[논문]철근 배근 교육을 위한 증강현실 컨텐츠 개발

박우열

doi:10.5345/jkibc.2018.18.5.471

철근 배근 교육을 위한 증강현실 컨텐츠 개발
Mobile Augmented Reality for Teaching Bar Placing 원문보기

한국건축시공학회지 = Journal of the Korea Institute of Building Construction, v.18 no.5, 2018년, pp.471 - 477

박우열 (Department of Architectural Engineering, Andong National University)

초록
AI-Helper

본 연구는 최근 건설분야에서 활용도가 높아지고 있는 증강현실 도구를 활용하여 학생들이 철근공사 배근작업을 학습할 수 있는 교육지원 컨텐츠를 개발하고 적용효과를 분석하였다. 구조도면에 대한 이해도를 높이기 위해 구조도면을 마커 이미지로 활용하였으며, 구조도면에 따라 배근된 가상의 3D 배근 모델을 화면에 겹쳐 표현하는 방식으로 증강현실을 구현하였다. 또한 3D 배근 모델과 함께 2D도면의 독도법, 이음 정착길이 기준, 부재별 구조설계기준에 따른 배근방법, 그리고 실제 배근하는 순서 등을 학습할 수 있도록 컨텐츠를 구성하였다. 적용결과 인터페이스 스타일, 지각된 유용성, 지각된 활용의 용이성, 지각된 즐거움, 활용 태도, 활용 의도 측면에서 긍정적으로 평가되었으며, 증강현실은 교육적 측면에서 시각화와 상호작용의 장점이 있기 때문에 활용가치가 높을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to develop an mobile augmented reality for students to learn bar placing work, which is increasingly utilized in the construction field. In order to improve the understanding of the structural drawing, a structural drawing is used as a marker image, and an augmented reality is realized by superimposing a virtual 3D bar placing model that is placed according to the structural drawing on the screen. In addition to the 3D modeling, the contents are developed so as to help students to learn the interpretation method of 2D drawings, the development and splices of reinforcing steel, bar fabricating practice according to KCI structural concrete design code, and the process of bar placing. The results show that the augmented reality is positively evaluated in terms of interface style, perceived usefulness, perceived ease of use, perceived enjoyment, attitude toward using, and intention to use. The augmented reality is worth to be introduced because it has advantages of visualization and interaction in terms of education.

주제어

표/그림 (7)

그림 Figure 1. Reality-virtuality continuum[3]
그림 Figure 2. Marker image sample of girder
표 Table 1. Classification of AR
그림 Figure 3. Development process of mobile app for learning of bar placing
그림 Figure 5. Student learning bar placing using tablet
그림 Figure 4. AR model on tablet
표 Table 2. Student attitudes toward using AR app(N=26)

