[논문]실시간 환경데이터를 이용한 3차원 시각화 시스템

김종찬; 김경옥; 김응곤; 김치용

실시간 환경데이터를 이용한 3차원 시각화 시스템
3D Visualization System for Realtime Environmental Data 원문보기

디지털콘텐츠학회 논문지 = Journal of Digital Contents Society, v.9 no.4, 2008년, pp.707 - 715

김종찬 (순천대학교) , 김경옥 (순천대학교) , 김응곤 (순천대학교) , 김치용 (동의대학교)

초록
AI-Helper

최근들어 태안에서 발생한 기름유출 사건과 인근연안의 적조 발생이나 수온의 급격한 변화로 인하여 해양생태계 및 양식장 등에 많은 피해가 발생하고 있다. 이들 피해를 줄이기 위해서는 다양한 요소들을 관리하는 기술요인이 필요하다. 본 논문에서는 사용자 인터페이스 분야의 신기술로 부각되고 있는 WPF(window presentation foundation)기술을 활용하여 단순한 숫자의 나열 또는 2차원 그래프로 제공되던 각종 센서 및 측정 장비로부터 받은 실시간 데이터를 2D 및 3D 그래픽, 애니메이션 등의 다양한 형태로 제공할 수 있는 실시간 환경데이터의 3차원 시각화 시스템을 구현한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The ocean ecosystem and the marine farms were damaged after latest oil spill in Taean. They suffered heavily due to the expansion of the red tide on the coast and the sudden changes in water temperature. We should develop the way to deal with various factors to reduce the damage. In this paper, real time data with which are supplied us through many kinds of sensors on measure equipments will be processed to the visualized shape. Simple numeric data and 2D graph will be changed 2D or 3D graphic objects and animations using WPF, a new effect method in user interface area. This visualization system for environmental data shows us various pictures and offers multimedia data communication.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 각종 환경 센서를 기반으로 실시간 환경 센서 데이터 시스템을 구축했다. 환경 센서 데이터 시스템은 각종 환경 센서로부터 받아들인 데이터 중 사용자가 원하는 데이터를 확인하고 선택적으로 모니터링을 할 수 있다.
본 논문에서는 단순한 숫자 데이터 또는 2차원 그래프로 제공되던 각종 센서정보 및 측정 장비로부터 받은 실시간 데이터를 2D 및 3D 그래픽, 애니메이션 형태 등의 다양한 형태로 제공할 뿐만 아니라 각종 멀티미디어 데이터를 통한 커뮤니케이션을 제공할 수 있는 환경데이터의 시각화 시스템을 구현한다.
그러나 오늘날의 사용자들은 컴퓨터의 처리 속도 향상으로 인해 사용자 인터페이스에 대한 시각적, 감성적 미각을 충족시키기 위해 요구사항이 갈수록 증가하고, 각종 정보에 대해서도 즉각적인 인식이 가능한 화면을 요구하고 있다. 이는 IT 분야의 최신 기술을 양식장에서 활용할 수 있도록 하는 환경을 구성하고, 이를 위한 시스템을 설계하여 양식 현장에서 편리하게 이용하도록 하는데 목적이 있다. 또한 3D 영상으로 구성된 콘텐츠의 급속한 증가와 하드웨어의 발전으로 다양한 사용자 인터페이스를 요구하고 있다[3][4].
이는 청소년의 드리마 선호 트랜드의 변화를 보여주기 때문이다. 이러한 데이터 속의 트랜드를 예상 파악할 수 있도록 한다.

