최근 건설분야에 3차원 설계기술인 BIM이 의무화 되면서 다양한 활용사례에 대한 연구가 증가하고 있다. 특히 4차산업혁명의 핵심기술 중의 하나인 가상현실 기술과 BIM이 융합되면 사전 설계검토, 시공시뮬레이션 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 하지만 현재까지 가상현실 접목기술이 단순 프로토타입 수준이거나 모델하우스 정도에만 활용되고 있다. 또한 품질이 높은 가상현실 콘텐츠 제작시 비용이 많이 들기 때문에 관련 분야의 활성화가 어려운 상황이다. 이에 본 논문에서는 가상건설분야 활용도 및 품질을 높이기 위해 BIM을 활용해서 가상현실 콘텐츠를 제작할 때 시간 소요가 많이 발생하는 재질 매핑 시간을 단축시키는 연구를 진행하였다. 이를 위해 BIM 모델시 재질 매핑 가능하도록 객체 속성을 부여하였고, 건설분야에 가장 많이 활용되는 재질을 구성하였으며, 속성과 재질을 자동으로 매핑해 주는 자동화 머터리얼 기능 개발과 최종 테스트를 진행하였다. 테스트를 위해서 10개의 모델을 활용해서 3회 반복 테스트를 하여 최종적으로 약 50.16%의 생산성 향상을 달성하였다. 향후에는 재질 매핑 자동화 기능 고도화를 포함하여 대용량 BIM 모델을 기반으로 물리적인 데이터 경량화를 포함하여 BIM 데이터를 기반으로 가상현실 콘텐츠 제작과 관련된 생산성 향상 연구를 진행할 예정이다.
최근 건설분야에 3차원 설계기술인 BIM이 의무화 되면서 다양한 활용사례에 대한 연구가 증가하고 있다. 특히 4차산업혁명의 핵심기술 중의 하나인 가상현실 기술과 BIM이 융합되면 사전 설계검토, 시공시뮬레이션 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 하지만 현재까지 가상현실 접목기술이 단순 프로토타입 수준이거나 모델하우스 정도에만 활용되고 있다. 또한 품질이 높은 가상현실 콘텐츠 제작시 비용이 많이 들기 때문에 관련 분야의 활성화가 어려운 상황이다. 이에 본 논문에서는 가상건설분야 활용도 및 품질을 높이기 위해 BIM을 활용해서 가상현실 콘텐츠를 제작할 때 시간 소요가 많이 발생하는 재질 매핑 시간을 단축시키는 연구를 진행하였다. 이를 위해 BIM 모델시 재질 매핑 가능하도록 객체 속성을 부여하였고, 건설분야에 가장 많이 활용되는 재질을 구성하였으며, 속성과 재질을 자동으로 매핑해 주는 자동화 머터리얼 기능 개발과 최종 테스트를 진행하였다. 테스트를 위해서 10개의 모델을 활용해서 3회 반복 테스트를 하여 최종적으로 약 50.16%의 생산성 향상을 달성하였다. 향후에는 재질 매핑 자동화 기능 고도화를 포함하여 대용량 BIM 모델을 기반으로 물리적인 데이터 경량화를 포함하여 BIM 데이터를 기반으로 가상현실 콘텐츠 제작과 관련된 생산성 향상 연구를 진행할 예정이다.
Recently, BIM has become mandatory in the construction field, research on various use cases is increasing. In particular, when virtual reality technology, one of the core technologies of the 4th industrial revolution, and BIM are combined, it can be used in various fields such as preliminary design ...
Recently, BIM has become mandatory in the construction field, research on various use cases is increasing. In particular, when virtual reality technology, one of the core technologies of the 4th industrial revolution, and BIM are combined, it can be used in various fields such as preliminary design review and construction simulation. Until now, however, virtual reality grafting technology is only used as a simple prototype or as a model house. Also, it is difficult to activate virtual construction because it is expensive to produce high-quality virtual reality contents. Therefore, in this paper, in order to increase the utilization and quality of the virtual construction field, a study was conducted to shorten the material mapping time, which takes a lot of time when producing virtual reality contents using BIM. To this end, object properties were assigned to enable material mapping in the BIM model, and materials most used in the construction field were configured, and automated material function development and final tests were conducted that automatically map properties and materials. For the test, 10 models were used and the test was repeated three times, and the productivity improvement of about 50.16% was finally achieved. In the future, we plan to conduct research on physical data weight reduction based on the advanced material mapping automation function and the large-capacity BIM model.
