[논문]가상현실 기반 토탈스테이션 훈련 콘텐츠 개발

임다미; 김상연

doi:10.9728/dcs.2017.18.4.631

가상현실 기반 토탈스테이션 훈련 콘텐츠 개발
Virtual Reality based Total Station Training Content Development 원문보기

디지털콘텐츠학회 논문지 = Journal of Digital Contents Society, v.18 no.4, 2017년, pp.631 - 639

임다미 (한국기술교육대학교 온라인평생교육원) , 김상연 (한국기술교육대학교 첨단기술연구소 인터랙션 연구실)

초록
AI-Helper

기술공학 분야 직업훈련에서 체험, 실습 중심의 학습을 위한 가상훈련 콘텐츠 개발과 활용이 증가하고 있다. 가상훈련은 실제 장비, 작업 환경과 유사한 학습 환경에서 반복적으로 안전하게 교육이 가능하고, 이는 학습자들이 실제 작업 현장에서 장비를 구동하는 데에 도움이 된다는 장점을 가진다. 본 연구에서는 가상현실 기술을 활용하여 이론 학습과 다양한 상황에서의 실습이 가능한 "토탈스테이션과 GNSS를 이용한 측량" 콘텐츠를 개발하고, 이에 대한 사용자 경험을 탐색하고자 하였다. 사용자들은 본 콘텐츠에 높은 흥미와 몰입감, 인지된 학습 효과성, 만족도를 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Development and implementation of virtual training contents has been increasing along with the emphasis on the experience and practice in engineering education. Virtual training makes repeatable sessions possible within safe learning environment which is very similar with real work place. This feature is very helpful to learners when they manipulate real machines back at work after studying with the virtual training content. The purpose of this study is to develop "Total Station and GPSS surveying" virtual training content focusing on both theory and surveying practice within various circumstances and to explore learners experience. Results show high interest, immersion, perceived learning effectiveness, and satisfaction to the content.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

「토탈스테이션과 GNSS를 이용한 측량」콘텐츠는 측량에 대한 기본적인 이해와 범용화된 측량 장비인 토탈스테이션 운용법을 익힌 후, 이를 활용한 다양한 측량 실습을 가능하게 하는 데에 주 목적이 있다. 본 콘텐츠는 다음과 같이 크게 3가지 유형으로 구성되어 있다.
본 연구에서는 가상현실 기술을 활용하여 이론 학습과 다양한 상황에서의 실습이 가능한 「토탈스테이션과 GNSS를 이용한 측량」 콘텐츠를 개발하고, 이에 대한 사용자 경험을 탐색하고자 하였다.
공학분야 교육·훈련에도 학습자들의 흥미를 유발하고 학습 효과를 높이면서 현업적용도도 향상시키는 교수학습방법에 대한 연구, 개발이 필요하다. 본 연구에서는 건축 분야에서 많이 활용되는 고가 장비인 토탈스테이션과 GNSS를 활용한 측량 기술에 대한 이론 교육과 다양한 측량 실습이 가능한 가상현실 기반 훈련 콘텐츠를 개발하였다. 본 콘텐츠는 PC/WEB 버전과 SmartPad 버전으로 개발되었으며, 토탈스테이션과 GNSS 장비 및 구성품에 대한 교육, 시나리오 기반 토탈스테이션과 GNSS의 작동 원리 교육, 공사장, 임야, 도로 등 다양한 가상 공간에서 사용자의 선택에 따른 9가지 측량에 대한 반복 실습을 중심으로 하고 있다.