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

특히 구조 기준이 통합되면서 이음·정착에 관련된 내용도 복잡해져 학습에 따른 난이도가 높아지고 있다. 따라서 본 연구는 일반 강의 환경에서 건축시공학을 수강하는 학생들을 대상으로 하며 수업 내용 중 특히 철근 배근에 대한 학생들의 이해도를 높일 수 있는 증강현실 컨텐츠 개발하고 적용효과를 분석하는 것으로 연구 범위를 제한하였다.
본 연구는 최근 건설분야에서 활용도가 높아지고 있는 증강현실 도구를 활용하여 학생들이 철근공사 배근작업을 학습할 수 있는 교육지원 컨텐츠를 개발하고 적용효과를 분석하였다. 구조도면에 대한 이해도를 높이기 위해 구조도면을 마커 이미지로 활용하였으며, 구조도면에 따라 배근된 가상의 3D 배근 모델을 화면에 겹쳐 표현하는 방식으로 증강현실을 구현하였다.
본 연구는 최근 건설분야에서 활용도가 높아지고 있는 증강현실 도구를 활용하여 학생들이 철근공사 배근작업을 학습할 수 있도록 교육지원 컨텐츠를 개발하고 적용효과를 분석하였다. 구조도면에 대한 이해도를 높이기 위해 구조도면을 마커 이미지로 활용하였으며, 구조도면에 따라 배근된 가상의 3D 배근 모델을 화면에 겹쳐 표현하는 방식으로 증강현실을 구현하였다.
이들 연구는 마커를 부착한 교과서나 관련 문제를 직접 마커로 활용함으로써 활용도를 높이고 있다. 본 연구도 배근작업에 대한 학생들의 교육 성과를 높이는 것을 목적으로 하고 있고, 배근작업은 도면에 대한 이해가 기본이 되기 때문에 구조도면을 마커로 활용하는 것이 효과를 높일 수 있을 것으로 판단되어 이를 기반으로 컨텐츠를 구현하였다.
본 컨텐츠는 건축시공학 수업 중 철근 배근작업을 수월하게 학습할 수 있도록 지원하는 것을 목적으로 한다. 철근배근은 다른 공사에 비해 관련 내용이 복잡하기 때문에 교육에 많은 시간이 필요하고 학생들의 이해도 또한 높지 않은 실정이다.
특히 건축시공학 수업 중 교육 내용이 복잡하고 난이도가 높아 학생들의 이해도가 가장 낮은 철근 배근작업을 대상으로 컨텐츠를 개발하여 적용하고자 하였다. 이를 통해 건설분야에서 정보통신 기술의 활용 가능성을 높이고 학생들의 학업성과를 높이는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 배경을 바탕으로 본 연구는 증강현실을 활용하여 건축시공학 수업에 활용할 수 있는 컨텐츠를 개발하고 교육적 성과를 분석하고자 한다. 특히 건축시공학 수업 중 교육 내용이 복잡하고 난이도가 높아 학생들의 이해도가 가장 낮은 철근 배근작업을 대상으로 컨텐츠를 개발하여 적용하고자 하였다.
이와 같은 배경을 바탕으로 본 연구는 증강현실을 활용하여 건축시공학 수업에 활용할 수 있는 컨텐츠를 개발하고 교육적 성과를 분석하고자 한다. 특히 건축시공학 수업 중 교육 내용이 복잡하고 난이도가 높아 학생들의 이해도가 가장 낮은 철근 배근작업을 대상으로 컨텐츠를 개발하여 적용하고자 하였다. 이를 통해 건설분야에서 정보통신 기술의 활용 가능성을 높이고 학생들의 학업성과를 높이는 것을 목적으로 한다.

