4차산업혁명 기술인 가상현실 기술을 이용하면 현장에 가지 않고 가상공간에서 교육하고 체험하는 것이 가능하여 사용자가 가상의 세계에서 현실과 같은 자연스러운 상호작용이 가능하다. 가상현실 기술을 활용하여 농업인에게 시각적으로 인지하기 힘든 공기유동, 환기효과 등의 체험을 하도록 하여 농업시설 관리의 중요성을 교육하는데 기여할 수 있다. 본 연구는 농업시설인 온실이나 돈사 모델을 생성하고 환경조건에 따라 원격 서버에 저장된 CFD 데이터를 불러와 농업인 및 컨설턴트가 VR 기기를 통해 공기유동을 보면서 컨설팅 할 수 있는 시뮬레이터 시스템을 개발하기 위해 수행되었다. 농업시설 3차원 오브젝트 생성, 농업시설 가상현실 환경구축, CFD 및 농업시설 구조물의 데이터베이스 구축, CFD 가시화 시스템에 대하여 제안하였다. 컨설턴트가 환경조건에 따라 상황을 설정하여 사용자와의 상호작용에 의해 농업시설내의 공기유동 정보를 체험할 수 있다. 사용자는 동절기나 하절기의 환기여부에 따라 가시화된 공기유동을 체험할 수 있으며, 농업시설 내의 지점별 위치에 대한 정량화된 환경분포를 제공받을 수 있다. 현재 동절기 및 하절기 주간 3연동 온실 및 2009 자돈 돈사에 대한 데이터가 구축 되어 있으며, 향후 개발된 시스템에 다양한 환경조건에 대한 체험을 하도록 CFD 전문가 들은 다양한 환경조건에 대한 CFD를 수행하여 시스템에 등록하는 것이 필요하다. 또한 농업시설 내 공기상태를 눈으로 보고 정확하게 파악하여 적정환기를 할 수 있도록 농업인들에게 가상현실 기기조작을 교육할 수 있는 체계가 필요할 것으로 판단된다.
4차산업혁명 기술인 가상현실 기술을 이용하면 현장에 가지 않고 가상공간에서 교육하고 체험하는 것이 가능하여 사용자가 가상의 세계에서 현실과 같은 자연스러운 상호작용이 가능하다. 가상현실 기술을 활용하여 농업인에게 시각적으로 인지하기 힘든 공기유동, 환기효과 등의 체험을 하도록 하여 농업시설 관리의 중요성을 교육하는데 기여할 수 있다. 본 연구는 농업시설인 온실이나 돈사 모델을 생성하고 환경조건에 따라 원격 서버에 저장된 CFD 데이터를 불러와 농업인 및 컨설턴트가 VR 기기를 통해 공기유동을 보면서 컨설팅 할 수 있는 시뮬레이터 시스템을 개발하기 위해 수행되었다. 농업시설 3차원 오브젝트 생성, 농업시설 가상현실 환경구축, CFD 및 농업시설 구조물의 데이터베이스 구축, CFD 가시화 시스템에 대하여 제안하였다. 컨설턴트가 환경조건에 따라 상황을 설정하여 사용자와의 상호작용에 의해 농업시설내의 공기유동 정보를 체험할 수 있다. 사용자는 동절기나 하절기의 환기여부에 따라 가시화된 공기유동을 체험할 수 있으며, 농업시설 내의 지점별 위치에 대한 정량화된 환경분포를 제공받을 수 있다. 현재 동절기 및 하절기 주간 3연동 온실 및 2009 자돈 돈사에 대한 데이터가 구축 되어 있으며, 향후 개발된 시스템에 다양한 환경조건에 대한 체험을 하도록 CFD 전문가 들은 다양한 환경조건에 대한 CFD를 수행하여 시스템에 등록하는 것이 필요하다. 또한 농업시설 내 공기상태를 눈으로 보고 정확하게 파악하여 적정환기를 할 수 있도록 농업인들에게 가상현실 기기조작을 교육할 수 있는 체계가 필요할 것으로 판단된다.
Using virtual reality technology, users can learn and experience many interactions in virtual space like the actual physical space. This study was conducted to develop air flow simulator that allows farmers and consultants to consult air flow through VR devices by creating a greenhouse or pigpen mod...
