KR20200058872A - Hmd 기반의 크로마키 기술을 적용한 몰입형 비행전술 시뮬레이터 영상시스템 - Google Patents

Hmd 기반의 크로마키 기술을 적용한 몰입형 비행전술 시뮬레이터 영상시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 항공기의 조종사실을 모사하여 구비되는 모사 조종사실, 방향 및 자세를 측정할 수 있는 센서부를 포함하며, 영상을 촬영할 수 있도록 구성된 카메라를 포함하며, 조종사의 머리에 착용할 수 있도록 구성되는 HMD, 조종사실의 외부에 구비되는 스크린 및 카메라로부터 획득된 영상에서 스크린이 촬영된 부분에 가상의 외부영상을 합성하여 HMD에서 표시할 수 있도록 영상을 합성하는 영상처리부를 포함하여 구성되는 비행전술 시뮬레이터 영상시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비행전술 시뮬레이터의 영상시스템은 몰입형 HMD기기를 사용하되, See-Through가 되지 않는 단점을 카메라를 이용하여 극복할 수 있다. 그리고 조종사가 시각적으로 인식할 수 있는 정보의 일부는 현실 영상으로 구성하되 외부의 영상을 크로마키 영상으로 합성하여 표시할 수 있으므로 저비용으로 영상시스템을 구축할 수 있다.

