[논문]드론 기초 운항법 교육을 위한 가상드론 트레이닝 콘텐츠 제작

박민아; 윤찬; 우탁

doi:10.7583/jkgs.2019.19.5.53

드론 기초 운항법 교육을 위한 가상드론 트레이닝 콘텐츠 제작
Developing a Virtual Drone Flight Training Contents for Beginner 원문보기

한국게임학회 논문지 = Journal of Korea Game Society, v.19 no.5, 2019년, pp.53 - 62

박민아 (경희대학교 예술디자인대학 디지털콘텐츠학과) , 윤찬 (경희대학교 예술디자인대학 디지털콘텐츠학과) , 우탁 (경희대학교 예술디자인대학 디지털콘텐츠학과)

초록
AI-Helper

드론 시장이 확산되고 있는데 비하여, 가장 기본적인 드론의 기초 운항법을 위한 트레이닝 콘텐츠 개발은 상대적으로 미비한 편이다. 이에, 본 연구에서는 실제 드론 트레이닝에 사용되고 있는 다양한 드론 운항법에 대한 문헌들과 관련 콘텐츠 등을 분석하여, 조작능력 향상을 위한, 게임 환경에서의 트레이닝 콘텐츠를 기획하였다. 그리고 실제 드론 조작에 사용되는 컨트롤러를 XBOX 게임 콘트롤러에 키 맵핑하여, 게임을 통해 실제 드론 트레이닝이 가능하도록 콘텐츠를 구현하였다. 추후 연구에서는 본 연구를 기반으로 개발된 기초 운항법 트레이닝 콘텐츠를 기초로 둔 특수목적용 드론 콘텐츠 제작을 진행하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

A drone market is growing fast. Nevertheless, basic drone flight training contents are not actively developing or studying. For solving this problem, first, the researcher has studied a method of training basic drone flight skills and analyzed various existing drone training contents. Then, the researcher designed a game via the researched method above that trains drone flight skills. The modern gamepad, like an Xbox controller, was key mapped to operate as a standard drone radio controller. Further research will develop drone training content for specialized purpose fields.

주제어

표/그림 (21)

표 [Table 1] Research Process for Drone Training Contents
표 [Table 2] Drone training using book [4,5,6,7,8]
그림 [Fig. 1] Design and Implementation of Serious VR Game for Drone Control Training
그림 [Fig. 2] Drone S
그림 [Fig. 3] DJI simulator[14]
표 [Table 3] Ultralight Pilot System (Unmanned Multi-copter) Practical Test Score Sheet [11]
그림 [Fig. 4] D.R.L. Racing League Simulator[16]
그림 [Fig. 5] Xbox One Controller[18] / AT9 Controller[19]
그림 [Fig. 6] Lockheed Martin Photo[20]
표 [Table 4] User Interface Input Mapping
표 [Table 5] User Interface Input Mapping
표 [Table 6] Drone Training check point type
그림 [Fig. 7] Drone Training Contents Main
그림 [Fig. 8] Drone Training Contents
그림 [Fig. 9] Drone Training Contents
표 [Table 7] Drone Training Rank
표 [Table 8] Drone Training Level
그림 [Fig. 10] Drone Training Contents Main
그림 [Fig. 11] Drone Training Contents
그림 [Fig. 12] Drone Training Contents
표 [Table 9] Drone Training Content Suggestions

