KR20200032854A - Vr hmd와 모니터 방식을 동시 적용하는 다목적 차량용 멀티모드 주행 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특수차량의 주행 시뮬레이터 장치에 관한 것으로 VR HMD(Head Mounted Display)를 기본 영상출력장치로 적용하되 모니터를 추가적으로 배치하여 훈련자의 기호에 따라 영상출력장치를 선택적으로 활용하거나 훈련교관의 평가용으로 적용할 수 있도록 구성한다. 의자위치와 훈련자의 동작인식 센서장치 등을 활용하여 훈련자의 눈위치를 자동으로 파악하여 해치 밖으로 고개를 내밀고 주행하는 헤드 아웃 주행(Head out Driving)과 해치를 닫고 내부에서 잠망경 등을 보면서 주행하는 헤드 인 주행(Head in Driving) 및 원근을 고려한 훈련영상이 실시간으로 훈련자에게 송출 가능하도록 한다. 잠망경 장치 내부 혹은 전면부에 배치된 별도의 소형 모니터를 통해 헤드 인 주행 시 잠망경 위치별로 적합한 주행영상을 훈련자에게 보여주고, 후방문 및 모니터를 자동으로 이송할 수 있도록 액츄에이터 장치를 내장하거나 의자조립체 아래에 훈련자에게 주행진동을 전달할 수 있는 반력 재현장치 등을 포함할 수 있다.

Description

VR HMD와 모니터 방식을 동시 적용하는 다목적 차량용 멀티모드 주행 시뮬레이터 {Multimode Driver Simulator for Multipurpose Vehicle using VR HMD and Monitor simultaneously}

본 발명은 특수차량용 주행 시뮬레이터 장치에 관한 것으로 VR HMD(Head Mounted Display)를 기본 영상출력장치로 적용하되; 모니터를 추가적으로 배치하여 훈련 상황에 따라 상기 시뮬레이터 시스템 내부 또는 외부에서 선택적으로 활용할 수 있도록 구성하여 사용자가 부분적으로 시스템 내부 및 외부의 위치에 따른 헤드 아웃 주행(Head out Driving)과 헤드 인 주행(Head in Driving) 등의 다양한 특수목적의 다기능 차량의 운용을 연습할 수 있게 하는 다목적 차량용 멀티모드 주행 시뮬레이터에 관한 것이다.

기존의 주행 시뮬레이터 장치는 실제 차량과 동일하게 만들어진 구조물 공간 내에서 모니터 혹은 프로젝트, 스크린으로 전시되는 차량 전방의 영상을 보면서 각종 조종장치를 조작함으로써 사용자 또는 훈련자에게 실제 차량에서와 동일한 주행경험을 제공한다. 구조물 아래에 모션플랫폼 장치를 배치하여 차량의 주행진동을 모사하게 되며, 이 때 모션플랫폼은 수백kg에서 수ton의 상부 구조물과 훈련자를 지탱하면서 진동을 포함하는 다양한 동적 자세제어 등을 발생시키는 형태가 일반적이다. 이러한 중량물의 모션을 제어하기 위하여서는 비례하여 고출력의 모션플랫폼 제어를 위한 별도의 통제장치가 필요하였다. 여기에 시뮬레이터 장치 제어와 훈련상황 모니터링 등의 기능을 더하여 별도의 통제시설을 구비하는 형태가 일반적이었다. 이는 다중의 통제장치의 적용을 통해 시설 안전을 강화하고, 중앙에서 필요시 다수의 시뮬레이터 훈련상황을 동시에 모니터링, 평가 및 통제할 수 있다는 장점은 있다. 그러나 반대로 개별 시뮬레이터의 구동과 정지 등 제어 조작을 할 때마다 별도의 통제시설을 거쳐야 한다는 것은 사용자의 편의성 측면에서는 분명 좋지 못한 방식이었으며 과도한 초기 비용 역시 문제가 되었다.

최근 기술의 발전으로 가상현실(VR, Virtual Reality), 증강현실(AR, Augmented Reality) 및 복합현실(MR, Mixed Reality) 등의 도입이 활발히 이루어지고 있으며, 이를 이용한 시뮬레이터 역시 다양한 분야에서 적용이 되고 있다. 뛰어난 영상 재현성능으로 기존 방식 대비 사용자의 몰입감을 키울 수 있으며, 하드웨어 구조물을 영상으로 대체하여 원가 절감의 효과를 기대할 수도 있다. 그 중에서도 가상현실 기술은 사용자의 몰입감을 향상시키는데 가장 효율적이나 VR HMD의 착용 시에는 사용자의 눈 앞의 시야를 차단하게 되므로 필요시에는 VR 영상으로 사용자의 움직임 혹은 주위의 풍경, 동작 변화 등을 표현해줄 필요가 있다. 또한 가상현실 등의 장치와 콘텐츠 등은 아직 도입단계 수준으로 일부 사용자들이 활용에 익숙하지 않거나 심지어 어지러움 등을 느끼는 경우도 존재하고 있다.

