[논문]태블릿 기기와 전자칠판 시스템 간의 연동 기술 연구

최윤수; 황민태

doi:10.6109/jkiice.2015.19.7.1719

문제 정의

본 논문에서는 스마트 교육 관련 기술 연구의 일환으로 태블릿 기기와 기존의 전자칠판 시스템간의 연동 기술에 대해 연구하였다. 이를 위해 기존의 전자칠판 시스템에서 이용 가능한 판서 소프트웨어와 태블릿 기기용 판서 소프트웨어를 직접 구현한 다음 이들 소프트웨어 간에 판서 좌표 정보 및 제어 데이터를 실시간 양방향으로 교환 가능한 통신 모듈을 추가해 태블릿 기기와 전자 칠판 시스템 간에 연동 기능을 구현하였다.
본 논문에서는 스마트 교육 환경을 구축하기 위한 일환으로 강사의 태블릿 기기와 기존의 전자칠판(IWB: Interactive White Board) 시스템 간의 연동 기술에 대해 연구하고자 한다. 이를 위해 기존의 전자칠판 시스템에서 이용 가능한 판서 소프트웨어와 태블릿 기기용 판서 소프트웨어를 직접 설계 구현한 다음 이들 소프트웨어 간에 판서 좌표 정보 및 제어 데이터를 실시간 양방향으로 교환 가능한 통신 모듈을 추가해 태블릿 기기와 전자 칠판 시스템 간에 연동 기능을 제공하고자 한다.
본 논문에서는 태블릿 기기와 전자칠판 시스템 간의 연동 기능을 구현하기 위해 우선적으로 태블릿 기기와 기존의 전자칠판 시스템 상에서 동작하게 될 판서 소프트웨어를 설계 및 구현하였다.

제안 방법

없다. 따라서 본 논문에서는 전자칠판 시스템용 판서 소프트웨어에 대해서만 기본적인 제스쳐 인식 기능을 구현 적용하였다.
먼저 118m² 크기의 대학교 강의실에서 태블릿 기기를 전자칠판 시스템으로부터 2m, 4m, 6m 및 8m 거리로 점차 멀어지도록 하면서 판서 내용이 전자칠판 시스템에 정상적으로 디스플레이 되는지 여부를 확인하였다. 시험 결과 118m²규모의 대학 일반 강의실 내에서는 송수신이 원활히 진행되는 것을 확인할 수 있었다.
본 논문에서 구현하고자 하는 판서 소프트웨어는 기존의 상업용 판서 소프트웨어와는 달리 필요 최소한의 기능을 적용함으로써 사용자의 접근성을 용이하게 하고, PPT/PDF/GIF/JPG 등 다양한 파일 포맷을 지원할 뿐만 아니라 페이지 전환이나 판서 도구 선택에 대해서는 사용자의 제스처 인식을 지원하도록 설계하였다.
대해 연구하였다. 이를 위해 기존의 전자칠판 시스템에서 이용 가능한 판서 소프트웨어와 태블릿 기기용 판서 소프트웨어를 직접 구현한 다음 이들 소프트웨어 간에 판서 좌표 정보 및 제어 데이터를 실시간 양방향으로 교환 가능한 통신 모듈을 추가해 태블릿 기기와 전자 칠판 시스템 간에 연동 기능을 구현하였다.
한다. 이를 위해 기존의 전자칠판 시스템에서 이용 가능한 판서 소프트웨어와 태블릿 기기용 판서 소프트웨어를 직접 설계 구현한 다음 이들 소프트웨어 간에 판서 좌표 정보 및 제어 데이터를 실시간 양방향으로 교환 가능한 통신 모듈을 추가해 태블릿 기기와 전자 칠판 시스템 간에 연동 기능을 제공하고자 한다. 본 논문의 구성은 다음과 같다.
반대로 전자칠판 스크린 상에서의 강의 및 판서 내용 그리고 제스처 인식 기능은 태블릿 기기에 동기화되어 나타나게 된다. 전자칠판 시스템을 구성하는 PC의 경우 판서 소프트웨어를 탑재해 판서를 지원함과 동시에 태블릿 기기와 이벤트 기반의 데이터를 양방향으로 교환하기 위한 소켓(Socket)을 관리하는 통신 서버 역할을 수행하도록 하였다.
지연시간은 태블릿 기기와 전자칠판 시스템 간에 시간 동기화를 취한 후 태블릿이나 전자칠판 시스템에서 발생시킨 이벤트를 상대 기기로 전달한 좌표와 송신 시각을 스크립트로 기록하고, 상대 기기에서는 이를 수신한 좌표와 시각을 스크립트로 기록하게 한 다음 두 데이터 간의 시간 차이를 계산해 분석하였다.
참고로 한 번 응답 오류가 발생한 경우에는 이후의 모든 이벤트가 전달이 되지 않기 때문에 이 경우에는 태블릿과 전자칠판 시스템의 판서 소프트웨어를 재구동한 후에 성능 시험을 진행하였다.
태블릿 기기와 전자칠판 시스템 간에 실시간 양방향 통신을 지원하기 위해 그림 7에서 보는 바와 같은 데이터 포맷을 설계하였다.
태블릿 기기와 전자칠판 시스템 간의 상호 연동 기능 구현에 따른 성능을 응답 오류율, 지연 시간 및 통신 커버리지 측면에서 분석하고 그 결과를 제시하였다.
태블릿 기기와 전자칠판 시스템 간의 연동 성능 시험을 위해 그림 9와 같은 자체 성능 시험 환경을 구축하였다.
태블릿 기기용 판서 소프트웨어는 표 4에서 보는 바와 같이 안드로이드 기반의 모바일 운영체제를 기반으로 하여 Java 프로그래밍을 통해 구현하였다. 마찬가지로 전자칠판 시스템의 PC에 탑재될 판서 소프트웨어 역시 동일한 Java 프로그래밍을 통해 구현함으로써 두기기 간에 대부분의 소스 코드를 공유하고 사용자 인터페이스만 일부 수정해 쉽게 구현할 수가 있었다.
판서한 내용의 일부를 지우는 기능을 제공한다. 한 번에 지워지는 크기를 슬라이드 바(Slide Bar)를 이용해 조절할 수 있으며, 전체 판서 내용을 한꺼번에 지우는 지우개 기능을 별도의 아이콘으로 구현하였다.

