과학기술이 발전함에 따라 미래의 전쟁에서는 보다 복잡한 전장 환경에서 지금보다 훨씬 정밀하고 다양한 무기체계들이 활용될 것으로 예상된다. 이때 복잡한 전장 환경과 다양한 무기체계들을 하나로 연결하여 전장상황을 인식하고 전장을 가시화 함으로써 지휘관 및 참모들에게 필요한 정보를 제공해 주는 시스템을 지휘통제체계(C4I)라고 한다. 지휘관 및 참모들은 지휘통제체계를 활용해 효율적인 전투지휘를 위해 컴퓨터나 종이지도 등을 활용해 미리 충분한 예행연습을 함으로써 지휘통제 및 의사결정 능력을 향상시키는데, 이를 전투지휘훈련이라 한다. 지휘통제훈련은 이러한 전투지휘훈련의 한 과정이다. 과거에는 지휘통제훈련을 위해 2차원(2D) 종이지도나 컴퓨터 스크린을 활용하였기 때문에 가시선 분석, 통신장비의 난청지역 분석, 병력의 진지 편성, 그리고 부대의 기동로 판단 등이 제한될 수밖에 없었다. 하지만 최근에는 이러한 단점을 극복하기 위해 3차원(3D) 기반의 지휘통제훈련 시뮬레이터들이 개발되고 있다. 이러한 추세에 발맞추어 본 논문에서는 증강현실(Augmented Reality, AR)글래스를 활용한 다중 사용자 기반의 지휘통제훈련 시뮬레이터를 제안한다.
과학기술이 발전함에 따라 미래의 전쟁에서는 보다 복잡한 전장 환경에서 지금보다 훨씬 정밀하고 다양한 무기체계들이 활용될 것으로 예상된다. 이때 복잡한 전장 환경과 다양한 무기체계들을 하나로 연결하여 전장상황을 인식하고 전장을 가시화 함으로써 지휘관 및 참모들에게 필요한 정보를 제공해 주는 시스템을 지휘통제체계(C4I)라고 한다. 지휘관 및 참모들은 지휘통제체계를 활용해 효율적인 전투지휘를 위해 컴퓨터나 종이지도 등을 활용해 미리 충분한 예행연습을 함으로써 지휘통제 및 의사결정 능력을 향상시키는데, 이를 전투지휘훈련이라 한다. 지휘통제훈련은 이러한 전투지휘훈련의 한 과정이다. 과거에는 지휘통제훈련을 위해 2차원(2D) 종이지도나 컴퓨터 스크린을 활용하였기 때문에 가시선 분석, 통신장비의 난청지역 분석, 병력의 진지 편성, 그리고 부대의 기동로 판단 등이 제한될 수밖에 없었다. 하지만 최근에는 이러한 단점을 극복하기 위해 3차원(3D) 기반의 지휘통제훈련 시뮬레이터들이 개발되고 있다. 이러한 추세에 발맞추어 본 논문에서는 증강현실(Augmented Reality, AR) 글래스를 활용한 다중 사용자 기반의 지휘통제훈련 시뮬레이터를 제안한다.
As science and technology develops, it is expected that more precise and various weapons will be used in a much more complicate future battlefield environment. C4I is a system that provides the proper and necessary information to commanders and their staffs to recognize the battlefield situation by ...
As science and technology develops, it is expected that more precise and various weapons will be used in a much more complicate future battlefield environment. C4I is a system that provides the proper and necessary information to commanders and their staffs to recognize the battlefield situation by connecting and visualizing the complex battlefield environment and various weapon systems together. Commanders and staffs perform battle command training based on a computer or paper map to better utilize the C4I system and Command Post eXercise(CPX) is a process of the training. This is the way for them to improve command control and decision making skills. Analyzing of line of sight(LOS), identifying communication fringe area, deploying troop strength, and determining unit maneuver are highly restricted under the 2D based CPX. In recent years, however, three-dimensional (3D) CPX simulators have been developed to overcome these drawbacks. In response to this trend, this paper proposes a multi-user based CPX simulator using augmented reality (AR) glass, which can be used as a practical war game simulator.