제안 방법

가상현실 내에 있는 객체들을 효율적으로 처리하기 위해, 가상 객체들을 아바타, 동적객채, 정적객체로 나누어 개발하였다. 강의자의 터치 위치 및 마우스 포인터 등을 아바타로 정의하였고, 사용하는 장비들 및 결과 이미지들을 동적객체로 설정하였다.
가상현실 내에 있는 객체들을 효율적으로 처리하기 위해, 가상 객체들을 아바타, 동적객채, 정적객체로 나누어 개발하였다. 강의자의 터치 위치 및 마우스 포인터 등을 아바타로 정의하였고, 사용하는 장비들 및 결과 이미지들을 동적객체로 설정하였다. 그리고 배경등과 같이 고정된 객체를 정적객체로 설정하였다.
고가의 장비인 토탈스테이션을 가상의 환경에서 직접 실습 해보는 것에 초점을 둔 본 콘텐츠에서는 실습에 자유도를 부여하여 학습자가 실습 환경, 실습 항목 등을 직접 정하고 결과 화면에서 목표 수행 결과와 함께 미진한 부분에 대한 피드백을 제공받을 수 있도록 설계하였다. 실습은 각도측량, 원격고저측량, 거리측량, 후방교회법, 좌표측설, 정지측량, 대변측량, 면적측량, 좌표측량 중 선택할 수 있도록 하였으며, 원하는 실습 항목을 선택하면 실습 지역으로 이동하도록 설계하였다.
고가의 장비인 토탈스테이션을 가상의 환경에서 직접 실습 해보는 것에 초점을 둔 본 콘텐츠에서는 실습에 자유도를 부여하여 학습자가 실습 환경, 실습 항목 등을 직접 정하고 결과 화면에서 목표 수행 결과와 함께 미진한 부분에 대한 피드백을 제공받을 수 있도록 설계하였다. 실습은 각도측량, 원격고저측량, 거리측량, 후방교회법, 좌표측설, 정지측량, 대변측량, 면적측량, 좌표측량 중 선택할 수 있도록 하였으며, 원하는 실습 항목을 선택하면 실습 지역으로 이동하도록 설계하였다.
강의자의 터치 위치 및 마우스 포인터 등을 아바타로 정의하였고, 사용하는 장비들 및 결과 이미지들을 동적객체로 설정하였다. 그리고 배경등과 같이 고정된 객체를 정적객체로 설정하였다. 강의자는 터치스크린 내에 존재하는 동적객체를 누름으로 원하는 객체를 활성화, 이동 또는 조작한다.
그림 7과 같이 해당 실습마다 튜토리얼 ON/OFF 모드가 제공되며, 튜토리얼 모드 ON 시 측량 단계별로 스크립트와 팝업으로 측량을 학습할 수 있도록 개발하였다.
또한, 기기의 각 부분과 버튼을 정확히 사용할 수 있어야 하는 특성을 반영하여 각 버튼 당 수치 증가와 감소를 +, -로 눈에 띄게 구분하고, 회전 방향 표시를 명확히 제시하고, 해당 부분이 작동되면 스크립트에서 각 버튼의 역할을 설명하도록 하였다. 실제 기기에서의 적용성을 높이기 위해, 각 버튼의 디자인에 기기의 작동 부분을 형상화하여 디자인하였다.
16명이 남학생이었고, 5명은 여학생이었다. 본 연구에서 사용된 설문 문항은 사용성 평가, 게임 평가, 시뮬레이션 평가와 관련한 기존 연구를 바탕으로 12개 항목을 도출하였다.
그림 1은 3D max를 통해 모델링한 객체에 Biped를 스킨작업한 후 Unwrap UVW로 매핑한 후의 교육환경이다. 본 연구에서는 시각적 현실감을 효율적으로 높이기 위해서 텍스쳐 매핑 뿐 아니라, 지형데이터의 전처리, 도로 및 지형지물의 제작, 모델의 단순화, LOD(Level of Detail) 등의 다양한 방법을 이용하였다. 지형데이터는 3차원 좌표계를 기반으로한 메쉬를 구성하였다.
본 연구에서는 건축 분야에서 많이 활용되는 고가 장비인 토탈스테이션과 GNSS를 활용한 측량 기술에 대한 이론 교육과 다양한 측량 실습이 가능한 가상현실 기반 훈련 콘텐츠를 개발하였다. 본 콘텐츠는 PC/WEB 버전과 SmartPad 버전으로 개발되었으며, 토탈스테이션과 GNSS 장비 및 구성품에 대한 교육, 시나리오 기반 토탈스테이션과 GNSS의 작동 원리 교육, 공사장, 임야, 도로 등 다양한 가상 공간에서 사용자의 선택에 따른 9가지 측량에 대한 반복 실습을 중심으로 하고 있다. 고가의 장비인 토탈스테이션을 가상의 환경에서 직접 실습해보는 것에 초점을 둔 본 콘텐츠에서는 실습에 자유도를 부여하여 학습자가 실습 환경, 실습 항목 등을 직접 정하고 결과 화면에서 목표 수행 결과와 함께 미진한 부분에 대한 피드백을 제공받을 수 있도록 설계하였다.
고가의 장비인 토탈스테이션을 가상의 환경에서 직접 실습 해보는 것에 초점을 둔 본 콘텐츠에서는 실습에 자유도를 부여하여 학습자가 실습 환경, 실습 항목 등을 직접 정하고 결과 화면에서 목표 수행 결과와 함께 미진한 부분에 대한 피드백을 제공받을 수 있도록 설계하였다. 실습은 각도측량, 원격고저측량, 거리측량, 후방교회법, 좌표측설, 정지측량, 대변측량, 면적측량, 좌표측량 중 선택할 수 있도록 하였으며, 원하는 실습 항목을 선택하면 실습 지역으로 이동하도록 설계하였다.
또한, 기기의 각 부분과 버튼을 정확히 사용할 수 있어야 하는 특성을 반영하여 각 버튼 당 수치 증가와 감소를 +, -로 눈에 띄게 구분하고, 회전 방향 표시를 명확히 제시하고, 해당 부분이 작동되면 스크립트에서 각 버튼의 역할을 설명하도록 하였다. 실제 기기에서의 적용성을 높이기 위해, 각 버튼의 디자인에 기기의 작동 부분을 형상화하여 디자인하였다.
연구자는 참여자들에게 이메일로 vt.ekoreatech.ac.kr에서 WEB버전 콘텐츠 사용 방법, 사용자 평가를 위한 미션 리스트를 설명하고, 일주일 간의 평가 기간을 주었다. 평가 기간 동안 참여자들은 집, 학교 등 본인들이 원하는 장소에서 자유롭게 가상훈련 콘텐츠를 학습하고 실습하며 느낀 바와 장,단점에 대해 기록하였다.
지형데이터는 3차원 좌표계를 기반으로한 메쉬를 구성하였다. 이렇게 구성된 메쉬들은 실시간으로 처리하기 매우 어렵기 때문에 메쉬 수를 줄이는 간략화 작업을 수행하였다.

