KR20220094981A - 3ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템 및 그 방법 - Google Patents

3ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 안전교육 가상체험을 위한 3D 모델 기반의 VR 모델 라이브러리를 생성함으로써 플랫폼 환경에 따라 사용자가 원하는 플랫폼 기능들을 제공하기 위한, 3D 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 3D 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템은, 안전교육 가상체험을 수행하려는 설비의 데이터로부터 상기 설비에 대한 3D 모델을 생성하여 VR 모델로 인식할 수 있는 3D 모델 그룹을 형성하기 위한 3D 모델 생성부(110); 작업환경내 위험상황에 따라 안전교육에 대한 이벤트를 정의하여 상기 이벤트를 3D 모델 그룹에 대응하기 위한 안전교육 이벤트 생성부(120); 상기 3D 모델 그룹과 상기 이벤트를 조합하여 VR 모델링 과정을 통해 VR 모델을 생성하기 위한 VR 모델 생성부(130); 상기 VR 모델에 대해 VR 엔진의 동작파일을 생성하여 VR 모델 라이브러리에 등록하기 위한 VR 라이브러리 생성부(140); 및 상기 VR 모델 라이브러리를 플랫폼 환경에 따라 변환하여 해당 플랫폼에 제공하기 위한 플랫폼 제어부(180);를 포함한다.

Description

3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템 및 그 방법{SAFETY EDUCATION VIRTUAL EXPERIENCE SYSTEM OF 3D EQUIPMENT MODEL AND METHOD THEREOF}
본 발명은 3D 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 안전교육 가상체험을 위한 3D 모델 기반의 VR 모델 라이브러리를 생성함으로써 플랫폼 환경에 따라 사용자가 원하는 플랫폼 기능들을 제공하기 위한, 3D 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
설비의 안전교육은 완공된 설비를 운용, 유지하는 설비 이용자의 편의와 안전을 도모하기 위해, 점검 및 정비를 위하여 설비로 투입되거나 설비를 운용하는 설비 이용자의 안전을 위하여 필요한 활동이다.
특히, 해당 설비가 365일 24시간 안정적으로 중단없이 가동되는 경우가 많기 때문에 설비로 투입되는 설비 이용자의 안전을 위하여, 작업환경내 안전을 확보할 수 있는 교육환경이 마련되어야 한다.
기존에는 주로 기술문서 자료와 각종 영상자료 등을 이용하여 안전교육 담당자들이 교육하는 방식이 활용되었다. 이 경우에는 해당 설비의 3D 콘텐츠, 3D 캐드모델, 도면자료, 안전교육에 대한 동영상 등의 교육용 자료들이 제공되었다.
그런데, 설비이용자를 위하여 시각적인 효과에 집중되어 있는 교육용 자료들을 통해 해당 설비에 대한 형상 위주의 설명자료만을 제공받을 뿐, 이들 교육용 자료들을 통해 해당 설비에 대한 실습 교육을 제공받기 곤란하다.
이때, 안전교육 담당자들은 해당 설비의 운영유지와 관련된 실습(체험) 교육을 제공받기 위해 오프라인 상에 별도의 실습(체험) 프로그램이 개설되어야 제공받을 수 있다. 이처럼 오프라인 상에 개설되는 실습 프로그램의 경우에도 원격지 파견 담당자(일례로, 해외파견 담당자, 현장파견 담당자 등)라면 해당 설비의 운영유지와 관련된 실습 교육을 제공하는 것이 쉽지 않을 수 있다.
더욱이, 발전소 등과 같이 해당 설비가 여러 지역에 흩어져 있는 경우에는, 안전교육 담당자들을 한 장소에 모아 실습 교육을 실시하거나, 각각의 지역마다 실습 프로그램을 개설하는 것이 곤란할 수 있다.
따라서, 안전교육 담당자들은 작업환경내 위험상황에 대하여 이를 인지하거나 회피하는 것을 구체적으로 실습(체험) 가능하고 시공간의 제약없이 제공되는 교육환경이 필요한 실정이다.
한국등록특허 제10-1480870호 (2015.01.05 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 안전교육 가상체험을 위한 3D 모델 기반의 VR 모델 라이브러리를 생성함으로써 플랫폼 환경에 따라 사용자가 원하는 플랫폼 기능들을 제공하기 위한, 3D 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템은, 안전교육 가상체험을 수행하려는 설비의 데이터로부터 상기 설비에 대한 3D 모델을 생성하여 VR 모델로 인식할 수 있는 3D 모델 그룹을 형성하기 위한 3D 모델 생성부; 작업환경내 위험상황에 따라 안전교육에 대한 이벤트를 정의하여 상기 이벤트를 3D 모델 그룹에 대응하기 위한 안전교육 이벤트 생성부; 상기 3D 모델 그룹과 상기 이벤트를 조합하여 VR 모델링 과정을 통해 VR 모델을 생성하기 위한 VR 모델 생성부; 상기 VR 모델에 대해 VR 엔진의 동작파일을 생성하여 VR 모델 라이브러리에 등록하기 위한 VR 라이브러리 생성부; 및 상기 VR 모델 라이브러리를 플랫폼 환경에 따라 변환하여 해당 플랫폼에 제공하기 위한 플랫폼 제어부;를 포함한다.