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

드론 시장은 빠르게 성장하고 있는데 반해, 가장 기본적인 드론의 기초 운항법을 학습하기 위한 트레이닝 개발은 상대적으로 미비한 편이다. 따라서 본 논문은 드론을 시작하는 초보자를 위한 드론 기초 운항법 트레이닝 콘텐츠 개발의 목적을 둔다.
지금까지 가상현실 기반의 드론 기초 운항법 교육을 위한 가상드론 트레이닝 콘텐츠 개발 사례를 통해 드론 조작능력 향상을 위한 방향에 대해 모색해 보았다. 본 논문에서는 기존 드론 기초항공법 교육을 위한 트레이닝 콘텐츠를 게임이라는 가상현실 환경에서 제작해보았으며 이를 통해 실제 드론 조작 습득에서 문제가 되었던 충돌에 의한 파손 및 부품 교체 등의 비용적인 문제 뿐만 아니라 드론 트레이닝 진행의 큰 문제였던 환경적 제약을 줄이려는 노력을 시도하였다. 이에 후속 연구에서는 현재의 드론 트레이닝 콘텐츠를 바탕으로 현재 다양한 분야에서 활용되고 있는 분야의 실력을 숙련시킬 수 있는 트레이닝 콘텐츠에 대해 고민해보고자 한다.
본 논문에서는 기존 드론 기초항공법 교육을 위한 트레이닝 콘텐츠를 게임이라는 가상현실 환경에서 제작해보았으며 이를 통해 실제 드론 조작 습득에서 문제가 되었던 충돌에 의한 파손 및 부품 교체 등의 비용적인 문제 뿐만 아니라 드론 트레이닝 진행의 큰 문제였던 환경적 제약을 줄이려는 노력을 시도하였다. 이에 후속 연구에서는 현재의 드론 트레이닝 콘텐츠를 바탕으로 현재 다양한 분야에서 활용되고 있는 분야의 실력을 숙련시킬 수 있는 트레이닝 콘텐츠에 대해 고민해보고자 한다. [Table 9]는 기초 운항법 트레이닝 콘텐츠를 기초로 둔 촬영, 구조, 농업, 배달, 레이싱 등의 특수목적용 드론 콘텐츠 제작 프로토타입이다.
지금까지 가상현실 기반의 드론 기초 운항법 교육을 위한 가상드론 트레이닝 콘텐츠 개발 사례를 통해 드론 조작능력 향상을 위한 방향에 대해 모색해 보았다. 본 논문에서는 기존 드론 기초항공법 교육을 위한 트레이닝 콘텐츠를 게임이라는 가상현실 환경에서 제작해보았으며 이를 통해 실제 드론 조작 습득에서 문제가 되었던 충돌에 의한 파손 및 부품 교체 등의 비용적인 문제 뿐만 아니라 드론 트레이닝 진행의 큰 문제였던 환경적 제약을 줄이려는 노력을 시도하였다.

