실감형 가상현실 실전훈련 콘텐츠를 위한 관리 평가 시스템 개발 사례연구 Development of Management and Evaluation System for Realistic Virtual Reality Field Training Exercise Contents : A Case Study원문보기
가상현실의 높은 몰입감을 활용한 실감형 훈련 콘텐츠가 산업, 교육, 의료 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히 현실에서 실시하기 힘든 고위험, 고비용이 발생하는 교육훈련을 최신 가상현실 기술을 적용하여 현실과 비슷한 환경에서 효율적이고 안전하게 체험하여 교육효과를 높일 수 있다. 본 논문은 실감형 가상훈련 콘텐츠를 체계적으로 관리하고 정의된 평가요소를 기반으로 훈련 결과를 도식화된 그림으로 가시화하는 관리 시스템을 소개한다. 관리 시스템은 콘텐츠에서 생성되는 정보를 데이터베이스에 저장하여 각 훈련생의 훈련 기록을 실용적으로 관리할 수 있다. 또한 콘텐츠 기반 시나리오 생성 방법으로 훈련 목표, 참여인원, 평가요소 등을 설정하여 하나의 콘텐츠를 여러 시나리오로 생성할 수 있다. 본 논문은 관리 시스템의 제작 방법과 그 결과를 적용 사례인 가상현실 훈련 콘텐츠 기반으로 설명한다.
가상현실의 높은 몰입감을 활용한 실감형 훈련 콘텐츠가 산업, 교육, 의료 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히 현실에서 실시하기 힘든 고위험, 고비용이 발생하는 교육훈련을 최신 가상현실 기술을 적용하여 현실과 비슷한 환경에서 효율적이고 안전하게 체험하여 교육효과를 높일 수 있다. 본 논문은 실감형 가상훈련 콘텐츠를 체계적으로 관리하고 정의된 평가요소를 기반으로 훈련 결과를 도식화된 그림으로 가시화하는 관리 시스템을 소개한다. 관리 시스템은 콘텐츠에서 생성되는 정보를 데이터베이스에 저장하여 각 훈련생의 훈련 기록을 실용적으로 관리할 수 있다. 또한 콘텐츠 기반 시나리오 생성 방법으로 훈련 목표, 참여인원, 평가요소 등을 설정하여 하나의 콘텐츠를 여러 시나리오로 생성할 수 있다. 본 논문은 관리 시스템의 제작 방법과 그 결과를 적용 사례인 가상현실 훈련 콘텐츠 기반으로 설명한다.
Realistic training contents utilizing intensive immersion of virtual reality are being used in various fields such as industry, education, and medical care. High-risk, high-cost education training, in particular, is difficult to conduct in reality, but it can be applied with the latest virtual reali...
Realistic training contents utilizing intensive immersion of virtual reality are being used in various fields such as industry, education, and medical care. High-risk, high-cost education training, in particular, is difficult to conduct in reality, but it can be applied with the latest virtual reality technology that enhances educational effectiveness by efficiently and safely experiencing it in an environment similar to reality. This study introduces a management system that systematically manages realistic virtual training contents and visualizes training results in schematic pictures based on defined evaluation elements. The management system can store the information generated from the content in the database and manage the training records of each trainee in a practical way. In addition, a content-based scenario can be created in multiple scenarios by setting training goals, number of participants, and methods for applying evaluation elements. This paper describes the management system's production method and the results based on the virtual reality training content as an application example.
Realistic training contents utilizing intensive immersion of virtual reality are being used in various fields such as industry, education, and medical care. High-risk, high-cost education training, in particular, is difficult to conduct in reality, but it can be applied with the latest virtual reality technology that enhances educational effectiveness by efficiently and safely experiencing it in an environment similar to reality. This study introduces a management system that systematically manages realistic virtual training contents and visualizes training results in schematic pictures based on defined evaluation elements. The management system can store the information generated from the content in the database and manage the training records of each trainee in a practical way. In addition, a content-based scenario can be created in multiple scenarios by setting training goals, number of participants, and methods for applying evaluation elements. This paper describes the management system's production method and the results based on the virtual reality training content as an application example.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
한 눈에 볼 수 있는 그래프이다. 교육훈련을 진행하는 도중 적에게 피격을 당하거나 테러리스트에 사격이 명중했을때 맞은 부위와 사망 여부를 보여주는것이 주요 목적이다. X축은 교육 훈련 콘텐츠의 시간을 나타내며 Y축은 테러리스트를 표시하며 가장 위에는훈련생이 배치되어 있다.
