KR20170005971A - 증강현실 기술을 이용한 특수 차량 훈련용 시뮬레이터시스템 및 그 방법 - Google Patents

증강현실 기술을 이용한 특수 차량 훈련용 시뮬레이터시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시뮬레이터 구현기술, 증강현실 구현 기술을 이용하여 특수 차량 훈련용 조종 및 운용시뮬레이터를 구현하는 것으로 실제 장치 및 구성품을 사용하지 않거나 부분적으로 사용하고 실제와 같거나 유사한 조작감, 운용환경,주변 상황을 증강현실 영상으로 제공하는 교육훈련용 시뮬레이터 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 1개의 다축 서스펜션과 그 위에 설치되는 차체 또는 차체 및 특수 구조물, 차체 및 특수 구조물에 설치되는 다수의 장치 모형, 1개의 운전수의자, 1개 이상의 승무원의자, 조종수 및 승무원이 착용하는 영상입력장치가 장착된 1개 이상의 HMD 장치, 증강현실 기반의 차체 또는 차체 및 포탑구조물 내외부와 여기에 장착되는 내외부 장치 및 구성품의 3차원 형상정보 및 동작정보를 생성하는 증강 현실 소프트웨어, 증강현실 소프트웨어가 탑재되고 다축 서스펜션을 제어하는 컴퓨터로 구성되며 차량 기동시 실제 차량과 동일하거나 유사한 진동과 충격, 고, 저각, 좌우로 움직임을 주고 내외부장치 작동시 실제와 같은 조작감과 사용자 환경을 제공하여 교육훈련시 몰입감을 극대화하므로 교육 효과를 높인다.

Description

증강현실 기술을 이용한 특수 차량 훈련용 시뮬레이터시스템 및 그 방법{Training simulator and method for special vehicles using argmented reality technology}
본 발명은 증강현실(Argmented Reality) 기술을 적용한 특수 차량 훈련용 시뮬레이터에 관한 것으로 증강현실 기술은 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술로 가상현실 기술의 단점을 보완한 기술이다. 가상현실기술은 가상환경에 사용자를 몰입하게 하여 실제환경을 볼 수 없지만 실제환경과 가상의 객체가 혼합된 증강현실기술은 사용자가 실제환경을 볼 수 있게 하여 보다 나은 현실감과 부가 정보를 제공할 수 있다. 이에 증강현실 기술을 활용하여 특수차량의 운전 및 조종 인력을 양성하기 위해 훈련용으로 활용되고 있는 특수차량용 시뮬레이터에 적용하기 위해 사용자가 착용하는 HMD(Head Mount Display)장치와 HMD 장치를 통해 사용자에게 최적의 가상의 조종 및 운전상황을 제공하는 증강현실 소프트웨어, 기존 고가의 내외부 장치 또는 부품들을 대체하는 수동 조작형 모형 장치, 1대 또는 2대이상의 컴퓨터로 구성되는 통제장치, 다축 서스펜션, 차체 및 특수기능 구조물로 구성된 증강현실 기반 특수차량 훈련 및 운용 시뮬레이터 시스템에 관한 것이다.
훈련용 시뮬레이터는 항공기의 조종사 양성이나 특수차량, 중장비 등의 운전 및 조종, 장치조작 등의 연습용으로 주로 사용 되어지고 있다. 또한 군용으로 사용되는 특수한 장비들의 훈련 목적으로도 개발이 되어 활용되고 있다. 하지만 특수차량용 시뮬레이터는 학습에 필요한 장치들은 실제 차량과 동일한 장치와 부품을 사용하고 있어 초기 구축비용이 많이 소요되고 사용 중 고장이 발생할 경우 수리를 위한 비용과 시간이 많이 소요되고 년간 유지비용 또한 많이 소요된다.
