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문제 정의
- 이에 공군 최고 결정권자에게 전장에 대한 신속, 정확한 상황을 전달하여 보다 신속한 의사결정을 내릴 수 있도록 그림 2와 같이 전장에 대한 3차원 지형 자료와 공중 항적에 관한 데이타 베이스 자료, 그리고 지도 및 위성사진을 연동하여 충]나의 통합된 가시화 인터페이스 를 제안하고자 한다.
제안 방법
- Durbin과 Rosenblume responsive workbench# 이용하여 전장에 대한 상황인식 가시화 시스템인 드래곤 을 개발하였다. 드래곤 시스템은 육, 해, 공군 전력을 모두 가상 이미지로 표시하고[6, 7], 지형 모델의 경우에는 LOD-Sprite 기법을 이용하였다[8丄 또한 사용자의 편의 성을 위해 pinchglove, 조이스틱, 음성 인식 장치 등과 같은 인터페이스를 사용하였다.
- 그림 1은 현재 공군에서 운용하고 있는 전장 상황을 표시하는 장비들이다. 공중감시를 위한 도플러 방식의 레이더를 통해 항적 정보를 아날로그 레이더 스코프에 시현하고, 이를 디지털로 가공하여 2차원으로 모니터에 표현하는 시스템, 지도. 위성사진과 모든 비행 계획에 관련된 자료를 관리하는 작전 데이타 베이스를 운영하고 있으며, 조종사에 대한 훈련 및 자격을 관리하기 위한 조종사 인사 데이타 베이스를 운영하고 있다.
- 그리고 본 논문의 지형모델 가시화 모듈에서는 사용자가 지형의 고저를 쉽게 파악할 수 있도록 고도의 차 이에 따라 다른 색을 표시하기 위해 해면고도부터 10, 000m까지 칼라 테이블올 사용한다.
- 3차원 지형 렌더링의 경우, 사용자가 정의한 허용오차 (t)를 2 픽셀로 하였을 경우 탐색 경로에 따라 삼각형의 개수는 대략 30, 000-300, 00071] 렌더링 되었으며, 평균 적인 렌더링 속도는 초당 20 프레임이었다. 그리고 항적 을 가시화하는데 본 논문에서는 약속된 기호 대신 사실 감을 증가시키기 위해 항공기당 2000개의 폴리곤으로 구성된, 간략화 된 실제 항공기 메쉬를 사용하였다.
- Lindstrom 등은 Quadtree 구조로서 그림 4와 같은 블록 간략화와 정점 간략화의 두 단계에 걸친 간략화 방법을 이용하여 전체 장면의 해상도를 조절하였다[8]. 그리고 화면 공간 오차 척도를 이용하여 화면 공간 임 계 값 설정 값에 따라 다양한 삼각형 개수로 전체 장면 을 표현할 수 있도록 하였다.
- 또한 지형의 고도에 따라 다른 색깔로 표현되도록 칼 라 테이블을 적용하여 3차원 지형모델을 시각적으로 보다 보기 쉽도록 가시화하였다.
- 본 논문에서는 전장에서 벌어지는 상황을 원거리의 지휘관에게 신속, 정확하게 전달하여, 올바른 지휘결심 을 하도록 지원하는 공중작전 상황인식 3차원 가시화 시스템을 구현하였다.
- 그리고 항적을 약속된 기호로 표현하는 방법은 미 국방성 인터페이스 교범 중 일반 전투 기호 교범(MIL_STD- 2525B)을 기초로 하여 표현할 수 있다. 본 논문의 실험 에서는 가시성을 높이기 위해 간략화된 실제 항공기 메 쉬를 사용하여 표현한다.
- 그림 13에서 보는 것과 같이 전체 시스템 화면을 4개의 윈도우로 분할하여 전장에 대한 3차원 가시화 및 항 적에 대한 내 . 외적인 속성자료를 표현할 수 있도록 구 현하였다.
- 이를 위해 디지털 지형 자료를 이용하여 전장 지역을 3차원으로 가시화하였고, 2차원 레이더 항적 정보만 표 시되던 기존 항적 정보 시스템을 간략화된 3차원 실제 항공기 폴리곤 모델로 가시화하였으며, 항적의 위치, 고 도, 속도 등 외적인 속성뿐 아니라 공중 작전 데이타 베 이스에서 비행계획 데이타 베이스 자료와 조종사 인사 데이타 베이스 자료를 생성 및 추출하여 항적에 대한 내적인 속성 자료를 연동하였다.
- 먼저 중앙에 공중작전 상황 인식 서버를 두고, 여기에 가시화 모듈과 정보획득 모듈 을 구성한다. 정보획득 모듈에서는 레이더에 포착된 각 항적에 대한 적아 식별 및 위치, 고도, 속도 등의 정보를 획득하고, 비행계획 작전 데이타 베이스와 조종사 인 사 데이타 베이스 등 현재 운용되고 있는 공중 작전 데 이타 베이스 자료 중 항적과 일치하는 자료를 추출한다. 가시화 모듈에서는 기하 공간 데이타를 이용하여 3차원 지형모델을 가시화하고, 현실감 및 사실감을 증가시키기 위해 또는 사용자의 목적에 따라 지도, 위성사진 등의 이미지를 텍스쳐 매핑한다.