제안 방법

제작된 기초 운항법을 활용하는 실제 트레이닝 콘텐츠 프로토타입을 제작하여 각 분야에 교육적 효과가 있을지 검증해야 한다. 각 분야마다 드론의 활용방법과 운항 방법이 상이하기 때문에 효과성 검증은 해당 분야의 전문가를 섭외하여 설문 및 FGI 방법을 사용하고자 한다.
게임 레벨에서의 트레이닝 내용은 문헌 및 자격증 평가에 사용되는 조작법을 기본조작단위로 나누어 3개의 레벨과 9개의 스테이지로 구성하였다. 이를 통해 사용자가 실무비행의 부족한 부분을 선택하여 반복 학습할 수 있도록 하였다.
기본 조작방법은 실제 드론 컨트롤러인 AT9의 작동원리에 따라 정확히 구성하도록 한다. 즉 실제 드론이 움직이는 방법 및 물리적인 메커니즘을 게임 사용자가 XBOX 컨트롤러를 통해 작동할 수 있도록 제작하였다.
9] 레벨 1의 경우 바닥에 화살표를 제작하여, 사용자가 움직여야 하는 방향을 안내하였다. 다이얼로그를 통해 플레이 방법을 안내하며, 진행될 경우 다음 다이얼로그가 등장하여 게임을 진행할 수 있도록 구현하였다.
또한 레벨 3은 더 나아가 장애물 및 다양한 각도에서의 비행까지보다 다양한 비행 학습 습득이 가능하도록 설계하였다.
12] 레벨 3의 경우 레벨 1, 2와 마찬가지로 바닥에 화살표를 제작하여, 사용자가 움직여야 하는 방향을 안내하였으며, 최종 Checkpoint의 경우 일반 Checkpoint와 색을 달리하여 표기 하였다. 또한, 회전 코스 및 장애물의 경우 드론 트레이닝 및 레이싱의 실제 사용되는 장애물을 사용하였으며, 방향의 경우 레벨 내의 벽을 설치하여 더욱 쉽게 방향을 이동할 수 있도록 구현하였다.
레벨 1과 레벨 2에서는 기본 조작부터 호버링 그리고 국가자격증 평가 기준에서 사용되는 삼각비행과 원주비행을 반복적으로 학습할 수 있도록 구성하였다. 또한 레벨 3은 더 나아가 장애물 및 다양한 각도에서의 비행까지보다 다양한 비행 학습 습득이 가능하도록 설계하였다.
드론 국가자격증 교육의 경우, 학과 이론, 모의 비행, 실무비행으로 이루어지며 실무비행 평가내용은 8가지로 확인할 수 있었다[Table 3]. 본 논문에서 다루고자 하는 드론 기초 운항법 부분은 이론 및 비상조작을 제외한 이륙 및 공중 조작 평가 기준 부분부터 착륙조작에 관련한 평가 기준까지 총 7가지 부분이다. 드론을 직접 운항하는 데 중점을 두었으며 호버링, 삼각비행, 원주비행의 공통으로 보였던 평가 기준은 ‘속도, 고도, 경로 등 기체를 일정하게 유지할 수 있는 것’ 이였다[10].
본 논문에서는 드론 조종 관련 도서, 기존의 가상현실을 활용한 드론 트레이닝 콘텐츠 그리고 최근 드론 교육과정 등을 분석한다. 이후에 드론 조작에 있어 공통으로 언급되는 요소를 분석하여, 실제 드론 기초 운항법을 반복적으로 학습할 수 있는 트레이닝 콘텐츠를 제작한다[Table 1].
본 연구를 통해 개발한 드론 트레이닝 콘텐츠는 주어지는 미션을 해결하는 트레이닝 방식으로 이루어진다. 플레이어는 단계별 미션을 진행할 때마다 나오는 다이얼로그(Dialogue)를 따라 해결해야 하며, 필요에 따라 First-Person View (FPV) 비행을 진행할 수 있다.
Nemati는 4개의 Rotor가 있는 Quadcopter의 6축 움직임을 표현하는 방법을 제시하고 있다. 본 연구를 통해 만들어진 가상드론은 Nemati의 개발 방법 연구를 확장하여 ESC (Electronic Speed Control), FC (Flight Controller), Rotor, Body Frame, Camera, Battery 등의 기본 부품이 모듈화되어 작동하도록 개발하였다.
김정은은 드론 레이싱 장애물 특징을 적용한 정적 장애물과 동적 장애물을 디자인하여 레이싱 드론 조종훈련을 위한 VR 콘텐츠 제작하였다[13]. 위 사례는 모두 가상현실 기반 드론 콘텐츠 연구 사례로 목표, 규칙 등 게임요소를 반영한 드론 연구의 트렌드를 볼 수 있으나 재미에 중점을 두어 가장 기초적인 드론조작을 중점적으로 다루지는 않았기 때문에 본 연구에서는 기존 연구에서 미흡했던 드론 기초운항법 중심으로 콘텐츠를 개발하였다.
본 논문에서는 드론 조종 관련 도서, 기존의 가상현실을 활용한 드론 트레이닝 콘텐츠 그리고 최근 드론 교육과정 등을 분석한다. 이후에 드론 조작에 있어 공통으로 언급되는 요소를 분석하여, 실제 드론 기초 운항법을 반복적으로 학습할 수 있는 트레이닝 콘텐츠를 제작한다[Table 1].
기본 조작방법은 실제 드론 컨트롤러인 AT9의 작동원리에 따라 정확히 구성하도록 한다. 즉 실제 드론이 움직이는 방법 및 물리적인 메커니즘을 게임 사용자가 XBOX 컨트롤러를 통해 작동할 수 있도록 제작하였다.

이론/모형

본 연구에서 사용되는 가상의 드론은 실제 드론의 움직임을 가상현실에서 모방하는 것이 아닌, 드론이 갖는 부품들의 물리적인 무게, 출력값, 공기저항 값, 탄력 등을 물리적으로 계산하여 시뮬레이션되어야 한다. 이를 위해, Nemati가 제안한 가상에서 드론의 움직임을 시뮬레이션하기 위한 개발 방법을 사용하였다[17]. Nemati는 4개의 Rotor가 있는 Quadcopter의 6축 움직임을 표현하는 방법을 제시하고 있다.

성능/효과

이러한 비슷한 사례는 미 해군에서 또한 볼 수 있는데[Fig. 6], 기존 잠수함의 무겁고 비싼 조이스틱을 조금 더 원활하게 사용하기 위한 방향으로 XBOX 컨트롤러를 사용하였고, Lockheed Martind 사이트에서 이 기술은 테스트한 선원들은 ‘기존의 전용 조이스틱으로는 조종법을 익힐 때까지 오랜 시간이 걸렸던 반면, 엑스박스 컨트롤러를 통해 짧은 시간 더 직관적으로 조종을 할 수 있다[21]’라고 말할 만큼 효과적인 조작방법임을 알 수 있다.