또한 특수 또는 다기능 차량의 경우에는 상황에 따라 운영시스템의 도어나 해치를 열고 조작자의 신체 일부가 차량이나 시스템 밖으로 나온 상황에서 운영이나 주행하는 헤드 아웃 주행(Head out Driving)과 도어나 해치를 닫고 시스템이나 차량 내부의 장치나 잠망경, 영상장비 등의 간접적인 장치를 통하여 조작 또는 주행하는 헤드 인 주행(Head in Driving)의 방법이 있으나 기존 훈련시스템이나 시뮬레이터 경우에는 모두 고개를 차량 밖으로 내밀고 모니터 혹은 스크린 영상을 바라보면서 헤드 아웃 주행 훈련만 가능하였다.

본 발명은 상기와 같은 기존 훈련시스템 또는 장치, 시뮬레이터의 문제점을 해결하고 개선하고자 창출된 것으로, 가상현실 기술을 기본으로 적용하여 사용자 몰입감 및 하드웨어 제작 축소로 시스템의 구성과 운영 등에서 원가절감 등을 제공하되, 가상현실 기술에 익숙하지 않은 일부의 사용자까지 만족시킬 수 있는 범용적인 시뮬레이터 장치를 제공하고자 한다. 또한 헤드 아웃 주행과 헤드 인 주행 등을 용이하게 가능하도록 하는 수단을 제공하면서, 별도의 통제장치와 시설은 제거하여 비용 절감 및 사용편의성을 도모하되 시뮬레이터 장치 자체에서 모든 장치제어 및 훈련교관을 위한 모니터링, 리뷰 등의 기능을 제공하고 시뮬레이터 훈련 중 사용자의 편의를 위한 여러가지 기능을 제공하자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 주된 사상은 먼저 VR HMD를 기본 영상출력 수단으로 적용하여 가상현실 기술이 가진 뛰어난 영상 성능으로 기존 방식 대비 훈련 실제감 및 사용자의 몰입감을 향상시키고 신체 부위의 접촉이 이루어지는 부위 외에는 훈련대상의 시스템이나 장치의 하드웨어 제작을 최소화하여 원가와 중량 및 부피를 줄이게 된다. 대상 시스템이나 장치등의 외부 환경들과의 피드백, 예를 들면 차량 주행진동 등은 가상현실을 구현할 수 있는 VR 영상 등으로 대체할 수 있다. 또한 액츄에이터를 복수개 조합한 반력재현 장치를 사용자의 신체와 접촉이나 체중이 인가되는 의자나 모션플랫폼에 적용할 수 있다. 추가적으로 기존 방식의 영상 출력방식을 선호하는 사용자를 위해 모니터 장치를 배치하여 VR HMD 모드와 모니터 모드를 선택적으로 사용할 수 있도록 한다. 모니터의 추가 배치를 통해 사용자 선택의 폭을 넓힐 뿐 아니라 VR HMD 모드로 훈련 시에는 모니터에서 훈련영상을 동일하게 전시함으로써 훈련교관을 위한 모니터링 영상을 제공하게 된다. VR HMD에서 헤드 인 주행 및 헤드 아웃 주행 모드 각각에 적합한 차량 전방의 영상을 송출함으로써 두 가지 주행훈련이 모두 가능하며, 모니터 모드의 훈련 시에는 헤드 아웃 주행 시에는 기존 방식의 시뮬레이터와 동일하게 해치 밖으로 고개를 내밀어 모니터 내 영상을 보며 훈련을 하고 헤드 인 주행 시에는 해치를 닫고 특수하게 고안된 잠망경을 통해 외부의 모니터를 바라보면서 주행훈련을 수행한다. 두 가지의 주행 또는 운영모드는 사용자의 선택에 따라 구현될 수 있다. 또한 VR HMD 또는 동작인식 센서장치 등에 의하여 구조물 조립체의 내측과 외측 등의 상대적인 위치의 센싱 값에 의하여 설정이 될 수 있다. 고출력 모션플랫폼 장치의 제거 및 모니터링 기능의 자체 내장을 통해 기존과 같은 별도의 통제장치는 불필요해지게 되고 시뮬레이터 장치 자체만으로 모든 기능을 충분히 제공할 수 있게 된다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예로써 특수차량의 모의 주행훈련이 가능한 시뮬레이터 장치는 구성장치들을 배치될 수 있는 구조물과 상기 구성장치들은 상하 또는 전후 등 위치 이동이 가능한 의자조립체와 사용자에 의하여 물리적 조작과 그에 따른 기구적 또는 전기적 조작신호를 송출할 수 있는 조종장치와 상기 시뮬레이터 장치의 상태정보를 나타내는 계기판 장치 등을 포함하여 구성될 수 있고, 상기 구성장치 중의 적어도 하나와 전기적 신호를 주고 받고 사용자의 상기 구조물 에서의 상대적 위치와 동작을 인식하는 동작인식 센서장치와 상기 조종장치와 계기판 장치, 동작인식 센서장치를 포함하는 상기 시뮬레이터 장치의 정보와 신호 등의 처리와 제어를 하는 제어장치, 그리고 상기 제어장치와 연동되는 VR HMD와 상기 구조물의 외측에 배치되는 모니터를 포함하는 영상출력장치를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 동작인식 센서장치의 정보를 이용하여 상기 영상출력장치를 선택적으로 사용 가능하도록 하여 멀티모드방식의 시뮬레이터 장치를 구현할 수 있다.