대상 데이터

4세였다. 16명이 남학생이었고, 5명은 여학생이었다. 본 연구에서 사용된 설문 문항은 사용성 평가, 게임 평가, 시뮬레이션 평가와 관련한 기존 연구를 바탕으로 12개 항목을 도출하였다.
본 연구에서 개발한 「토탈스테이션과 GNSS를 이용한 측량」 훈련 콘텐츠에 대한 사용자들의 경험을 탐색하기 위해 21명의 공학 전공 대학생들이 사용자 평가에 참여하였으며, 참여자들의 평균 연령은 23.4세였다. 16명이 남학생이었고, 5명은 여학생이었다.
본 연구에서는 시각적 현실감을 효율적으로 높이기 위해서 텍스쳐 매핑 뿐 아니라, 지형데이터의 전처리, 도로 및 지형지물의 제작, 모델의 단순화, LOD(Level of Detail) 등의 다양한 방법을 이용하였다. 지형데이터는 3차원 좌표계를 기반으로한 메쉬를 구성하였다. 이렇게 구성된 메쉬들은 실시간으로 처리하기 매우 어렵기 때문에 메쉬 수를 줄이는 간략화 작업을 수행하였다.

이론/모형

모바일 기기, 웹브라우저, 데스크톱, 콘솔 등 다양한 플랫폼에서 동작이 가능한 가상현실 기반 측량콘텐츠를 구축하기 위해 Unity 3D를 이용하였다. 측량콘텐츠에서 사용되는 다양한 객체들은 3D max를 이용하여 모델링 한 후 사실감을 증가시키기 위해 포토샵 등을 이용한 텍스쳐 이미지들을 이용하여 대상 물체에 Unwrap UVW로 텍스쳐 매핑하였다.