제안 방법

본 연구는 최근 건설분야에서 활용도가 높아지고 있는 증강현실 도구를 활용하여 학생들이 철근공사 배근작업을 학습할 수 있도록 교육지원 컨텐츠를 개발하고 적용효과를 분석하였다. 구조도면에 대한 이해도를 높이기 위해 구조도면을 마커 이미지로 활용하였으며, 구조도면에 따라 배근된 가상의 3D 배근 모델을 화면에 겹쳐 표현하는 방식으로 증강현실을 구현하였다. 또한 3D 배근 모델과 함께 2D 도면의 독도법, 이음·정착길이 기준, 부재별 구조설계기준에 따른 배근방법, 그리고 실제 배근하는 순서 등을 학습할 수 있도록 컨텐츠를 구성하였다.
Figure 2는 본 연구에서 보배근 증강현실 컨텐츠에 활용한 마커 이미지의 사례이다. 구조도면에서 별도로 구성되어 있는 구조평면도와 부재 일람표를 합쳐 하나의 이미지로 만들었으며 이를 통해 도면에 대한 이해를 높일 수 있도록 하였다. 이처럼 마커 이미지를 기반으로 가상 3D 배근 모델이 겹쳐 보일 수 있도록 하였으며, 표시된 3D 배근 모델을 바탕으로 이음·정착길이를 포함한 부재별 구조설계기준과 구조설계기준에 따른 배근, 리고 실제 배근하는 순서 등을 학습할 수 있도록 별도의 메뉴를 구성하여 제시하였다.
시공자의 입장에서 2D로 제시된 도면을 보고 적합한 철근 가공 형상 및 배치 방법을 도출하는 것이 필요하다. 따라서 2D 도면에 대한적응도를 높이기 위하여 증강현실을 가동시킬 마커의 이미지로 구도조면을 활용하였다. Figure 2는 본 연구에서 보배근 증강현실 컨텐츠에 활용한 마커 이미지의 사례이다.
배근에 대한 이해에서 학생들이 우선 습득해야 하는 내용은 2D 도면의 독도법이며, 이음·정착길이를 포함한 부재별 구조설계기준과 기준에 따른 배근방법, 그리고 실제 배근하는 순서 등을 학습해야 현장에서 활용할 수 있다. 따라서 이와 같은 내용을 학습할 수 있도록 증강현실 컨텐츠를 개발하였으며 개발된 컨텐츠를 직접 적용하여 학생들의 만족도를 분석하였다.
또한 3D 배근 모델과 함께 2D 도면의 독도법, 이음·정착길이 기준, 부재별 구조설계기준에 따른 배근방법, 그리고 실제 배근하는 순서 등을 학습할 수 있도록 컨텐츠를 구성하였다.
또한 3D 배근 모델과 함께 2D도면의 독도법, 이음·정착길이 기준, 부재별 구조설계기준에 따른 배근 방법, 그리고 실제 배근하는 순서 등을 학습할 수 있도록 컨텐츠를 구성하였다.
설문 내용은 기존 연구[14]를 참조하여 여섯 가지 항목별로 세 문항씩 총 18문항으로 구성하였다. 개별 항목은 인터페이스 스타일, 지각된 유용성, 지각된 활용의 용이성, 지각된 즐거움, 활용 태도, 활용 의도로 구성된다.
설문방식은 테블릿에 탑재된 증강현실 컨텐츠의 사용방법을 5분 정도 설명한 후 한 시간정도 개별적으로 사용하여 학습하도록 하였으며, 18개 문항에 대한 만족도를 설문을 통해 조사한 후 사용소감을 개별적으로 청취하였다.
Figure 3은 보 배근 사례를 중심으로 증강현실 앱의 개발 절차를 나타낸 것이다. 우선 BIM(Building Information Modeling) 도구로 활용되고 있는 Autodesk Revit에서 배근 모델을 작성한 후 FBX 파일로 저장한다. Revit에서 제공하는 보강철근 모델 작성 도구는 국내 배근 현실에 특화되어있지 않고 범용으로 적용될 수 있도록 지원하기 때문에 국내 배근 현실에 맞게 모델링할 수 있도록 개선할 필요가 있을 것으로 생각된다.
이를 위해 증강현실 관련 문헌 및 기술을 고찰하여 본 컨텐츠의 개발 방향을 확정하였다. 배근에 대한 이해에서 학생들이 우선 습득해야 하는 내용은 2D 도면의 독도법이며, 이음·정착길이를 포함한 부재별 구조설계기준과 기준에 따른 배근방법, 그리고 실제 배근하는 순서 등을 학습해야 현장에서 활용할 수 있다.
이처럼 마커 이미지를 기반으로 가상 3D 배근 모델이 겹쳐 보일 수 있도록 하였으며, 표시된 3D 배근 모델을 바탕으로 이음·정착길이를 포함한 부재별 구조설계기준과 구조설계기준에 따른 배근, 리고 실제 배근하는 순서 등을 학습할 수 있도록 별도의 메뉴를 구성하여 제시하였다.
Revit에서 제공하는 보강철근 모델 작성 도구는 국내 배근 현실에 특화되어있지 않고 범용으로 적용될 수 있도록 지원하기 때문에 국내 배근 현실에 맞게 모델링할 수 있도록 개선할 필요가 있을 것으로 생각된다. 추출된 FBX 파일은 철근 모델이 현실감 있게 보이도록 3D MAX에서 랜더링하는 과정을 거친 후유니티(Unity)를 통해 증강현실 컨텐츠를 개발하였다. 유니티는 FBX 파일 뿐 아니라 스케치업 등 범용 3D 모델의 임포트(Import) 기능을 지원하며, 많은 응용 프로그램에서 FBX로 파일을 전환하는 기능을 갖추고 있어서 3D모델을 유니티로 삽입하는 문제는 없을 것으로 판단된다.