상기 3D 모델 생성부는, 시설내 설비에서 발생할 수 있는 위험상황을 예측한 시나리오를 토대로 하고, 상기 설비에 대한 기보유 3D 모델, 도면, 레이저스캔, 매뉴얼, 3D 촬용, 현장실측으로 자료를 수집 및 분석하여 3D 모델을 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 안전교육 이벤트 생성부에서 이벤트로 정의되는 위험상황은 위험요소 제거 체험, 방호조치 체험, 방호조치 구현, 안전사고 체험 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
플랫폼별 사용자 요구사항에 따른 화면 UI와 뷰어 제어 기능을 생성하여 플랫폼 UI 라이브러리에 등록하기 위한 플랫폼 UI 생성부;를 더 포함하고, 상기 플랫폼 제어부는, 상기 플랫폼 UI 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 UI의 최적화 작업을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 설비의 안전교육과 관련된 기능을 플랫폼별로 생성하여 플랫폼 기능 라이브러리에 등록하기 위한 플랫폼 기능 생성부;를 더 포함하고, 상기 플랫폼 제어부는, 상기 VR 모델 라이브러리에 사용자가 원하는 기능을 상기 플랫폼 기능 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 기능을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 플랫폼 제어부와 상호 연동하여 운영관리 가상체험을 수행하기 위해 플랫폼 환경에 따라 적합한 사용자 환경을 제공하기 위한 사용자 인터페이스부;를 더 포함하고, 상기 사용자 인터페이스부는, 컴퓨터 기반의 PC 플랫폼, 가상현실 기반의 VR 플랫폼, 증강현실 기반의 AR 플랫폼의 플랫폼 환경을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 3D 모델 생성부에 의해 생성된 부품속성 정보, 상기 안전교육 이벤트 생성부에 의해 생성된 이벤트 리스트, 상기 VR 모델 라이브러리, 상기 플랫폼 UI 라이브러리, 상기 플랫폼 기능 라이브러리를 통합 저장 및 관리하기 위한 통합DB;를 더 포함하고, 상기 플랫폼 제어부는, 상기 통합DB 기반으로 상기 사용자 인터페이스부의 플랫폼 환경에 따라 운영유지 가상체험을 위한 기능들의 제어 동작을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 VR 모델 생성부는, 상기 3D 모델 그룹을 임포트하여 VR 모델 경량화 작업 및 텍스처 매핑을 수행한 후, 상기 작업환경 내의 이벤트에 따른 안전교육의 구동 애니메이션을 생성하여 상기 VR 모델을 완성하는 것을 특징으로 한다.
상기 VR 모델 생성부는, 상기 VR모델에 실제 현장감을 높이기 위한 360도 입체 사운드를 적용하는 것을 특징으로 한다.
상기 플랫폼 제어부는, 상기 플랫폼 기능 라이브러리를 이용하여 상기 VR 모델 라이브러리에 대한 위험요소 제거 체험기능, 방호조치 체험기능, 방호조치 구현기능, 안전사고 체험기능을 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 방법은, 안전교육 가상체험을 수행하려는 설비의 데이터로부터 상기 설비의 3D 모델을 생성하여 VR 모델로 인식할 수 있는 3D 모델 그룹을 형성하는 단계; 작업환경별 위험상황에 따라 안전교육에 대한 이벤트를 정의하여 상기 이벤트를 3D 모델 그룹에 대응하는 단계; 상기 3D 모델 그룹과 상기 이벤트를 조합하여 VR 모델링 과정을 통해 VR 모델을 생성하는 단계; 상기 VR 모델에 대해 VR 엔진의 동작파일을 생성하여 VR 모델 라이브러리에 등록하는 단계; 및 상기 VR 모델 라이브러리를 플랫폼 환경에 따라 변환하여 해당 플랫폼에 제공하는 단계;를 포함한다.
상기 형성 단계는, 시설내 설비에서 발생할 수 있는 위험상황을 예측한 시나리오를 토대로 하고, 상기 설비에 대한 기보유 3D 모델, 도면, 레이저스캔, 매뉴얼, 3D 촬용, 현장실측으로 자료를 수집 및 분석하여 3D 모델을 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 대응 단계에서 이벤트로 정의되는 위험상황은 위험요소 제거 체험, 방호조치 체험, 방호조치 구현, 안전사고 체험 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
플랫폼별 사용자 요구사항에 따른 화면 UI와 뷰어 제어 기능을 생성하여 플랫폼 UI 라이브러리에 등록하는 단계;를 더 포함하고,
상기 제공 단계는, 상기 플랫폼 UI 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 UI의 최적화 작업을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 설비의 분해 및 조립과 관련된 기능을 플랫폼별로 생성하여 플랫폼 기능 라이브러리에 등록하는 단계;를 더 포함하고, 상기 제공 단계는, 상기 VR 모델 라이브러리에 사용자가 원하는 기능을 상기 플랫폼 기능 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 기능을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 생성 단계는, 상기 3D 모델 그룹을 임포트하여 VR 모델 경량화 작업 및 텍스처 매핑을 수행한 후, 상기 작업환경 내의 이벤트에 따른 안전교육의 구동 애니메이션을 생성하여 상기 VR 모델을 완성하는 것을 특징으로 한다.
