정보를 수신받는 위치 정보 및 센서 정보 수신 단계; 수신된 위치 정보 및 센서 정보 중 동일한 시간대의 정보를 묶어 하나의 3D 영상 자료로 제작하는 영상 자료 생성 단계; 생성된 3D 영상 자료의 파일명으로부터 날짜 디렉터리 및 시간 디렉터리를 생성하여 시간 디렉터리 내에 3D 영상 자료를 저장하는 시간대별 분류 및 파일 시스템 저장 단계; 및 저장된 3D 영상 자료를 3D 시현 장치에 전송하여 재생하는 영상 재생 단계;를 포함한다.

Description

지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법{Method for generating 3D simulation video using GPS and 9-axis sensor}
본 발명은, 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법에 관한 것으로서, 현재 교육 훈련중인 교육생의 교육 훈련 상황을 관제 센터에서 교관이 3D 영상으로 모니터링하고 교육생에게 다양한 실전 교육 방법을 제시할 수 있고, 교관과 교육생이 교육 종료 후 교육 훈련 내용을 3D 영상을 통해 분석할 수 있는 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법에 관한 것이다.
교육 훈련용 시뮬레이터는 통상 실내 교육장에 설치되고, 교육생이 시뮬레이터에 탑승하여 시뮬레이터에서 제공하는 가상의 교육환경에서 항공기, 자동차 등의 장비의 조작 방법을 교육받는 형태가 대부분이다.
교관은 별도의 시스템을 통하여 교육생의 교육 훈련을 모니터링하고 다양한 교육 환경을 제시함으로써, 교육생이 해당 환경에 맞는 적응력을 키울 수 있도록 교육을 진행한다.
그러나, 시뮬레이터가 아닌 실제 항공기나 자동차에 탑승하여 교육 훈련을 진행할 경우, 교관이 직접 동승하지 않은 상태에서 교관은 교육생의 교육 훈련 상황을 모니터링할 수 없었고, 상황에 따른 다양한 교육 내용을 지시할 수 없었으며, 또한, 교육생이 지시된 교육 내용을 잘 수행하고 있는지 알 수 없어 교육 훈련의 효과가 저하되는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 모든 교육생의 교육훈련에 교관이 동승하는 방법이 가장 이상적이나, 교육생의 수 보다 상대적으로 적은 교관들이 모두 동승하기에는 시간적으로 비효율적인 교육이 진행될 수밖에 없었다.
또한, 교육 훈련 종료 후 교육 훈련에 대한 내용을 다시 재현할 수 없고, 교육에 대한 분석 및 교육생의 훈련 성과 측정도 애매하였다.
KR10-0983789(등록번호) 2010.09.16
본 발명은, 현재 교육 훈련중인 교육생의 교육 훈련 상황을 관제 센터에서 교관이 3D 영상으로 모니터링하고 교육생에게 다양한 실전 교육 방법을 제시할 수 있는 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 교육 종료 후 기록된 3D 영상 자료를 다시 재생할 수 있어, 교관과 교육생이 교육 훈련 내용을 분석할 수 있는 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, GPS 장치 및 9축 센서가 탑재된 탑재 장치로부터 위치 정보 및 센서 정보를 수신받는 위치 정보 및 센서 정보 수신 단계; 수신된 위치 정보 및 센서 정보 중 동일한 시간대의 정보를 묶어 하나의 3D 영상 자료로 제작하는 영상 자료 생성 단계; 생성된 3D 영상 자료의 파일명으로부터 날짜 디렉터리 및 시간 디렉터리를 생성하여 시간 디렉터리 내에 3D 영상 자료를 저장하는 시간대별 분류 및 파일 시스템 저장 단계; 및 저장된 3D 영상 자료를 3D 시현 장치에 전송하여 재생하는 영상 재생 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 상기 9축 센서는 자이로 센서, 3축 컴파스 센서, 가속도 센서이다.
또한, 본 발명의 상기 3D 영상 자료의 파일명은 time_t 시간 함수의 출력값을 채용한다.