Recently, BIM has become mandatory in the construction field, research on various use cases is increasing. In particular, when virtual reality technology, one of the core technologies of the 4th industrial revolution, and BIM are combined, it can be used in various fields such as preliminary design review and construction simulation. Until now, however, virtual reality grafting technology is only used as a simple prototype or as a model house. Also, it is difficult to activate virtual construction because it is expensive to produce high-quality virtual reality contents. Therefore, in this paper, in order to increase the utilization and quality of the virtual construction field, a study was conducted to shorten the material mapping time, which takes a lot of time when producing virtual reality contents using BIM. To this end, object properties were assigned to enable material mapping in the BIM model, and materials most used in the construction field were configured, and automated material function development and final tests were conducted that automatically map properties and materials. For the test, 10 models were used and the test was repeated three times, and the productivity improvement of about 50.16% was finally achieved. In the future, we plan to conduct research on physical data weight reduction based on the advanced material mapping automation function and the large-capacity BIM model.
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문제 정의
가상건설 시장의 활성화를 지연시키고 있다.[8] 이에 본 논문에서는 BIM 데이터를 기반으로 가상현실 콘텐츠를 제작하기 위해 필요한 프로세스를 검토하고 이를 최적화해서 빠른 시간에 고품질의 가상현실 콘텐츠를 제작할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
방안을 제시하였다. 기본적으로 게임엔진을 활용해서 가상현실 콘텐츠를 제작해야 고품질의 가상현실 콘텐츠를 생성할 수 있으며 이때 필수적으로 거쳐야 하는 절차 중 생산성을 가장 높일 수 있는 재질 매핑 분야를 자동화하는 것이 본 논문의 핵심이다. 게임엔진에서 재질 매핑 시 엔진별로 재질매핑 방식이 달라서 엔진상에서 재질 매핑을 수작업으로 다시 해야 하는 작업이 발생하고 있으며 이 작업이 매우 번거로우며 시간이 많이 걸리는 작업이다.
본 논문에서는 건설 분야에 가상현실 기술을 접목하기 위해 현행 프로세스와 문제점들을 분석하고 건설 분야 가상현실이 접목된 가상건설 시장을 활성화하기 위해 현재 BIM 기반의 가상현실 콘텐츠 제작방식을 근간으로 생산성을 향상시킬 수 있는 방안을 제시하였다. 기본적으로 게임엔진을 활용해서 가상현실 콘텐츠를 제작해야 고품질의 가상현실 콘텐츠를 생성할 수 있으며 이때 필수적으로 거쳐야 하는 절차 중 생산성을 가장 높일 수 있는 재질 매핑 분야를 자동화하는 것이 본 논문의 핵심이다.
또한 BIM 모델을 가지고 가상현실 환경하에서 다양한 시뮬레이션 모형을 제작할 경우 별도로 제작해야 하기 때문에 BIM 데이터를 재활용하기가 어려워 시뮬레이션별로 추가작업을 해야 하는 문제점 들이 제기되었다. 이 에 본 논문에서는 BIM 모델을 가상현실로 변환하는 과정 중에서 재질 매핑하는 부분을 자동화함으로써 가상현실 콘텐츠 제작시간을 단축하는 방법을 제시하고자 한다.
제안 방법
4) Revit 모델링 데이터와 엑셀 시트의 매핑 테이블을 기반으로 데이터 분석 작업을 진행하고 이를 통해 매트리얼 자동화 처리를 수행한다.
BIM 데이터를 기반으로 한 VR 변환을 위해 개발된 자동화머터리얼 기능을 활용해서 기존 작업 대비 데이터 변환 수행 시간을 측정하였다. 시험 환경은 자동화 머 터 리얼 기능을 때활용했을 때 기존 시간보다 얼마나 단축되는지를 테스트하였다.
사용한다. PiXYZ 플러그인은 Rev辻의 데이터인 rvt뿐만 아니라 obj, dae 등 범용적으로 활용되는 중립파일의 업로드 기능이 포함되어 있으며 Unity3D의 Editor모드에서 사용 가능한 Import도구로 BIM 모델에 대한 최적화된 Prefab 데이터를 추출할 수 있다 추출된 데이터를 분석하기 위해 Unity3D로 파싱 모듈을 개발한다. Excel 등의 데이터를 가져오기 위해 별도의 서드파티 라이브러리가 사용될 수 있다.
Excel 등의 데이터를 가져오기 위해 별도의 서드파티 라이브러리가 사용될 수 있다. 개발된 파싱 모듈을 기반으로 재질에 대한 분석와 매칭에 대한 일괄 처리를 수행하는 유니티 자동화 머 터 리얼 플러그인을 개발하였다.
