[논문]비파괴산업 분야 방사선작업종사자 직장교육을 위한 사용자 환경 기반 혼합현실(MR) 교육훈련 시스템 개발

박형후; 심재구; 박정규; 손정봉; 권순무

doi:10.7742/jksr.2021.15.1.45

비파괴산업 분야 방사선작업종사자 직장교육을 위한 사용자 환경 기반 혼합현실(MR) 교육훈련 시스템 개발
A Development of a Mixed-Reality (MR) Education and Training System based on user Environment for Job Training for Radiation Workers in the Nondestructive Industry 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.15 no.1, 2021년, pp.45 - 54

박형후 (대구보건대학교 방사선과) , 심재구 (대구보건대학교 방사선과) , 박정규 (대구보건대학교 방사선과) , 손정봉 (에이알미디어웍스 주식회사) , 권순무 (대구보건대학교 방사선과)

초록
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본 연구는 혼합현실을 기반으로 하는 비파괴 분야의 교육용콘텐츠를 만들기 위해 시행되었다. 현재 방사선 분야에는 교육용 혼합현실 기반 교육용 콘텐츠는 거의 없는 실정이다. 그리고 비파괴검사분야는 작업 환경이 열악하고, 종사자 수도 한 업체당 직원 수가 10인 이하인 곳이 많고, 교육적 인프라도 잘 구축되어 있지 않다. 강의식으로 전달만 하는 실습교육과 안전교육이 시행되고 있다. 이를 해결하기 위해 혼합현실을 기반으로 한 비파괴 종사자 교육용 콘텐츠를 개발하게 되었다. 이 콘텐츠는 Microsoft사의 HoloLens 2 HMD 디바이스를 기반으로 개발되었고, 1280⁎720의 해상도를 기준으로 제작되었고, 디바이스마다 해상도가 달라 Anchor의 Left, Right, Bottom, TOP위치를 맞추어 Side를 제작하였고, 이미지가 큰 것은 Atlas의 크기에 영향을 미치기 때문에 배경화면이나 상단 바와 같이 부피가 큰 것은 UITexture로 대체하여 제작되었다. UI Widget Wizard에서는 Label, Buttom, ScrollView, Sprite를 제작하였다. 본 연구는 종사자에게 현장감 있는 교육내용을 제공하고, 자기 주도적인 교육을 가능하게 하고, 현실을 바탕으로 한 3D 입체영상으로 교육할 수 있어 흥미와 몰입도 있는 교육을 시행할 수 있다. 혼합현실에서 제공되는 영상을 통해 현실세계와 가상현실 간에 상호작용을 통해 학습자가 직접 사물을 조작할 수 있어 학습자의 학습 능률을 높일 수 있다. 또한 혼합현실 교육을 시행하면 시간과 장소에 구해를 받지 않아 코로나 시대에 비대면 학습 콘텐츠로 큰 역할을 할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was written to create educational content in non-destructive fields based on Mixed Reality. Currently, in the field of radiation, there is almost no content for educational Mixed Reality-based educational content. And in the field of non-destructive inspection, the working environment is poor, the number of employees is often 10 or less for each manufacturer, and the educational infrastructure is not built. There is no practical training, only practical training and safety education to convey information. To solve this, it was decided to develop non-destructive worker education content based on Mixed Reality. This content was developed based on Microsoft's HoloLens 2 HMD device. It is manufactured based on the resolution of 1280 ⁎ 720, and the resolution is different for each device, and the Side is created by aligning the Left, Right, Bottom, and TOP positions of Anchor, and the large image affects the size of Atlas. The large volume like the wallpaper and the upper part was made by replacing it with UITexture. For UI Widget Wizard, I made Label, Buttom, ScrollView, and Sprite. In this study, it is possible to provide workers with realistic educational content, enable self-directed education, and educate with 3D stereoscopic images based on reality to provide interesting and immersive education. Through the images provided in Mixed Reality, the learner can directly operate things through the interaction between the real world and the Virtual Reality, and the learner's learning efficiency can be improved. In addition, mixed reality education can play a major role in non-face-to-face learning content in the corona era, where time and place are not disturbed.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Non-destructive testing equipment using gamma rays.
표 Table 1. Type and Time of training for non-destructive workers
표 Table 2. Scenario for creating Mixed Reality Contents
그림 Fig. 2. System configuration diagram for creating Mixed Reality Contents.
그림 Fig. 3. Processed image of spatial recognition.
그림 Fig. 4. HMD screen data processing UI design images.
표 Table 3. Enviroment of Mixed reality system Hardware and Software
그림 Fig. 5. Output UI Unity applied gamma ray irradiator 3D modeling Image.
그림 Fig. 6. Anchor Left, Right, Bottom, Top position Images with UI/UX Unity applied.
그림 Fig. 7. Unity-based radiation safety education space after recognition of the entire UX interface image.
그림 Fig. 8. Main viewer Images with UI/UX Unity applied based on HMD.
그림 Fig. 9. Images of training and safety training for workers in non-destructive fields in Mixed Reality based on HMD.