Using virtual reality technology, users can learn and experience many interactions in virtual space like the actual physical space. This study was conducted to develop air flow simulator that allows farmers and consultants to consult air flow through VR devices by creating a greenhouse or pigpen model. It can help educate farmers about the importance of ventilation effects for agricultural facilities. We proposed CFD visualization system by building a virtual reality environment and constructing database of CFD and structure of agricultural facilities. After consultants can set up situations according to environmental conditions, the users experience the visualized air flow of agricultural facility according to the ventilation effects. Also it can provide a quantified environmental distribution in the agricultural facility. Currently, the CFD data in agricultural facilities are established during winter and summer. In order to experience various environmental conditions in the developed system, The experts need to run CFD data under various environmental conditions and register them in the system requirements.
Using virtual reality technology, users can learn and experience many interactions in virtual space like the actual physical space. This study was conducted to develop air flow simulator that allows farmers and consultants to consult air flow through VR devices by creating a greenhouse or pigpen model. It can help educate farmers about the importance of ventilation effects for agricultural facilities. We proposed CFD visualization system by building a virtual reality environment and constructing database of CFD and structure of agricultural facilities. After consultants can set up situations according to environmental conditions, the users experience the visualized air flow of agricultural facility according to the ventilation effects. Also it can provide a quantified environmental distribution in the agricultural facility. Currently, the CFD data in agricultural facilities are established during winter and summer. In order to experience various environmental conditions in the developed system, The experts need to run CFD data under various environmental conditions and register them in the system requirements.
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문제 정의
가상현실 기반의 농업시설 공기유동 시뮬레이터는 농업시설의 설정조건에 따라 농업시설 3차원 오브젝트를 생성하고 환경조건에 따라 원격접속서버로부터 전송 받은 데이터를 결합하여 가시화한다. CFD 데이터를 분석하는 학교 및 연구소 등은 각자의 데이터베이스 (Database, DB)를 관리하고 있다 본 연구에서는 데이터베이스 (Consulting system database)를 일괄 관리하기 위한 구조로 구성되었다. Fig.
본 연구는 농업시설인 온실 및 돈사 모델을 생성하고 환경조건에 따라 원격 서버에 저장된 CFD 데이터를 가시화(Visualization)하여 농업인 및 컨설턴트가 VR기기를 통해 공기유동을 보면서 컨설팅 할 수 있는 시뮬레이터를 개발하기 위해 수행되었다.
가상현실 기술을 활용하여 농업인에게 시각적으로 인지하기 힘든 공기유동, 환기효과 등의 체험을 하도록 하여 농업시설 관리의 중요성을 교육하는데 기여할 수 있다. 본 연구는 농업시설인 온실이나 돈사 모델을 생성하고 환경조건에 따라 원격 서버에 저장된 CFD 데이터를 불러와 농업인 및 컨설턴트가 VR 기기를 통해 공기유동을 보면서 컨설팅 할 수 있는 시뮬레이터 시스템을 개발하기 위해 수행되었다. 농업시설 3차원 오브젝트 생성, 농업시설 가상현실 환경구축, CFD 및 농업시설 구조물의 데이터베이스 구축, CFD 가시화 시스템에 대하여 제안하였다.
제안 방법
1은 공기유동 시뮬레이터 구성도로 세 개의 시스템으로 구성되어 있다. CFD전문가와 원격 접속 서버(Remote access server)를 관리하는 농업시설 CFD 데이터 관리시스템(Data management system)과 CFD 전문가가CFD프로그램을 이용하여 계산된 데이터를 등록하는 시스템(Data registration system), 그리고 원격접속 서버에서 CFD데이터를 전송 받는 가시화 시스템(Visualization system)으로 구성되었다. 가시화 시스템은 사용자와 상호작용을 통해 데이터베이스로부터 실시간으로 데이터를 불러와 가시화 한다.
기존의 CFD 데이터 파일은 각 컴퓨터에 저장하여 사용하였으나 본 연구에서는 CFD 데이터 파일을 테이블구조를 갖춘 데이터베이스에 저장하게 된다. 원격접속 서버 기반 웹 서버의 데이터베이스는 CFD 전문가가 농업시설과 환경 조건에 따라 데이터를 입력할 때 참조 테이블(Reference table)과 옵션 테이블(Option table)을 사용하여 방대한 양의 데이터를 체계적이고 효율적으로 통합 관리하도록 구성되었다.