이를 통해 운영 예산이 증가하지만 비용대비 효과는 떨어진다. 그리고 운용이나 훈련시에는 대부분 전면부 스크린 또는 모니터를 통해 시나리오나 운용환경을 제공하므로 몰입감이 떨어진다. 기존 특수차량 훈련용 시뮬레이터는 구동용 서스펜션, 차체 또는 차체 및 특수구조물, 차체 내부 부품 조립체, 전면 스크린 또는 모니터, 훈련 환경 제공 및 모션 제어 SW, SW 가 탑재된 컴퓨터 시스템으로 구성되며 컴퓨터가 전면 스크린을 통해서 지형정보, 운용환경 등을 제공하면 연습자들은 차체조종장치를 조작하여 차량을 조종하고 특수 구조물 에 설치된 제어용 내부장치를 조작하여 해당 장치를 운용하는 가상의 연습을 실시한다. 하지만 이 방법은 면 스크린를 통한 화면 제공 및 실제 운용환경을 세밀하게 묘사하지 못하므로 현실성이 떨어져 교육효과가 높다고 단정지을 순 없다. 본 발명은 전면부 스크린 또는 모니터를 사용하지 않고 승무원이 착용하는 HMD 장치(홀로렌즈, 오큘러스 등) 에 실제와 동일한 운용 환경, 특수차량의 내외부 구조물 및 내외부 장치 형상, 내외부장치의 작동과정, 차량 외부의 동적인 환경 등의 정보를 사실적으로 제공하여 몰입감을 극대화 하고 여러 명의 학습자들이 착용한 HMD 장치는 서로 연동하여 같은 공간의 다른 시각을 제공하므로 실제 운용 상황에 따른 동시 협업 훈련과정을 학습할 수 있도록 하는 것이다. 이는 각 시뮬레이터가 서로 연동하여 동일 시나리오 또는 가상의 작업 환경 속에서 팀 단위 또는 협력하여 특수차량들을 동시에 운용 및 작업하는 훈련이 가능하도록 한다. 본 발명은 다축 서스펜션, 차체 및 특수구조물, 수동조작용 부품모형, HMD 장치, 모션제어/운용환경제공 SW, SW가 탑재된 컴퓨터, 통합현황모니터로 구성될 수 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술인 특수차량이나 항공기 조종 및 운용시뮬레이터의 단점을 극복하고 사용자에게 극한의 몰입감을 주어 교육효과를 극대화함으로서
단 시간 내에 해당 차량에 대한 적응력을 높여, 운용 능력이 우수한 사용자를 양성하고 시뮬레이터의 주요 장치를 증강현실로 구현하여 고장에 의한 부품 교체 및 수리비용을 최소화하므로 고정 운용유지비를 절감하는데 그 목적이 있다.
상술한 본 발명은 증강현실(Argument Reality) 기술을 기반으로 하여 실제 장치가 없어도 사실적인 특수차량의 내외부를 구현하여 실제와 동일하거나 유사한 환경을 제공하는 시뮬레이터를 저비용으로 제작하고 운전수의 운전능력 및 학습자의 장치조작능력 등을 향상 시키기 위해 증강현실기술로 수동 모형장치에 실제와 동일한 장치형상을 입혀 실제와 같거나 유사한 조작감과 운용상황을 제공하는 고 효율 저비용의 시뮬레이터 시스템과 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에서 말하는 특수차량은 특수 목적의 건설장비, 굴착, 시공 및 군용으로 사용되는 전투차량 들이 될 수 있다. 차량의 특성에 따라 차체, 특수구조물 및 특수기능 모듈 등이 별도로 분리 되어 운용될 수 있다.
상기와 같이 구성될 수 있는 본 발명에 따른 증강현실 기반의 특수차량 훈련용 시뮬레이터는 기존 특수차량용 시뮬레이터의 단점을 극복하고 저비용과 고효율의 학습환경을 제공하여 줌으로 시나리오 기반의 운용환경을 최적화하여 교육효과를 극대화 하고 시뮬레이터 시스템의 초기 구축비용과 운용 유지비용을 크게 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터의 블록도
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터의 블록도
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터의 블록도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터의 블록도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터용 교육훈련 소프트웨어의 블록도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수동조작 모형장치에 증강현실 영상을 겹쳐 일치시키는 방식도
본 발명은 증강현실(Argument Reality) 기술을 기반으로 한 다양한 작업환경 및 운용환경, 사실적인 특수차량의 내외부 구현, 실제와 유사한 운영 상황을 제공하고 운전수의 운전능력 및 승무원의 장치조작 능력 등을 향상 시키는 고 효율, 저비용의 시뮬레이터 시스템과 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에서 말하는 특수차량은 특수 목적의 건설장비, 굴착, 시공 및 군용으로 사용되는 전투차량 들이 될 수 있다. 차량의 특성에 따라 차체, 특수구조물 및 특수기능 모듈 등이 별도로 분리 되어 운용될 수 있다.