또한, 본 발명의 상기 날짜 디렉터리는 상기 3D 영상 자료의 파일명을 86,400으로 나눈 값이며, 상기 시간 디렉터리는 상기 3D 영상 자료의 파일명을 3,600으로 나눈 값이다.
또한, 본 발명의 상기 영상 재생 단계는, 재생하고자 하는 날짜 및 시간이 선택되면, 선택된 시간을 time_t 형식으로 변환하고, 변환된 값을 통해 날짜 디렉터리와 시간 디렉터리를 검색하여서, 가장 근접한 파일명부터 재생한다.
또한, 본 발명의 상기 영상 자료 생성 단계는, 수신된 위치 정보 또는 센서 정보에 오류가 발생할 경우 이전에 수신된 정보와 이후에 수신된 정보의 산술평균값으로부터 오류가 발생된 구간의 정보를 보정하는 보정 단계를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 상기 영상 재생 단계는, 분할 화면으로 동시 시청이 가능하다.
본 발명은, 현재 교육 훈련중인 교육생의 교육 훈련 상황을 관제 센터의 3D 시현 장비(210)에서 실시간으로 재생 가능하여, 교관이 이를 모니터링하고 교육생에게 다양한 실전 교육 방법을 제시할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 교육 종료 후 기록된 3D 영상 자료를 다시 재생할 수 있어, 교관과 교육생이 교육 훈련 내용을 분석할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법의 시스템 구성도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법의 순서도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법의 디렉터리 구조.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법의 3D 시뮬레이션 영상 구현 화면.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법의 영상 데이터 레코드에 활용되는 자료형.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법의 영상 파일 포멧.
이하에서, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은, 도 1 에 도시된 바와 같이, GPS 장치와 9축 센서가 탑재되어 해당 위치의 위치 정보 및 9축 센서의 센서 정보를 무선 통신 방식을 이용하여 수신 서버(200)에 제공하는 탑재 장치(100)와, 탑재 장치(100)로부터 위치 정보 및 센서 정보를 수신하여 이를 토대로 3D 영상 파일을 생성하여 저장하는 수신 서버(200)를 포함하여 구성된다.
탑재 장치(100)는, 항공기, 자동차 등의 이동 수단으로서, GPS 장치 및 9축 센서가 탑재된다. GPS 장치는 현재 위치의 GPS 좌표를 습득하는 장치로서, 일반적으로 널리 사용되고 있으며, 9축 센서는 자이로 센서, 3축 컴파스 센서, 가속도 센서의 3가지 센서로 구성되어서 탑재 장치(100)의 방향, 자세 등의 데이터를 생성한다. 이때, 9축 센서는 MotionFusuon 데이터의 Rotation maxtrix, quaternion, Euler Angle 디지털 출력을 지원하며, 자이로 센서와 컴파스 센서간 board-level cross-axis alignment 오류를 제거하기 위한 drift 기능을 수행하는 센서가 사용된다.
이러한 탑재 장치(100)에서 획득한 GPS 위치 정보, 9축 센서의 센서 정보는 1/10초 단위로 생성되어 무선 통신 방식을 이용하여 수신 서버(200)로 전송되는데, 3G, Wibro, LTE 등의 이동 통신망을 활용할 수 있으며, 이의 중계를 위한 중계 장치(110)가 더 포함될 수 있다.
수신 서버(200)는, 여러 곳의 탑재 장치(100)로부터 전송되는 위치 정보와 센서 정보를 수신하며, 수신된 위치 정보와 센서 정보를 3D 영상 파일로 변환하고, 변환된 3D 영상 파일을 시간대별로 분류하여 디렉터리로 저장한다.
이러한 수신 서버(200)의 정보 수신 및 3D 영상 파일 변환, 저장 과정은 도 2 의 순서도에 도시하였으며, 그 내용은 다음과 같다.