본 발명에 따른 시뮬레이터 장치는 내측과 외측이 시각적으로 구분되고 소정의 구성품들이 배치되는 구조물 조립체(1)와; 통제운용 소프트웨어(O/S)를 포함하는 영상, 음향, 센서 신호처리 및 상기 장치의 액츄에이터 등의 구동 제어수단들을 포함하는 제어장치(100); 상기 장치를 자유롭게 이동하고 원하는 위치에 고정하여 사용할 수 있도록 하는 이동장치(200); 를 구비하고 상기 구성품들은 조향장치, 가속페달, 제동페달, 주차페달 및 변속기어 등 시스템의 특징에 따라 필요한 조종장치(300); 또한 해치 장치(701), 잠망경 장치(702) 등의 부수장치(700); 계기판 장치(800); 등을 더 구비할 수 있다. 또한 선택적으로 구비될 수 있는 시스템이나 장치 또는 차량 등이 외부환경들과의 상호작용에 따른 피드백, 진동 등이 전달되거나 사용자 또는 훈련자의 승차를 지지하는 의자조립체(400)를 더 구비할 수 있고; 사용자의 동작 및 위치변화를 인지하는 동작인식 센서장치(500); 훈련 영상을 전시해주는 VR HMD(601)와 모니터(602) 등의 출력장치(600); 를 구비하여 구성이 될 수 있다.

구조물 조립체(1)는 일반적으로 실제 장비와 동일한 크기의 공간, 형상으로 만들어지며 이로 인해 실제 차량과 동일한 공간감각 등의 사용체감을 훈련자에게 제공한다. 주행훈련 중에는 선형 액츄에이터(11)를 수직 상승시켜 훈련자의 시야 앞에 모니터(602)를 위치시키고 그 외에는 보관 및 이동의 편의 등의 이유로 하강시켜 구조물 내에 위치시킬 수 있다. 후방문(21) 또한 액츄에이터(22)를 적용하여 개방, 밀폐가 가능한 구조로 구성하며, 이를 통해 사용 시에는 개방하여 훈련자가 그 상부를 밟고 시뮬레이터 장치 내부로 탑승할 수 있게 하며 사용 전후에는 밀폐하여 보관할 수 있도록 한다. 이 때 후방문용 액츄에이터(22)는 도 2에서와 같이 선형 형태의 액츄에이터를 적용하여 그 액츄에이터의 팽창, 축소를 통해 후방문(21)의 개방/밀폐를 가능케 할 수 있으며, 후방문(21)과 구조물의 힌지 부분에 로터리 액츄에이터를 적용하여 개방/밀폐 구조를 구성할 수도 있다.