후속연구

향후 초심자 뿐만 아닌 특수목적 전문가들이 보다 효과적인 드론 기초 운항법을 학습할 수 있도록 프로토 타입 제작시 Xbox 컨트롤러, PS4 컨트롤러와 같은 범용적인 게임패드부터 실제 드론 운항에 사용되는 드론 조종기들이 최대한 많이 지원 할 수 있도록 고려할 예정이다. 제작된 기초 운항법을 활용하는 실제 트레이닝 콘텐츠 프로토타입을 제작하여 각 분야에 교육적 효과가 있을지 검증해야 한다. 각 분야마다 드론의 활용방법과 운항 방법이 상이하기 때문에 효과성 검증은 해당 분야의 전문가를 섭외하여 설문 및 FGI 방법을 사용하고자 한다.
때문에 각 분야에 맞는 기초 운항법을 교육하기 위해서는 다양한 드론의 조종기를 지원할 필요성이 있다. 향후 초심자 뿐만 아닌 특수목적 전문가들이 보다 효과적인 드론 기초 운항법을 학습할 수 있도록 프로토 타입 제작시 Xbox 컨트롤러, PS4 컨트롤러와 같은 범용적인 게임패드부터 실제 드론 운항에 사용되는 드론 조종기들이 최대한 많이 지원 할 수 있도록 고려할 예정이다. 제작된 기초 운항법을 활용하는 실제 트레이닝 콘텐츠 프로토타입을 제작하여 각 분야에 교육적 효과가 있을지 검증해야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 상황에서 일반인이 직접 드론을 구매하고 드론 운항법을 완전히 습득하는데 있어 어떤 한계점이 있는가?	첫 번째로, 기기 구매의 한계가 있다. 처음 드론을 접하는 초보자의 경우 나에게 맞는 드론을 찾고 구매하기까지의 어려움이 있다. 12kg 이상 기준 드론 기체의 경우 고가이며, 저렴한 기체를 구매한다 하더라도 드론 조작이 익숙하지 않은 초보자의 경우 사고 및 파손확률이 높아 초기 드론 수리에 대한 비용적 부담이 크기 때문에 일반인이 직접 기기를 구매할 때의 한계가 존재한다. 두 번째로는 교육비용의 한계가 있다. 전문적인 드론 교육 자격증을 습득하고자 하더라도 가장 먼저 취득해야 하는 ‘국가 자격 드론 조종사 시험’의 경우 국토교통부에서 지정한 기관에서 교육을 받으면 3주 비용은 300~700만 원으로 적지 않은 비용이다. 또한, 교육을 받으면 보통 4인이나 8인으로 이루어져 개인 트레이닝 시간이 현저히 적으며, 진행할 때에 기상 악화 등 문제가 생기면 트레이닝 시간은 더욱이 단축된다. 세 번째로는 비행 금지구역이 있다. 국내에는 드론 비행장이 많지 않을뿐더러 드론 연습장의 경우 일정 크기 이상의 공간이 있어야 하므로 지방에 있는 곳이 많다. 또한, 주변에 비행장이 있더라도 모든 곳이 드론을 조종할 수 있는 공간은 아니며, 비행 금지구역 및 촬영 허가 지역 등을 확인하여 항공법 및 드론 규제사항을 준수하며 비행해야 하는 등 문제점이 존재한다. 선행 사례를 살펴볼 때 사람들이 비용 및 환경적 제약을 받지 않고 별도로 드론 트레이닝을 받을 수 있는 트레이닝 콘텐츠 개발에 대한 수요 및 필요성은 매우 높다고 할 수 있다.
	드론이란 무엇인가?	드론(Drone)은 비행기나 헬리콥터와 유사한 형태로 제작된 소형 무인 비행체를 지칭한다. 최근에 드론 기술들이 발전을 거듭하면서 경찰의 도난 차량 추적이나 마약 수사, 재난 지역의 실종자 수색, 미디어 업계의 항공 촬영 등의 활용 범위가 확산하는 추세이다[1].
	드론 국가자격증 교육은 무엇으로 이루어지는가?	드론 국가자격증 교육의 경우, 학과 이론, 모의 비행, 실무비행으로 이루어지며 실무비행 평가내용은 8가지로 확인할 수 있었다[Table 3]. 본 논문에서 다루고자 하는 드론 기초 운항법 부분은 이론 및 비상조작을 제외한 이륙 및 공중 조작 평가 기준 부분부터 착륙조작에 관련한 평가 기준까지 총 7가지 부분이다.

참고문헌 (21)

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Data revisited. (n.d.). Retrieved January 25, 2018, from Lockheed Martind, XBOX website, https://www.lockheedmartin.com/en-us/news/features/2016/webt-navy-area-51.html.
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