위치 정보 및 센서 정보 수신 단계. 수신 서버(200)는 복수의 탑재 장치(100)로부터 1/10초 단위로 생성된 GPS 위치 정보 및 9축 센서의 센서 정보를 수신한다. 이를 위하여 수신 서버(200)는 3G, Wibro, LTE 등의 기능이 탑재된 단말기일 수 있고, 또는 통신 단말기가 연결된 데스크탑 컴퓨터 장치일 수도 있다.
영상 자료 생성 단계. 수신 서버(200)는 수신된 위치 정보 및 센서 정보 중 각기 동일한 시간대의 정보를 묶어 하나의 3D 영상 자료로 제작한다. 이 3D 영상 자료는 본 발명의 실시예에서는 Linux 파일 시스템에 Long int 형의 시스템 시간으로 1초에 10개씩 저장된다. 이 3D 영상 자료는 가변길이를 가지는 형태로서, 탑재 장치(100)의 수에 따라 그 데이터 크기가 결정되며, 이러한 자료형의 예시를 도 5 에 도시하였고, 3D 영상 파일 포멧을 도 6 에 도시하였다.
수신 서버(200)에서 3D 영상 자료를 변환하기 위한 3D 엔진으로는 OpenGL 기반의 Ogre3D 엔진을 사용할 수 있으며, 개발 언어는 C 또는 C++, UI 툴은 Qt, 개발 IDE는 Eclipse, 기타 라이브러리는 zlib, jpeg, libpng, ncurses, libtool 등이 사용될 수 있다.
한편, 1/10초 단위로 송수신되는 위치 정보 및 센서 정보는 수신된 데이터에 오류가 발생할 경우 탑재 장치(100)로부터 재전송을 받을 수 없기 때문에 이전 데이터와 이후 데이터의 내용을 참고하여 데이터를 보정한다. 이러한 데이터의 보정은 이전에 수신된 정보와 이후에 수신된 정보의 산술평균값을 구해 오류가 발생한 구간의 데이터를 보정하여 오류 발생 구간에 삽입함으로써 보정 단계를 완료하게 된다.
그러나, 만일 데이터의 수신 오류가 3초 이상(초당 10 프레임) 발생할 경우에는 데이터를 보정하지 않고, 해당 시간 동안은 빈 데이터를 둠으로써 3D 영상 자료의 재생시 오류가 발생한 시간동안 영상을 정지시킨다.
영상 자료 버퍼링 단계. 영상 자료 생성 단계에서 제작된 3D 영상 자료는 파일 시스템에 저장되기 전 버퍼에 저장된다. 버퍼는 파일 변환 등의 기능을 수행하지는 않으나, 3D 영상 자료가 제작되는 시간과 이를 시간대별로 분류하여 파일시스템에 저장하는 시간이 서로 어긋날 경우 시스템이 다운되는 것을 방지하기 위해 구비된다.
시간대별 분류 및 파일 시스템 저장 단계. 버퍼에 저장된 3D 영상 자료는 시간대별로 생성된 디렉터리에 저장된다. 3D 영상 자료는 Linux의 파일 시스템에 디렉터리 구조로 저장되는 것이 바람직한데, 그 이유는 저장된 3D 영상 자료를 다시 재생할 때 빠른 영상 재생 위치를 검색하기 위함이며, 이러한 영상 재생 위치의 검색은 Linux에서 제공하는 파일 시스템이 가장 효율적이기 때문이다.
3D 영상 자료를 저장하는 방법은, 도 3 에 도시된 바와 같이, 루트 디렉터리의 자식 디렉터리로서 날짜 디렉터리를 생성하고, 날짜 단위의 디렉터리의 자식 디렉터리로서 시간 단위의 디렉터리를 생성하여 저장한다. 이를 좀 더 상세히 설명하면, 3D 영상 정보는 시간함수 time_t(UTC 1970년 1월 1일 0시 0분 0초를 기준으로 하는 초 단위의 시간)의 값을 파일명으로 갖는다. 이러한 3D 영상 정보의 파일명을 토대로 날짜 디렉터리와 시간 디렉터리를 생성하여서 시간 디렉터리 내부에 3D 영상 정보를 저장한다. 날짜 디렉터리는 'xxxxxd'의 형태로서, x는 임의의 숫자를 지칭한다. 이러한 날짜 디렉터리의 임의의 숫자를 지정하는 방법으로서, 파일명을 86,400(24시간*60분*60초)으로 나눈 값이 사용된다. 즉, 24*60*60은 하루 분량의 초가 되며, 이러한 하루 분량의 초로 파일명인 time_t의 값을 나누게 되면 날짜값을 얻을 수 있게 되는 것이다. 같은 방식으로 시간 디렉터리는 'xxxxxxh'의 형태로서, 임의의 숫자 x는 파일명인 time_t를 3,600(60분*60초)로 나눈 값이며, 이 값은 시간값을 나타낸다.
