[논문]모델 변환기를 이용한 전투 21과 K1 전차 시뮬레이터의 연동 방안

고성길; 이태억; 김대규; 최미선

문제 정의

본 연구에서는 육군 대대급 기계화부대의 LVC 통합 훈련을 위해 Constructive 시뮬레이션 모델인 전투 21과 Virtual 시뮬레이션 모델인 K1 전차 시뮬레이터간의 연동방안을 제안한다. Constructive모델을 통한 전투지휘훈련과 전차 시뮬레이터를 통한 전술훈련을 통합하여 전투훈련의 현실성을 높이는 것이 목적이다. 이를 위해서는 현재 연동을 지원하지 않는 K1 전차 시뮬레이터의 기능을 L, C모델과 연동이 가능하도록 확장해야 한다.
이러한 경우에는 전투 21에서의 란체스터 방정식과 전차 시뮬레이터에서의 단발사격 교전 적용의 대립이 발생한다. 본 논문에서는 구체적인 해결방안을 다루지는 않았으나 처리방안 및 문제점을 간략히 살펴본다. 먼저 모두 부대단위로 총괄(Aggregation)하여 란체스터 방정식을 적용할 경우 시뮬레이터의 승무원이 교전에 참여 할 수 없는 문제점이 발생한다.
본 논문에서는 저해상도 모델인 전투 21(Constructive)과 고해상도 모델인 전차 시뮬레이터(Virtual) 연동 시 발생하는 Table 1에서 언급한 MRM 주요 이슈들을 다음과 같이 해결하고자 하였다. 첫 번째, MRM을 위한 연동구조는 대안 5의 방법으로 결정하였다.
본 논문에서는 전투 21과 K1 전차 시뮬레이터의 연동의 변환기를 설계 및 구현하는데 있어서 해상도 변환 조건 설정문제, 해상도 변환에 따른 데이터 매핑 규칙 및 방법, 데이터 일관성 유지에 대한 방안을 제시하였다. 본 논문의 연구 결과는 한국군의 교전급 제대의 Virtual-Constructive 연동 훈련의 기초연구자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구에서는 육군 대대급 기계화부대의 LVC 통합 훈련을 위해 Constructive 시뮬레이션 모델인 전투 21과 Virtual 시뮬레이션 모델인 K1 전차 시뮬레이터간의 연동방안을 제안한다. Constructive모델을 통한 전투지휘훈련과 전차 시뮬레이터를 통한 전술훈련을 통합하여 전투훈련의 현실성을 높이는 것이 목적이다.
해상도와 교전모의 논리가 다른 전투 21과 K1 전차 시뮬레이터 두 모델의 교전을 모의하기 위해서는 전투 21의 전차소대정보를 개별 전차 단위로 변환하여 K1 전차 시뮬레이터에서 교전을 실시하고 그 결과값을 다시 총괄하여 전투 21에 반영하는 방법이 타당하다. 이러한 교전모의 방법을 구현하기 위한 연동구조에 대한 5개 대안을 검토하였다.