AI 본문요약
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문제 정의

그리고 혼합현실 교육은 주입식이 아닌 체험식 교육으로 몰입도와 효율성이 높아 좋은 교육적 콘텐츠라 할 수 있다. 그래서 비파괴 산업분야의 교육을 혼합현실을 기반으로 한 사용자 중심의 콘텐츠를 만들어 교육에 접목하고자 본 연구를 시행하고자 한다.

제안 방법

웹데이터 처리 모드 버튼과 오브젝트 상태 확인 텍스트, 데이터베이스 접근 상태 확인 텍스트, 3D 오브젝트 렌더링 처리 상태 텍스트로 구성되어 있다. 공간정보를 바탕으로 바닥(Flat), 천장(Ceiling), 테이블(Table), 벽(Wall)의 4가지 형태로 공간대립 오브젝트를 생성하고 Collider를 형성하여 물리처리가 가능한 공간으로 변환하였다.
방사선을 이용한 비파괴 산업분야의 교육용 혼합현실 콘텐츠를 제작하기 위해서 현장에서 찍은 사진과 동영상을 바탕으로 작업순서 먼저 선정하고 장소별 작용내용 및 주의사항 등을 정리하여 시나리오 형태로 만들고 이를 혼합현실 콘텐츠로 개발하게 되었다. Table 2에서는 콘텐츠 개발을 위한 제작 시나리오를 작성하였다.
현재 비파괴 산업분야 방사선작업종사자의 업무 교육과 안전교육은 Table 1에서 언급 했듯이 신규 교육, 정기교육, 감독자 교육, 작업 전 교육 등으로 나누어 작업 간 Workflow를 시나리오 형식으로 작성하여 단계 별로 혼합현실 plot으로 작성하여 혼합 현실 콘텐츠로 작성하고자 한다. 본 논문에서는 실제 업무현장의 방사선투과검사 과정과 안전교육 실태를 조사하기 위해 3개의 비파괴산업체에 대한 현장방문조사와 한국비파괴협회에서 발행한 교육 자료를 참고하여 업무과정과 교육과정을 조사하고 이를 바탕으로 교육용 콘텐츠를 설계하였다. 본 연구의 분야는 방사선투과검사 중 감마선조사기 (Ir-192)를 이용한 비파괴작업 종사자의 안전 및 작업교육에 적용할 콘텐츠 제작으로 제한하여 시행하였다.
이것은 컴퓨터나 스마트폰에 연결하여 사용하는 HMD가 아니라 윈도우 PC 기능이 탑재된 것이 특징이다. 본 연구에서 개발된 콘텐츠는 혼합 현실 HMD 디바이스의 플랫폼에 맞춘 제품으로 UI의 최적 배치 구성을 하고 디자인하였다. 홀로렌즈 성능을 고려한 패킹을 통한 최적화 가능한 구성의 UI/UX 리소스 전달이 가능하도록 하였다.
비파괴검사에는 육안검사, 초음파탐상검사, 와류탐상검사, 방사선투과검사, 자분탐상검사, 침투탐상검사등 다양한 검사법이 있다. 본 연구에서는 방사선투과검사 중 감마선 조사기를 이용한 비파괴 검사를 중심으로 하였다. 방사선투과검사 작업종사자는 산업안전보건법 및 원자력안전법에 따라 신규 종사교육, 정기교육 및 특별교육 등을 시키도록 Table 1에서 규정하고 있다.
본 논문에서는 실제 업무현장의 방사선투과검사 과정과 안전교육 실태를 조사하기 위해 3개의 비파괴산업체에 대한 현장방문조사와 한국비파괴협회에서 발행한 교육 자료를 참고하여 업무과정과 교육과정을 조사하고 이를 바탕으로 교육용 콘텐츠를 설계하였다. 본 연구의 분야는 방사선투과검사 중 감마선조사기 (Ir-192)를 이용한 비파괴작업 종사자의 안전 및 작업교육에 적용할 콘텐츠 제작으로 제한하여 시행하였다. Fig.