제어장치(100)는 독자운용 소프트웨어를 내장하고, 훈련에 필요한 영상, 음향을 실시간으로 훈련자에 제공하면서 시뮬레이터 장치 내 각종 센서와 액츄에이터 등의 전기장치 구동과 제어, 그리고 시뮬레이터를 외부와 연결해 주는 네트워크 기능 등을 담당한다. 제어장치는 도 5와 같이 크게 그 기능별로 주제어장치(101)와 전기제어장치(102)로 구분될 수 있다. 주제어장치(101)는 시뮬레이터 장치의 기동과 운용이 가능하도록 GUI가 포함된 운용 소프트웨어(O/S) 및 하드웨어를 포함하고, 훈련자가 시뮬레이터 장치를 구동 후에 원하는 훈련 코스 또는 시나리오를 선택하면 해당되는 훈련 영상과 음향을 제공하여 준다. 이 때 정확한 차량 움직임과 중력, 간섭 등 현실과 동일한 물리법칙을 적용한 현실감 넘치는 영상 재현을 위해 내부 소프트웨어에는 차량 동역학 모델 등이 내장된 물리엔진을 탑재한다. 필요 시에는 타 모니터링, 평가 시스템에 접속할 수 있고 다른 시뮬레이터 장치와 네트워크로 연동하여 합동훈련 기능을 제공한다. 또한 훈련자의 조작에 따른 조종장치 센서 혹은 훈련자의 동작, 위치변화 등을 감지하는 동작인식 센서 장치(500)로부터의 신호 입력 시에는 전기제어장치(102)로부터 위치 및 동작 변화 신호를 전달받아 이를 영상으로 반영하고 또한 훈련자 고개 이동 등에 따른 영상 시점의 변화를 실시간으로 훈련자에게 반영한다. 또한 조종장치의 조작에 따른 차량 움직임 변화를 해당 주행상황을 고려하여 물리엔진에서 분석하여 구현하며, 이 때 차량의 주행진동을 실시간으로 계산하여 전기제어장치(102)로 전달함으로써 의자조립체에 함께 배치될 수 있는 반력 재현장치를 통해 차량의 움직임 및 진동에 따른 반력을 실시간으로 훈련자에게 전달할 수도 있다. 전기제어장치(102)는 조종장치 센서, 모니터 액츄에이터(12), 후방문 액츄에이터(22), 반력 재현장치, 그리고 그 외 의자조립체(400)와 부수장치(700) 등에 배치되어 해당 장치의 자세 변화를 인식하는 다양한 센서장치들에게 필요한 전원을 공급하며 센서의 전기신호를 받아 처리하여 현실의 물리값으로 변환하여 주제어장치(101)로 전달하여 사용자에게 피드백될 수 있도록 하며, 사용자의 GUI 조작 혹은 물리적 스위치 조작에 의해 발생된 주제어장치(101)의 신호를 받아 액츄에이터의 구동 제어를 수행한다. 액츄에이터는 후방문, 모니터 및 의자조립체의 반력 재현장치 등 시뮬레이터 장치 내 모든 액츄에이터 장치가 포함될 수 있으며 필요시 선형 액츄에이터에 거리센서(13) 배치 등을 통해 실시간으로 액츄에이터의 길이 변화를 감지하여 다시 전기 제어장치(102), 주 제어장치(101)와 전기 제어장치(102)를 순서대로 거쳐 원하는 만큼 액츄에이터의 길이 변화를 제어할 수 있다.

이동장치(200)는 구조물(1)의 하단부에 배치되어 시뮬레이터 장치를 자유롭게 원하는 위치로 이동 및 고정하여 사용할 수 있도록 한다.

조종장치(300)는 훈련자가 주행 훈련 중 차량의 움직임을 제어할 수 있는 모든 기구장치와 모든 개별 조종장치에는 그 조종장치의 조작여부와 조작 정도를 파악할 수 있는 센서장치(311)를 포함한다. 기구장치는 조향핸들, 변속 기어, 가속페달, 제동페달, 주차페달 및 주행상태 표시용 조작레버 등이다. 조향핸들의 조작에 따른 회전변화와 변속기어의 각 기어단 변화, 가속/제동/주차 페달의 시의 위치 또는 회전 변화 및 그 외 레버에는 조작 여부를 판단할 수 있는 센서 장치를 배치하여 조종장치(300)를 구성한다. 조종장치(300)의 조작 시 발생되는 센서 전기신호는 전기 제어장치(102)로 넘겨져 조향핸들의 회전각도 등의 물리값으로 변환되고 이는 다시 주 제어장치(101)로 넘겨져 조향핸들이 회전하는 영상으로 처리되고 영상 속 차량 역시 해당 조향핸들 각도에 대응되는 조향각으로 이동하게 된다. 센서장치는 도 4와 같이 거리, 회전각, 위치변화 등을 감지하는 센서 외에 센서의 제어를 담당하는 마이크로 프로세서와 센서의 전기신호를 필터링할 수 있는 회로, 그리고 필요 시에는 아날로그 전기신호를 디지털로 변환하여 무선으로 송신할 수 있는 전기회로 등이 포함된다.