훈련생의 시나리오 훈련결과를 효율적으로 분석 및 평가하기 위하여 가시 화된 자료가 필요하다. 본 논문에서는 훈련 결과를 그래프(graph)로 출력 함으로써 효율적인 분석 및 평가를 할 수 있도록 하였다. 훈련결과는콘텐츠가 종료된 뒤 로컬 디스크에 저장된 로그 파일로부터 추출한 데이터를 시나리오에 의해 정의되는 평가요소 기반으로수치화되어 데이터베이스에 저장된다.
본 논문은 VR 기반으로 이미 제작된 콘텐츠를 효율적으로 운용하고 콘텐츠에서 생성되는 플레이 데이터를 시각적으로 표현할 수 있는 관리 시스템의 개발 과정과 결과를 소개한다. 본 논문에서 관리 시스템 적용 사례로 사용하는 VR 콘텐츠는 한국원자력통제기술원(KINAC) i에서 핵 안보 교육을 위해 제작된 교육 훈련 콘텐츠로 훈련 대상은 핵 시설을 방호하는 청원경찰들이다.
본 논문은 VR 콘텐츠를 효과적으로 운용하기 위한 관리 시스템을 적용 사례인 VR 교육훈련 콘텐츠를 기반으로 설명하였다. 사용자 GUI를 제작하여 관리 시스템을 쉽게 사용할 수 있도록 하였고 VR콘텐츠와 연동하여 콘텐츠에서 생성되는 데이터를 분류하여 시각적으로 가시화할 수 있는 방안을 마련하였다.
본 논문은 이미 제작이 완료된 교육훈련 콘텐츠를 효과적으로 관리하기 위해 훈련생의 훈련 정보를 관리하고 훈련 결과를 가시화 할 수 있는 관리 시스템의 구축 방법과 그 결과에 대해 소개한다. 순서는 다음과 같다.
가설 설정
로그인에 필요한 아이디와 비밀번호를 입력하지 않으면 메인화면 정보를 열람할 수 없으며, 아이디와 비밀번호가 미리 지정한 것과 다를 경우 팝업창을 띄워 입력한 정보가 맞는지 다시 확인하게 한다. 로그인 화면에서 적합한 아이디와 비밀번호를 입력하면 그림 5(b)처럼 메인화면이 활성화 된다. 메인화면의 상단은 메뉴 탭과 각 탭에 해당하는 버튼이 존재하고, 그 아래에는 내용을 디스플레이 창이 있다.
제안 방법
관리된다. 데이터를 GUI를 통해 디스플레이하기 위해 필요 데이터를 요청하고 처리하는 DB Operator 모듈을 제작하였고쿼 리 (query)를 데 이 터 베 이 스로 보내 데 이 터 를 요청 하는 MySQL Connector 모듈을 제작하였다.
콘텐츠 서 버에서 동기화되는 통신 데 이 터는 따로 저장이 되지 않기 때문에 훈련생 훈련 정보를 저장하기 위해서 콘텐츠 서버에서 사용되는 정보를 저장하는 데이터 컨테이너와 관리 시스템과 콘텐츠서버간 통신을 할 관리 시스템 서버를 추가로 제작하였다. 또한 몇명의 훈련생이 준비 상태가 되었는지를 확인하고 VR 콘텐츠를 자동으로 실행시 켜주기 위해 컨트롤 클라이언트를 제작하였다. 컨트롤 클라이언트는 OS(operating system) 의 백그라운드에서 항상 작동하고 있으며 훈련생이 착용하는 웨어러블 PC의 부팅이 완료되면 자동으로 실행되어 관리 시스템 서버와 연동되게 된다.
이를 해결하고 제한된 데이터 안에서 훈련 결과를 효과적으로 분류하고 가시화하기 위해 VR 교육훈련 콘텐츠 내에 훈련 데이터를 저장하는 모듈을 추가하였다. 또한 저장된 훈련 결과의 가시화를 위해 훈련생의 평가 방법을 한국원자력통제기술원의 자문 결과와 수집된 데이터를 기반으로 평가 항목을 정의하였다.
밖에 없다. 이를 해결하고 제한된 데이터 안에서 훈련 결과를 효과적으로 분류하고 가시화하기 위해 VR 교육훈련 콘텐츠 내에 훈련 데이터를 저장하는 모듈을 추가하였다. 또한 저장된 훈련 결과의 가시화를 위해 훈련생의 평가 방법을 한국원자력통제기술원의 자문 결과와 수집된 데이터를 기반으로 평가 항목을 정의하였다.