본 발명에 따른 특수차량 시뮬레이션 시스템은, 특수차량을 가상적으로 제어하기 위한 시스템으로서, 차체와 상기 차체에 설치되거나 인접하게 배치되는 적어도 하나 이상의 방향으로 움직이는 다축 서스펜션과 상기 움직임에 연동되어 움직이는 적어도 하나의 구조물과 상기 차체 또는 상기 구조물에 설치되는 적어도 하나의 모형장치와 상기 차체에 설치되거나 인접하게 배치되는 적어도 하나의 작업자용 의자와 상기 차체 및 상기 차체와 상기 다축 서스펜션을 제어하기 위한 영상정보를 제공하는 증강현실 소프트웨어와 상기 차체 및 상기 제어와 연동되어지고 상기 증강현실 소프트웨어에 연동되어질 수 있는 상기 차체 외부 환경정보와 상기 차체 및 상기 다축 서스펜션의 움직임을 제어하는 동작제어 소프트웨어와 상기한 증강현실 소프트웨어와 상기한 외부 환경정보와 상기한 동작제어 소프트웨어가 설치되는 적어도 하나의 컴퓨터와 상기 작업자의 머리에 착용 가능하고 상기 컴퓨터에서 생성된 정보가 표시되는 적어도 하나 이상의 HMD 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 증강현실기반 특수차량 시뮬레이터 시스템은 1개 또는 특수차량 승무원 수에 맞춘 카메라가 HMD 장치(HMD 장치는 컴퓨터 시스템을 내장할 수 있다), 다축 서스펜션, 차체 및 특수 구조물, 특수차량의 특성에 따라 차체 및 특수 구조물에 장착되는 수동조작용 모형 장치류, 1개의 차체조종장치, 1개의 운전수석, 1개 이상의 승무원석, 차체 내외부 장치 형상, 작동모습 및 운영환경(여기서 운영환경이란 자연환경과 인공구조물을 포함한 지형 정보 등을 말한다)을 증강현실로 제공하는 운용환경 증강현실 소프트웨어, 운용환경 증강현실 소프트웨어에 연동되어 주행상황, 작업 상황에 적합한 동작을 1개의 다축 서스펜션을 제공하는 모션 제어소프트웨어, 그리고 2개의 소프트웨어가 탑재하여 증강현실 기반 특수차량시뮬레이터를 통합 제어하는 1대 또는 2대 이상의 컴퓨터시스템으로 구성될 수 있다. 운전수를 포함한 특수차량 승무원은 카메라가 장착된 HMD 를 착용한다. 운전수는 운전수석에 탑승하고 각 승무원의 자신의 특수차량 내부에서 각자 임무에 따른 위치에 위치한다. 운전수를 포함한 승무원들이 착용한 HMD 를 통해 증강현실로 구현된 운용환경 및 특수차량의 내, 외부장치 형상 및 작동 모습을 보여준다. 시뮬레이터 통합 제어용 컴퓨터는 각 승무원들의 HMD로 각자 위치에 따라서 실제 특수차량에 탑승하여 동일 위치에서 본 시각과 동일한 모습을 제공한다. 승무원들은 HMD를 통해서 서로의 얼굴을 볼 수 있고 실제 특수차량과 동일한 내, 외부를 체감할 수 있다.
운전수석에 앉은 운전수는 HMD를 통해 증강현실로 구현된 운용환경 및 작업상황을 제공받는다. 운전수가 차체 운전수석 내부에 있을 때, 차량 계기판 및 차체조종장치의 형상 정보 및 계기들의 작동하는 모습을 증강현실로 제공받는다. 운전수가 운전수석을 올려 차체 외부로 머리가 노출되었을 때 차체외부는 실제 특수차량과 동일한 형상을 제공받으며 좌우,상하 고개를 돌리면 실제와 같은 시각으로 본 환경정보를 3차원 증강현실 영상으로 제공한다.
차체 내부 또는 특수 구조물 내부에 위치한 승무원들은 HMD 운용환경 및 작업상황 등을 제공받는다. 승무원들이 차체 또는 특수 구조물 내부에 있을 때, 실제 특수차량 내부와 동일한 운용장치들을 증강현실로 제공한다. 이때 승무원들은 HMD 를 통해 각 장치들이 작동하는 모습을 제공받는다. 승무원이 차체나 특수 구조물 외부로 머리가 노출 되었을 때 차체 및 특수 구조물 외부는 실제 특수차량과 동일한 형상을 제공받으며 좌우,상하 고개를 돌리면 실제와 같은 시각으로 본 환경정보를 3차원 증강현실 영상으로 제공한다.
본 발명에 다른 증강현실기반의 특수차량 시뮬레이터는 여러 대의 시뮬레이터가 서로 연동하여 작동할 수 있다. 같은 운용환경에 위치하여 협업 등을 수행하는 과정을 각자 위치에서 관찰자 시각으로 볼 수 있다. 통합현황 모니터는 전체 운용환경 및 작업상을 모두 보여준다. 타 특수차량의 위치 및 작업상황 등을 종합적으로 보여준다. 이를 통해 현재 작업상황을 판단할 수 있다.
본 발명은 이를 기반으로 하여 다양한 팀간 작업상황을 제공하고 실제와 동일한 협업에 적용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터 구현 방법은 시뮬레이터에 승무원들이 탑승하여 HMD 를 착용하는 단계와 각 임무에 맞는 위치에 위치하는 단계와 HMD 내장 컴퓨터 또는 통합컴퓨터에서 운용환경 및 작업상황을 HMD 장치로 제공하여 훈련을 시작하는 단계와 HMD 내장 컴퓨터 또는 통합 컴퓨터에
서 상황에 맞는 모션을 제공하여 다축 서스펜션을 구동시키는 단계, 훈련을 마치고 결과를 평가하는 단계, 이 모든 상황을 모니터링 하여 HMD 내장 컴퓨터 또는 통합컴퓨터에서 통합모니터에 제공하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 특정 조종간이나 운용을 위한 위치 및 상대적인 위치 정보를 획득하기 위한 센서, 카메라 및 자이로 센서와 같이 특정 위치에서의 운전자 등의 시선 및 회전 여부 등을 감지하기 위한 센서 등을 더 구비할 수 있다.