의자조립체(400)는 훈련자가 자신에게 편안한 자세로 앉아 훈련할 수 있도록 상/하, 전/후 위치이동 및 등받이조절 기능을 일반적으로 제공하며, 이 때 본 발명에서는 위치 이동부와 등받이조절 회전부에 센서장치를 배치하여 위치 혹은 자세변화 시에는 전기제어장치(102)로 신호를 보내게 된다. 이를 통해 의자를 높여서 훈련하는 헤드 아웃 주행훈련인지, 의자를 내린 헤드 인 주행훈련인지 파악하게 되고 VR HMD상에 원근을 고려한 훈련영상을 송출할 수 있고 또한 변화된 의자의 위치와 자세를 영상으로 훈련자에게 피드백해 줄 수 있다. 또한 훈련자에게 주행 시의 노면에서의 진동 등에 의한 반력을 전달하기 위하여 반력 재현장치를 의자 아래에 추가적으로 설치할 수 있다. 반력 재현장치는 복수의 액츄에이터로 구성되어 차량의 출발, 정지, 노면의 요철로 인한 진동/충격, 그리고 조향 시에 탑승자에게 전해지는 반력을 재현하는 장치로써, 특정 노면 위를 주행하는 상태 혹은 훈련자의 조작에 의해 차량의 진동/충격이 발생하는 경우에는 주 제어장치에서 해당 조건에 대한 진동 프로파일 값을 계산하여 반력 재현장치로 전달하여 재현하게 된다.

사용자의 동작인식 센서장치(500)은 광학식, 기계식, 자력식 및 관성측정 방식 등 훈련자의 자세, 위치변화를 감지할 수 있는 모든 센서장치를 통틀어 지칭한다. 사용자의 손, 발, 몸, 머리 등 다양한 부위에 센서를 부착하던지 혹은 훈련자의 모습을 확인할 수 있는 위치에 광학장치를 배치하여 훈련자의 위치와 자세변화를 감지한다. 시스템 또는 장치의 내측과 외측 등의 상대적 위치 정보를 가지고 시스템의 운영이나 주행 등에서 실제 사용자의 위치기반으로 모드 전환을 할 수 있다. 또한 위치와 자세변화 시 이는 주 제어장치로 전해져 훈련자 아바타의 영상변화로 구현되며, 훈련자는 차량 등의 훈련 영상 위에 중첩된 자신과 동일한 행동을 하는 아바타를 보면서 각종 조종장치를 조작하고 현실감 있는 훈련을 할 수 있다.

모니터(602)와 VR HMD(601) 등의 출력장치(600)를 통해 훈련영상을 전시한다. 훈련자의 취향에 따라 출력장치를 모니터(602) 혹은 VR HMD(601)로 선택하여 사용할 수 있으며, 이 때 VR HMD(601)을 선택하여 훈련하더라도 모니터(602)는 교관 혹은 참관인용으로 훈련자와 동일한 영상 혹은 교관 또는 참관인이 선택적으로 영상뷰를 조작하여 훈련 영상을 모니터링할 수 있다. 훈련 음향은 모니터(602), VR HMD(601)에서 영상과 동시에 출력할 수도 있고 별도의 스피커를 설치하여 출력할 수도 있다.

군용 차량의 경우에는 일반적으로 훈련자가 해치(701)를 열고 고개를 구조물 밖으로 내밀어 주행하거나(헤드 아웃 주행, Head-out Driving) 혹은 해치(701)를 닫고 주간잠망경(702)이나 열상잠망경 모니터(703) 혹은 전/후방 카메라용 모니터(704)를 통해 전/후방을 살피면서 주행할 수 있다(헤드 인 주행, Head-in Driving). 본 발명 중 부수장치(700)를 통해 해치 조립체(701)와 잠망경 조립체(702) 그리고 열상잠망경 모니터(703) 및 전/후방 카메라 모니터(704) 등의 장치는 실제 차량의 구조와 동일하게 구성한다. 또한 여기서 해치 회전부(711)에는 해치의 여닫음 정도를 확인할 수 있는 센서장치를 부착하고 상태 변화 시에는 센서신호가 전기 제어장치(102)를 거쳐 주 제어장치(101)로 전달되어 실제 해치의 움직임이 그대로 영상으로 반영될 수 있도록 한다. 훈련자는 실 차량에서와 동일하게 헤드 아웃 및 헤드 인 주행을 본 발명의 시뮬레이터를 이용해서 수행할 수 있으며 그 방법은 다음과 같다. 헤드 아웃 주행은 먼저 해치(701)을 개방한 후, 훈련자 시야가 차량 외부를 충분히 바라보며 주행 가능한 위치까지 의자조립체(400)를 상승시키고 훈련자의 기호에 따라 모니터를 보면서 혹은 VR HMD를 착용하여 훈련을 한다. 제어장치(100)는 의자조립체(400)의 위치조절부에 배치된 센서가 보내는 신호를 통해 의자 위치가 변화되었는지 감지하고, 훈련자의 동작인식 센서장치(500)를 통해 사용자의 눈높이 위치를 파악하여 그에 해당하는 전방의 주행영상을 VR HMD를 착용한 훈련자에게 송출해 준다. 헤드 인 주행의 경우에는 해치를 닫고 의자를 하강시킨 후, 잠망경을 통해 모니터 화면을 보면서 주행을 하거나 VR HMD를 착용하여 훈련을 할 수도 있다. 여기서 잠망경 장치(702)를 통해 외부의 모니터를 볼 때, 예를 들어 도1과 같이 좌측, 중앙, 우측의 3개의 잠망경으로 구성이 된 장치에서는 중앙의 잠망경에서는 모니터를 향하기는 하지만 시야에 꽉찬 화면이 정중앙에 위치하지 않는 문제가 있으며, 좌/우의 잠망경에서는 아예 보이지 않는 문제가 있다. 이에 잠망경 장치 내부 혹은 장치 전면에 별도의 작은 모니터를 부착하여 이를 통해 각각의 잠망경 위치에 적합한 영상을 훈련자에게 보여줄 수 있다. 제어장치(100)에서 의자조립체(400)의 위치조절부에 배치된 센서로부터의 신호를 통해 의자 위치가 변경되었는지 파악하고, 훈련자의 동작인식 센서장치(500)를 통해 사용자의 눈높이 위치를 파악하여 알맞은 전방의 주행영상을 VR HMD를 착용한 훈련자에게 송출해 준다. VR HMD를 착용 시에는 가상현실 속의 잠망경으로 아바타가 접근하면 잠망경을 통해 차량 전방의 풍경을 볼 수 있도록 하여 현실과 같은 훈련을 재현한다.