대상 데이터

본 연구에서 개발한 증강현실 컨텐츠의 적용 효과를 검증하기 위하여 학생들의 대상으로 설문조사를 실시하였다. 설문대상은 건축시공학 수업에서 철근공사의 배근 과정을 수강한 학생을 대상으로 하였다.
본 연구에서 개발한 증강현실 컨텐츠의 적용 효과를 검증하기 위하여 학생들의 대상으로 설문조사를 실시하였다. 설문대상은 건축시공학 수업에서 철근공사의 배근 과정을 수강한 학생을 대상으로 하였다. 배근 과정을 전혀 수강하지 않은 상태에서 증강현실 켄텐츠만으로 관련 내용을 모두 이해하기는 어렵다고 판단된다.

이론/모형

본 연구에서는 뷰포리아(Vuforia) SDK (Software Development Kit)를 활용하여 증강현실 컨텐츠를 작성하였다. 뷰포리아는 모바일 환경에서 증강현실 앱을 구현할 수 있는 도구를 제공하며, 국내에서도 타워크레인의 위치를 검토하기 위해 활용된 사례가 있다[16].

성능/효과

또한 3D 배근 모델과 함께 2D도면의 독도법, 이음·정착길이 기준, 부재별 구조설계기준에 따른 배근 방법, 그리고 실제 배근하는 순서 등을 학습할 수 있도록 컨텐츠를 구성하였다. 적용결과 인터페이스 스타일, 지각된 유용성, 지각된 활용의 용이성, 지각된 즐거움, 활용 태도, 활용 의도 측면에서 긍정적으로 평가되었으며, 증강현실은 교육적 측면에서 시각화와 상호작용의 장점이 있기 때문에 활용가치가 높을 것으로 판단된다
적용결과 인터페이스 스타일, 지각된 유용성, 지각된 활용의 용이성, 지각된 즐거움, 활용 태도, 활용 의도 측면에서 대부분 높은 점수를 받았으며, 학습과정에서 즐거움과 재미를 느끼고 관련 내용을 학습하는데 유익했다고 평가했으며 차후 적극적으로 활용하고 싶다는 의견을 나타낸 것을 감안할 때 증강현실을 수업에 활용하는 것은 다양한 측면에서 교육적 성과를 낼 수 있을 것으로 판단된다.
총 26명을 대상으로 설문조사를 실시한 결과 대부분의학생이 수업관련 내용을 증강현실 컨텐츠를 통해 접하는 것이 처음이기 때문에 신기하고 재미있다는 태도를 보였다. 학생들은 증강현실 컨텐츠가 참신하다고 평가했으며(4.
활용태도 측면에서는 증강현실을 사용해서 수업이 더 흥미롭고(4.12), 수업에 활용하는 것을 참신한 아이디어(4.50)라고 생각하는 것으로 나타났다. 상대적으로 지루하다고 답변한 학생이 적은(2.