실시예
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도1는 본 발명의 실시 예에 따른 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터를 설명하기 위한 블록도 이다.
먼저 도 1을 참조하면, 본 실시예의 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터는 1개의 다축 서스펜션(130)과 1개의 차체 또는 차체 및 특수 구조물 (110), 특수차량의 특성에 따라 차체 내부에 장착되는 다수의 실물장치(111), 차체 내부에 장착되는 다수의 모형장치(112), 특수 구조물 내부에 장착되는 다수의 실물장치(113), 특수 구조물 내부에 장착하는 다수의 모형장치(114), 1개의 차체조종장치(115), 1개의 운전수석(116), 1개 이상의 승무원석(117)과 교육훈련용 증강현실 소프트웨어 (122), 1개의 모션제어 소프트웨어(124), 그리고 소프트웨어가 탑재된 1대 또는 2대 이상의 제어용 컴퓨터시스템(120), 1 개 또는 다수의 HMD 장치(140)로 구성된다. HMD 장치(140)는 승무원이 착용하며, 현실공간에 실제와 동일하거나 유사한 가상 영상을 제어용 컴퓨터 시스템(120)을 통해서 제공 받는다. 차체 또는 차체 및 특수 구조물 (110)은 다축 서스펜션(130)에 설치되며 승무원들이 탑승하여 조종 및 운용 훈련시 실제 특수차량을 탑승하는 것과 같은 조작감과 운용 환경을 제공한다. 다축 서스펜션(130)은 제어용 컴퓨터 시스템(120)으로 부터 전송 받은 신호에 따라 상하, 좌우, 전고, 전저, 후고, 후저 등의 차량 특성과 같은 동작으로 작동한다. 제어용 컴퓨터시스템(120)은 승무원에게 실제와 동일하거나 유사한 다양한 운용환경 및 작업상황, 차체 내외부 장치의 3차원 형상정보, 차체 내외부 장치의 동작 정보를 HMD 장치(140)로 제공하고 지형 및 상황에 따른 동작 특성 신호를 다축 서스펜션(130)으로 보내 훈련 상황에 맞게 다축 서스펜션(130)의 동작을 제어한다.
한편 HMD 장치(140)로 제공하는 운용환경 및 작업상황은 X,Y,Z 의 3차원 공간감을 가진다. 제어용 컴퓨터시스템(120)은 HMD 장치(140)를 착용한 승무원의 시선에 따라 변하는 3차원 증강현실 영상을 HMD 장치(140)로 제공한다. 또한 제어용 컴퓨터 시스템(120)은 HMD 장치(140)로 특수차량의 주행 훈련시 주행 속도에 따른 속도감 및 이에 맞게 변하는 증강현실 영상을 제공한다. 제어용 컴퓨터 시스템 (120)은 HMD 장치(140)로 날씨, 온도, 바람 등의 환경변화에 따라 변하는 증강현실 영상을 제공한다. 제어용 컴퓨터 시스템(120)은 HMD 장치(140)로 비, 흙먼지, 연기, 화염 등의 작업 및 운용환경 특성에 따른 증강현실 효과영상을 제공한다. 제어용 컴퓨터 시스템(120)은 HMD 장치 (140)로 차체 또는 차체 및 특수 구조물 내부의 다수의 모형장치(112,114)를 실물 장치와 동일하거나 유사한 형상 및 각 장치의 동작정보를 증강현실로 제공한다. 제어용 컴퓨터 시스템(120)은 HMD 장치(140)로 차체 또는 차체 및 특수 구조물 외부형상을 실물 형상과 동일하거나 유사한 형상의 증강현실 영상으로 제공한다. 차체 및 특수 구조물 내부에 장착되는 모형장치(112, 114)는 수동조작을 위한 누름식 버튼, 토글스위치, 회전식스위치, 조정손잡이 등은 실물과 동일한 부품을 사용하거나 동일한 기능을 수행하고 형상이 유사한 모형으로 제작하여 사용한다.
이하 본 발명에 따른 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터에 대하여 다른 실시 예를 도2를 통해 구체적으로 설명한다.
먼저 도2를 참조하면, 본 실시 예의 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터는 1개의 다축 서스펜션(130)과 1개의 차체 또는 차체 및 특수 구조물 (110), 특수차량의 특성에 따라 차체 내부에 장착되는 다수의 모형장치(111), 특수 구조물 내부에 장착하는 다수의 모형장치(112), 1개의 차체조종장치(113), 1개의 운전수석(114), 1개 또는 다수의 승무원석(115)의 하드웨어와 교육훈련용 증강현실 소프트웨어 (122), 1개의 모션제어소프트웨어(124), 그리고 소프트웨어와 HMD 장치(126)가 탑재된 1대 또는 다수의 HMD 컴퓨터로(120)로 구성된다.