As science and technology develops, it is expected that more precise and various weapons will be used in a much more complicate future battlefield environment. C4I is a system that provides the proper and necessary information to commanders and their staffs to recognize the battlefield situation by connecting and visualizing the complex battlefield environment and various weapon systems together. Commanders and staffs perform battle command training based on a computer or paper map to better utilize the C4I system and Command Post eXercise(CPX) is a process of the training. This is the way for them to improve command control and decision making skills. Analyzing of line of sight(LOS), identifying communication fringe area, deploying troop strength, and determining unit maneuver are highly restricted under the 2D based CPX. In recent years, however, three-dimensional (3D) CPX simulators have been developed to overcome these drawbacks. In response to this trend, this paper proposes a multi-user based CPX simulator using augmented reality (AR) glass, which can be used as a practical war game simulator.
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문제 정의
가상현실 기반 지휘통제훈련(CPX) 시뮬레이터는 군 지휘관 및 참모들이 작전계획을 수립하고 워게임식 토의를 할 수 있도록 하는데 주안점을 두고 개발하였다. 따라서 군대부호와 그리기 기능, 그리고 다수의 판단 기능을 구현함으로써 사용자의 편의성을 향상시키기 위해 노력하였다. 그 주요 기능은 <표 1>에서 보는 바와 같으며, 아래의 (그림 3) ～ (그림 7)은 과학기술정보통신부 과제로 진행하고 있는 ’17년 디지털콘텐츠플래그십 프로젝트 『가상현실 기반 실전적 통합 전투훈련체계 구축』을 통해서 실제로 구현된 시뮬레이터의 화면과 사용하는 모습을 보여주고 있다.
따라서 보다 현실적인 지휘통제훈련 (CPX)을 구현하기 위해서는 3차원(3D) 환경을 구현할 필요가 있다. 본 논문에서는 증강현실(AR) 기술을 활용해 3차원(3D) 환경에서 다중 사용자가 동시에 지휘통제훈련을 연습할 수 있는 『증강현실(AR) 기반 지휘통제훈련 시뮬레이터』를 제안한다.
본 장에서는 제시한 증강현실 기반의 지휘통제 훈련 시뮬레이터를 군에서 활용할 수 있는 방안과 그로 인해 얻을 수 있는 기대효과에 대해 살펴본다.
그리기 기능은 부대의 이동로 등을 시각화하기 위해 반드시 필요한 기능이다. 이는 부대가 현재 위치하고 있는 장소에서 이동하는 도로, 도착지점 등을 표시하고 추가적으로 부연설명을 하기 위한 텍스트 상자 등을 포함하여 지휘관 및 참모들이 작전계획을 수립하고 토의를 함에 있어 편의성을 향상시키고자 하였다. 그림 4는 태블릿 PC에서 그리기 기능 중 화살표와 자유곡선을 이용하여 병력이 이동하는 방향과 이동로를 표시한 예를 보여주고 있다.
제안 방법
가상현실 기반 지휘통제훈련(CPX) 시뮬레이터는 군 지휘관 및 참모들이 작전계획을 수립하고 워게임식 토의를 할 수 있도록 하는데 주안점을 두고 개발하였다. 따라서 군대부호와 그리기 기능, 그리고 다수의 판단 기능을 구현함으로써 사용자의 편의성을 향상시키기 위해 노력하였다.
따라서 본 장에서는 대대장 이하의 지휘관 및참모들이 작전환경을 정확하게 분석할 수 있도록 3D 지형도를 적용하고 2인 이상이 네트워킹을 통해 동일한 지형에서 작전계획을 수립하고 워게임식 토의를 할 수 있는 가상현실 기반 지휘통제훈련(CPX) 시뮬레이터를 제안한다.