성능/효과

81%의 참여자가「토탈스테이션과 GNSS를 이용한 측량」가 흥미롭다고 응답하였으며, 평균은 3.95(표준편차 .86)로 나타났다.
90%의 참여자가「토탈스테이션과 GNSS를 이용한 측량」 콘텐츠는 토탈스테이션을 학습하는데 효과적이라고 응답하였으며, 평균은 4.09(표준편차 .70)로 나타났다.
본 콘텐츠에 대한 사용자 평가에서 사용자들은 높은 흥미, 몰입, 인지된 학습 효과성, 만족도를 나타냈다. 이외에도 사용 자들은 조작의 편의성, 실제 장비와의 유사성, 반복 학습, 실제 장비에의 활용성, 자기주도성, 실험&실습 위주, 언제 어디서나 장비에 대한 교육을 받을 수 있다는 점 등에 긍정적인 의견을 보였다.
본 콘텐츠의 경우 수동적으로 강의를 듣는 방식이 아니라, 학습자들에게 선택권이 주어져 학습과 실습을 이끌어간다는 점을 많은 참여자들이 좋아하는 것으로 나타났다.
참여자의 62%가「토탈스테이션과 GNSS를 이용한 측량」 콘텐츠 내의 상호작용이 자연스러웠다고 응답하였으며, 평균은 3.62(표준편차 1.02)로 나타났다.
참여자의 62%가「토탈스테이션과 GNSS를 이용한 측량」 콘텐츠를 사용하는 동안 몰입감을 느꼈다고 응답하였으며, 평균은 3.76(표준편차 .83)으로 나타났다.
참여자의 72%가「토탈스테이션과 GNSS를 이용한 측량」 콘텐츠를 학습한 후 토탈스테이션에 대해 더 배우고픈 흥미를 느꼈다고 응답하였으며, 평균은 3.76(표준편차 1.09)로 나타났다.
참여자의 75%가「토탈스테이션과 GNSS를 이용한 측량」 콘텐츠가 만족스러웠다고 응답하였으며, 평균은 3.62(표준편차 .98)로 나타났다.
참여자의 85.7%가「토탈스테이션과 GNSS를 이용한 측량」 콘텐츠가 이러닝 콘텐츠에 비해 학습 효과성이 높다고 생각한다고 응답하였으며, 평균은 4.23(표준편차 .49)로 나타났다.
본 콘텐츠는 다음과 같이 크게 3가지 유형으로 구성되어 있다. 첫째, 토탈스테이션과 GNSS 장비 및 구성품에 대한 교육, 둘째, 시나리오 기반 토탈스테이션과 GNSS의 작동 원리 교육, 셋째, 공사장, 임야, 도로, 농지 등으로 구축된 가상공간을 선택하여 기본 측량, 거리/각도 측량, 면적 측량 등 9가지 측량을 학습자가 직접 조작할 수 있는 반복 실습이 있다.