그림 7의 절차에 따라서 Unity3D 스크립트를 활용하여 자동화 머트리얼 기능을 개발하였다. 기능을 정상적으로 사용하기 위해서는 Rev辻 모델링 시 고려해야 할 사항이 있다.
문제점 분석 결과를 근간으로 BIM 데이터를 활용해 가상현실 환경에 다양한 시뮬레이션 진행 시 현행 방식의 가장 큰 문제인 경제성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 새로운 방법을 제시하였으며 이를 근간으로 프로토타입 소프트웨어를 제작하였다. 프로토타입 소프트웨어 테스트를 통해 기존 방식보다 제작 시간 단축을 통해 생산성이 향상됨을 검증하였다.
한다. 본 논문에서는 가상현실 시뮬레이션에서 가장 많이 활용되는 엔진인 Unity3D를 활용하여 구현 및 테스트를 진행하였다.
본 연구를 진행하기 위해 BIM을 기반으로 가상현실을 접목한 사례 및 관련 소프트웨어를 조사하고 현행 방식을 기준으로 BIM 데이터를 활용한 가상현실 투사 시 현재의 문제점을 분석하였다. 문제점 분석 결과를 근간으로 BIM 데이터를 활용해 가상현실 환경에 다양한 시뮬레이션 진행 시 현행 방식의 가장 큰 문제인 경제성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 새로운 방법을 제시하였으며 이를 근간으로 프로토타입 소프트웨어를 제작하였다.
이를 위해 본 논문에서는 소프트웨어와 엔진을 활용하여 가상현실 환경을 구축함에 있어 다음과 같은 작업프로세스 대로 진행한다. 엔진 상에는 UV를 직접 수정할 수 없으므로 3D 소프트웨어로 UV 작업, 수정 및 재질을 생성하고 검토 한 후에 엔진에서 임포트 하여 엔진 상에서 최적화된 머터리얼로 재구성하는 형태로 작업을 한다.
특히 BIM 객체 수가 많은 경우 일일이 객체를 찾아가며 매칭을 해야 한다. 이를 해결하기 위해서 BIM 모델링할 때 입력되는 각 객체의 속성정보 중 건축물의 재질정보를 기반으로 작성 규칙을 정의하고 규칙대로 생성된 객체 속성정보를 엑셀 형태로 저장한 후 미리 정의된 건축물에 최적화된 머 터 리얼 정보를 근간으로 자동 매칭하는 작업을 진행하였다. 또한 자동화 머터리얼 기능을 근간으로 성능검증을 통해 기존 작업대비 50% 이상의 속도 향상이 이루어짐을 검증할 수 있었다.
테스트는 기존 프로세스를 활용해서 FBX 파일 머터리얼 적용변환 3회, 본 연구에서 개발한 자동 머 터 리얼 기능을 접목하기 위한 FBX 파일 변환 10개 데이터를 기반으로 각각 3회를 수행하였다. 즉 기존 방식 3회, 본 연구에서 개발된 자동화 머 터 리얼 기능 총 30회를 수행하였다. 파일은 지하시설물로 지하철 역사를 대상으로 선정하였다.
테스트 방법은 경량화 프로세스용 속성 파일 없이 자동화 머 터 리얼을 수행했을 때에 시간과 경량화 프로세스용 속성 파일이 업로드 된 상황에서 재질이 자동 매핑되는 시간을 비교 하였다. 시간 비교는 다음 식과 같이 진행하였다.
준비하였다. 테스트는 기존 프로세스를 활용해서 FBX 파일 머터리얼 적용변환 3회, 본 연구에서 개발한 자동 머 터 리얼 기능을 접목하기 위한 FBX 파일 변환 10개 데이터를 기반으로 각각 3회를 수행하였다. 즉 기존 방식 3회, 본 연구에서 개발된 자동화 머 터 리얼 기능 총 30회를 수행하였다.
대상 데이터
측정하였다. 시험 환경은 자동화 머 터 리얼 기능을 때활용했을 때 기존 시간보다 얼마나 단축되는지를 테스트하였다. 테스트 환경은 다음과 같다.
테스트를 위해 기존 프로세스용 3D 중립 파일(FBX) 파일 1 개, 자동 머 터 리얼을 프로세스 적용을 위한 FBX 파일 10개, 데이터 경량화 프로세스용 속성 파일(Excel) 10개를 준비하였다. 테스트는 기존 프로세스를 활용해서 FBX 파일 머터리얼 적용변환 3회, 본 연구에서 개발한 자동 머 터 리얼 기능을 접목하기 위한 FBX 파일 변환 10개 데이터를 기반으로 각각 3회를 수행하였다.