상기 생성 단계는, 상기 VR모델에 실제 현장감을 높이기 위한 360도 입체 사운드를 적용하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템 및 그 방법에 따르면, 안전교육 가상체험을 위한 3D 모델 기반의 VR 모델 라이브러리를 생성함으로써 플랫폼 환경에 따라 사용자가 원하는 플랫폼 기능들을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 설비이용자들에게 해당 설비에서 발생가능한 위험상황에 대하여 구체적으로 실습(체험) 가능하고 시공간의 제약없이 제공되는 교육환경을 제공할 수 있다.
특히, 본 발명은 발전소 등과 같이 해당 설비가 여러 지역에 흩어져 있는 경우에도 설비 이용자들에게 실습 프로그램을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 작업환경에 대한 3D 모델을 생성하는 과정을 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 입체 사운드를 형성하는 과정을 도시한 개략도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 위험요소 제거의 일례로 충돌시 상황을 도시한 개략도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 위험요소 제거의 일례로 추락예방시 상황을 도시한 개략도.
도 6a 내지 도 6c은 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 위험요소 제거의 일례로 용접사고시 상황을 도시한 개략도.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 방호조치 체험의 일례로 안전모 및 안전대를 착용을 안내하는 상황을 도시한 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 방호조치 구현의 일례로 안전모의 턱끈을 조이는 과정을 안내하는 상황을 도시한 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 방호조치 구현의 일례로 작업 안전도구를 설명하는 고정을 도시한 개략도.
도 10a는 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 안전사고 체험의 일례로 고소작업중 비계가 붕괴되어 추락하는 상태를 도시한 개략도.
도 10b는 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 안전사고 체험의 일례로 고소감을 주기위한 환경 구현 상태를 도시한 개략도.
도 10c는 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 안전사고 체험의 일례로 굴삭기 작업중 안식각 부족으로 전도 위치에 놓인 상태를 도시한 개략도.
도 10d는 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템에서 안전사고 체험의 일례로 안전사고 예방방법을 설명하는 상태를 도시한 개략도.
도 11은 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 방법을 도시한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템 및 그 방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 안전교육의 가상체험을 위한 3D 모델 기반의 VR 모델 라이브러리를 생성함으로써 플랫폼 환경에 따라 사용자가 원하는 플랫폼 기능들을 제공한다.
이러한 안전교육 가상체험 시스템(100)은 3D 모델 생성부(110), 안전교육 이벤트 생성부(120), VR 모델 생성부(130), VR 라이브러리 생성부(140), 플랫폼 UI 생성부(150), 플랫폼 기능 생성부(160), 통합DB(170), 플랫폼 제어부(180)를 포함한다.
3D 모델 생성부(110)는 안전교육 가상체험을 수행하려는 설비의 데이터로부터 작업 환경별 3D 모델을 생성한다. 상기 3D 모델 생성부(110)는 위험상황을 예측한 대상 시나리오를 토대로 하여 3D 모델을 생성한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 시설내 각각의 설비에서 설비 이용자의 추락, 협착, 감전, 화재 등과 같은 사고 또는 밀폐공간내 작업 또는 고소작업 등과 같은 위험요소를 예측하고, 기보유된 3D 모델, 도면, 레이저스캔, 매뉴얼, 3D 촬영, 현장실측 등으로 하여 자료를 수집 및 분석하여, 3D 모델을 생성한다. 이때, 3D 모델 생성부(110)는 3D 모델이 생성될 때 입력되는 각 작업환경의 속성이 정의된 환경속성 정보를 통합DB(170)에 저장한다.
여기서, 안전교육 가상체험을 위한 시설은 발전소가 될 수 있고, 설비는 상기 발전소내의 가스터빈, 보일러 급수 펌프, 복수 펌프 등이 될 수 있다.
또한, 3D 모델 생성부(110)는 하나 이상의 3D 모델을 VR 모델로 인식할 수 있는 그룹을 자동으로 형성한다. 이때, 3D 모델 생성부(110)는 해당 그룹에 포함된 3D 모델의 이름(name)을 해당 그룹에 부여된 고유한 키값인 '그룹 키값'으로 변경한다.
안전교육 이벤트 생성부(120)는 작업 환경 내에서 각각의 위험상황에 대한 이벤트를 정의한다. 위험상황은 위험요소 제거 체험, 방호조치 체험, 방호조치 구현, 안전사고 체험 등이 될 수 있다. 예컨대, 충돌, 추락, 용접사고 등과 위험요소를 설비 이용자가 제거하는 것을 체험하도록 할 수 있다. 또한, 안전장구별로 착용 순서 및 착용 방법을 교육하여 방호조치를 체험하도록 하거나, 각종 안전장구에 대한 위험성과 착용 정당성을 설명하는 방호조치 룰 구현할 수 있다. 아울러, 실제와 유사한 사고 상황을 재현하여 설비이용자가 안전사고를 가상으로 체험하도록 할 수 있다.