레이더 그래프는 여러항목을 기준으로 여러 대상을 비교할때 많이 사용하는 그래프로 대상의 항목간 밸런스를 한눈에 볼 수 있다. 적용사례인 원자력방호 VR 콘텐츠에서 평가하는 항목중 적군 피해량, 테러리스트 사살수, 아군 피해량, 미션 소요시간 항목으로 구분하였다. 상단에는 시나리오에 대한정보가 출력되어 현재 시나리오의 정보를 확인할 수 있다.
추출된 데이터는 한국원자력통제기술원에서 훈련 생을 평가하기 위한 평가요소를 자문 받아 적용하였다. 정의된 평가요소는 적에게 준 피해량, 받은 피해량, 피격횟수, 사살된 테러리스트 수, 이동거 리, 미 션소요 시간, 상대 피 해도로 총 7개로 구성되어 있으며 각각의 평가요소는 그래프 형태에 따라 나뉘어서 적용된다.
준비 상태와 콘텐츠 플레이, 정지, 이벤트 발생시 데이터 교환 등을 담당한다. 콘텐츠 서 버에서 동기화되는 통신 데 이 터는 따로 저장이 되지 않기 때문에 훈련생 훈련 정보를 저장하기 위해서 콘텐츠 서버에서 사용되는 정보를 저장하는 데이터 컨테이너와 관리 시스템과 콘텐츠서버간 통신을 할 관리 시스템 서버를 추가로 제작하였다. 또한 몇명의 훈련생이 준비 상태가 되었는지를 확인하고 VR 콘텐츠를 자동으로 실행시 켜주기 위해 컨트롤 클라이언트를 제작하였다.
나타낸다. 콘텐츠와 시나리오 별로 각각의 평가요소의 이름과 용도가 다르기 때문에 이를 저장할 테이블을 구현하였다. 표 7 와 마찬가지로 표 8도 하나의 시나리오에 하나씩 생성된다.
VR 콘텐츠는 핵 시설을 차량강습 테러를 자행하는 테러 조직을 방어하는 것으로 일정 시간동안 테 러 리스트를 막아내야 한다. 핵 안보 교육훈련 VR 콘텐츠와 하드웨어 시스템은 (주)안드로메다 스튜디오 2에서 제작하였으며 실제 원자력 핵 발전소인 고리 발전소를 사실적으로 묘사하여 씬을 구성하였다.
대상 데이터
Diagram builder에서 그래프를 그리게된다. 또한 Qt에서 그래프를 출력하기 위하여 오픈소스 라이브러리(Open Source Li- brary)인 QCustromPlot 라이브러 리를 사용했다 [15].
수 있는 관리 시스템의 개발 과정과 결과를 소개한다. 본 논문에서 관리 시스템 적용 사례로 사용하는 VR 콘텐츠는 한국원자력통제기술원(KINAC) i에서 핵 안보 교육을 위해 제작된 교육 훈련 콘텐츠로 훈련 대상은 핵 시설을 방호하는 청원경찰들이다. VR 콘텐츠는 핵 시설을 차량강습 테러를 자행하는 테러 조직을 방어하는 것으로 일정 시간동안 테 러 리스트를 막아내야 한다.
콘텐츠에서 추출가능한 데이터는 총4개로 적 의 공격 횟수, 훈련생의 공격 횟수, 훈련생 의 움직 인 거리 , 미 션 소요시간이 다(표 9 참조). 추출된 데이터는 한국원자력통제기술원에서 훈련 생을 평가하기 위한 평가요소를 자문 받아 적용하였다. 정의된 평가요소는 적에게 준 피해량, 받은 피해량, 피격횟수, 사살된 테러리스트 수, 이동거 리, 미 션소요 시간, 상대 피 해도로 총 7개로 구성되어 있으며 각각의 평가요소는 그래프 형태에 따라 나뉘어서 적용된다.
이론/모형
관리 시스템의 인터페이스를 제작하기 위해 GUI 프로그램 제작에 사용되는 크로스 플랫폼 프레임워크인 QT를 사용하였다[11]. 관리 시스템은 C++기반으로 작성되었으며 통신을 위해 Socket을 사용하였다 [12].
성능/효과
사용자 GUI를 제작하여 관리 시스템을 쉽게 사용할 수 있도록 하였고 VR콘텐츠와 연동하여 콘텐츠에서 생성되는 데이터를 분류하여 시각적으로 가시화할 수 있는 방안을 마련하였다. 또한 관리시스템의 GUI를 사용하여 시나리오를 생성하고 생성된 시나리오를 기반으로 VR 콘텐츠를 운용할 수 있다.