Description

HMD 기반의 크로마키 기술을 적용한 몰입형 비행전술 시뮬레이터 영상시스템{Immersive Flight Simulator Image System with HMD-based Chroma Key Technology}
본 발명은 비행전술 시뮬레이터 영상시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 가상 외부 영상을 크로마키 기술을 이용하여 HMD에 시현한 몰입형 비행전술 시뮬레이터 영상시스템에 관한 것이다.
시뮬레이터는 군수 뿐만 아니라 민수 산업전반에 걸쳐서 Interactive한 훈련 및 학습용으로 사용이 되고 있으며, 사용 목적과 비용에 따라서 다양한 형태의 시뮬레이터가 존재하고, 앞으로 그 중요성 및 적용 분야가 확장될 것으로 다수의 ICT 전문가들이 예측하고 있다.
비행 시뮬레이터는 전통적으로 조종사의 조종관련 신호 입출력을 담당하는 조종석 시스템, 조종입력을 사용하여 비행성능 및 조종석 계기의 값을 계산하는 호스트 시스템, 조종석 외부 영상 환경을 생성하는 영상 발생장치와 발생된 가상 영상 이미지를 시현하는 시현장치 등으로 구분될 수 있다.
종래의 조종사 비행훈련 및 전술훈련을 위한 시뮬레이터는 조종석 밖의 외부 영상 FOV(Field of View: 시야각)가 크면 클수록 유리한 반면에 비용적인 부담이 있어 왔다. 또한 조종석 외부의 외부 영상 환경을 시현하는 장치는 스크린에 가상영상을 투사하는 프로젝션 또는 TV 혹은 모니터에 디스플레이되는 방식으로 구분되었다.
이러한 종래기술과 관련하여 대한민국 공개특허 제19950008655호가 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래의 기술은 곡면 또는 평면에 가상현실의 영상을 투사하는 방식이므로 사실성이 결여되어 있고, 360도의 몰입감을 주기 위해서는 비용이 많이 소요되며 시현장치의 설계 난이도 또한 높아지는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 19950008655호
본 발명은 종래의 비행 전술 시뮬레이터에서 조종사에 몰입감을 주기 위한 시스템의 구축에 많은 비용이 소모되며, 설계 난이도가 높은 문제점을 해결하기 위한 비행전술 시뮬레이터 영상시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 항공기의 조종사실을 모사하여 구비되는 모사 조종사실, 방향 및 자세를 측정할 수 있는 센서부를 포함하며, 영상을 촬영할 수 있도록 구성된 카메라를 포함하며, 조종사의 머리에 착용할 수 있도록 구성되는 HMD, 조종사실의 외부에 구비되는 스크린 및 카메라로부터 획득된 영상에서 스크린이 촬영된 부분에 가상의 외부영상을 합성하여 HMD에서 표시할 수 있도록 영상을 합성하는 영상처리부를 포함하여 구성되는 비행전술 시뮬레이터 영상시스템이 제공될 수 있다.
한편, 영상처리부는 가상의 외부 영상은 시뮬레이터로부터 수신되는 정보에 따라 외부의 지형지물 및 특수효과를 포함하여 표시될 수 있다.
또한, 영상처리부는 HMD에 구비된 센서로부터 신호를 수신하며, HMD의 방향 및 자세에 따라 가상의 외부 영상을 표시하도록 구성될 수 있다.
나아가 영상처리부는 시뮬레이터로부터 수신된 항공기의 자세 및 방향과 HMD의 자세 및 방향에 따라 가상의 외부 영상을 표시할 수 있다.
한편, 스크린은 그린 스크린으로 구비될 수 있다.
또한, 스크린은 시뮬레이터 조종사실을 소정거리 이격된 돔 스크린으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 비행전술 시뮬레이터 영상시스템은 실시간으로 촬영하는 영상과 가상 현실의 영상을 크로마키 기법으로 합성하여 표시할 수 있어 몰입감을 높일 수 있으며, 시스템 구축시 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예인 비행전술 시뮬레이터 영상시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예인 비행전술 시뮬레이터 영상시스템의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 비행전술 시뮬레이터의 영상처리에 관한 순서도이다.
도 4는 가상 영상과 현실 영상을 표시한 도면이다.
도 5는 합성되어 HMD에 표시되는 영상을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 HMD 기반의 크로마키 기술을 적용한 몰입형 비행전술 시뮬레이터 영상시스템에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예인 비행전술 시뮬레이터 영상시스템(1)의 블록도이며, 도 2는 본 발명에 따른 일 실시예인 비행전술 시뮬레이터 영상시스템(1)의 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비행전술 시뮬레이터 영상시스템(1)은 HMD(10)(Head Mount Display), 영상처리부(20) 및 스크린(30)을 포함하여 구성될 수 있다. 비행 전술 시뮬레이터는 조종석 시스템과 함께 영상처리부(20)가 구비되어 모사 조종석실(40)에서 발생시키는 조종입력에 따라 영상처리부(20)에서 영상을 처리하여 HMD(10)에 시현되도록 구성될 수 있다.
HMD(10)는 시뮬레이션을 수행하는 조종사의 머리에 착용하여 영상을 디스플레이 할 수 있도록 구성된다. HMD(10)는 카메라(11), 센서부(12) 및 디스플레이부(13)를 포함하여 구성될 수 있다.
카메라(11)는 HMD(10)를 조종사가 착용했을 때 조종사가 바라보는 방향의 영상을 촬영할 수 있도록 구성될 수 있다. 카메라(11)는 후술할 가상 영상과 현실 영상을 실시간으로 합성하여 디스플레이될 때 사용자가 바라보는 방향의 실제 영상이 일부 포함될 수 있도록 사용자의 얼굴이 바라보는 방향으로 배치될 수 있다. 또한 카메라(11)는 입체감을 표현할 수 있도록 인간의 눈과 마찬가지로 한 쌍으로 구성되며 인간의 눈 사이의 간격만큼 서로 수평방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