본 연구는 농업시설인 온실이나 돈사 모델을 생성하고 환경조건에 따라 원격 서버에 저장된 CFD 데이터를 불러와 농업인 및 컨설턴트가 VR 기기를 통해 공기유동을 보면서 컨설팅 할 수 있는 시뮬레이터 시스템을 개발하기 위해 수행되었다. 농업시설 3차원 오브젝트 생성, 농업시설 가상현실 환경구축, CFD 및 농업시설 구조물의 데이터베이스 구축, CFD 가시화 시스템에 대하여 제안하였다. 컨설턴트가 환경조건에 따라 상황을 설정하여 사용자와의 상호작용에 의해 농업시설내의 공기유동 정보를 체험할 수 있다.
5와 같다. 농업시설 온실은 길이 (Length), 연동(Span), 베드설정(Bed setting), 생장기(Growth stage), 환기팬(Ventilation fans), 환기팬 높이 (Ventilation fans height), 공기 순환팬 높이(Air circulation fans height), 공기 순환팬 간격(Air circulation fans spacing), 침기(Infiltration), 덕트난방기(Duct heater), 온실커튼(Curtain)을 구분하여 테이블이 구성되었다. 사용자는 온실의 길이를 50m, 100m 설정할 수 있으며 총 10연동 까지 선택할 수 있다.
데이터 획득 및 처리장치는 인텔 i7-8700k, 그래픽카드 1080Ti 11g 사양으로 구성되었다. 동작추적을 위해 2개의 베이스 스테이션은 사용자가 움직일 수 있는 높이 및 폭(200cm)을 고려하여 설치하고 트래커(Tracker)와 VR 장갑(Manus VR, Netherlands)으로 동작추적 시스템이 구성되었다. 트래커는 사용자가 손목에 착용하여 사용자 손목의 위치를 추적할 수 있으며 VR 장갑은 손가락의 움직임을 추적하여 메뉴 선택 및 위치 이동을 하도록 구현되었다.
10의 좌측과 같이 시스템이 구성되었다. 사용자는 HMD를 착용하고 농업시설내의 가시화된 화면을 직접 체험할 수 있으며 이외의 다른 체험자들은 Fig. 10의 우측과 같이 모니터를 통하여 실제 사용자가 체험하는 화면을 간접적으로 체험할 수 있도록 구축되었다.
이에 따라 정량화된 온도[°C], 절대습도[g·m–3 DA(dry air)], 풍속[m/s], 암모니아[mg·m –3] 데이터를 파일 형식으로 규격화하였다.
또한 돈사는 돈사유형(Type), 종류(Kind of pig), 외벽(Outer wall), 사육밀도(Rearing density), 피트깊이(Depth), 천창(Roof), 축분이송방식(Livestock manure transportation), 급여방식(Feeding system)으로 테이블이 구성되었다. 환경조건 테이블은 Fig. 6과 같이 외부 (The outside)의 환경유형(Conditions type), 온도 (Temperature), 풍속(Wind velocity), 풍향(Wind direction), 습도(Humidity), 일사량(Insolation)로 구성되었다. 온실의 내부(The inside)는 벽 온도(Wall temperature), 바닥온도 (Floor temperature), 풍향(Wind direction), XYZ 풍속(Wind velocity), 절대습도(Absolute humidity), 엽면적지수(Leaf area index), 항력계수(Drag coefficient), 환기팬설치용량(Ventilation fan installation capacity), 공기순환팬 설치용량(Air circulation fans installation capacity)으로 구성되었다.
대상 데이터
생성된 오브젝트는 게임 개발 등에서 사용되는 게임 엔진인 Unreal 4(Epic Games, USA)에서 인식될 수 있도록 FBX 파일형식으로 변환되었다. FBX파일은 고정되어 움직임이 없는 Static mesh와 움직임이 있는 Skeletal mesh로 구분되어 제작되었다. 가시화 하고자 하는 시설의 구조나 환기시설 등과 같이 농업시설의 구조물은 Static mesh로 구현되고 천창 및 측창 개폐 정도, 내부순환 팬 및 환기팬의 가동여부를 선택할 수 있는 것은 Skeletal mesh로 구현되었다.
가상현실을 표현하는 VR(Virtual Reality)기기는 룸 스케일 형식을 사용한 바이브 헤드셋(HTC VIVE, Taiwan)을 이용한다. 데이터 획득 및 처리장치는 인텔 i7-8700k, 그래픽카드 1080Ti 11g 사양으로 구성되었다. 동작추적을 위해 2개의 베이스 스테이션은 사용자가 움직일 수 있는 높이 및 폭(200cm)을 고려하여 설치하고 트래커(Tracker)와 VR 장갑(Manus VR, Netherlands)으로 동작추적 시스템이 구성되었다.