HMD 장치(126)가 장착된 HMD 컴퓨터(120)는 승무원이 착용하며, 현실공간에 실제와 동일하거나 유사한 가상환경을 HMD 장치(126)를 통해 승무원에게 제공한다. 제작되는 상기 HMD컴퓨터(120)은 그 크기나 형태에 따라 무선 또는 유선으로 상기 HMD 장치(126)와 이격되어 설치 운용이 될 수 있다. 차체 또는 차체 및 특수 구조물(110)은 다축 서스펜션(130)에 설치되며 승무원들이 탑승하여 조종 및 운용 훈련시 실제 특수차량을 탑승하는 것과 같은 환경을 제공한다. 다축 서스펜션(130)은 HMD용 컴퓨터(120)로 부터 전송 받은 신호에 따라 상하, 좌우, 전고, 전저, 후고, 후저 등의 동작을 수행한다. HMD 장치(126)가 장착된 HMD 컴퓨터(120)는 승무원에게 다양한 운용환경 및 작업상황, 차체 내외부 장치의 형상 정보, 차체 내외부 장치의 동작 정보를 HMD 장치(126)로 제공하고 지형 및 상황에 따른 동작 특성 신호를 다축 서스펜션(130)으로 보내 훈련상황에 따라 다축 서스펜션(130)의 동작을 제어한다.
한편 HMD 장치(126)로 제공하는 운용환경 및 작업상황은 X, Y, Z 의 3차원 공간감을 가진다. HMD컴퓨터(120)는 HMD 장치(126)를 착용한 승무원의 시선에 따라 변하는 3차원 증강현실 영상을 HMD 장치(126)로 제공한다. 또한 HMD컴퓨터(120)는 HMD 장치(126)로 차량의 주행 속도에 따른 속도감 및 이에 맞게 변하는 증강현실 영상을 제공한다. HMD컴퓨터(120)는 HMD 장치(126)로 날씨, 온도, 바람 등의 환경변화에 따라 변하는 증강현실 영상을 제공한다. HMD컴퓨터(120)는 HMD 장치(126)로 비, 흙먼지, 연기, 화염, 바람 등의 작업 및 운용환경 특성에 따른 증강현실 효과영상을 제공한다. HMD컴퓨터(120)는 HMD 장치(126)로 차체 또는 차체 및 특수 구조물 내부의 다수의 모형장치(112,114)에 실물 장치와 동일하거나 유사한 형상정보를 모형장치(112,114)의 형상과 일치하도록 증강현실로 제공하고 각 장치의 동작정보를 모형장치(112,114)에 증강현실 영상으로 제공한다. HMD컴퓨터(120)는 HMD 장치(126)로 차체 또는 차체 및 특수 구조물의 외부형상을 실물 형상과 동일하거나 유사한 3차원 형상으로 제공한다.
차체 또는 차체 및 특수 구조물 내부에 장착되는 모형장치(112, 114)의 누름식 버튼, 토글 스위치, 회전식 스위치, 조정손잡이, 레버 등은 실물과 동일한 부품을 사용 하거나 형상이 유사하고 동일한 기능(누름, 올림, 내림, 잡아당김 등 실제 장치를 조작하는 것과 같은 조작감) 을 수행할 수 있는 모형으로 제작하여 사용한다. 이 때, 보완적으로 상기 HMD 장치(126)의 차량 내부에서의 상대적인 위치와 방향 정보 등을 얻기 위하여 적어도 하나의 카메라 또는 위치센서, 자이로센서 등이 추가적으로 구비 되어질 수 있다.
이하 본 발명에 따른 증강현실 기반의 특수 차량 시뮬레이터에 대하여 다른 실시 예를 도3을 통해 구체적으로 설명한다.