여기서, 이벤트는 해당 설비의 작업 환경 내에서 발생할 수 있는 사고, 또는 이를 예방하기 위한 조치에 해당하는 단위이다.
이와 같이 상기 이벤트는 해당 설비내에서 발생할 수 있거나 미리 준비해야 하는 필수 작업등과 위험상황과 관련된 전/중/후의 모든 정보가 포괄적으로 포함될 수 있다. 안전교육 이벤트 생성부(120)에서 생성된 이벤트 통합DB(170)에 저장된다.
VR 모델 생성부(130)는 3D 모델 생성부(110)에 의해 생성된 3D 모델 그룹과 안전교육 이벤트 생성부(120)에 의해 생성된 이벤트를 조합하여 VR 모델링 과정을 통해 VR 모델을 생성한다.
구체적으로, VR 모델 생성부(130)는 3D 모델 생성부(110)에 의해 생성된 3D 모델 그룹을 임포트(import)하여 그룹 키값에 따라 3D 모델 그룹을 자동 정렬하여 VR 모델 경량화 작업을 수행한다. 여기서, VR 모델 경량화 작업은 3D 모델 그룹의 3D 모델들의 불필요한 꼭지점(vertex)을 제거하여 VR 모델의 용량을 줄이는 작업으로서, 각 플랫폼에서 VR 모델을 원활하게 구동시키기 위한 작업이다. 각 플랫폼은 컴퓨터 기반의 PC 플랫폼, 가상현실 기반의 VR 플랫폼, AR(Augmented Reality, 증강현실 기반의 AR 플랫폼 등일 수 있다.
아울러, VR 모델 생성부(130)는 VR 모델을 현실적으로 표현하기 위해 텍스처 매핑(texture mapping)을 수행한다. 이러한 텍스처 매핑은 3D 모델의 표면 재질에 대한 세부적인 질감을 묘사하거나 색을 칠하는 기법이다.
이후, VR 모델 생성부(130)는 위험상황에 대한 이벤트에 따른 안전교육의 구동 애니메이션(animation)을 생성하여 VR 모델을 완성한다.
또한, VR 모델 생성부(130)는 상기 VR모델에 실제 현장감을 높이기 위한 360도 입체 사운드가 적용되도록 한다. 성우 내레이션, 주변환경에 따른 배경 사운드 적용, VR시뮬레이션에 따른 효과음을 적용하여, 360도 입체 사운드가 적용되도록 한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 실제 소리를 획득한 후, 오디오자료를 생성한다. 이러한 오디오자료에 내레이션, 배경사운드를 통합하여 구현하고, 이를 3D 공간내 합성하여 VR시뮬레이션에 따른 효과음을 구현한다. 이렇게 구현된 사운드는 헤드폰이 구비된 HMD(Head Mounted Display)나, 별도의 헤드폰을 통하여 재생된다.
한편, 3D 모델 생성부(110)와 VR 모델 생성부(130)는 일부 기능을 지원하기 위한 플러그인 프로그램(plug-in program)의 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 3D 모델 생성부(110)는 3D 모델을 VR 모델로 인식할 수 있는 그룹을 자동으로 생성하는 기능, 그룹 키값에 따른 환경속성 정보를 추출하여 통합DB에 저장하는 기능이 해당될 수 있다. 또한, VR 모델 생성부(130)는 VR 모델 경량화 작업 기능이 해당될 수 있다.
VR 라이브러리 생성부(140)는 VR 모델 생성부(130)에 의해 생성된 VR 모델을 임포트하여 VR 엔진(virtual reality engine)의 동작파일을 생성한 후, 통합DB(170)의 VR 모델 라이브러리에 등록한다.
이때, VR 라이브러리 생성부(140)는 VR 모델 라이브러리에 등록하기에 앞서, VR 모델의 그룹 키값에 대응된 이벤트의 연계 오류를 체크하고, 해당 설비의 이벤트에 따른 안전교육의 구동 애니메이션에 대한 구동 오류를 체크한다.
플랫폼 UI 생성부(150)는 플랫폼별 사용자 요구사항에 따른 화면 UI(User Interface)와 뷰어(viewer) 제어 기능을 생성하여 통합DB(170)의 플랫폼 UI 라이브러리에 등록한다.
플랫폼 기능 생성부(160)는 안전교육 가상체험 시스템(100)을 통해 제공되는 작업환경 내의 안전교육 관련 기능(예를 들어, 위험요소 제거 체험기능, 방호조치 체험기능, 방호조치 구현기능, 안전사고 체험 기능 등)을 플랫폼별로 생성하여 통합DB(170)의 플랫폼 기능 라이브러리에 등록한다.
플랫폼 제어부(180)는 통합DB(170) 기반으로 사용자 인터페이스부(190)의 플랫폼 환경에 따라 안전교육 가상체험을 위한 기능들의 제어 동작을 수행한다.