제안 방법

(1) K1 전차 시뮬레이터의 연동을 위한 요구사항 및 모델을 제시하였다.
(2) 연동훈련을 위해 K1 전차 시뮬레이터가 포함해야 할 모의 범위를 적용한 전투 21 - K1 전차 시뮬레이터의 연동모델을 제시하였다.
(3) 근접전투 교전모의에서 전투 21 - K1 전차 시뮬레이터간의 해상도 차이문제 해결을 위해 변환기를 이용한 연동방안을 제시하였다. 서로 다른 시뮬레이션의 연동을 위해 중간 매개체를 두는 방법은 이미 잘 알려져 있는 방법이지만 세부적인 설계나 구현은 문제별로 상이하다.
그러나 전투 21의 개체를 직접 수정할 수 없으므로 해상도 변환을 담당하는 변환기에 전차소대와 개별전차의 관계를 교범상의 편제를 참조하여 데이터 매핑 테이블을 정의한 후 데이터 일관성을 유지하는 방법을 제안한다.
전차 시뮬레이터의 훈련자 관점에서 자연스런 교전을 위해서는 교전결과 반영의 시간지연 현상이 없어야 하므로 3번과 5번 대안이 타당하다. 그런데 전투 21의 수정을 위해서는 많은 노력과 비용이 필요하므로 5번 대안을 채택하여 구체적인 연동방안을 제안하고자 한다.
네 번째 대안은 두 모델의 중간에 변환기를 두어 해상도 변환과 전투 21의 분할된 개체의 피해평가를 함께 담당하게 하는 방법이다. 이 방법은 전투 21의 수정소요가 없는 장점이 있지만 대안 1에서와 같이 페더레이트 수가 증가하고 변환기에서 처리한 교전결과 반영의 시간지연이 발생한다는 단점이 있다^[12].
다섯 번째 대안은 변환기가 해상도 변환을 담당하게 하고 전투 21의 분할된 전차객체의 소유권을 전차 시뮬레이터에 넘겨주어 virtual SAF로 운용하여 교전 모의를 전차 시뮬레이터에서 모두 담당하고 전투 21은 교전의 결과 값만을 취하는 방법이다. 이 방법은 페더레이트의 수가 증가하는 단점이 있지만 대안 3의 이유로 전투 21의 수정소요가 없고 교전결과 반영의 시간지연이 발생하지 않는 장점이 있다.
두 번째 대안은 전투 21에서 해상도 변환을 담당하고 중간에 연동을 매개하는 변환기를 두어 단발교전에 의한 피해평가 처리를 담당하는 것이다. 이 방법은 페더레이트 수가 증가하게 되며, 해상도 변환기능을 전투 21에 추가하기 위해 전투 21의 수정이 불가피하며, 대안 1에서와 같은 동일한 이유로 변환기에서 처리한 교전결과 반영의 시간지연이 발생하는 문제점이 있다^[11].
첫 번째, MRM을 위한 연동구조는 대안 5의 방법으로 결정하였다. 두 번째, 해상도 변환조건은 전투 21의 자료 분석을 통하여 일정거리 도착(Spheres of Influence)시로 결정하였다. 세 번째, 데이터 전송 중 데이터 매핑은 데이터 매핑 테이블을 이용하였다.
반면, 변환기와 전차 시뮬레이터간에는 개별 전차 정보 표현을 위한 PhysicalEntity 하위 객체 클래스로 연동이 이루어진다. 따라서 변환기는 전투21로부터 AggregateEntity 클래스 객체를 통해 전차 소대 정보를 수신하여, Table 4와 같은 데이터 매핑 과정을 거쳐 개별 전차 각각을 위한 PhysicalEntity 클래스 객체 정보를 생성한 후 이를 RTI를 통해 공개(Publish)한다. 이와 반대로 전차 시뮬레이터로부터 PhysicalEntity 클래스 객체를 통해 수신된 개별 전차 정보는 총괄하여 전차 소대 해상도 데이터로 변환한 후, 전투21을 위한 AggregateEntity 클래스 객체 정보를 생성하여 RTI를 통해 공개한다.
이에 따라 전투 21은 란체스터 방정식으로 교전을 모의하고 K1 전차 시뮬레이터는 단발사격의 명중률과 피해율을 적용하여 교전을 모의한다. 또한, 두 모델의 연동데이터를 상호교환하고 그 주기 차이를 극복하기 위해 다중해상도 문제해결을 위한 연동 구조들을 비교하고 모델 간 해상도 변환 조건 및 데이터 매핑 방법을 제안한다.
본 논문에서 제안하는 전투 21과 K1 전차 시뮬레이터의 연동은 변환기를 이용한 연동방법으로 변환기가 해상도 변환을 담당하게 하고 전투 21의 분할된 전차 객체의 소유권을 전차 시뮬레이터에 넘겨주어 virtual SAF로 운용하여 교전모의를 전차 시뮬레이터에서 모두 담당하고 교전의 결과값을 취하는 방법이다. 이 방법에서 변환기의 해상도 변환 기능은 전투 21로부터 전차소대의 위치정보와 전투력 정보를 받아 개별전차 수준으로 데이터를 변환시켜 소대단위로 부여되어 있는 전투력 정보를 개별전차의 정보로 할당하고 소대의 위치를 개별전차의 위치로 나누어 배치한다.
본 논문에서는 Constructive-Virtual 연동훈련을 위해 한국군의 가용한 자원인 전투 21과 K1 전차 시뮬레이터 모델을 연동하여 훈련하는데 있어서 연동의 제한사항을 식별하고 그 해결방안을 다음과 같이 제시하였다.