먼저 도3을 참조하면, 본 실시예의 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터는 1개의 다축 서스펜션(130)과 1개의 차체 또는 차체 및 특수 구조물 (110), 특수차량의 특성에 따라 차체 내부에 장착되는 다수의 실물장치(111), 차체 내부에 장착되는 다수의 모형장치(112), 특수 구조물 내부에 장착되는 다수의 실물장치 (113), 특수 구조물 내부에 장착하는 다수의 모형장치(114), 1개의 차체조종 장치(115), 1개의 운전수석(116), 1개 또는 다수의 승무원석(117), 하드웨어와 교육훈련용 증강현실 소프트웨어(122), 1개의 모션제어 소프트웨어(124), 그리고 소프트웨어가 탑재된 1대 또는 다수의 제어용 컴퓨터시스템(120), HMD 장치(142)가 장착된 1 개 또는 다수의 HMD 컴퓨터(140)로 구성된다. HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)는 승무원이 착용하며, 현실 공간에 실제와 유사한 가상 환경을 제어용 컴퓨터 시스템(120)을 통해서 제공 받는다. 차체 또는 차체 및 특수 구조물(110)은 다축 서스펜션(130)에 설치되며 승무원들이 탑승하여 조종 및 운용 훈련시 실제 특수차량을 조작하는 것과 같은 조작감과 사용자 환경을 제공한다. 다축 서스펜션 (130)은 제어용 컴퓨터시스템(120)으로부터 전송 받은 신호에 따라 상하, 좌우, 전고, 전저, 후고, 후저 등의 동작을 수행한다. 제어용 컴퓨터시스템(120)은 승무원에게 다양한 운용환경 및 작업상황, 차체 내외부 장치의 형상, 차체 내외부 장치의 동작영상을 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 제공하고 지형 및 상황에 따른 동작 특성 신호를 다축 서스펜션(130)으로 보내 훈련상황에 맞게 다축 서스펜션(130)의 동작을 제어한다.
한편 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 제공하는 운용환경 및 작업상황은 X,Y,Z 의 3차원 공간감을 가진다. 제어용 컴퓨터시스템(120)은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)를 착용한 승무원의 시선에 따라 변하는 증강현실 영상을 HMD 장치(142)가 장착된 컴퓨터(140)로 제공한다. 또한 제어용 컴퓨터 시스템(120)은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 차량의 주행 속도에 따른 속도감 및 이에 맞게 변하는 증강현실 영상을 제공한다. 제어용 컴퓨터시스템(120)은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 날씨, 온도, 바람 등의 환경변화에 따라 변하는 증강현실 영상을 제공한다. 제어용 컴퓨터시스템 (120)은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 비, 흙먼지, 연기, 화염 등의 작업 및 운용환경 특성에 따른 증강현실 효과영상을 제공한다. 또한 3차원 지도를 오버랩 시켜서 훈련환경을 제공할 수 있다. 제어용 컴퓨터 시스템(120)은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 차체 또는 차체 및 특수 구조물 내부의 다수의 모형장치(112,114)를 실물 장치와 동일하거나 유사한 3차원 형상으로 제공하고 각 장치가 작동하는 모습을 제공한다. 제어용 컴퓨터시스템 (120)은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 차체 또는 차체 및 특수 구조물 외부형상을 실물 형상과 동일하거나 유사한 형상으로 제공한다. 차체 또는 차체 및 특수 구조물 내부에 장착되는 모형장치(112, 114)는 누름식 버튼, 토글 스위치, 회전식 스위치, 조정손잡이 등은 실물과 동일한 부품을 사용 하거나 동일한 기능을 수행하고 형상이 유사한 모형으로 제작하여 사용한다.
이하 본 발명에 따른 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터에 대하여 다른 실시 예를 도4를 통해 구체적으로 설명한다.
본 실시 예의 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터는 1개의 다축 서스펜션(130)과 1개의 차체 또는 차체 및 특수 구조물 구조물 (110), 특수차량의 특성에 따라 차체 내부에 장착되는 다수의 모형장치(111), 특수 구조물 내부에 장착하는 다수의 모형장치(112), 1개의 차체조종장치(113), 1개의 운전수석(114), 1개 또는 다수의 승무원석(115)의 하드웨어와 교육훈련용 증강현실 소프트웨어(122), 1개의 모션 제어 소프트웨어(124), 그리고 HMD 장치(142)가 장착된 1대의 HMD 컴퓨터 또는 다수의 HMD 컴퓨터(140), 교육훈련 및 모션제어 소프트웨어가 탑재된 1대 또는 다수의 제어용 컴퓨터시스템(120)으로 구성된다. HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)는 승무원이 착용하며, 현실공간에 실제와 유사한 가상환경을 제어용 컴퓨터 시스템(120)을 통해서 제공 받는다. 차체 또는 차체 및 특수 구조물(110)은 다축 서스펜션(130)에 설치되며 승무원들이 탑승하여 조종 및 운용 훈련시 실제 특수차량을 조작하는 것과 같은 조작감과 승차감을 제공한다. 다축 서스펜션(130) 은 제어용 컴퓨터시스템(120)으로부터 전송 받은 신호에 따라 상하, 좌우, 전고, 전저, 후고, 후저 등의 동작을 수행한다. 제어용 컴퓨터시스템(120)은 승무원에게 다양한 운용환경 및 작업상황, 차체 내외부 장치의 형상, 차체 내외부 장치의 동작 영상을 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 제공하고 지형 및 상황에 따른 동작 특성 신호를 다축 서스펜션(130)으로 보내 훈련이나 작업상황에 맞게 다축 서스펜션 (130)의 동작을 제어한다.