후속연구
현재 제작된 교육훈련 콘텐츠는 원자력시설 방호 훈련 콘텐츠만 있지만 교육, 게임 등 다양한 VR 콘텐츠를 새로 제작하여 연동할 수 있으며 기존에 제작된 다른 VR 콘텐츠에도 적 용할 수 있다. 각각의 VR 콘텐츠는 관리 시스템을 통해 콘텐츠에서 생성된 데이터를 데이터베이스에 저장하여 관리할 수 있을것이며 사용자가 정의할 수 있는 평가 요소 비율을 통해 콘텐츠 플레이 결과를 점수로 가시화할 수 있을 것이다. 관리 시스템에서는 콘텐츠 하나를 시나리오로 정의하며 평가요소 비율을 변경하여 여러 시나리오로 제작할 수 있다(3.
또한 VR 콘텐츠마다 평가요소의 계산방식이 다른데 이를 훈련결과에 적용하기 위해 그림 10의 Evaluator를 수정해야 한다는 문제점이 있다. 이러한 한계점을 해결하기 위해 콘텐츠마다 로그 파일의 포맷과 평가 요소를 JSON 형태로 작성하고 관리 시스템에서 이를 분석하여 자동으로 로그 파일 분석 방법 과 평 가요소를 적용하는 방법을 추가 연구해야 한다. [16, 17].
참고문헌 (17)
J. H. Lee, "Vr system environment technologies and user input elements," Journal of the Korean Society Design Culture, vol. 24, no. 2, pp. 585-596, 2018.
I. Choi, E. Ofek, H. Benko, M. Sinclair, and C. Holz, "Claw: A multifunctional handheld haptic controller for grasping, touching, and triggering in virtual reality," in Proceedings of the 2018 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems, 2018, pp. 1-13.
M. Kim, J. Kang, and M.-s. Jun, "Market and technical trends of vr technologies," Korea Contents Association Review, vol. 14, no. 4, pp. 14-16, 2016.
J. Martin-Gutierrez, C. E. Mora, B. Anorbe-Diaz, and A. Gonzalez-Marrero, "Virtual technologies trends in education," EURASIA Journal of Mathematics Science and Technology Education, vol. 13, no. 2, pp. 469-486, 2017.
E. C. Hamilton, D. J. Scott, J. Fleming, R. V. Rege, R. Laycock, P. C. Bergen, S. Tesfay, and D. Jones, "Comparison of video trainer and virtual reality training systems on acquisition of laparoscopic skills," Surgical Endoscopy and Other Interventional Techniques, vol. 16, no. 3, pp. 406-411, 2002.
H. Zhang, "Head-mounted display-based intuitive virtual reality training system for the mining industry," International Journal of Mining Science and Technology, vol. 27, no. 4, pp. 717-722, 2017.
A. A. Garcia, I. G. Bobadilla, G. A. Figueroa, M. P. Ramirez, and J. M. Roman, "Virtual reality training system for maintenance and operation of high-voltage overhead power lines," Virtual Reality, vol. 20, no. 1, pp. 27-40, 2016.
K. Kurihara, S. Hoshino, K. Yamane, and Y. Nakamura, "Optical motion capture system with pan-tilt camera tracking and real time data processing," in Proceedings 2002 IEEE International Conference on Robotics and Automation (Cat. No. 02CH37292), vol. 2. IEEE, 2002, pp. 1241-1248.
OptiTrack, https://www.optitrack.com/, 2020.
S. Zhang, B. Y. Tan, K. H. Leo, and R. Q. F. Tham, "A hybrid human motion tracking system for virtual rehabilitation," in 2011 6th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications. IEEE, 2011, pp. 1993-1998.
The Qt Company, https://www.qt.io/, 2020.
M. Xue and C. Zhu, "The socket programming and software design for communication based on client/server," in 2009 Pacific-Asia Conference on Circuits, Communications and Systems. IEEE, 2009, pp. 775-777.
K. I. Satoto, R. R. Isnanto, R. Kridalukmana, and K. T. Martono, "Optimizing mysql database system on information systems research, publications and community service," in 2016 3rd International Conference on Information Technology, Computer, and Electrical Engineering (ICITACEE). IEEE, 2016, pp. 1-5.
M. Widenius, D. Axmark, and K. Arno, MySQL reference manual: documentation from the source. " O'Reilly Media, Inc.", 2002.
QCustomPlot, https://www.qcustomplot.com, 2020.
Y. Li, N. R. Katsipoulakis, B. Chandramouli, J. Goldstein, and D. Kossmann, "Mison: a fast json parser for data analytics," Proceedings of the VLDB Endowment, vol. 10, no. 10, pp. 1118-1129, 2017.
F. Pezoa, J. L. Reutter, F. Suarez, M. Ugarte, and D. Vrgoc, "Foundations of json schema," in Proceedings of the 25th International Conference on World Wide Web, 2016, pp. 263-273.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.