농업시설 온실은 길이 (Length), 연동(Span), 베드설정(Bed setting), 생장기(Growth stage), 환기팬(Ventilation fans), 환기팬 높이 (Ventilation fans height), 공기 순환팬 높이(Air circulation fans height), 공기 순환팬 간격(Air circulation fans spacing), 침기(Infiltration), 덕트난방기(Duct heater), 온실커튼(Curtain)을 구분하여 테이블이 구성되었다. 사용자는 온실의 길이를 50m, 100m 설정할 수 있으며 총 10연동 까지 선택할 수 있다. 또한 돈사는 돈사유형(Type), 종류(Kind of pig), 외벽(Outer wall), 사육밀도(Rearing density), 피트깊이(Depth), 천창(Roof), 축분이송방식(Livestock manure transportation), 급여방식(Feeding system)으로 테이블이 구성되었다.
후속연구
현재 동절기 및 하절기 주간 3연동 온실 및 2009 자돈 돈사에 대한 데이터가 구축 되어 있으며, 향후 개발된 시스템에 다양한 환경조건에 대한 체험을 하도록 CFD 전문가들은 다양한 환경조건에 대한 CFD를 수행하여 시스템에 등록하는 것이 필요하다. 또한 농업시설 내 공기상태를 눈으로 보고 정확하게 파악하여 적정환기를 할 수 있도록 농업인들에게 가상현실 기기조작을 교육할 수 있는 체계가 필요할 것으로 판단된다.
사용자는 동절기나 하절기의 환기여부에 따라 가시화된 공기유동을 체험할 수 있으며, 농업시설 내의 지점별 위치에 대한 정량화된 환경분포를 제공받을 수 있다. 현재 동절기 및 하절기 주간 3연동 온실 및 2009 자돈 돈사에 대한 데이터가 구축 되어 있으며, 향후 개발된 시스템에 다양한 환경조건에 대한 체험을 하도록 CFD 전문가들은 다양한 환경조건에 대한 CFD를 수행하여 시스템에 등록하는 것이 필요하다. 또한 농업시설 내 공기상태를 눈으로 보고 정확하게 파악하여 적정환기를 할 수 있도록 농업인들에게 가상현실 기기조작을 교육할 수 있는 체계가 필요할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스마트 농업의 특징은 무엇인가?
최근 ICT(Information and Communication Technology) 기술발전에 의해 농업시설인 온실, 돈사 등은 스마트 농업으로 변화되고 있다. 스마트 농업은 노동력·에너지·양분 등을 종전보다 덜 투입하고도 농산물의 생산성과 품질을 높일 수 있다(Kim 등, 2016).
CFD 데이터가 운영되는 서버 방식은?
다수의 사용자가 동일한 데이터를 여러 장소에서 동일한 시간에 사용해야 하므로 인터넷을 기반으로 효율적으로 운영되는 원격접속 서버 기반의 웹 데이터베이스 방식이 이용되었다. 농업시설 구조물은 원격접속 서버에 구축되어 사용되고 온실 및 돈사의 구조와 환경정보에 따른 CFD 데이터는 CFD 전문가로부터 원격접속 서버 기반의 웹 서버의 데이터베이스에 구축되었다.
가상현실 기술을 활용하여 농업인에게 기여할 수 있는 효과는?
4차산업혁명 기술인 가상현실 기술을 이용하면 현장에 가지 않고 가상공간에서 교육하고 체험하는 것이 가능하여 사용자가 가상의 세계에서 현실과 같은 자연스러운 상호작용이 가능하다. 가상현실 기술을 활용하여 농업인에게 시각적으로 인지하기 힘든 공기유동, 환기효과 등의 체험을 하도록 하여 농업시설 관리의 중요성을 교육하는데 기여할 수 있다. 본 연구는 농업시설인 온실이나 돈사 모델을 생성하고 환경조건에 따라 원격 서버에 저장된 CFD 데이터를 불러와 농업인 및 컨설턴트가 VR 기기를 통해 공기유동을 보면서 컨설팅 할 수 있는 시뮬레이터 시스템을 개발하기 위해 수행되었다.
참고문헌 (12)
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