플랫폼 제어부(180)는 각각의 플랫폼이 구동됨에 따라 그에 알맞은 형태의 VR 모델 라이브러리를 불러온다. 즉, 플랫폼 제어부(180)는 플랫폼 환경에 따라 변환된 VR 모델 라이브러리를 각 플랫폼에 제공한다. 이는 VR 모델 라이브러리에 자체적으로 각 플랫폼을 구분하는 기능이 포함되어 있기 때문이다.
이를 위해, 플랫폼 제어부(180)는 플랫폼에 따른 고유 기능을 수행한다.
플랫폼 제어부(180)는 VR 라이브러리 생성부(140)에 의해 생성되는 VR 모델 라이브러리의 버전 및 등록 확인을 수시로 감지한다. 그리고, 플랫폼 제어부(180)는 VR 모델 라이브러리가 신규로 등록되거나 수정된 경우에 플랫폼 환경에 따라 변환된 VR 모델 라이브러리를 제공한다.
구체적으로, PC 플랫폼에서 구동되는 경우, 플랫폼 제어부(180)는 VR 모델 라이브러리를 PC 플랫폼에 맞게 자동으로 변환한 후, PC 플랫폼 사양에 따라 변환된 품질로 VR 모델 라이브러리를 제공한다. 즉, 고 사양의 PC에서는 높은 품질의 VR 모델 라이브러리가 구동되며, 저 사양의 PC에서는 낮은 품질의 VR 모델 라이브러리로 구동된다.
VR 플랫폼에서 구동되는 경우, 플랫폼 제어부(180)는 VR 모델 라이브러리를 VR 플랫폼에 맞게 자동으로 변환한 후, VR 플랫폼을 사용하고 있는 사용자를 기준으로 소정의 고유 공간(직방 3㎡의 공간)을 설정하여 가상환경을 구성한다.
여기서, 가상환경은 해당 설비가 운용되기에 가장 적합한 가상공간으로 설정되는데, 사용자에게 현장감이 충만한 가상공간으로 제공된다. 예를 들어, 가스터빈(GT)이 대상 설비로 설정되는 경우에는 가스 터빈이 설치되는 터빈동 건물 내부의 가상공간이 가상의 작업환경으로 설정된다.
AR 플랫폼에서 구동되는 경우, 플랫폼 제어부(180)는 VR 모델 라이브러리를 AR 플랫폼에 맞게 자동으로 변환한 후, AR 플랫폼을 사용하고 있는 사용자를 기준으로 소정의 스캔 공간(직방 5㎡의 스캔닝된 공간)을 설정하여 증강현실 환경을 구성한다.
여기서, 증강현실 환경은 사용자와 상호작용이 가능하고, 현실 배경에 3차원 가상 이미지를 겹쳐서 보여준다.
또한, 플랫폼 제어부(180)는 플랫폼 환경에 따라 변환된 VR 모델 라이브러리를 플랫폼 UI를 통해 적합한 형태로 구현하기 위해, 통합DB(170)의 플랫폼 UI 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 UI의 최적화 작업을 수행한다. 이는 플랫폼 환경에 따라 해상도 및 UI 형태가 상이하므로, 그에 걸맞는 플랫폼 UI 최적화 작업이 필요하기 때문이다.
따라서, 플랫폼 제어부(180)는 플랫폼 UI 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 해상도를 계산하고, 플랫폼 환경에 따라 달라지는 UI 형태를 결정하여 제공한다.
여기서, 플랫폼 제어부(180)는 플랫폼 환경에 따라 달라지는 UI 형태로서, 플랫폼별로 모델을 조작하는 방식을 결정하여 제공한다.
예를 들어, PC 플랫폼의 경우에, 플랫폼 제어부(180)는 사용자가 주로 활용하는 도구인 키보드와 마우스를 이용하는 UI 형태를 제공한다. VR 플랫폼의 경우에, 플랫폼 제어부(180)는 사용자가 주로 활용하는 도구인 터치 컨트롤러를 이용하는 UI 형태를 제공한다. AR 플랫폼의 경우에, 플랫폼 제어부(180)는 사용자가 주로 활용하는 도구가 사용자가 직접 손으로 제스처를 통해 조작하므로 제스처에 따른 모델 회전/크기 조절 등이 가능한 UI 형태를 제공한다.
또한, 플랫폼 제어부(180)는 플랫폼 환경에 따라 변환된 VR 모델 라이브러리를 플랫폼 UI를 통해 적합한 형태로 구현하기 위해, 통합DB(170)의 플랫폼 UI 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 UI의 최적화 작업을 수행한다.
또한, 플랫폼 제어부(180)는 불러온 VR 모델 라이브러리에 사용자가 원하는 기능을 통합DB(170)의 플랫폼 기능 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 기능을 구현한다.
여기서, 플랫폼 기능에는 위험요소 제거 체험기능, 방호조치 체험기능, 방호조치 구현기능, 안전사고 체험 기능 등이 될 수 있다.