계기판 장치(800)는 기본적으로 LCD 혹은 LED 등의 패널에 차량의 속도, 엔진 RPM, 기어 단수 및 엔진 구동시간 등의 기본적인 가동정보를 전시하고, 차량 내 전기 공급, 엔진 시동 및 그 외 차량 조작을 위한 스위치 그리고 터치스크린 등이 포함될 수 있다. LCD 혹은 LED 등의 패널에는 주제어장치에서 계산되어진 차량의 실시간 주행 가동 정보 등이 그래프, 텍스트 등으로 표현되거나 그 외 차량 상황에 대한 단순 알람, 내용이 간단한 문구 혹은 그림으로 표시될 수 있다

이상 설명한 본 발명에 의하면, 사용자의 선택 또는 위치정보에 따라 VR HMD 혹은 모니터를 사용하여 헤드 인 혹은 헤드 아웃 방식으로 선택적인 주행 훈련이 가능하며 잠망경 장치 등의 부가적인 장치들을 통해 훈련의 효과를 증대시키는 동시에, 추가적인 외부 통제시설이 필요없이 시뮬레이터 내부에 자체 제어장치로 시뮬레이터 장치의 모든 제어가 가능해지고 자유로운 이동 및 고정이 가능하여 사용자의 이용 편의성을 극대화시키는 동시에 개발원가 절감 또한 가능하다.

도 1은 본 발명의 전체 입체 평면도
도 2는 본 발명의 후면도
도 3은 본 발명의 내부 입체 평면도 (구조물 및 구조물 인근 장치 제외)
도 4는 본 발명의 내부 측면도
도 5는 본 발명 중 제어장치 구성도
도 6은 본 발명의 운용 방식 설명을 위한 순서도

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 작동 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 작동 예는 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며 실제 실시는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1~4는 상기한 사상을 구현하기 위한 시뮬레이터 장치 구성도이다. 시뮬레이터 장치는 VR HMD(601)와 모니터(602)를 모두 구비하여 사용자의 기호에 따라 선택할 수 있는 영상 출력장치를 구비하고 있으며, 이 때 주제어장치(101) 내의 물리엔진에서 VR HMD(601) 혹은 모니터(602) 각각에 해당되는 훈련 영상을 제공해 주게 된다. 모니터(602)를 선택한 훈련 시에는 차량 전방의 풍경과 주행 영상을 모니터에 계속 공급하되 훈련자의 조향핸들, 가속/제동페달, 변속레버 등의 조종장치(300) 조작 시에는 각각의 조종장치에 배치된 센서에서 해당 움직임을 감지하여 전기제어장치(102)로 그 전기신호를 전달하게 되고 그 신호는 핸들 조향각, 페달 작동각, 변속레버의 기어 단 등의 물리값으로 변환되어 주제어장치(101)으로 전달되게 된다. 주제어장치(101)에서는 이를 반영한 차량의 움직임 변화를 재산출하여 모니터(602)로 송출하여 훈련자에게 피드백하게 된다. VR HMD(601)를 선택한 훈련 시에는 동작인식 센서장치(500)가 훈련자의 위치 및 바라보고 있는 방향을 감지하여 그에 해당하는 영상을 주제어장치(101)에서 송출하게 되며, 이에 실제 장비에서 주행훈련을 하는 것과 같은 현실감을 사용자에게 부여하게 된다. VR HMD(601)의 착용으로 인해 가려진 시야 문제는 동작인식 센서장치(500)에서 감지된 신체 움직임과 조종장치(300), 의자조립체(400), 해치 조립체(701) 등에 배치된 센서로부터 해당 장치의 움직임 변화 등을 감지하여 실시간으로 VR HMD(601) 영상으로 반영하는 것으로 해결한다. 영상뿐만 아니라 의자조립체(400) 아래에 복수개의 액츄에이터로 구성된 반력 재현장치를 배치하여 차량의 주행진동 등을 모사할 수도 있으며, 이를 통해 주행훈련의 몰입감을 더욱 증대시키는 것이 가능하다. 이는 해당 시점 노면 등의 주위 환경과 차량 상태, 그리고 센서를 통해 감지된 훈련자의 조종장치(300) 조작 상황을 바탕으로 차량의 움직임, 주행 진동을 주제어장치(101)에서 계산하고 이를 토대로 반력 재현장치의 개별 액츄에이터 제어를 통해 재현하게 된다. 모든 훈련이 종료되면 전원 차단 후 해치 조립체(701)를 밀폐하고 의자 조립체(400)를 제위치로 이동시킨 후에 모니터(602)는 구조물 내부로 하강, 이동시키고 후방문(21)은 밀폐하여 원하는 보관위치로 시뮬레이터 장치를 이동하여 보관한다.