한편 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 제공하는 운용환경 및 작업상황은 X, Y, Z 의 3차원 공간감을 가진다. 제어용 컴퓨터시스템(120)은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)를 착용한 승무원의 시선에 따라 변하는 증강현실 영상을 HMD 장치(142)가 장착된 컴퓨터(140)로 제공한다. 또한 제어용 컴퓨터 시스템(120) 은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 차량의 주행 속도에 따른 속도감 및 이에 맞게 변하는 증강현실 영상을 제공한다. 제어용 컴퓨터시스템(120)은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 날씨, 온도, 바람 등의 환경변화에 따라 변하는 증강현실 영상을 제공한다. 제어용 컴퓨터시스템(120)은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 비, 흙먼지, 연기, 화염 등의 작업 및 운용환경 특성에 따른 증강현실 효과영상을 제공한다. 제어용 컴퓨터시스템(120)은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 차체 및 특수 구조물 내부의 다수의 모형장치(112,114) 에 실물 장치와 동일하거나 유사한 3차원 형상과 동작화면을 제공하고 각 장치의 작동영상을 제공한다. 또한 건물이나 지형지물의 정보는 각 객체들의 3차원 정보로부터 만들어 질 수 있다. 제어용 컴퓨터시스템(120)은 HMD 장치(142)가 장착된 HMD 컴퓨터(140)로 차체 및 특수 구조물 외부형상을 실물형상과 동일하거나 유사한 3차원 형상을 제공한다. 차체 및 특수 구조물 내부에 장착되는 모형장치(112,114) 는 수동조작을 위한 누름식 버튼, 토글 스위치, 회전식스위치, 조정손잡이 등은 실물과 동일한 부품을 사용하거나 동일한 기능이 수행되고 형상이 유사한 모형으로 제작한다. 또한 가상의 터치 판넬에 표시되고 작업자에 의하여 선택되거나 조작된 내용이 상기한 HMD 장치(142)에 표시가 될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 증강현실 기반의 특수차량 시뮬레이터용 교육훈련 소프트웨어 대하여 도5를 통해 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 특수차량 시뮬레이터의 교육훈련 소프트웨어는 증강현실 기술을 이용하여 개발한다. 본 발명은 증강현실 기술을 활용하여 실제 장치(여기서 말하는 장치는 조종장치, 제어장치, 유압장치 등 특정한 기능을 수행하는 부품 조립체를 의미함)를 사용하지 않고 실제 장치와 동일하거나 유사한 형상과 작동모습을 보여주거나 실제와 동일하거나 유사한 조작 기능을 가진 모형장치에 실제와 동일하거나 유사한 3차원 형상을 입혀 실제 장치가 작동하는 것과 같은 조작감과 모습을 보여주므로 기존 시뮬레이터에서 실물장치를 사용하여 운용 실습한 것과 동일하거나 유사한 사용자 경험을 준다. 이를 통해 실물장치를 사용하지 않아도 동일한 효과를 주어 제작 비용 및 년간 운용유지 비용을 절감할 수 있고 장치나 부품고장에 의한 훈련중단 사태를 방지할 수 있다. 또한 서로 다른 운영장비나 다수의 훈련자들이 상호 연동하여 다양한 작업환경에서 미리 훈련이 되어 질 수 있다. 상기한 HMD 장치(120)를 여러 훈련자들이 동시에 같은 공간 또는 상대적인 위치 공간에서 훈련되어질 수 있으며, 이러한 경우는 각각의 상기한 HMD 장치(120)가 여러대 일 수 있고, 상대적인 위치 정보를 획득하고 이를 기반으로 상기 HMD 장치(120)에서 상대방의 3차원 모델 이미지나 사전에 스캐너로 입력된 상대방의 이미지를 볼 수 있도록 할 수도 있다. 상기 HMD 장치(120)를 승무원이 착용하고 모형장치(130)를 바라보면, HMD 장치(120)에 내장된 영상입력장치(122) (“여기서 영상입력장치는 입력용 카메라가 될 수 있다.”)가 모형장치(130)의 형상 정보를 입력하여 제어용 컴퓨터시스템(110)으로 전송한다. 제어용 컴퓨터시스템(110)은 입력된 모형장치(130)의 형상을 분석하여 장치에 대한 정보를 판단하고 장치와 동일한 3차원 형상(126) 정보 및 동작정보를 모형장치 (130) 형상에 일치 하도록 HMD 장치(120)의 영상표시부(124)로 보낸다. HMD 장치(120)를 착용한 승무원은 실제 장치와 동일하거나 유사한 3차원 가상 장치영상을 제공받는다. 제어용 컴퓨터시스템은(110) 최초 분석된 모형장치(130) 정보를 기준으로 차체 또는 차체 및 특수 구조물 내외부의 모든 장치 정보를 분석하여 실제 특수차량의 차체 또는 차체 및 특수 구조물 내외부의 3차원 형상정보를 HMD 장치로 제공한다. 승무원이 손으로 모형장치(130)의 스위치나 버튼을 조작하면 HMD 장치(120)에 내장된 영상입력장치(122)가 모형장치(130)의 형상을 촬영하여 제어용 컴퓨터시스템(110)으로 전송한다. 제어용 컴퓨터시스템(110)은 영상정보를 분석하여 이에 적합한 3차원 형상(126) 정보 및 동작정보를 모형장치(130) 형상에 일치하도록 HMD 장치(120)의 영상표시부(124)로 보낸다. 이는 증강현실 영상과 모형장치 형상이 겹쳐져서 실제와 동일하거나 유사한 조작감과 사용자 경험을 준다. 이처럼 HMD 장치(120)를 착용하고 모형장치를 조작하는 조종수 또는 승무원 은 실제 장치를 사용하여 훈련하는 것과 동일하거나 유사한 사용자 경험을 가진다.