구체적으로, 위험요소 제거 체험기능의 경우, 플랫폼 제어부(180)는 플랫폼 기능 라이브러리를 이용하여 작업환경 내에서 발생할 수 있는 사고 발생원인을 확인하고, 이를 제거하는 과정을 직접 체험하는 기능을 제공한다. 사용자는 플랫폼 환경에 상관없이 작업환경 내에서 위험요소를 인지하고, 제거하는 과정을 체험할 수 있다.
방호조치 체험기능의 경우, 플랫폼 제어부(180)는 VR 모델 라이브러리의 방호조치 체험기능을 제공한다. 예컨대, 안전모와 같은 안전장구별 착용순서 및 착용방법에 대하여 사용자가 익숙해지도록 체험할 수 있다.
방호조치 구현기능의 경우, 플랫폼 제어부(180)는 VR 모델 라이브러리와 연계하여, 각 안정장구에 대한 주의사항과 착용위치에 대한 교육을 진행하도록 한다.
안전사고 체험기능을 경우, 플랫폼 제어부(180)는 VR 모델 라이브러리에 연결하여, 작업현장에서 발생하는 각종 사고에 대하여, 가상으로 체험하도록 한다. 실제와 유사한 사고상황을 재현하기 위하여, 사고시 발생하는 추락, 장비의 전복과 같은 사고상황시 작용하는 중력, 충돌 등을 실제와 가깝도록 물리적 작용력이 실제와 가깝도록 작용하도록 한다.
사용자 인터페이스부(190)는 플랫폼 제어부(180)와 상호 연동하여 운영관리 가상체험을 수행하기 위해 플랫폼 환경에 적합한 사용자 환경을 제공한다. 즉, 사용자 인터페이스부(190)는 컴퓨터 기반의 PC 플랫폼, 가상현실 기반의 VR 플랫폼, 증강현실 기반의 AR 플랫폼의 플랫폼 환경을 제공한다.
이러한 사용자 인터페이스부(190)는 작업환경 내의 안전교육을 사용자가 조작 가능하게 하는 입력장치(예, 키보드, 마우스, 터치스크린, 카메라, 캠, 각종 감지센서 등), 작업환경 내의 안전교육 과정을 사용자가 확인 가능하게 하는 출력장치(예, 디스플레이, 스피커 등)와 연동한다.
사용자 인터페이스부(190)는 안전교육 가상체험 시스템(100)의 시작단계의 사용자 인증 절차를 수행한다.
아울러, 사용자 인터페이스부(190)는 안전교육 가상체험을 진행할 설비와 그에 따른 플랫폼 기능을 선택한다.
도 4a 내지 도 4c에 위험요소 제거의 일례로 충돌시 상황이 플랫폼 기능을 통하여 구현된 예가 도시되어 있다. 작업현장내 드럼통과 같은 위험요소를 제거하도록 하거나(도 4a), 라바콘, 콘걸이봉의 설치를 유도하거나(도 4b), 작업유도자를 배치토록 함으로써, 작업현장내 위험요소가 제거되도록 한다.
도 5a 내지 도 5c에 위험요소 제거의 일례로 추락예방시 상황을 플랫폼 기능을 통하여 구현된 예가 도시되어 있다. 고소작업중 추락물이 예측되는 경우, 과적물을 재배치하거나(도 5a), 안전대를 설치하거나(도 5b), 또는 안전볼트를 체결함으로써(도 5c), 고소작업시 위험요소가 제거되도록 한다.
도 6a 내지 도 6c은 위험요소 제거의 일례로 용접사고시 상황을 상황을 플랫폼 기능을 통하여 구현한 예가 도시되어 있다. 용접이 진행되는 곳의 주변에 가연성물체이 있는지를 확인하고(도 6a), 만약 가연성물체가 있다면 불꽃방지커버를 설치하며(도 6b), 용접후 불씨가 남아있는지를 확인하도록 한다.
도 7a 및 도 7b는 방호조치 체험의 일례로 안전모 및 안전대를 착용을 안내하는 상황을 플랫폼 기능을 통하여 구현한 일례다. 설비이용자로 하여금 안전모, 안전대와 같은 안전장구를 착용하는 순서와 방법이 설명되도록 함으로써, 안전장구의 착용법을 숙지하도록 한다.
도 8은 방호조치 구현의 일례로 턱끈을 조이는 방법을 교육하는 과정을 플랫폼 기능을 통하여 구현한 상태이고, 도 9는 작업 안전도구들에 대하여 설명하는 과정이 도시되어 있다. 작업 선임자와 같은 안전교육자가 등장하여, 안전모의 턱끈을 조이는 방법을 설명하는 것과 같이, 각 안전장구의 착용법에 대하여 설명하거나(도 8), 각 작업현장에서 사용될 작업 안전 도구들에 대하여 교육할 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 각종 안전사고를 설비이용자가 체험할 수 있도록 하는 과정을 플래폼 기능으로 구현한 예가 도시되어 있다. 예컨대, 고소작업중 비계의 붕괴로 추락하는 것을 가상체험토록 하거나(도 10a), 직접 고소에 가지 않고도 고소감을 가상으로 느끼도록 할 수 있으며(도 10b), 굴삭기가 안식각의 부족으로 전도될 위기를 가상으로 체험토록 할 수 있다(도 10c). 또한, 안전교육자가 가상으로 등장하여 안전사고를 예방하는 방법에 대하여 설명할 수 있다(도 10d).