후속연구

00) 것으로 나타났기 때문에 활용태도에 일관성이 있다는 것을 확인할 수 있다. 다만 철근 공사에서 학습해야 할 내용이 상당히 복잡하기 때문에 본연구에서 제시한 컨텐츠만으로는 관련 문제를 스스로 해결하는 데에는 한계가 있는 것으로 보이며(3.77) 학생들의 이해도를 높일 수 있는 방식으로 음성 설명을 도입하거나 다른 형식을 개선할 필요가 있을 것을 판단된다.
12 정도로 다른 항목에 비해 점수가 낮게 나타났는데, 구조기준 등에 대한 설명이 순차적으로만 진행되었고, 학생 자신의 이해도에 따라 일부 내용을 생략하거나 앞부분으로 되돌아가는 기능이 부족했기 때문이라는 답변이 있었다. 따라서 일반적인 모바일 앱과 유사하게 동작될 수 있도록 개선한다면 용이성에 대한 부정적인 평가는 개선될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 사전에 작업한 가상의 3D 배근 모델이 마커 이미지 위에 겹쳐서 표현되도록 구성하였으나 교육적인 활용도를 높이기 위해서는 다양한 도면에 적용할 필요가 있으며, 각기 다른 도면에 따라 적합한 3D 배근 모델을 산출할 필요가 있다. 차후 마커를 사용하지 않는 비마커방식을 기반으로 자동으로 사용자 환경을 인식할 수 있도록 기술이 개발된다면 적용 가능성은 더욱 높아질 것이며, 도면에 제시된 그래픽 정보나 문자 정보를 인식하고 그 결과를 바탕으로 3D 배근 모델을 산출할 수 있도록 프로그램을 개선한다면 활용도를 높일 수 있을 것으로 판단된다.
개발 초기에는 스마트 폰을 기반으로 하였으나 복잡한 철근 부재를 작은 스마트 폰 화면에 표현하는 데에는 한계가 있기 때문에 테블릿을 기반으로 작성하였다. 본 연구는 테블릿에서 활용할 수 있도록 작성하였지만 작성된 컨텐츠가 안드로이드를 기반으로 하기 때문에 모바일 스마트 폰에서도 구동할 수 있으며 이 경우 활용도도 매우 높아질 것으로 생각된다. 또한 테블릿 화면에서도 상하부 철근이 겹쳐지면 잘 구분되지 않는 문제가 있어 상부철근과 하부철근의 색상을 구분하여 나타내었다.
본 연구는 사전에 작업한 가상의 3D 배근 모델이 마커 이미지 위에 겹쳐서 표현되도록 구성하였으나 교육적인 활용도를 높이기 위해서는 다양한 도면에 적용할 필요가 있으며, 각기 다른 도면에 따라 적합한 3D 배근 모델을 산출할 필요가 있다. 차후 마커를 사용하지 않는 비마커방식을 기반으로 자동으로 사용자 환경을 인식할 수 있도록 기술이 개발된다면 적용 가능성은 더욱 높아질 것이며, 도면에 제시된 그래픽 정보나 문자 정보를 인식하고 그 결과를 바탕으로 3D 배근 모델을 산출할 수 있도록 프로그램을 개선한다면 활용도를 높일 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	증강현실 활용시 프로젝트당사자 입장에서 이점은?	1997년부터 2017년까지 출판된 가상현실 관련 연구 66편을 분석한 결과 2013년 이후 논문 편수가 급증하는 것으로 나타났으며, 기술별로 보면 BIM기반 가상현실이 47%로 가장 많았고 증강현실은 15%를 차지하였지만 모두 최근에 발표되어 관심이 집중되고 있는 것으로 나타났다[8]. 증강현실을 활용하면 프로젝트당사자는 3D 모델의 시각화를 통해 문서에 대한 이해와 상호협력을 더욱 증진할 수 있는 이점이 있으며, 가상현실 기술은 현재 데스크탑 기반에서 몰입감과 상호작용 능력이 있는 모바일 기반으로 옮겨가고 있다[8].
	가상현실을 사용한 시각화의 활용처는?	장비, 도구, 근로자, 작업반, 그리고 진행중인 단위 작업에 태그, 라벨 등을 부착하고,이를 통해 작업과정을 실시간으로 모니터링하면서 정보가서로 연결된 사이버공간을 창출해 갈 것으로 예측되고 있다[1]. 정보기술 특히 가상현실(Virtual reality)을 활용한 시각화는 사용자의 학습경험과 인지능력을 향상시킬 수 있고,복잡한 현상에 대한 정보를 교환하거나 물리적인 환경에 추상적인 개념의 적용을 검토하는데 활용될 수 있다[2].
	기존의 건축시공학 수업 중 철근 배근작업 수업의 문제점은?	본 컨텐츠는 건축시공학 수업 중 철근 배근작업을 수월하게 학습할 수 있도록 지원하는 것을 목적으로 한다. 철근배근은 다른 공사에 비해 관련 내용이 복잡하기 때문에 교육에 많은 시간이 필요하고 학생들의 이해도 또한 높지 않은 실정이다. 더욱이 콘크리트 구조설계기준에 포함된 이음․정착길이나 부재별 배근기준도 숙지해야만 배근된 결과를 이해할 수 있고 구조기준이 점점 세분화되어 복잡해지는 경향이기 때문에 학생들의 부담 또한 가중되고 있다.

저자의 다른 논문 :

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].

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