이러한 날짜 디렉터리와 그 하위의 시간 디렉터리에 같은 시간에 생성된 3D 영상 자료들을 저장한다. 즉, 복수의 탑재 장치(100)에서 1/10초마다 생성된 위치 정보와 센서 정보는 10개씩 묶여 하나의 3D 영상 자료로 생성되고, 생성된 3D 영상 자료는 time_t의 파일명을 가지고 해당 파일명을 86,400으로 나눈 날짜 디렉터리의 하위에 다시 해당 파일명을 3,600으로 나눈 시간 디렉터리 내에 저장된다. 따라서, 같은 시간대에 생성된 3D 영상 자료는 같은 디렉터리 내에 저장되게 된다.
백업 단계. 수신 서버(200)의 디랙테리 내에 저장된 3D 영상 자료들은 데이터의 안전한 저장 및 이동 등을 위하여 별도의 저장 장치 또는 별도의 DB 서버에 백업된다. 이러한 백업 데이터는 향후 수신 서버(200) 내의 데이터에 문제가 생겼을 때 이를 보완하는 용도로 사용되거나 또는 데이터를 축적하여 통계적으로 활용할 때 사용될 수 있다.
영상 재생 단계. 수신 서버(200)에 저장된 3D 영상 자료는 재생하고자 하는 날짜와 시간을 선택하면, 선택된 시간을 time_t 형식의 파일명으로 변환하고, 변환된 파일명을 통해 날짜 디렉터리와 시간 디렉터리가 검색되며, 시간 디렉터리 내부의 선택된 시간에 가장 근접한 파일이 있는 곳부터 영상을 재생한다.
이때, 사용자는 time_t의 형식인 UTC 1970년 0월 0일 0시로부터 현재 시간을 직접 계산할 필요 없이, 현지의 위치, 현지의 시간을 선택하는 것으로 프로그램에서 자동으로 time_t 형식으로 변환되어 검색이 수행된다. 이 중, 현지의 위치 예를 들어 대한민국:서울 등과 같이 UTC시간과 현지 시간의 수정을 위한 정보는 교육장의 위치가 바뀌지 않는 이상 매번 다시 입력할 필요 없이, 이전 입력된 위치가 자동으로 입력됨으로써 차후 입력시 입력 단계를 생략할 수 있다.
한편, 선택한 시간 디랙터리 내에 3D 영상 자료가 없는 경우, 가장 근접한 시간 디랙터리로 이동하여 3D 영상 자료를 재생하며, 선택한 날짜 디랙터리 내에 데이터가 없는 경우에는 사용자에게 데이터가 없음을 표시한다.
이러한 수신 서버(200)에서의 정보의 수신, 3D 영상 자료의 생성, 3D 영상 자료의 저장 및 3D 영상 자료의 재생은 통신 모듈, 시뮬레이션 물리엔진 모듈, 영상파일 구형 모듈, 3D 시뮬레이션 구현 모듈, Log 모듈 등 각기 모듈로 구성되며, 각 모듈간의 통신은 이벤트 방식, 메시지 큐 방식 및 TCP/IP 통신 방식을 이용하여 수행된다. 또한, 각 모듈간 데이터 교환은 상호 독립적으로 수행된다.