이론/모형

본 연구에서 제작된 혼합현실 기반 비파괴산업 분야 방사선작업종사자 직장교육용 교육훈련 시스템 개발은 Microsoft사의 HoloLens 2 HMD 디바이스를 활용하여 개발되었다. 방사선 안전교육훈련 시스템은 UI/UX Unity 프로그램 적용 패키지 콘텐츠이다.
본 연구에서는 사용된 혼합현실 HMD(head mounted display)는 Microsoft HoloLens 2로 마이크로소프트사가 개발한 혼합현실 기반 웨어러블 기기이다. 이 기기는 원도우 홀로그래픽 기술을 활용한 홀로렌즈로 가상현실이나 증강현실과 다르게 현실화면에 실제 object를 스캔하여 3D 이미지를 출력하여 이를 자유롭게 조작할 수 혼합현실 하드웨어이다.

성능/효과

기존의 교육은 교육자가 피교육자에게 지식을 전달하는 형태로 교육이 이루어진 반면에 혼합현실의 하에 비파괴산업분야 직장인 교육은 학습자 스스로 학습내용을 진행하게 되어 주입식이 아닌 체험식 교육으로 능동적이며 흥미유발이 가능하여 자기주도 학습이 가능하게 된다. 넷째로 혼합현실에서는 현실세계를 바탕으로 가상현실을 혼합하여 3D형태의 입체감이 있는 영상을 제공하여 학습자가 학습에 집중할 수 있도록 하여 학습에 대한 재미와 만족도가 향상되고 능률적인 학습이 될 수 있도록 한다. 다섯째 현재 코로나로 인해 작업현장학습 및 집체교육이 많이 제한되고 있다.
혼합현실 환경에서 학습자에게 현실 사물을 바탕으로 가상객체를 운용하는 환경을 제공하여 학습자에게 현장감 있는 현장밀착형교육이 가능하게 되고, 실제로 현장 교육은 방사선 피폭을 받으면서 교육을 받아야 하지만 혼합현실 콘텐츠를 이용하면 피폭에서 자유롭게 된다. 둘째 혼합현실 환경 하에 학습자는 자기 혼자 문제를 해결하는 능동적인 학습이 가능하다. 연구 방법에서 언급하였듯이 실제로 감마선조사기를 조작하는 느낌 그대로 조사기와 상호작용을 통해서 실제 작업현장에서 학습자는 높은 작업능률을 얻을 수 있고 혼합현실 교육콘텐츠를 통해 능동적인 학습 활동이 가능하게 되었다.
혼합현실 기반 비파산업분야 방사선작업종사자 교육 훈련 콘텐츠는 종사자에게 현장감 있는 교육 내용을 제공하여 스스로 학습할 수 있는 능동적인 학습내용을 제공하고 자기 주도적인 교육훈련이 가능하게 한다. 또한 현실을 바탕으로 한 입체 3D 영상으로 교육할 수 있어 흥미롭고 몰입도 있는 교육을 시행할 수 있고 혼합현실에서 제공되는 영상을 통해 현실과 가상현실 간에 상호작용을 통해 학습자가 직접 사물을 조작할 수 있어 학습자의 학습 효과를 높일 수 있다. 그리고 시간과 장소에 구해를 받지 않아 코로나 시대에 비대면 학습 콘텐츠로 큰 역할을 할 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서 만들어진 교육용 콘텐츠는 실제 업무를 바탕으로 한 혼합현실 기반 콘텐츠로 업무교육과 안전교육이 동시에 가능하다. 현장에서 실제로 업무를 하면서 배울 수 있었던 업무교육과 안전교육이 본 연구에서 개발된 콘텐츠로 실제 업무를 하지 않고도 현장교육이 가능하게 되었다.
연구 방법에서 언급하였듯이 실제로 감마선조사기를 조작하는 느낌 그대로 조사기와 상호작용을 통해서 실제 작업현장에서 학습자는 높은 작업능률을 얻을 수 있고 혼합현실 교육콘텐츠를 통해 능동적인 학습 활동이 가능하게 되었다. 셋째로 혼합현실을 기반으로 한 비파괴 산업분야에 방사선작업 종사자 직장교육은 피동적인 아닌 학습자 주도형 교육이 가능하다. 기존의 교육은 교육자가 피교육자에게 지식을 전달하는 형태로 교육이 이루어진 반면에 혼합현실의 하에 비파괴산업분야 직장인 교육은 학습자 스스로 학습내용을 진행하게 되어 주입식이 아닌 체험식 교육으로 능동적이며 흥미유발이 가능하여 자기주도 학습이 가능하게 된다.
둘째 혼합현실 환경 하에 학습자는 자기 혼자 문제를 해결하는 능동적인 학습이 가능하다. 연구 방법에서 언급하였듯이 실제로 감마선조사기를 조작하는 느낌 그대로 조사기와 상호작용을 통해서 실제 작업현장에서 학습자는 높은 작업능률을 얻을 수 있고 혼합현실 교육콘텐츠를 통해 능동적인 학습 활동이 가능하게 되었다. 셋째로 혼합현실을 기반으로 한 비파괴 산업분야에 방사선작업 종사자 직장교육은 피동적인 아닌 학습자 주도형 교육이 가능하다.
혼합현실 기반 비파산업분야 방사선작업종사자 교육 훈련 콘텐츠는 종사자에게 현장감 있는 교육 내용을 제공하여 스스로 학습할 수 있는 능동적인 학습내용을 제공하고 자기 주도적인 교육훈련이 가능하게 한다. 또한 현실을 바탕으로 한 입체 3D 영상으로 교육할 수 있어 흥미롭고 몰입도 있는 교육을 시행할 수 있고 혼합현실에서 제공되는 영상을 통해 현실과 가상현실 간에 상호작용을 통해 학습자가 직접 사물을 조작할 수 있어 학습자의 학습 효과를 높일 수 있다.