센서부(12)는 HMD(10) 내부에 구비되며, 조종사의 얼굴의 방향을 감지하여 영상처리부(20)로 전송할 수 있도록 구성될 수 있다. HMD(10)를 착용한 경우 머리의 움직임에 따라 화면에 시현되는 방향이 달라져야 하므로 이를 감지하기 위해 구비된다. 센서부(12)는 일 예로 자이로 센서로 구성되어 조종사 머리의 위치와 자세에 따른 측정값을 출력하며, 조종사가 바라보는 방향 및 얼굴의 기울임에 따른 표시화면의 기준으로 활용될 수 있다.
디스플레이부(13)는 HMD(10)를 착용하였을 때 사용자의 안구 측을 향하여 시현될 수 있도록 구성되며, 좌우 안구 각각에 대하여 다른 화면을 표시할 수 있도록 구성되어 입체감을 전달할 수 있도록 구성된다. 다만 이와같은 디스플레이부(13)의 구성은 널리 쓰이고 있는 구성이므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
영상처리부(20)는 전술한 HMD(10)로부터 획득된 영상으로부터 조종석 시스템 외부의 영역에 가상의 외부영상을 합성하여 표시할 수 있도록 구성된다. 영상처리부(20)는 외부영상과 조종석 시스템 내부의 영상을 용이하게 분리할 수 있도록 크로마 키(Chroma key) 기법을 이용하여 영상을 합성할 수 있도록 구성될 수 있다.
영상처리부(20)는 외부의 비행전술 시뮬레이터(1)로부터 현재 시뮬레이션에 따른 가상의 외부 영상에 대한 정보를 수신하며, HMD(10)로부터 획득된 얼굴의 방향 및 자세에 따라 디스플레이될 영상을 처리할 수 있다.
스크린(30)은 조종석 시스템을 전체적으로 감쌀 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 스크린(30)은 조종석에서 조종사의 시야로 영상을 획득하였을 때 합성될 영역에 대한 인식을 용이하게 할 수 있도록 특별한 색조를 갖도록 구성될 수 있다. 스크린(30)은 조종사가 좌석에서 시선방향에 따라 360도 전방향에 대한 가상 외부 영상이 표시될 수 있도록 조종석 시스템을 360도로 감싸는 반구 형태의 돔형 스크린(30)으로 구성될 수 있다. 여기서 스크린(30)은 크로마 키 기법에 사용되는 그린 스크린(30)으로 구성될 수 있다.
이하에서는 영상처리부(20)의 기능에 대하여 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 비행전술 시뮬레이터(1)의 영상처리에 관한 순서도이며, 도 4는 가상 영상과 현실 영상을 표시한 도면이고, 도 5는 합성되어 HMD(10)에 표시되는 영상을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 영상처리부(20)에서는 조종석에서 촬영된 현실 영상 단계(S100), 조종석 외부영상 생성단계(S200), 크로마키 처리단계(S300) 및 HMD 영상 출력단계(S400)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 시뮬레이션의 진행에 따라 변화되는 항공기의 콕핏 외부의 가상영상을 이용하여 수행될 수 있다.
여기서 현실 영상 획득 단계(S100)는 전술한 바와 같이 HMD(10)를 이용한 실제 영상이며, 이 영상에는 도 4(b)와 같이 조종사의 시야로 확인되는 계기판을 포함한 조종석 내부의 모습과 외부의 그린 스크린(30)이 함께 포함된다. 한편 전술한 바와 같이 한 쌍의 카메라(11)로 촬영하므로 두 개의 영상이 확보될 수 있다.
조종석 외부영상 생성 단계(S200)는 시뮬레이션의 진행에 따라 비행전술 시뮬레이터(1)로부터 수신되는 데이터를 기반으로 현재 콕핏에서 확인할 수 있는 외부 영상데이터가 된다. 영상데이터 중 현재 조종사의 시야방향과 자세에 따라 표시되어야 할 가상 영상 데이터를 생성하게 된다.
크로마키 처리단계(S400)는 획득된 현실영상으로부터 인식되는 그린 스크린(30) 영역에 대하여 가상 영상 데이터를 합성하여 수행된다. 크로마키 처리는 후술할 HMD(10)에서 입체감을 느낄 수 있도록 양쪽 안구 각각에 표시되는 영상을 동시에 합성하도록 구성될 수 있다. 한편, 크로마키 처리는 종래의 다양한 방법으로 수행될 수 있으므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
HMD 영상출력 단계(S400)은 크로마키 처리되어 조종석의 실제 영상과 조종석 외부의 가상 외부 영상이 합성된 형태로 디스플레이 된다.
도 5를 살펴보면, HMD(10)의 좌측카메라(11)에서 촬영된 영상과 좌측 눈으로 바라볼 때 가상 외부 영상이 합성된 영상이 나타나 있으며, 우측카메라(11)에서 촬영된 영상과 우측 눈으로 바라볼 때 가상 외부 영상이 합성된 영상이 나타나 있다. 두 영상은 HMD(10)에서 좌우측 안구 각각에 표시되도록 구성될 수 있다.
이와같이 구성된 경우 실제 사용자는 조종석 내부의 영상을 현실과 동일하게 인식할 수 있으며, 사용자가 시각적으로 인식할 수 있는 정보인 자신의 손 동작, 조종간의 움직임, 계기판 등의 정보는 조종석 시스템에서 실제로 구현되는 영상을 그대로 촬영하여 디스플레이되므로 현실과 이질감을 최소화 할 수 있으며, 외부의 영상은 별도의 가상 영상으로부터 합성하여 조종석 시스템 외부의 화면으로 합성하므로 조종사가 느끼는 현실감을 극대화 할 수 있다.
또한 조종석 시스템의 외부에는 돔형 스크린(30)이 구비되므로 조종사가 실제로 확인해야 하는 외부의 시야에 대하여 모든 부분에 가상 영상으로 합성하여 인식시킬 수 있게 된다.
이상에 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 비행전술 시뮬레이터의 영상시스템은 몰입형 HMD기기를 사용하되, See-Through가 되지 않는 단점을 카메라를 이용하여 극복할 수 있다. 그리고 조종사가 시각적으로 인식할 수 있는 정보의 일부는 현실 영상으로 구성하되 외부의 영상을 크로마키 영상으로 합성하여 표시할 수 있으므로 저비용으로 영상시스템을 구축할 수 있다.
1: 비행전술 시뮬레이터 영상시스템
2: 비행전술 시뮬레이터
10: HMD
11: 카메라
12: 센서부
13: 디스플레이부
20: 영상처리부
30: 돔 스크린
40: 모사 조종사실
100: 스크린 촬영영역
S100: 현실 영상 획득 단계
S200: 조종석 외부영상 생성단계
S300: 크로마키 처리단계
S400: HMD 영상 출력단계

