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문제 정의
- 이에 본 논문에서는 다양한 의사결정 및 가상건설 시뮬레이션이 가능하도록 BIM 도면을 기반으로 3D 기반의 강력한 몰입환경을 제공하는 다면(Multi Screen) 기반의 시뮬레이션 시스템 개발사례를 제시하고자 한다. 이를 위해 국외에 기구축되어 운영 중인 유사시스템 사례를 분석하고 이를 근간으로 건설분야에 최적화된 다면투사 시스템을 구축하였다.
제안 방법
- 시뮬레이션을 위한 다면투사를 위해서는 후면(Rear)투사가 기본이 되어야 하기 때문에 이를 근간으로 하드웨어 구성을 고려해야 한다. 건설분야에 적용가능한 시뮬레이션 실험실 구성을 위해 하드웨어 전문가들과 협의한 결과 기본적인 공간 구성은 가로 5m, 세로 1.75m, 높이 2.8m의 규모로 스크린을 구성하였고 4개의 프로젝터를 활용한 3면 후면 투사방식으로 구축하였다.
- 극지나 오지 등 사람이 가기 어려운 환경을 체험하기 위해 만들어진 시뮬레이션으로 구글맵 등에서 제공되는 위성영상 및 실제로 현지에서 촬영된 영상을 근간으로 지형정보에 Texture를 매핑하여 가상공간이 아닌 실제 공간을 체험하는 느낌이 날 수 있도록 시뮬레이션 시스템 설계하였다. 사막을 텍스쳐 매핑한 사례를 보여주었으며 VR 환경으로 관찰시 현장과 너무나 유사한 몰입감을 제공하여 콘텐츠를 다양하게 만들 경우 활용도가 매우 높을 것으로 예상된다.
- 다면투사 시뮬레이션 시스템 구축시 핵심이 되는 소프트웨어 구축을 위해 국내외 다양한 사례조사를 통해 요구사항에 맞는 사양을 분석하였다. 효과적인 소프트웨어를 구축하기 위해서는 Autodesk Revit, Navisworks, 3DSMAX, CATIA, Archi CAD, Bentley 등 다양한 3D 모델링 도구를 사용하여 작성한 3차원 모델을 근간으로 3면 이상의 프로젝터 면에 투영할 수 있는 기능을 지원하는 VR 소프트웨어가 반드시 필요하다.
- 다양한 사용자가 손쉽게 장비를 활용하여 가상실증실험을 할 수 있는 환경 제공과 중소기업 등 외부에서 시험실을 이용하는데 용이하기 위해서는 대용량 데이터 변환없이 다양한 3D모델링 도구를 지원해야 하기 때문에 이러한 조건에 맞는 소프트웨어는 TechViz가 가장 적합할 것으로 판단되어 TechViz를 선정하였으며 건설분야에 특화된 기능을 활용하기 위해 오픈 AIP를 활용하여 일부 기능은 변경하였다. 이러한 내용을 근간으로 구성된 전체 개념도는 다음과 같다.
- 국내는 자동차 메이커를 중심으로 품평장을 구축하여 활용하고 있으며 과거 디자인 품평만을 진행했으나 다양한 환경을 구축하여 설계 검증 및 가상의 시뮬레이션 환경을 테스트 진행하고 있다. 또한 국방 및 연구소 기관에서 대형디스플레이를 구축하여 시뮬레이터, 의학. 약학, 반도체 등에 활용하고 있으나 국내의 가상실증시험 시스템은 단순한 디스플레이에 머물고 있다.
- 도쿄중앙대 가상실증실험실에서는 디스플레이에 입체적으로 물건이 보이는 원리를 이용한 다양한 실험과 그들을 구현하는 장치를 공개하고 있다. 또한, 최신 대형 가상현실 장치(몰입형 VR 장비)를 같이 공개하고 실제로 가상현실의 공간을 체험할 수 있게 구성하였다. 관람객이 CG를 이용하여 도시 공간을 재현하고 그 거리를 가상현실 공간에서 체험하는 코너도 설치되어 있다.
- 전면과 측면은 프로젝터가 스크린 뒤에서 영사하는 후면투사방식이며, 바닥면은 2개의 프로젝터가 위에서 투사하는 전면 투사방식이다. 바닥면을 투사하는 2개의 프로젝터로 인해 겹쳐지는 부분은 Edge Bleding 기술로 처리하여 영상을 왜곡없이 볼 수 있도록 하였다. 운영시스템은 서버급 PC 7대(마스터 1, 슬레이브 5)로 구성되었다.
- 박물관으로부터 의뢰를 받아 다양한 미술품 및 조각품 들을 3차원으로 볼 수 있도록 제작하였다. 사용자가 사이버박물관을 조이스틱 장비와 같은 Haptic 장비를 활용하여 이동하고 상세한 정보를 보고 싶은 작품을 선택할 경우 제작연대, 작자, 작품특징 등을 즉시 볼 수 있도록 구성하였다.