후속연구

또한 현실을 바탕으로 한 입체 3D 영상으로 교육할 수 있어 흥미롭고 몰입도 있는 교육을 시행할 수 있고 혼합현실에서 제공되는 영상을 통해 현실과 가상현실 간에 상호작용을 통해 학습자가 직접 사물을 조작할 수 있어 학습자의 학습 효과를 높일 수 있다. 그리고 시간과 장소에 구해를 받지 않아 코로나 시대에 비대면 학습 콘텐츠로 큰 역할을 할 수 있을 것으로 사료된다.
혼합현실기반 교육 콘텐츠는 다양한 분야에서 연구가 이루어지고 있고, 방사선영역에서도 연구되어야 분야가 많이 있어 다양한 연구 활동이 필요하겠다. 본 연구를 바탕으로 한 비파괴산업분야 혼합 현실 콘텐츠는 현장교육 및 안전교육에 많은 도움을 줄 것이라고 예상된다. 혼합현실 기술은 게임 영화 의료 콘텐츠 기술로 다양한 방면으로 시장이 확대되고 있고, 인간의 삶의 질을 향상시키고 풍요롭게 하는데 많은 도움을 주는 분야라고 할 수 있겠다.
본 연구의 제한점으로는 방사선투과검사 중 감마선조사기를 이용한 방사선작업종사자 직장교육에 국한되어 연구되었고 개발된 콘텐츠에 대한 정량적인 평가만 이루어졌다. 제작 콘텐츠에 대한 만족도 등의 정성적인 평가가 이루어지지 못한 점은 아쉬움으로 남는다.
제작 콘텐츠에 대한 만족도 등의 정성적인 평가가 이루어지지 못한 점은 아쉬움으로 남는다. 추후 추가적인 연구가 이루어져야 할 것이다.

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Y. K. Kang, The Effects of Media Characteristics on Learning flow and Learning Transition in Virtual Reality-Based Hands-on Training: Focusing on the Moderating Effect of Presence, Master's thesis, Chung-Ang University. Seoul. 2020.

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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