기존의 시뮬레이터 장치는 무거운 구조물 장치 전체를 지지하면서 주행 진동을 발생시키는 대용량의 모션플랫폼 장치를 적용하기에 이를 위한 별도의 전용 통제장치가 필요하였고, 시뮬레이터 장치를 통합 제어 및 훈련 상황 모니터링을 위한 별도의 통제룸이 필요하였다. 본 발명의 주행 시뮬레이터는 VR 가상현실을 기본 영상 출력매체로 적용함으로써 기존 대비하여 하드웨어 적용을 최소화하여 시스템 부담을 줄이고, 가상현실의 뛰어난 몰입감으로 모션플랫폼을 제거하거나 혹은 용량을 줄여 의자조립체(400)에만 적용함으로써 별도로 필요하였던 통제장치를 제거하여 시뮬레이터 장치 내부에 모든 제어장치의 탑재가 가능하다. 개별 시뮬레이터는 제어장치 내에 독자운용이 가능한 소프트웨어를 내장하고 있으며, VR HMD를 활용한 훈련 시에는 배치되어 있는 모니터를 통해 훈련교관용의 모니터링 및 평가용 영상을 전시할 수 있다. 별도의 전용 통제장치 및 시설이 불필요해지고 시뮬레이터 장치 내에 모두 포함을 하지만, 외부 시스템과의 연동 및 네트워크 연결 등은 제어장치 내에 기능을 포함하고 있어 필요시 활용이 가능하다.

이와 같은 구조의 본 발명에 의하면 특수차량용 주행 훈련을 위해 VR HMD와 모니터를 훈련자의 기호에 맞게 선택적으로 사용가능하고, 헤드 인 및 헤드 아웃 주행훈련이 모두 가능하다. 기존과는 달리 별도의 통제장치와 시설이 필요없이 시뮬레이터 장치 내에 모든 제어기능을 내장하고, 훈련교관을 위한 모니터링 기능을 제공한다.

도 6은 본 발명의 주된 사상이 구현되는 순서도이다. 이동장치(200)를 활용하여 훈련을 하고 싶은 위치로 시뮬레이터 장치를 이동 및 고정시킨 후, 액츄에이터를 작동하여 후방문(21)을 개방하고 모니터(602)를 상부로 이동시킨다. 시뮬레이터 구동 시에 훈련자는 기호에 따라 VR HMD(601) 혹은 모니터(602)를 선택하여 훈련이 가능하며, 해치를 개방하고 밖으로 고개를 내밀고 훈련하는 헤드 아웃 주행 혹은 해치를 밀폐하고 내부에서 잠망경 등을 보며 훈련하는 헤드 인 주행 등의 주행 방식 또한 선택할 수 있다. VR HMD(601)를 선택한 훈련 시에는 헤드 아웃 혹은 헤드 인 주행 방식에 따라 의자 높이와 조향핸들 각도 등을 조정하고 해치를 개방 혹은 밀폐하고 착용한 VR HMD 내의 영상에 따라 훈련을 진행하며, 이 때 모니터 영상을 통해서 훈련 교관은 훈련 내용을 모니터링 하고 평가할 수 있다. 모니터(602)를 선택한 훈련 시에는 헤드 아웃 및 헤드 인 주행 방식에 따라 역시 의자 높이와 조향핸들 각도 등을 조정하고 해치를 개방 혹은 밀폐 후에 모니터 화면 또는 잠망경을 보면서 훈련을 진행한다.