대상 데이터

자체 성능 시험은 본 논문과 별개로 추진한 강사 태블릿과 학생 태블릿 간의 실시간 양방향 통신 기술[23] 의 성능 시험과 병행해서 진행되었으며, 사용된 기기는 1대의 강사 태블릿, 20대의 학생 태블릿, 1대의 전자 칠판 시스템 그리고 무선 공유기로 구성되어 있다.
전자칠판 시스템의 전자칠판 역할은 터치 스크린 기반의 50인치 대형 모니터를 이용하였으며, 다양한 파일 포맷을 지원하기 위한 라이브러리를 활용하였다.

성능/효과

10, 000개의 이벤트를 전송한 결과 상대 기기에서 수신하지 못한 횟수는 11회로서 이를 통해 응답 오류율은 0.11%(총 응답 오류 횟수/총 이벤트 발생 횟수)로 나타났다. 약 1,000회 이벤트에 대해 1회 오류 발생에 불과해 연동 기능의 성능이 우수함을 알 수 있다.
2,000회의 이벤트에 대한 스크립트를 비교하였을 때 누적 지연시간은 178초였으며 결과적으로 평균 응답 속도는 0.556초임을 확인할 수 있었다. 1초 미만의 응답 속도는 태블릿과 전자칠판 시스템 간에 사용자가 시간차에 대한 불편을 거의 느끼지 못하는 수준으로 여겨진다.
그림에서 보는 바와 같이 태블릿 기기에서의 강의 및 판서 내용이 무선 공유기를 통해 실시간으로 전자 칠판 시스템에 전달되며, 반대로 전자칠판 시스템의 터치 모니터에서의 판서 및 페이지 전환 내용이 태블릿 기기에 실시간으로 전달됨을 확인하였다.
시험 결과 118m²규모의 대학 일반 강의실 내에서는 송수신이 원활히 진행되는 것을 확인할 수 있었다. 또 다른 환경에서의 시험은 건물 복도에서 강사 태블릿을 전자 칠판 시스템으로부터 점차 멀리 떨어져 최대 16미터거리까지 위치시킨 뒤 성능을 측정한 것으로 첫 번째 시험의 결과와 마찬가지로 정상 동작함을 확인하였다.
본 논문에서 구현한 연동 시스템을 실제 수업 시간에 활용해 본 결과 실제 교육 환경에 적용 가능한 우수한 성능을 보여주고 있음을 확인하였다.
본 논문에서 구현한 태블릿 기기와 전자칠판 시스템 간의 상호 연동 기술을 그림 10에서 보는 바와 같이 대학교 강의실에서 실제 수업 시간을 이용해 필드테스트를 실시하고서 정상 동작을 확인할 수 있었다. 이 경우 대형 스크린이 필요한 관계로 터치 모니터 대신에 빔프로젝트가 연결된 전자칠판 시스템을 사용하였다.
확인하였다. 시험 결과 118m²규모의 대학 일반 강의실 내에서는 송수신이 원활히 진행되는 것을 확인할 수 있었다. 또 다른 환경에서의 시험은 건물 복도에서 강사 태블릿을 전자 칠판 시스템으로부터 점차 멀리 떨어져 최대 16미터거리까지 위치시킨 뒤 성능을 측정한 것으로 첫 번째 시험의 결과와 마찬가지로 정상 동작함을 확인하였다.
아울러 태블릿 기기나 전자칠판 시스템 상에서 통신 서버에 저장된 강의 자료를 오픈하는 경우 자동적으로 상대 기기의 화면상에도 동기화 되어 강의 자료가 나타남을 확인할 수 있었다.
태블릿 기기와 전자칠판 시스템간의 양방향 연동 기능의 자체 성능 평가 결과로 응답 오류는 약 1,000회 이벤트에 대해 1회 정도의 오류가 발생하는 수준에 불과하며, 지연시간 역시 0.55초에 불과해 사용자 입장에서는 거의 불편을 느끼지 못하는 정도이다.
이 경우 대형 스크린이 필요한 관계로 터치 모니터 대신에 빔프로젝트가 연결된 전자칠판 시스템을 사용하였다. 필드 테스트 결과 강사가 태블릿 기기를 가지고 강의 실내를 이동하면서 수업을 진행함으로써 학생들의 수업집중도를 높일 수 있음을 알 수 있었다.

후속연구

하지만 일반 사용자 관점에 비추어 볼 때 판서 소프트웨어는 교사뿐만 아니라 학생도 쉽게 사용할 수 있어야 하므로 사용자 접근성이 용이해야 할 것이며, PDF나 PPT와 같은 다양한 형식의 전자책 포맷을 지원해야 할 것이다. 그리고 원활한 강의 진행을 위해 전자칠판 상에서의 제스처 (Gesture) 인식을 지원하거나 스마트 기기와의 연동 기능을 지원할 수 있어야 할 것이다.

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