<표 1>에서 언급한 기능을 세부적으로 살펴보면 다음과 같다. 먼저 군대부호는 아군 및 적군의 대대 이하 부대부호를 이용하여 AR글래스 또는태블릿 PC를 이용하여 배치함으로써 전반적인 상황을 판단할 수 있도록 하는 기능이며, 전술적 과업 부호를 통해서 부대별 임무부여 상황 등을 표현할 수 있도록 하였다.
본 논문에서 제시한 증강현실 기반의 지휘통제 훈련 시뮬레이터를 활용할 수 있는 방안은 크게 세 가지로 구분할 수 있다.
그리드는 이동거리 또는 적군과 아군 사이의 거리를 판단하기 위한 기능이다. 지도의 축적에 따라서 100, 200, 500m 단위로 태블릿 PC에서 설정하여 변환할 수 있도록 설정하였다. (그림 6)에서 종과 횡으로 얇게 표시된 선이 거리를 판단하기 위한 그리드 기능이다.
서버 부분은 대한민국(한반도의 남쪽지역) 전지역을 3D 디지털 지형도로 구축하고 지도의 확대 및 축소 기능 등을 구현하였기에 이를 관리하기 위하여 지형 관리 서버와 훈련을 하면서 사용자들의 화면을 공유하고 각종 기능을 효과적으로 사용하기 위한 훈련 서버로 구성하였다. 특히 다수의 사용자가 AR 글래스와 태블릿 PC를 동시에 사용할 수 있도록 하기 위하여 홀로그램 공유 서버를 둠으로써 여러 명의 사용자가 동일한 지형에서 작전계획을 수립하고 워게임식 토의를 하는 등 안정적인 운용이 가능하도록 구현하였다.
판단 기능은 무기별 사거리 판단, 그리드를 활용한 거리 판단, 부대 및 개별 전투원에 대한 정보를 판단할 수 있는 정보창으로 구현하였다.
대상 데이터
증강현실 기반 지휘통제훈련(CPX) 시뮬레이터는 그림 1에서 보는 바와 같이 사용자 단말과 서버로 구성된다. 사용자 단말은 사용자에게 3차원(3D) 지형도 및 각종 부호를 증강된 화면으로 보여주는 AR 글래스와 증강현실 화면에서 손쉽게 작업이 가능하도록 해주는 태블릿 PC로 구성된다. 서버 부분은 훈련의 구동을 지원하는 훈련 시스템과 3차원(3D) 디지털 지형 정보를 관리하는 지형관리 시스템으로 구분된다.
성능/효과
둘째, 특정 지역의 지형정보만 추출하여 서버를 구성할 경우 경량화된 시스템 구성이 가능하다.
마지막으로 실행모드를 통해서 작전계획의 진행절차를 동영상처럼 볼 수 있게 함으로써 계획수립 및 토의에 참석하지 않은 전투원들에게 작전 투입전 교육을 함으로써 작전계획의 더 쉽게 숙지시키는 것이 가능하다.
셋째, 가상현실 기술은 HMD 등 디스플레이에 표현되는 모든 것이 가상의 콘텐츠이나 본 논문에서 제시한 시뮬레이터는 증강된 3D 디지털 지형도에 작성한 작전계획과 실제 지형을 비교하여 판단이 가능하다.
셋째, 교육훈련에 활용이 가능하다. 작전계획은 주로 지휘관 및 지휘자가 수립하여 알고 있고 개별 전투원들은 이러한 작전계획에 대해 알지 못한다.
이 외에도 작전계획 수립 및 토의를 할 수 있는 편집모드와 토의된 계획을 동영상처럼 볼 수 있는 실행모드로 구분하여 개발함으로써 지휘관 및 참모들의 작전계획 수립 과정을 동영상으로 전환하여 참여하지 않은 개인 전투원에게 교육할 수 있는 기능을 추가함으로써 사용자 편의성을 극대화하였다.