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 방법에 대한 도면이다. 본 발명에 따른 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 방법은 앞서 설명한 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템(100)에 의해 수행된다.
도 11을 참조하면, 안전교육 가상체험 시스템(100)은 분해 및 조립 과정의 안전교육 가상체험을 수행하려는 설비의 작업 환경별 3D 모델을 생성하여 VR 모델로 인식할 수 있는 3D 모델 그룹을 형성한다(S201). 특히, 3D 모델을 생성하기 위하여, 시설내 각각의 설비에서 설비 이용자의 추락, 협착, 감전, 화재 등과 같은 사고 또는 밀폐공간내 작업 또는 고소작업 등과 같은 위험요소를 예측하고, 기보유된 3D 모델, 도면, 레이저스캔, 매뉴얼, 3D 촬영, 현장실측 등으로 하여 자료를 수집 및 분석하여, 3D 모델을 생성한다.
이후, 안전교육 가상체험 시스템(100)은 해당 설비의 정비절차에 따라 위험상황별 이벤트를 정의하여 이벤트를 3D 모델 그룹에 대응한다(S202). 이때, 안전교육 가상체험 시스템(100)은 3D 모델 그룹에 포함된 3D 모델의 이름을 3D 모델 그룹에 부여된 고유한 그룹 키값으로 변경한다.
이후, 안전교육 가상체험 시스템(100)은 3D 모델 그룹과 이벤트를 조합하여 VR 모델링 과정을 통해 VR 모델을 생성한다(S203). 이때, 안전교육 가상체험 시스템(100)은 3D 모델 그룹을 임포트하여 VR 모델 경량화 작업 및 텍스처 매핑을 수행한 후, 작업환경내 이벤트에 따른 안전교육의 구동 애니메이션을 생성하여 VR 모델을 완성한다.
이때, 상기 VR 모델에 실제 현장감을 높이기 위한 360도 입체 사운드가 적용되도록 한다.
아울러, 안전교육 가상체험 시스템(100)은 이벤트에 부여된 이벤트 넘버에 3D 모델 그룹에 부여된 그룹 키값을 대응하고, 전체 이벤트들로 이벤트 리스트를 생성하여 통합DB에 저장한다.
그런 다음, 안전교육 가상체험 시스템(100)은 VR 모델에 대해 VR 엔진의 동작파일을 생성하여 VR 모델 라이브러리에 등록한다(S204).
이후, 안전교육 가상체험 시스템(100)은 VR 모델 라이브러리를 플랫폼 환경에 따라 변환하여 해당 플랫폼에 제공한다(S205).
이때, 안전교육 가상체험 시스템(100)은 플랫폼 UI 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 UI의 최적화 작업을 제어한다. 또한, 안전교육 가상체험 시스템(100)은 VR 모델 라이브러리에 사용자가 원하는 기능을 플랫폼 기능 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 기능을 제어한다. 특히, 안전교육 가상체험 시스템(100)은 플랫폼 기능 라이브러리를 이용하여 VR 모델 라이브러리에 위험요소 제거 체험기능, 방호조치 체험기능, 방호조치 구현기능, 안전사고 체험 기능을 제어한다.
100 :안전교육 가상체험 시스템
110 : 3D 모델 생성부
120 : 안전교육 이벤트 생성부
130 : VR 모델 생성부
140 : VR 라이브러리 생성부
150 : 플랫폼 UI 생성부
160 : 플랫폼 기능 생성부
170 : 통합DB
180 : 플랫폼 제어부
190 : 사용자 인터페이스부

Claims (17)

  1. 안전교육 가상체험을 수행하려는 설비의 데이터로부터 상기 설비에 대한 3D 모델을 생성하여 VR 모델로 인식할 수 있는 3D 모델 그룹을 형성하기 위한 3D 모델 생성부;
    작업환경내 위험상황에 따라 안전교육에 대한 이벤트를 정의하여 상기 이벤트를 3D 모델 그룹에 대응하기 위한 안전교육 이벤트 생성부;
    상기 3D 모델 그룹과 상기 이벤트를 조합하여 VR 모델링 과정을 통해 VR 모델을 생성하기 위한 VR 모델 생성부;
    상기 VR 모델에 대해 VR 엔진의 동작파일을 생성하여 VR 모델 라이브러리에 등록하기 위한 VR 라이브러리 생성부; 및
    상기 VR 모델 라이브러리를 플랫폼 환경에 따라 변환하여 해당 플랫폼에 제공하기 위한 플랫폼 제어부;
    를 포함하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3D 모델 생성부는, 시설내 설비에서 발생할 수 있는 위험상황을 예측한 시나리오를 토대로 하고,
    상기 설비에 대한 기보유 3D 모델, 도면, 레이저스캔, 매뉴얼, 3D 촬용, 현장실측으로 자료를 수집 및 분석하여 3D 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안전교육 이벤트 생성부에서 이벤트로 정의되는 위험상황은 위험요소 제거 체험, 방호조치 체험, 방호조치 구현, 안전사고 체험 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    플랫폼별 사용자 요구사항에 따른 화면 UI와 뷰어 제어 기능을 생성하여 플랫폼 UI 라이브러리에 등록하기 위한 플랫폼 UI 생성부;를 더 포함하고,
    상기 플랫폼 제어부는,
    상기 플랫폼 UI 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 UI의 최적화 작업을 제어하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 설비의 안전교육과 관련된 기능을 플랫폼별로 생성하여 플랫폼 기능 라이브러리에 등록하기 위한 플랫폼 기능 생성부;를 더 포함하고,