Claims (6)

  1. 항공기의 조종사실을 모사하여 구비되는 모사 조종사실;
    방향 및 자세를 측정할 수 있는 센서부를 포함하며, 영상을 촬영할 수 있도록 구성된 카메라를 포함하며, 조종사의 머리에 착용할 수 있도록 구성되는 HMD;
    상기 조종사실의 외부에 구비되는 스크린; 및
    상기 카메라로부터 획득된 영상에서 상기 스크린이 촬영된 부분에 가상의 외부영상을 합성하여 상기 HMD에서 표시할 수 있도록 영상을 합성하는 영상처리부를 포함하여 구성되는 비행전술 시뮬레이터 영상시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 가상의 외부 영상은 시뮬레이터로부터 수신되는 정보에 따라 외부의 지형지물 및 특수효과를 포함하여 표시되는 것을 특징으로 하는 비행전술 시뮬레이터 영상시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 HMD에 구비된 센서로부터 신호를 수신하며, 상기 HMD의 방향 및 자세에 따라 상기 가상의 외부 영상을 표시하는 것을 특징으로 하는 비행전술 시뮬레이터 영상시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 영상처리부는,
    상기 시뮬레이터로부터 수신된 항공기의 자세 및 방향과 상기 HMD의 자세 및 방향에 따라 상기 가상의 외부 영상을 표시하는 것을 특징으로 하는 비행전술 시뮬레이터 영상시스템.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 스크린은 그린 스크린으로 구비되는 것을 특징으로 하는 비행전술 시뮬레이터 영상시스템.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 스크린은 상기 시뮬레이터 조종사실을 소정거리 이격된 돔 스크린으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비행전술 시뮬레이터 영상시스템.
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CN113636068A (zh) * 2021-07-01 2021-11-12 南京理工大学 一种多模态人机混合交互的飞行器座舱
KR20220030028A (ko) 2020-09-02 2022-03-10 ㈜녹스코리아 모듈형 콕핏을 구비하는 탁상형 비행 시뮬레이터, 이를 이용한 비행 전술 시뮬레이션 시스템 및 방법

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KR950008655A (ko) 1993-09-27 1995-04-19 엄길용 형광체 침전방법 및 장치

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