첫째, 기존의 2D 지도를 기반으로 한 작전계획 수립 및 워게임에 비해 사거리 판단, 가시선 분석, 고도 판단 등의 지형판단을 비롯하여 입체적인 작전환경 분석이 가능하다.
태블릿 PC를 추가 인터페이스로 구성한 것은 손가락이나 마커를 이용해서 조작해야 하는 AR 글래스(제안 시스템에서는 마이크로소프트 홀로렌즈를 사용)의 사용법을 숙달하는데 상당한 시간이 소요되는데 반해 조작의 정확도가 떨어지는 불리함을 극복하기 위함이다. 태블릿 PC를 추가적으로 활용함으로써 사용자 측면에서 보다 쉽게 적응하고 각종 기능키의 전환 및 사용이 매우 편리해졌다. 사용자가 홀로렌즈와 태블릿 PC를 이용하여 CPX 훈련을 하는 모습은 (그림 22) )와 같다.
후속연구
과학기술의 발달에 따라 미래전에서는 육상, 해상, 공중, 우주 및 사이버 공간 등 다양한 전장 환경에서 보다 정밀하고 다양한 무기체계들이 활용될 것으로 예상된다. 또한 이러한 무기체계들을 얼마나 효과적으로 연결하느냐가 전쟁의 승패를 좌우하게 될 것이다[1].
따라서 지휘관 및 지휘자는 작전의 성공을 위해서 개별 전투원에게 이를 설명해야 하는데 기존에 활용하던 2차원(2D)의 종이지도를 활용하여 말로 설명하는 방식으로는 지형의 차이점, 정확한 이동 경로 등을 설명하는 것이 매우 제한된다. 그러나 본 시뮬레이터의 실행모드 기능을 통해서 작전계획의 흐름을 동영상으로 개별 전투원들에게 교육을 하게 되면 기존의 방식에 비해 개별 전투원들의 작전계획에 대한 이해도가 상당히 향상될 것이다.
첫째, 대대급 이하 제대의 기존 작전계획의 타당성 검증에 활용 가능하다. 대대급 이하 제대는 작전계획을 검증하기 위한 도구가 제한되기 때문에 제안하는 시뮬레이터를 활용하여 아군과 적군의 움직임, 사거리 등을 종합적으로 판단하여 기존의 작전계획에 대한 타당성을 검증할 수 있을 것이다.
본 논문에서 제시한 증강현실 기반 지휘통제훈련 시뮬레이터를 활용할 경우 기존의 2차원(2D) 기반의 게임형 시뮬레이터들의 단점을 극복할 수있을 뿐만 아니라 3차원(3D) 디지털 지형도를 활용하여 보다 정확하게 작전환경을 분석하고 다수의 사용자가 작전계획 수립 및 토의에 참여함으로써 지휘통제 및 의사결정 능력을 향상 시킬 수 있을 것으로 기대된다.
작전계획을 수립하기 위해서는 아군과 적군의 다양한 변수를 고려해야 한다. 본 시뮬레이터를 활용하여 아군과 적군의 움직임, 각종 무기들의 사거리, 병력 배치 등을 입체적으로 분석하고 이를 실행모드에서 동영상으로 토의과정을 재생해 봄으로써 워게임 결과 작성된 여러 가지 방안을 비교 분석하고 최선의 방책을 도출할 수 있을 것이다.
첫째, 대대급 이하 제대의 기존 작전계획의 타당성 검증에 활용 가능하다. 대대급 이하 제대는 작전계획을 검증하기 위한 도구가 제한되기 때문에 제안하는 시뮬레이터를 활용하여 아군과 적군의 움직임, 사거리 등을 종합적으로 판단하여 기존의 작전계획에 대한 타당성을 검증할 수 있을 것이다.