그리고, 총괄(Aggregate) 레벨 모델인 전투 21과 개체(Entity) 레벨 모델인 K1 전차 시뮬레이터간의 교전방식 및 해상도 수준 차이로 인해 발생하는 다중 해상도(Multi-Resolution) 문제를 해결해야 한다. 본 논문에서는 연동을 위한 K1 전차 시뮬레이터 모델을 제안하고, 전투 21과 K1 전차 시뮬레이터간의 연동 모델을 제안하며, 변환기(Converter)를 이용하여 해상도 차이를 해결하는 방안을 제시한다.
세 번째 대안은 전투 21에서 해상도 변환만을 담당하고 전투 21의 분할된 전차객체의 소유권을 전차 시뮬레이터에 넘겨주어 virtual SAF로 운용하여 교전모의를 전차 시뮬레이터에서 모두 담당하고 전투 21이 교전의 결과값만을 취하는 방법이다. 이 방법은 페더레이트 수도 증가하지 않는다.
두 번째, 해상도 변환조건은 전투 21의 자료 분석을 통하여 일정거리 도착(Spheres of Influence)시로 결정하였다. 세 번째, 데이터 전송 중 데이터 매핑은 데이터 매핑 테이블을 이용하였다. 그리고 소유권 전환은 Table 5에 따라 관리한다.
본 논문에서 제안하는 전투 21과 K1 전차 시뮬레이터의 연동은 변환기를 이용한 연동방법으로 변환기가 해상도 변환을 담당하게 하고 전투 21의 분할된 전차 객체의 소유권을 전차 시뮬레이터에 넘겨주어 virtual SAF로 운용하여 교전모의를 전차 시뮬레이터에서 모두 담당하고 교전의 결과값을 취하는 방법이다. 이 방법에서 변환기의 해상도 변환 기능은 전투 21로부터 전차소대의 위치정보와 전투력 정보를 받아 개별전차 수준으로 데이터를 변환시켜 소대단위로 부여되어 있는 전투력 정보를 개별전차의 정보로 할당하고 소대의 위치를 개별전차의 위치로 나누어 배치한다.
따라서 변환기는 전투21로부터 AggregateEntity 클래스 객체를 통해 전차 소대 정보를 수신하여, Table 4와 같은 데이터 매핑 과정을 거쳐 개별 전차 각각을 위한 PhysicalEntity 클래스 객체 정보를 생성한 후 이를 RTI를 통해 공개(Publish)한다. 이와 반대로 전차 시뮬레이터로부터 PhysicalEntity 클래스 객체를 통해 수신된 개별 전차 정보는 총괄하여 전차 소대 해상도 데이터로 변환한 후, 전투21을 위한 AggregateEntity 클래스 객체 정보를 생성하여 RTI를 통해 공개한다.
분할의 발생 조건 거리가 너무 길면 교전과 상관없는 부대가 분할될 수 있고 너무 짧은 경우에는 시야가 확보되고 접적한 상황에서도 적이 관측되지 않을 수 있다. 적정한 분할 영향범위의 조건을 선정하기 위하여 XX 부대의 1년간의 전투 21의 교전 데이터를 가지고 교전이 일어나는 부대간의 거리와 교전하지 않는 부대의 거리를 분석하였다.
지휘관 및 참모는 부대지휘절차(상황판단→결심→대응)를 지속적으로 시행하며 예하부대 및 전투원의 상황보고 및 손실보고를 상황판단의 주요 판단자료로 활용한다. 전차 시뮬레이터는 지휘관으로부터 명령과 전장상황을 전달받고 전투 21에서 조성된 적군 부대정보 및 아군화력지원 등의 환경과 조건 속에서 전투(기동/사격)를 실시한다. 교전 결과는 지휘관에게 보고되어 상황판단의 자료로 활용되고 교전결과 데이터는 전투 21로 전송되어 적·아 정보에 적용되며 DB에 저장되어 사후검토 자료로 활용된다.
첫 번째 대안은 총괄 모델에서 개체 모델로의 해상도 변환을 전투 21에서 담당하여 전차소대정보로부터 개별 전차에 해당하는 SAF들을 생성하고 SAF에 대한 소유권을 전투 21이 가지며, K1 전차 시뮬레이터와 교전 시 전투 21에서 분할(disaggregation)된 전차 SAF 개체의 피해평가를 전투 21에서 담당하는 것이다. 대안 1의 경우는 연동 구조적 관점에서 페더레이트 수의 변동은 없지만 전투 21에 해상도 변환기능과 단발사격의 명중률과 피해율을 적용하기 위한 모의논리가 추가되어야 하며 그로 인해 전투 21의 계산량이 증가되고 모델의 복잡도가 증가하게 된다.
본 논문에서는 저해상도 모델인 전투 21(Constructive)과 고해상도 모델인 전차 시뮬레이터(Virtual) 연동 시 발생하는 Table 1에서 언급한 MRM 주요 이슈들을 다음과 같이 해결하고자 하였다. 첫 번째, MRM을 위한 연동구조는 대안 5의 방법으로 결정하였다. 두 번째, 해상도 변환조건은 전투 21의 자료 분석을 통하여 일정거리 도착(Spheres of Influence)시로 결정하였다.