이하 본 발명에 따른 수동조작형 모형장치에 증강현실 영상을 겹치는 방식에 대하여 도6을 통해 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 증강현실기반의 특수차량용 시뮬레이터는 수동조작형 모형장치의 실제 형상에 가상의 영상을 입히는 방식으로 실제와 동일하거나 유사한 장치정보를
제공한다. 모형장치에 증강현실 영상을 정확하게 일치시키기 위해 먼저 모형장치의 위치와 형상을 정확하게 파악해야 한다. 이를 위해 사용되어 지는 형상 인식 방법 은 수동 조작형 모형장치(130)의 세개의 모서리에 증강현실 인식용 마크(A,B,C)를 부착한다. 영상입력장치(120)는 증강현실 인식용 마크(A,B,C)를 읽어 제어용컴퓨터
(110)로 보낸다. 제어용 컴퓨터는 인식용 마크(A,B,C)의 정보를 읽어 장치정보를
확인한다. 장치 정보가 파악되었으면 해당 장치에 대한 증강현실영상을 HMD 장치의 영상표시부(122)로 제공한다. HMD 장치는 실제 모형장치에 증강현실영상을 일치시
켜서 사용자에게 제공한다.
이상과 같이 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 다축 서스펜션
20 : 차체 및 특수구조물
30 : HMD 장치 또는 HMD 장치 내장 컴퓨터
40 : 제어용 컴퓨터
50 : 증강현실 제공 소프트웨어
60 : 동작제어 소프트웨어

Claims (6)

  1. 특수차량을 가상적으로 제어하기 위한 시스템으로서,
    차체;
    상기 차체에 설치되거나 인접하게 배치되는 적어도 하나 이상의 방향으로 움직이는 다축 서스펜션과 상기 움직임에 연동되어 움직이는 적어도 하나의 구조물;
    상기 차체 또는 상기 구조물에 설치되는 적어도 하나의 모형장치;
    상기 차체에 설치되거나 인접하게 배치되는 적어도 하나의 작업자용 의자;
    상기 차체 및 상기 차체와 상기 다축 서스펜션을 제어하기 위한 영상정보를 제공하는 증강현실 소프트웨어;
    상기 차체 및 상기 제어와 연동되어지고 상기 증강현실 소프트웨어에 연동되어질 수 있는 상기 차체 외부 환경정보;
    상기 차체 및 상기 다축 서스펜션의 움직임을 제어하는 동작제어 소프트웨어;
    상기한 증강현실 소프트웨어와 상기한 외부 환경정보와 상기한 동작제어 소프트웨어가 설치되는 적어도 하나의 컴퓨터;
    상기 작업자의 머리에 착용 가능하고 상기 컴퓨터에서 생성된 정보가 표시되는 적어도 하나 이상의 HMD 장치를 포함하는 특수차량 시뮬레이션 시스템.
  2. 제1항에 있어서
    상기 차체 또는 차체 및 특수구조물에 소수의 실물장치 및 구성품을 추가 사용하는 것을 특징으로 하는 특수차량 시뮬레이션 시스템
  3. 제1항에 있어서
    상기 영상입력장치를 포함한 HMD 장치는 자체적으로 컴퓨터를 포함하는 것을
    특징으로 하는 특수차량 시뮬레이션 시스템
  4. 제3항에 있어서
    상기 차체 또는 차체 및 특수구조물에 소수의 실물장치 및 구성품을 추가 사용하는 것을 특징으로 하는 특수차량 시뮬레이션 시스템
  5. 제1항에 있어서 상기한 컴퓨터와 상기한 HMD 장치는 상호 무선으로 신호를 송수신 하는 것을 특징으로 하는 특수차량 시뮬레이션 시스템
  6. 제1항에 있어서 상기한 HMD 장치는 상기 차체에 대한 상대적인 움직임 정보를 획득할 수 있는 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 특수차량 시뮬레이션 시스템
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