제어장치(100)는 의자조립체(400)의 위치조절부에 배치된 센서와 동작인식 센서장치(500)로부터의 신호 분석을 통해 훈련자의 눈위치를 실시간으로 파악하여 헤드 인 혹은 헤드 아웃 주행 및 원근 등으로 고려한 훈련영상을 송출해준다. 잠망경 외에도 열상 잠망경 모니터(703) 혹은 전/후방 카메라용 모니터(704) 등을 관찰하며 모니터를 사용한 헤드 인 주행훈련이 가능하다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 실시 예는 본 발명이 구체화되는 하나의 실시 예에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1 : 시뮬레이터 구조물 조립체 11 : 모니터용 액츄에이터 장치
21 : 후방문 22: 후방문용 액츄에이터 장치
100 : 제어장치 101 : 주제어장치
102 : 전기제어장치 200 : 이동장치
300 : 조종장치 400 : 의자 조립체
500 : 동작인식 센서장치 600 : 출력장치
601 : VR HMD 602 : 모니터
700 : 부수장치 701 : 해치 조립체
702 : 주간잠망경 장치 703 : 열상잠망경 모니터
704 : 전/후방 카메라용 모니터 711 : 해치 회전부
800 : 계기판 장치

Claims (7)

1. 특수차량의 모의 주행훈련이 가능한 시뮬레이터 장치에 있어서,
   구성장치들을 배치될 수 있는 구조물;
   상기 구성장치는
   상하 또는 전후 등 위치 이동이 가능한 의자조립체;
   사용자에 의하여 물리적 조작과 그에 따른 기구적 또는 전기적 조작신호를 송출할 수 있는 조종장치;
   상기 시뮬레이터 장치의 상태정보를 나타내는 계기판 장치; 등을 구비하고
   상기 구성장치 중의 적어도 하나와 전기적 신호를 주고받고 사용자의 상기 구조물 에서의 상대적 위치와 동작을 인식하는 동작인식 센서장치;
   상기 조종장치와 계기판 장치, 동작인식 센서장치를 포함하는 상기 시뮬레이터 장치의 정보와 신호 등의 처리와 제어를 하는 제어장치;
   상기 제어장치와 연동되는 VR HMD와 상기 구조물의 외측에 배치되는 모니터를 포함하는 영상출력장치; 를 포함하여 상기 동작인식 센서장치의 정보를 이용하여 상기 영상출력장치를 선택적으로 사용 가능한 멀티모드방식의 시뮬레이터 장치
   
2. 제1항에 있어서, 상기 구성장치는 잠망경 장치를 더 포함하여 구성할 수 있고,
   상기 잠망경 장치 내부 또는 장치 전면부에 별도의 모니터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티모드방식의 시뮬레이터 장치
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제어장치는,
   의자조립체의 위치조절부에 배치되는 센서와 상기 동작인식 센서장치로부터의 신호로부터 훈련자의 눈위치를 파악하여 헤드 인 또는 헤드 아웃 주행 및 원근 등을 고려한 훈련영상을 자동으로 송출해주는 것을 특징으로 하는 멀티모드방식의 시뮬레이터 장치
   
4. 제1항에 있어서, 상기 의자조립체는,
   복수개의 선형 액츄에이터로 구성된 반력 재현장치를 그 하부에 배치하여 차량 주행 진동 및 충격 등을 주행훈련 중에 훈련자에게 부여하는 것이 가능한 멀티모드방식의 시뮬레이터 장치
   
5. 제1항에 있어서, 상기 구조물은,
   모니터를 자동으로 상승 혹은 하강시킬 수 있는 액츄에이터를 적용하여 훈련 시에는 눈높이에 맞추어서 사용하고 비훈련 시에는 구조물 내부로 하강, 수납하여 보관하는 것이 가능한 멀티모드방식의 시뮬레이터 장치
   
6. 
   
7. 제1항에 있어서, 상기 구조물은,
   후방문을 자동으로 개방 혹은 밀폐시킬 수 있는 액츄에이터를 적용하여 훈련 시에는 개방하여 훈련자가 후방문을 밟고 편하게 탑승 또는 하차할 수 있고 비훈련시에는 밀폐, 보관하는 것이 가능한 멀티모드방식의 시뮬레이터 장치
   제1항에 있어서, 상기 시뮬레이터 장치는,
   상기 구조물의 외측 하부에 배치되어 상기 시뮬레이터 장치를 소정의 위치로 이동시키고 필요에 따라 고정시킬 수 있는 이동장치;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 멀티모드방식의 시뮬레이터 장치
   
   

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