    상기 플랫폼 제어부는,
    상기 VR 모델 라이브러리에 사용자가 원하는 기능을 상기 플랫폼 기능 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 기능을 제어하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플랫폼 제어부와 상호 연동하여 운영관리 가상체험을 수행하기 위해 플랫폼 환경에 따라 적합한 사용자 환경을 제공하기 위한 사용자 인터페이스부;를 더 포함하고,
    상기 사용자 인터페이스부는, 컴퓨터 기반의 PC 플랫폼, 가상현실 기반의 VR 플랫폼, 증강현실 기반의 AR 플랫폼의 플랫폼 환경을 제공하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 3D 모델 생성부에 의해 생성된 부품속성 정보, 상기 안전교육 이벤트 생성부에 의해 생성된 이벤트 리스트, 상기 VR 모델 라이브러리, 상기 플랫폼 UI 라이브러리, 상기 플랫폼 기능 라이브러리를 통합 저장 및 관리하기 위한 통합DB;를 더 포함하고,
    상기 플랫폼 제어부는,
    상기 통합DB 기반으로 상기 사용자 인터페이스부의 플랫폼 환경에 따라 운영유지 가상체험을 위한 기능들의 제어 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 VR 모델 생성부는,
    상기 3D 모델 그룹을 임포트하여 VR 모델 경량화 작업 및 텍스처 매핑을 수행한 후, 상기 작업환경 내의 이벤트에 따른 안전교육의 구동 애니메이션을 생성하여 상기 VR 모델을 완성하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 VR 모델 생성부는,
    상기 VR모델에 실제 현장감을 높이기 위한 360도 입체 사운드를 적용하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 플랫폼 제어부는,
    상기 플랫폼 기능 라이브러리를 이용하여 상기 VR 모델 라이브러리에 대한 위험요소 제거 체험기능, 방호조치 체험기능, 방호조치 구현기능, 안전사고 체험기능을 제어하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 시스템.
  11. 안전교육 가상체험을 수행하려는 설비의 데이터로부터 상기 설비의 3D 모델을 생성하여 VR 모델로 인식할 수 있는 3D 모델 그룹을 형성하는 단계;
    작업환경별 위험상황에 따라 안전교육에 대한 이벤트를 정의하여 상기 이벤트를 3D 모델 그룹에 대응하는 단계;
    상기 3D 모델 그룹과 상기 이벤트를 조합하여 VR 모델링 과정을 통해 VR 모델을 생성하는 단계;
    상기 VR 모델에 대해 VR 엔진의 동작파일을 생성하여 VR 모델 라이브러리에 등록하는 단계; 및
    상기 VR 모델 라이브러리를 플랫폼 환경에 따라 변환하여 해당 플랫폼에 제공하는 단계;
    를 포함하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 형성 단계는,
    시설내 설비에서 발생할 수 있는 위험상황을 예측한 시나리오를 토대로 하고,
    상기 설비에 대한 기보유 3D 모델, 도면, 레이저스캔, 매뉴얼, 3D 촬용, 현장실측으로 자료를 수집 및 분석하여 3D 모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 대응 단계에서 이벤트로 정의되는 위험상황은 위험요소 제거 체험, 방호조치 체험, 방호조치 구현, 안전사고 체험 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    플랫폼별 사용자 요구사항에 따른 화면 UI와 뷰어 제어 기능을 생성하여 플랫폼 UI 라이브러리에 등록하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 제공 단계는,
    상기 플랫폼 UI 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 UI의 최적화 작업을 제어하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 설비의 분해 및 조립과 관련된 기능을 플랫폼별로 생성하여 플랫폼 기능 라이브러리에 등록하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 제공 단계는,
    상기 VR 모델 라이브러리에 사용자가 원하는 기능을 상기 플랫폼 기능 라이브러리를 참조하여 플랫폼 환경에 따른 플랫폼 기능을 제어하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 생성 단계는,
    상기 3D 모델 그룹을 임포트하여 VR 모델 경량화 작업 및 텍스처 매핑을 수행한 후, 상기 작업환경 내의 이벤트에 따른 안전교육의 구동 애니메이션을 생성하여 상기 VR 모델을 완성하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 생성 단계는,
    상기 VR모델에 실제 현장감을 높이기 위한 360도 입체 사운드를 적용하는 것을 특징으로 하는 3Ｄ 설비 모델의 안전교육 가상체험 방법.

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