성능/효과

이는 산지가 많고 도로망이 곡선형으로 발달된 한반도 중부지역의 지형적 특성의 영향으로 적의 관측이 쉽지 않아 대부분의 전차 교전이 근거리에서 일어난다고 판단 할 수 있다. 그리고 교전하지 않는 최기(인접부대)의 평균거리는 위 데이터에는 제공되어 있지 않으므로 전투 21의 지난 데이터를 replay하여 거리측정기능으로 거리를 측정하여 평균이 1994m임을 알 수 있었다. 그러므로 분할되는 거리를 600m∼1000m로 설정하는 것이 타당하다고 판단할 수 있다.
데이터를 분석한 결과 훈련 간 발생한 최초 교전의 평균거리는 372.7m이고 최초교전의 90%가 600m 이내에서 발생했으며 1000m 이상에서 발생한 교전은 전체 교전의 4% 정도임을 알 수 있다. 이는 산지가 많고 도로망이 곡선형으로 발달된 한반도 중부지역의 지형적 특성의 영향으로 적의 관측이 쉽지 않아 대부분의 전차 교전이 근거리에서 일어난다고 판단 할 수 있다.
첫째, 해상도 변환 조건을 정하기 위해 두 모델의 소대가 일정거리 이하가 되면 교전 가능 상태가 되어 변환기가 분할해주어야 하는데 이 거리를 정해야 한다. 둘째, 총괄 레벨에서 개체 레벨로 해상도 변환을 할 때 어떠한 규칙에 따라 전투 21과 전차 시뮬레이터간에 데이터를 매핑할 것인가를 결정해야 한다. 마지막으로, 총괄 레벨과 개체 레벨 간 해상도가 여러 번 변환될 시 데이터 변환에 따른 데이터의 일관성을 유지해야 한다.

후속연구

본 논문에서는 전투 21과 K1 전차 시뮬레이터의 연동의 변환기를 설계 및 구현하는데 있어서 해상도 변환 조건 설정문제, 해상도 변환에 따른 데이터 매핑 규칙 및 방법, 데이터 일관성 유지에 대한 방안을 제시하였다. 본 논문의 연구 결과는 한국군의 교전급 제대의 Virtual-Constructive 연동 훈련의 기초연구자료로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	변환기를 구현할 때 고려사항은 무엇인가?	변환기를 구현할 때 고려사항은 다음과 같다. 첫째, 해상도 변환 조건을 정하기 위해 두 모델의 소대가 일정거리 이하가 되면 교전 가능 상태가 되어 변환기가 분할해주어야 하는데 이 거리를 정해야 한다. 둘째, 총괄 레벨에서 개체 레벨로 해상도 변환을 할 때 어떠한 규칙에 따라 전투 21과 전차 시뮬레이터간에 데이터를 매핑할 것인가를 결정해야 한다. 마지막으로, 총괄 레벨과 개체 레벨 간 해상도가 여러 번 변환될 시 데이터 변환에 따른 데이터의 일관성을 유지해야 한다.
	Live 시뮬레이션이란?	Live(L), Virtual(V), Constructive(C) 통합 시뮬레이션을 통한 훈련이 유망한 방안으로 대두되고 있다. Live 시뮬레이션은 실병력이 실장비를 가지고 참여하는 시뮬레이션이고 Virtual 시뮬레이션은 실병력이 모의된 장비를 가지고 참여하는 시뮬레이션이며 Constructive 시뮬레이션은 모의된 시스템에 모의된 병력이 참여하는 시뮬레이션이다[2]. 이 모델들이 연동된 LVC 통합 훈련은 개별 시뮬레이션의 단점을 보완하여 실제 전장 환경과 근접한 합성 전장 환경에서 현실감 높은 훈련이 가능하다[3].
	고해상도에서 저해상도 모델로 변환할 경우, 무엇을 구분하여 적용해야 하는가?	보통의 경우 저해상도에서 고해상도로 변환할 경우, 저해상도 모델의 데이터로부터 고해상도 모델을 위해 필요한 데이터를 만들어내기에는 정보가 부족하므로 군사교리, 역사, 기타참고자료 등과 같은 정보를 참고하여[6] 부족한 정보를 추정하는 과정이 필요하다. 반면 고해상도에서 저해상도 모델로 변환할 경우에는 데이터 손실이 발생하는데 손실된 데이터를 분석하여 데이터 손실이 용인이 되는 경우와 데이터를 반드시 반영해야 하는 경우를 구분하여 적용하여야 한다. 데이터 손실이 용인되는 기준은 총괄 된 이후 시뮬레이션에 필요 없는 정보는 손실이 일어나도 되지만 그렇지 않은 경우에는 반드시 반영되어야 한다[6].

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