향후 우리는 개발된 『증강현실(AR) 기반 지휘 통제훈련 시뮬레이터』를 보다 다양한 제대 단위에서 지휘통제훈련 및 워게임 용도로 활용한 후 그 효과를 분석할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지금까지의 지휘통제훈련이 가지는 단점은 무엇인가?
지금까지의 지휘통제훈련은 주로 컴퓨터 스크린이나 종이지도와 같은 2차원(2D) 환경에서 이루어졌기 때문에 가시선 분석, 통신장비의 난청지역 분석, 병력의 진지 편성, 그리고 부대의 기동로 판단 등이 상당히 제한적이었다. 이러한 단점을 극복하기 위해 최근에는 3차원(3D) 지도나 위성지도 등을 활용하기도 하지만 이 또한 2차원(2D) 기반의 컴퓨터 화면을 통해서 투사되기 때문에 동일한 제한을 받는다.
미국의 저널 ‘ARMY’의 기사에서 알 수 있는 미군의 지휘통제체계에는 무엇이 있는가?
미국의 저널 ‘ARMY’에서는 미군의 다양한 지휘통제체계에 대해 설명하고 있다. ‘ARMY’의 기사에 따르면 미군은 특히 임무지휘형네트워크(Mission Command Network) 구축을 중요하게 판단하여 WIN-T(Warfighter Information NetworkTactical), CPOF(Command Post of the Future), AFATDS(Advanced Field Artillery Tactical Da ta System), JBC-P(Joint Battle Command-Platf orm) 등 다양한 시스템을 전력화하여 운용하고 있음을 알 수 있다[6].
지휘통제체계(C4I)란 무엇인가?
과학기술이 발전함에 따라 미래의 전쟁에서는 보다 복잡한 전장 환경에서 지금보다 훨씬 정밀하고 다양한 무기체계들이 활용될 것으로 예상된다. 이때 복잡한 전장 환경과 다양한 무기체계들을 하나로 연결하여 전장상황을 인식하고 전장을 가시화 함으로써 지휘관 및 참모들에게 필요한 정보를 제공해 주는 시스템을 지휘통제체계(C4I)라고 한다. 지휘관 및 참모들은 지휘통제체계를 활용해 효율적인 전투지휘를 위해 컴퓨터나 종이지도 등을 활용해 미리 충분한 예행연습을 함으로써 지휘통제 및 의사결정 능력을 향상시키는데, 이를 전투지휘훈련이라 한다.
참고문헌 (14)
정교일, 정명애, 미래 전장환경에 대비한 IT-국방융합기술, 정보과학회지, pp. 97-105, 2013. 1.
김동현, 네트워크 에뮬레이터기반 지휘통제시스템의 개발, 인터넷방송통신학회지, pp. 125-130, 2015. 6.
이호균, 국방 지휘통제체계(C4I) 발전추세 및 개발동향, 국방과 기술, pp. 58-71, 2014. 11.
Hyun-Ku Lee, Hangjung Zo, Assimilation of military group decision support systems in Korea: The mediating role of structural appropriation, Information Development, pp. 14-28, 2017.
COMMAND, CONTROL, COMMUNICATIONS, COMPUTERS AND INTELLIGENCE(C4I) SYSTEMS, Army, pp. 24-261, 2016. 10.
김영도, 권혁진, 국방지휘통제체계 AI 적용을 위한 고찰, 정보처리학회지, pp. 13-18, 2017. 1.
Fazal-e-Amin, A. S. Alhamdi, I. Ahmad, T. hussain, Big Data for C4I Systems: Goals, Applications, Challenges and Tools, proceedings in the fifth international conference on Innovative Computing Technology 2015, pp. 89-93, 2015.
조준영, 임만엽, 스마트폰을 활용한 개인 병사용 지휘 통제 시스템 설계 및 구현, 한국군사과학기술학회지, pp. 30-38, 2011. 2.
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