상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 사용 상태를 살펴보면, 여러 위치에서 교육 훈련을 수행하는 복수의 탑재 장치(100)로부터 GPS 위치 정보, 9축 센서의 센서 정보가 수신 서버(200)에 전송된다.
수신 서버(200)는 위치 정보와 센서 정보를 토대로 3D 영상 자료를 생성하여 날짜 디렉터리 내의 시간 디렉터리에 저장한다.
이후, 사용자가 3D 시현 장비(210)에서 화면을 조작하여 날짜와 시간을 선택하면 수신 서버(200)로부터 해당 시간대의 3D 영상 자료가 3D 시현 장비(210)로 전송되어 실시간 또는 저장 후 재생 형태로 재생된다.
사용자는 3D 영상이 재생되는 동안 다양한 뷰 화면을 조작하여 교육 훈련 내용을 파악할 수 있고, 필요에 따라 GPS 위치 정보, 9축 센서 정보 등을 화면에 출력하여 확인할 수 있다.
사용자는 도 4 에 도시된 바와 같이, 교육 훈련 내용을 여러 분할 화면으로 동시에 시청이 가능하고, 또한, 교육 훈련에 참가한 다른 교육생들의 교육 훈련 내용을 시청할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 현재 교육 훈련중인 교육생의 교육 훈련 상황을 관제 센터의 3D 시현 장비(210)에서 실시간으로 재생 가능하여, 교관이 이를 모니터링하고 교육생에게 다양한 실전 교육 방법을 제시할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 교육 종료 후 기록된 3D 영상 자료를 다시 재생할 수 있어, 교관과 교육생이 교육 훈련 내용을 분석할 수 있는 효과가 있다.
100 : 탑재 장치
110 : 중계 장치
200 : 수신 서버
210 : 3D 시현 장비

Claims (7)

  1. GPS 장치 및 9축 센서가 탑재된 탑재 장치로부터 위치 정보 및 센서 정보를 수신받는 위치 정보 및 센서 정보 수신 단계;
    수신된 위치 정보 및 센서 정보 중 동일한 시간대의 정보를 묶어 하나의 3D 영상 자료로 제작하는 영상 자료 생성 단계;
    생성된 3D 영상 자료의 파일명으로부터 날짜 디렉터리 및 시간 디렉터리를 생성하여 시간 디렉터리 내에 3D 영상 자료를 저장하는 시간대별 분류 및 파일 시스템 저장 단계; 및
    저장된 3D 영상 자료를 3D 시현 장치에 전송하여 재생하는 영상 재생 단계;
    를 포함하는 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 9축 센서는 자이로 센서, 3축 컴파스 센서, 가속도 센서인 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 3D 영상 자료의 파일명은 time_t 시간 함수의 출력값을 채용하는 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 날짜 디렉터리는 상기 3D 영상 자료의 파일명을 86,400으로 나눈 값이며, 상기 시간 디렉터리는 상기 3D 영상 자료의 파일명을 3,600으로 나눈 값인 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 영상 재생 단계는, 재생하고자 하는 날짜 및 시간이 선택되면, 선택된 시간을 time_t 형식으로 변환하고, 변환된 값을 통해 날짜 디렉터리와 시간 디렉터리를 검색하여서, 가장 근접한 파일명부터 재생하는 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 영상 자료 생성 단계는, 수신된 위치 정보 또는 센서 정보에 오류가 발생할 경우 이전에 수신된 정보와 이후에 수신된 정보의 산술평균값으로부터 오류가 발생된 구간의 정보를 보정하는 보정 단계를 더 포함하는 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 영상 재생 단계는, 분할 화면으로 동시 시청이 가능한 지피에스와 9축 센서를 이용한 3D 시뮬레이션 영상 구현 방법.
KR1020140059041A 2014-05-16 2014-05-16 지피에스와 9축 센서를 이용한 3d 시뮬레이션 영상 구현 방법 KR20150131794A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210155889A (ko) * 2020-06-17 2021-12-24 주식회사 한화 시뮬레이션 파일을 저장하고 재생하는 장치 및 그 방법

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