즉 기존 방식 3회, 본 연구에서 개발된 자동화 머 터 리얼 기능 총 30회를 수행하였다. 파일은 지하시설물로 지하철 역사를 대상으로 선정하였다.
이론/모형
Blender는 무료 소프트웨어로 Node 방식을 제공하고 있고, 다양한 기능들을 제공하고 Unity 나 Ureal에서 지원하는 다양한 모델링의 Load Format을 제공한다. Unreal 또한 Node 방식을 통해 제작을 하고, 머 터 리얼을 오브젝트에 적용을 할 때는 Slot 방식으로 적용. Unity3D는 Slot 방식이고 Third Paty로 Node 방식을 지원한다.
성능/효과
이를 해결하기 위해서 BIM 모델링할 때 입력되는 각 객체의 속성정보 중 건축물의 재질정보를 기반으로 작성 규칙을 정의하고 규칙대로 생성된 객체 속성정보를 엑셀 형태로 저장한 후 미리 정의된 건축물에 최적화된 머 터 리얼 정보를 근간으로 자동 매칭하는 작업을 진행하였다. 또한 자동화 머터리얼 기능을 근간으로 성능검증을 통해 기존 작업대비 50% 이상의 속도 향상이 이루어짐을 검증할 수 있었다. 향후에는 속도뿐만 아니라 자동 머 터 리얼 매칭 적용후에 품질을 검토할 수 있는 방안을 추가할 예정이며 대용량 BIM 데이터를 기반으로 다양한 테스트를 통해 결과의 정확도를 높일 예정이다.
변환속도 측정을 위한 테스트 결과 기존 프로세스 결과는 평균 601.56초였으며 본 연구를 통해 개발된 자동화 머터리얼 기능을 적용했을 때 시간은 평균 299.82초로 집계되었으며, 변환 시간은 50.16%가 단축되었다. 전체 프로세스가 아닌 재질 매핑을 하는 프로세스상에서의 시간 단축이기 때문에 전체적으로 시간 단축은 수작업으로 진행되는 것 대비 추가 검증이 필요할 것으로 판단된다.
문제점 분석 결과를 근간으로 BIM 데이터를 활용해 가상현실 환경에 다양한 시뮬레이션 진행 시 현행 방식의 가장 큰 문제인 경제성 및 생산성을 향상시킬 수 있는 새로운 방법을 제시하였으며 이를 근간으로 프로토타입 소프트웨어를 제작하였다. 프로토타입 소프트웨어 테스트를 통해 기존 방식보다 제작 시간 단축을 통해 생산성이 향상됨을 검증하였다.
후속연구
향후에는 속도뿐만 아니라 자동 머 터 리얼 매칭 적용후에 품질을 검토할 수 있는 방안을 추가할 예정이며 대용량 BIM 데이터를 기반으로 다양한 테스트를 통해 결과의 정확도를 높일 예정이다. 또한 가상현실이 접목된 건축 분야의 다양한 컨텐츠를제작하고 최적의 킬링 컨텐츠 제작을 통해 관련 시장을 활성화하는 것도 필요하리라 판단된다.
16%가 단축되었다. 전체 프로세스가 아닌 재질 매핑을 하는 프로세스상에서의 시간 단축이기 때문에 전체적으로 시간 단축은 수작업으로 진행되는 것 대비 추가 검증이 필요할 것으로 판단된다. 이를 종합한 테스트 결과는 표 3과 같다.
또한 자동화 머터리얼 기능을 근간으로 성능검증을 통해 기존 작업대비 50% 이상의 속도 향상이 이루어짐을 검증할 수 있었다. 향후에는 속도뿐만 아니라 자동 머 터 리얼 매칭 적용후에 품질을 검토할 수 있는 방안을 추가할 예정이며 대용량 BIM 데이터를 기반으로 다양한 테스트를 통해 결과의 정확도를 높일 예정이다. 또한 가상현실이 접목된 건축 분야의 다양한 컨텐츠를제작하고 최적의 킬링 컨텐츠 제작을 통해 관련 시장을 활성화하는 것도 필요하리라 판단된다.
참고문헌 (17)
국토교통부, "스마트건설기술로드맵", 2018년
옥 현, 김성진, "건설사업정보시스템의고도화를 위한 공간정보(GIS) 적용방안에 관한 연구," 스마트미디어저널, 제4권, 제4호, 70-79쪽, 2015년 12월
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