후속연구

본 콘텐츠는 건축 분야 재직자, 구직자, 전공 학생들의 교육을 위해 활용될 수 있으며, 실제 장비 실습 전 사전 교육이나 장비 실습 후의 복습으로의 활용 가치가 높을 것이다. 본 콘텐츠의 활용을 통해 실습 장비 투자 비용 감소, 학습자 흥미 유발, 교육 효과성 증대, 만족도 향상, 실무 능력 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대해본다.
본 콘텐츠는 건축 분야 재직자, 구직자, 전공 학생들의 교육을 위해 활용될 수 있으며, 실제 장비 실습 전 사전 교육이나 장비 실습 후의 복습으로의 활용 가치가 높을 것이다. 본 콘텐츠의 활용을 통해 실습 장비 투자 비용 감소, 학습자 흥미 유발, 교육 효과성 증대, 만족도 향상, 실무 능력 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대해본다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가상훈련 콘텐츠의 사례에는 어떤 것이 있는가?	가상훈련은 실제 장비, 작업 환경과 유사한 학습 환경에서 반복적으로 안전하게 교육이 가능하고, 이는 학습자들이 실제 작업 현장에서 장비를 구동하는 데에 도움이 된다는 장점을 가진다. 최근 가상현실 기반 철강 공정 조업 교육 시스템 개발에 관한 연구 [7] 에서는 철강 공정에서 필요로 하는 제품 생산 설비를 모사한 가상설비, 운전자 HMI (Human Machine Interface)를 모사한 가상 HMI, 운전자 Control Panel을 모사한 가상 조작반으로 구성된 철강 공정 가상현실 조업 시뮬레이터를 개발하여 실제 관련 교육기관에서 활용한 바 있다. PC, 스마트 패드에서 동작하는 가상현실 기반 단계별 학습을 통한 자동차 정비 훈련 시스템이 개발된 사례도 있다[8]. 증강현실 기반 자동차 매뉴얼 콘텐츠가 사용자 학습이 미치는 영향에 관한 연구[9]에서는 증강현실 기반 콘텐츠가 일반 책 형태의 매뉴얼보다 사용자들의 몰입, 물리적 실재감, 능동적 참여에 효과적임을 확인하였다.
	가상현실의 장점은 무엇인가?	가상현실의 장점은 사용자에게 높은 몰입감과 실재감을 경험하게 할 수 있다는 점이다. 이러한 관점에서 가상현실을 교육 및 훈련에 접목하였을 경우 높은 몰입감과 개별화된 상호작용을 통한 학습 효과 향상을 기대할 수 있고, 텍스트와 2D 자료로 설명하기에는 어렵거나 부족한 학습 내용, 고위험·고가 장비 교육 등의 영역에 매우 효과적이다 [5, 6].
	가상훈련의 장점은 무엇인가?	기술공학 분야 직업훈련에서 체험, 실습 중심의 학습을 위한 가상훈련 콘텐츠 개발과 활용이 증가하고 있다. 가상훈련은 실제 장비, 작업 환경과 유사한 학습 환경에서 반복적으로 안전하게 교육이 가능하고, 이는 학습자들이 실제 작업 현장에서 장비를 구동하는 데에 도움이 된다는 장점을 가진다. 최근 가상현실 기반 철강 공정 조업 교육 시스템 개발에 관한 연구 [7] 에서는 철강 공정에서 필요로 하는 제품 생산 설비를 모사한 가상설비, 운전자 HMI (Human Machine Interface)를 모사한 가상 HMI, 운전자 Control Panel을 모사한 가상 조작반으로 구성된 철강 공정 가상현실 조업 시뮬레이터를 개발하여 실제 관련 교육기관에서 활용한 바 있다.

참고문헌 (9)

CES 2017: Screens, Drones And VR On The Horizon [Internet]. Available: https://www.forbes.com/sites/stevenrosenbaum/2017/01/03/ces-2017-screens-drones-and-vr-on-the-horizon/#4e87d215716e
K. Y. Byun and Y. C. Park, KEIT PD Issue Report, KEIT, Vol. 17-3, 49-60, 2017.
Webel, S., Bockholt, U., Engelke, T., Gavish, N., Olbrich, M., & Preusche, C. " An augmented reality training platform for assembly and maintenance skills", Robotics and Autonomous Systems, 61(4), 398-403, April 1013.

상세보기
Gonzalez-Franco, M., Pizarro, R., Cermeron, J., Li, K., Thorn, J., Hutabarat, W., Tiwari, A., & Bermell-Garcia, P. . "Immersive Mixed Reality Training for Complex Manufacturing Scenarios", Frontiers in Robotics and AI, Vol. 4, No.3, pp.1-8, February 2017.
E. J. Song and S. H. Lee, "A Study on NCS-based Virtual Training Content Analysis," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, Vol. 21, No. 3, pp. 651-656, March 2017.
D. Y. An and H. K. Park, "Case Study on the Development and Use of Technical Training Contents using Virtual Reality", Journal of Practical Engineering Education, Vol. 5, No. 2, pp. 117-122, November 2013.

원문보기 상세보기
J. Y. Choi, J. H. Lee, Y. S. Kim, and S. Kim, "Virtual reality based Operation Training System for Steel Making Process", Journal of Institute of Control, Robotics and System, Vol. 21, No. 8, pp. 709-712, August 2015.

원문보기 상세보기
S.Y.Park, V.T.Hoang, A.N.Hoang, G.H.Bae, J.W.Lee, and D.H.Kim, "Automobile Maintenance Training System using Phased Learning based on Virtual Reality", KIISE Transactions on Computing Practices, Vol.19, No.12, pp. 663-667, December 2013.
J. S. Won and S. H. Choi, "The Effects of AR(Augmented Reality) Contents on User's Learning: A Case Study of Car manual Using Digital Contents", Journal of Digial Contents Society, Vol.18, No. 1, pp.17-23, Feb.2017.

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증