- 본 연구에서 개발된 가상실증시험실은 BIM 관련 컨텐츠를 손쉽게 활용하여 다양한 실험이 가능할 뿐만 아니라 지속가능한 개발이 가능하도록 제작되었다. 단순한 하드웨어적인 인프라 투자만이 아니고 누구나 활용할 수 있고, 다양한 분야의 기술이 융합적으로 접목되면서 단순한 정보 파일을 무궁무진한 개발이 가능한 살아있는 컨텐츠로 활용할 수 있는 공간이 될 것으로 예상된다.
- 박물관으로부터 의뢰를 받아 다양한 미술품 및 조각품 들을 3차원으로 볼 수 있도록 제작하였다. 사용자가 사이버박물관을 조이스틱 장비와 같은 Haptic 장비를 활용하여 이동하고 상세한 정보를 보고 싶은 작품을 선택할 경우 제작연대, 작자, 작품특징 등을 즉시 볼 수 있도록 구성하였다.
- 이에 본 논문에서는 다양한 의사결정 및 가상건설 시뮬레이션이 가능하도록 BIM 도면을 기반으로 3D 기반의 강력한 몰입환경을 제공하는 다면(Multi Screen) 기반의 시뮬레이션 시스템 개발사례를 제시하고자 한다. 이를 위해 국외에 기구축되어 운영 중인 유사시스템 사례를 분석하고 이를 근간으로 건설분야에 최적화된 다면투사 시스템을 구축하였다.
- 효과적인 소프트웨어를 구축하기 위해서는 Autodesk Revit, Navisworks, 3DSMAX, CATIA, Archi CAD, Bentley 등 다양한 3D 모델링 도구를 사용하여 작성한 3차원 모델을 근간으로 3면 이상의 프로젝터 면에 투영할 수 있는 기능을 지원하는 VR 소프트웨어가 반드시 필요하다. 이를 위해 일본에 있는 전문가들과 협의하여 VR 소프트웨어의 장단점을 분석하였다.
- 또한 컨텐츠의 종류 및 활용성이 증대되면서 소프트웨어를 활용한 시뮬레이션 및 가상실증환경 구축이 활발하게 진행되고 있다. 이에 다양한 국외기관들을 직적 방문하여 다면투사 시뮬레이션 시스템 하드웨어, 소프트웨어 구성, 활용사례 등을 조사하였으며 조사된 자료를 근간으로 건설 분야에 적합한 다면투사 시뮬레이션 시스템을 구축하였다.
성능/효과
- 다면투사 시뮬레이션 시스템을 구현하기 위한 대표적인 소프트웨어들로는 WorldViz, TechViz, VRED, VR4MAX, ESI ICIDO 등이 있으며 이러한 장비들은 ART, VICON 등 다양한 Tracking 장비 및 HMD와 같은 Haptic 장비 등과 상호 어울려 구성된다. WorldViZ는 제공되는 API 등을 활용하여 프로그래밍이 가능하기 때문에 연구용으로 활용하기 좋다는 의견이 있었으며 TechViz는 200여개 이상의 3D 모델링 툴을 지원하고 별도의 데이터 모델 변환없이 바로 VR을 구현할 수 있다는 장점이 있는 것으로 조사되었다.
- 넷째, 건설분야서 3D 도면설계에 활용되고 있는 Autodesk, Bentley 등 다양한 소프트웨에서 제작된 3D 성과물이 다면투사 시뮬레이션 시스템과 호환이 되어야 한다. 이는 3D 기반의 중립파일을 사용할 수도 있고 또는 OpenGL의 이미지 후킹 방법을 사용해서 구현할 수도 있을 것이다.
- 셋째, 건설분야 도면은 매우 상세하기 때문에 효율적인 도면검토를 위해서는 다수의 LED 패널을 붙여서 구축하는 방식보다 고해상도의 빔프로젝터를 활용하여 단면을 투사하는 것이 효과적이다. 다수의 LED를 활용할 경우 LED 패널을 연결하는 베젤로 인해 도면검토가 원활하지 않을 수 있기 때문이다.
후속연구
- 구축된 다면투사 시뮬레이션 시스템은 중앙정부 및 지자체, 중소기업, 국민 등을 대상으로 가상의 건설 프로젝트 공간에서 BIM 모델을 기반으로 각 분야의 전문가들이 원격 회의를 통한 협업설계, 설계시 공성 검토, 안전진단 점검 등을 할 수 있고 교통 시뮬레이션, 도로주행 시뮬레이션, 구조하중 가상 테스트, 극한지 모의 환경 테스트, 원자력 등 위험시설 설비 가상테스트 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
- 또한 시스템 구축의 결과물 검토를 위해 건설분야 전문가, 시스템 전문가 등 외부전문가들의 자문을 수행하였으며 전문가 검토 결과는 향후 BIM 기반의 다양한 활용시나리오를 만드는데 기본자료로 활용할 예정이다.
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