제안 방법

선택한 측정 장소별로 전달받은 환경 센서 및 측정 장비 데이터를 2차원 차트를 이용하여 실시간으로 표시해 주고, 경고 발생 시 경고 메시지를 출력해 주는 영역이다. 각각의 독립 센서로부터 얻은 데이터를 시각화하여 각각의 차트에 표기하여 차후 사용자가 필요한 센서 데이터를 분석하기 위한 기초 차트를 제공한다.
환경 센서 데이터 시각화 시스템은 각종센서의 데이터를 해석하고, 해석한 데이터를 기반으로 불필요한 정보들을 필터링해서 데이터베이스를 구축한다. 구축된 데이터베이스를 이용하여 데이터와 실시간으로 취득한 센서 정보를 취합하여 사용자의 요구에 맞도록 데이터를 2차원, 3차원 그래프 및 이미지 애니메이션 등의 다양한 멀티미디어 형태로 시각화한다. (그림 3)은 각종 센서 및 측정 장비로부터 pH, 유속, 수위, 용존 산소량 등의 측정값을 입력받은 환경 센서 데이터 흐림도 및 시스템 구성도를 나타낸다.
기존의 일반적인 시스템은 데이터를 일방적으로 사용자에게 출력하여 제공했으나 본 논문에서는 Focus + Context 기법을 도입하여 시스템이 제공하는 일방적인 데이터 이외에 3차원의 차트를 추가, 회전, 확대의 지원을 통하여 사용자가 원하는 데이터의 분석 및 처리를 쉽게 할 수 있도록 설계했다. Focus + Context 기술은 2차원 이미지를 시각화하기 위한 것으로 많은 양의 정보를 화면에 전부 나타내면서도 어느 특정 부분에는 더 많은 영역을 주어 그 부분을 상세하게 표현하고 그 외의 부분은 상대적으로 더 작은 영역을 주어서 크기를 축소하는 기술이다.
본 논문에서는 환경데이터를 3차원 시각화 시스템으로 사용자 인터페이스를 쉽게 제공하는 기술인 WPF를 사용하여 2차원, 3차원 그래프 및 애니메이션 형태로 도식화 할 뿐만 아니라 각종 커뮤니케이션을 위한 다양한 멀티미디어 자료를 표현함으로써 각종 정보를 사용자 측면에서 시각화하는 시스템을 구현한다.
그리고 흥미 있는 데이터 셋만을 보다 심화되게 탐식 할 수 있게 함에 있다. 이러한 목적을 위하여 정보 시각화 과정에서 사용자들 위하여 데이터의 구조 분석, 데이터의 특징 분석, 데이터의 패턴 분석, 데이터의 트랜드 분석, 데이터의 변칙적 이형 분석 요소들을 분석한다.
입력된 각종 센서의 수치화된 데이터를 기반으로 사용자가 각 데이터의 연관성 및 유용성을 높이며 수많은 데이터의 중요도를 한눈에 파악하고, 관심 있는 데이터들을 심층적으로 탐색하기 위하여 데이터의 구조분석, 특징분석, 패턴 분석 등의 가시성을 제공한다.
그리고 사용자가 데이터를 쉽게 분석할 수 있고, 실시간으로 모니터링 할 수 있으며, 한계치를 벗어나는 측정 데이터 발생 시 경고 메시지를 통해 사용자에게 알려준다. 최종적으로 실시간으로 변화하는 3차원 그래프를 통해 시각적 만족도를 제공했다.
측정 장소로부터 전달받은 각종 센서 데이터 및 측정 장비 데이터에 대해 3차원으로 보여주는 영역으로, 기존 시스템의 일방적인 화면제공에서 벗어나 화면에 제공되는 3차원 차트에 대해 마우스를 이용하여 상세 화면이 필요한 차트의 추가, 상하좌우 회전 및 확대, 축소 기능을 이용하여 원하는 데이터에 대해 상세하게 데이터를 분석한다. 차트 표시 영역의 왼쪽 부분은 실시간 모니터링을 통해 얻은 많은 종류의 2차원 차트 중 사용자가 중요하게 여기는 차트를 선택하는 부분이다.

성능/효과

마지막으로 모델을 보는 방식을 정의하는 카메라를 지정함으로써 PerspectiveCamera 함수를 사용하여 모델을 보는 거리와 원근감을 지정할 수 있고, OrthographicCamera 함수를 사용하면 원근감만 제외하고 동일한 옵션을 지정할 수 있다.

후속연구

그리고 양식장의 환경 정보를 자동으로 측정되면 이를 사용자가 이해하기 쉬운 그래프 형태로 표시하므로 환경의 변화에 대한 대비책 마련이 가능하다. 그리고 양식장 이력 관리 시스템 등에서 환경 정보를 자동으로 기록하고 쉽게 질병 정보를 종합 분석할 수 있는 자료로 누적된다. 양식장 환경 정보와 질병간의 상관관계 분석을 통하여 질병에 대한 대안 마련이 가능하다.
향후 연구는 본 연구에서 구현한 시스템을 친환경 어류 양식장 환경에 적용하여 양식장 통합 관리 시스템을 구축할 계획이다. 그리고 수중환경 이외에 최근 관심이 집중되고 있는 자연현상이나 주거지역, 산업지역의 각종 환경 상태를 측정할 수 있는 시각화 시스템을 구현한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	정보시각화는 무엇인가?	정보시각화란 데이터나 정보를 보다 더 이해하기 쉽도록 하기 위하여 이미지 형태로 표현하는 기술이다. 시각적 정보 전달에 있어서 정보인식은 시각에 의한 자각과 더불어 반복적인 순환을 거치는 단계로 이루어지는데, 첫 번째는 인식될 정보 데이터를 저장하고, 두 번째는 인식할 수 있는 데이터로 변형, 세 번째는 그래픽 하드웨어와 알고리즘으로 생성된 이미지 스크린을 설계하고, 네 번째는 자각 및 인식 시스템으로 인간의 정보 인식을 시각적으로 인식하기 이전에 먼저 정보에 대해 이해 가능한 형태로 변형이 이루어진 다음에 시각적 이미지로 인식된다.
	환경 센서 시스템에서 이용한 센서는 무엇인가?	환경 센서 시스템은 각종 센서 및 측정 장비로부터 신호를 통해 환경 정보를 전달 받고, 모니터링 센터에서 각종 센서와 측정 장비로부터 전해 받은 자료를 분석하고, 단말기를 통해 사용자에게 해당 정보를 보여 주거나, 무선을 통해서 특정정보를 전달하기도 하며, 상황에 따라서는 경고 메시지를 전달한다. 센서는 AANDERAA 3919A과 3919B를 이용했고, 센서 출력은 SR10과 RS232C(9600 Baud, 8 data bits, 1 stop bit, No parity, Xon/Xoff handshake)를 지원한다.
	환경 센서 데이터 시각화 시스템의 사용자 인터페이스는 무엇으로 구성되는가?	환경 센서 데이터 시각화 시스템은 사용자 인터페이스는 크게 모니터링 통합화면과 사용자 분석화면으로 구성된다. 모니터링 통합화면은 현재 센서로부터 실시간으로 받아들인 데이터를 한 화면에 포괄적으로 확인하는 페이지이며, 사용자 분석화면은 실시간 센서를 통해 들어온 데이터 중 사용자가 분석을 필요로 하거나 주의를 하여야 할 특정 센서의 값을 선택하여 사용자가 직접 데이터를 분석 할 수 있는 페이지로 구성되어 있다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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