- Duchaineau 등은 이진 트리 구조로서 삼각형 다이아 몬드 기반의 삼각형 분리, 병합을 수행하였다. 하향식 품질 개선 방식으로 단순화 효율성을 높였고, 정점 보간 오차를 우선순위 큐로 처리하여 메쉬를 점진적으로 개 선하였다[2]. 삼각형 개수와 시점 방향에 의한 시스템 성능을 조절하며, 대부분의 게임 분야에서 적용하는 효율적인 알고리즘이다.
대상 데이터
- 디지털 지형 모델은 http://www.usgs.gov에서 제공 되는 DEM(Digital Elevation Model) 1:250, 000 축척의 자료를 사용하였다. 각 DEM 자료는 1201 * 1201의 높 이 데이타로 구성되어 있어, 실험 환경과 같은 X, y축 모두 2n + 1 자료로 만들기 위해 전처리 단계에서 8193 * 8183로 재구성하였다.
- 이러한 정보획득 모듈을 통해 얻어진 자료는 가시화 모듈 중 항적을 가시화 하는데 사용된다, 실험을 위해 항적은 아군기 6대, 민항기 2대 적기 2대 등 총 10대를 생성하였으며, 각 항적이 계속적으로 3차원 지형모델에서 레이더에 포착된 것 같이 움직일 수 있도록 항적마 다 3000 프레임을 생성하였다. 정보획득 모듈의 자료들 은 모두 비밀 자료이므로 실험을 위해 그림 6과 같은 임의의 테이블을 생성하였으며, 실제 공군에 시스템을 적용 시에는 사용자 요구에 따라 테이블이 달라 질 수 있다.
이론/모형
- Durbin과 Rosenblume responsive workbench# 이용하여 전장에 대한 상황인식 가시화 시스템인 드래곤 을 개발하였다. 드래곤 시스템은 육, 해, 공군 전력을 모두 가상 이미지로 표시하고[6, 7], 지형 모델의 경우에는 LOD-Sprite 기법을 이용하였다[8丄 또한 사용자의 편의 성을 위해 pinchglove, 조이스틱, 음성 인식 장치 등과 같은 인터페이스를 사용하였다.
- 본 논문에서는 3차원 지형모델 가시화를 위해 Lindstrom 의 Out-of-core 방법을 이용하였다. 이 방법은 하 향식 품질 개선 방식으로 어플리케이션에서 원하는 지 형 데이타의 접근 순서에 근접한 순서로 데이타를 구조 화하는 방법과 인덱스 계산 방법을 적용하여 실제 요구 하는 페이징은 운영 체제가 담당하면서 메모리의 응집 도를 높이는 방법이다[1丄 즉, 페이징은 논리적인 메모리 주소에 하드 디스크의 특정 파일을 할당해 주는 윈도우 시스템 함수인 MapViewofFile 함수를 사용하고, 효율적인 데이타 구조와 인덱스 계산을 통해서 메모리와 하 드 디스크간의 페이징 이벤트를 줄여 렌더링 속도를 향 상시키는 것이다.
- 첫째, 지형 모델 가시화는 기하 공간 데이타를 이용하여 전장지역 에 대한 3차원 지형모델을 가시화하는 모듈이다. 이 부 분은 대용량의 디지털 지형 자료를 실시간으로 렌더링 하기 위해 전장 지역을 사용자의 시각이 인지 할 수 없는 범위에서 여러 레벨로 간략화 하는 LOD 방법과 대 용량 자료 처리를 위한 Out-of-core 방법을 사용한다. 둘째, 항적 가시화는 정보획득 모듈에서 추출된 항적 자료를 가시화하는 모듈이다.
후속연구
- 향후 과제로는 각각의 항적 시점 중심의 3차원 지형 을 표시할 수 있도록 프로:3램을 개선하고, 간략화된 3차원 실제 항공기 폴리곤 모델을 보다 빠른 속도로 구 현할 수 있도록 연구할 예정이다. 또한 지도, 위성사진 가시화를 좀 더 보완하여, 고화질, 대용량 텍스쳐를 매 핑하는 방법을 연구할 예정이다. 마지막으로 기하에 관련된 Out-of-core LOD 방법과 이미지와 관련된 이미 지 기반 렌더링을 접목하여 렌더링 속도는 LOD와 비슷 하면서 이미지의 영상 품질을 향상시킬 수 있는 방법을 연구할 예정이다.
- 또한 지도, 위성사진 가시화를 좀 더 보완하여, 고화질, 대용량 텍스쳐를 매 핑하는 방법을 연구할 예정이다. 마지막으로 기하에 관련된 Out-of-core LOD 방법과 이미지와 관련된 이미 지 기반 렌더링을 접목하여 렌더링 속도는 LOD와 비슷 하면서 이미지의 영상 품질을 향상시킬 수 있는 방법을 연구할 예정이다.
- 향후 과제로는 각각의 항적 시점 중심의 3차원 지형 을 표시할 수 있도록 프로:3램을 개선하고, 간략화된 3차원 실제 항공기 폴리곤 모델을 보다 빠른 속도로 구 현할 수 있도록 연구할 예정이다. 또한 지도, 위성사진 가시화를 좀 더 보완하여, 고화질, 대용량 텍스쳐를 매 핑하는 방법을 연구할 예정이다.
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