초록 ▼

○ 연구목적
• 긴급 상황이 많은 일선 소방관들에게 소방관서에 비치된 사무용 PC 환경에서 언제든 잠깐씩 시간을 내어 플레이할 수 있는 지루함 없는 반복 학습 가능한 훈련용 시뮬레이션 게임을 연구 개발한다.
• 사무용 PC의 사양에서 낼 수 있는 최대한의 실재감 있는 화면을 구현함으로써 임장감을 높여 소방대원들에게 긴급상황에 대한 심리적 안정성을 제고한다.
• 게임을 통해 ‘과학화된 불끄기’를 위한 표준작전절차(SOP) 반복 학습함으로써 소방대원 개개인마다의 ‘SOP의 체화(體化)’를 도모하고, 대규모 화재에 대응할

○ 연구목적
• 긴급 상황이 많은 일선 소방관들에게 소방관서에 비치된 사무용 PC 환경에서 언제든 잠깐씩 시간을 내어 플레이할 수 있는 지루함 없는 반복 학습 가능한 훈련용 시뮬레이션 게임을 연구 개발한다.
• 사무용 PC의 사양에서 낼 수 있는 최대한의 실재감 있는 화면을 구현함으로써 임장감을 높여 소방대원들에게 긴급상황에 대한 심리적 안정성을 제고한다.
• 게임을 통해 ‘과학화된 불끄기’를 위한 표준작전절차(SOP) 반복 학습함으로써 소방대원 개개인마다의 ‘SOP의 체화(體化)’를 도모하고, 대규모 화재에 대응할 수 있는 팀 단위 대응 능력을 고양한다.
• 본 연구과제에서 가장 중요한 요소 중 하나인 화재에 의한 불과 연기의 확산에 대한 사실적, 과학적 모델을 시각적으로 표현하기 위해 3차원 전산 시뮬레이션 소프트웨어인 pyrosim를 활용하였다. 이를 통해 연소 과정, 농연 확산 등 실물 실험 및 방정식과 수학적 알고리즘에 의한 화재 유형별 표준 수치해석 모델을 적용하여 개발함으로써 화재현장의 사실성을 강화하고 가상 훈련의 효과를 극대화하는 것을 목표로 한다.
• 시나리오의 변경, 추가 등에 의한 상황 조정에 따라 게임 클라이언트 프로그램을 수정할 필요가 있을 때 항상 자동 동기화 될 수 있는 동기화 시스템을 구축한다.
• 디브리핑 시스템 개인별, 팀별 훈련 성취도를 분석하고 평가할 수 있는 서비스를 제공하고, 이와 연계하여 각 분야별 성취도를 게임 방식의 순위 시스템으로 표현함으로써 훈련에의 참여도와 목표의식, 그리고 성취감을 주도록 한다.
○ 연구내용
• 화재 유형별 재난 현장을 선정해 분석하고 중점 훈련 항목을 도출한 후 본 과제에서 개발할 10개 훈련대상 화재유형을 선정하였으며 SOP가 반영된 시나리오를 개발함.
• 화재역학시뮬레이터(FDS, Fire Dynamics Simulator) 및 전산유체역학(CFD,computational fluid dynamics) 모델을 이용하여 본 과제에서 사용할 불과 연기 등에 대한 시뮬레이션 연구를 수행함.
• 임장감을 위한 화재 유형별 3D 현장 그래픽 DB 구축하여 가상 소방 활동이 가능하도록 구현함
• 소방관 외 요구조자(시민) 캐릭터 및 장비, 차량 등 3D 그래픽 DB 구축함
• 일반 PC에서 구동되는 3D 화재 유형별 10종의 현장 및 훈련미션을 개발함
• 소방차량 및 장비사용 및 캐릭터의 소방활동을 위한 애니메이션 및 방재기능을 구현함
• 대형 스크린 지원, 다중 스테레오 음향, 헤드셋을 이용한 원격 음성채팅 등 화재유형별 대응상황의 훈련을 위한 고감도 소방 훈련 시뮬레이션 게임으로 개발함
• 지휘관(방장)의 의도에 따라 각 훈련현장 편집이 가능하도록 미션 생성용 편집프로그램 개발함
• 디브리핑을 위한 평가요소 도출을 위해 화제 국내외 사례를 분석하여 평가요소들을 도출하였으며 개인별, 팀별 훈련 성취도를 분석하고 평가할 수 있는 서비스와 디브리핑 프로그램을 구현함
• 3D 건물생성 및 판서가 가능한 3D 소방 도상훈련용 프로그램 개발함
• 연구에 따른 3개 프로그램 결과물을 매뉴얼과 함께 DVD로 제작함
• 연구 과정을 통하여 국내외 논문등록 및 학술활동 8건, 3건의 특허 출원, 3건의 프로그램 등록, 2건의 상표 등록을 완료함
○ 기대효과 및 활용방안
• 훈련을 위해 일정 장소에 모여야 하는 현행 훈련 방식의 제약으로 훈련량이 절대적으로 부족한 현실 실정 대비, 수시로 다양한 훈련미션을 통해 대규모 화재 대응 팀 단위 SOP를 익힐 수 있는 훈련량을 확보한다.
• 장소의 제한 없이 네트워크에 연결된 훈련 참가자들이 수시 팀 훈련을 통해 새로운 화재환경에 대한 적응력을 높이고 신속한 대응을 할 수 있는 훈련 환경을 제공함으로 해서 보다 성숙된 u-SAFE KOREA를 구현한다.
• 게임의 특성이 반영되어 지루하지 않게 반복 학습을 진행함으로써 SOP를 체화시키고, 안정적인 심리상태에서 일선 화재현장의 돌발상황에 대비할 수 있는 능력이 배양된다.
• 최신 기법을 도입하여 극사실화된 3D 환경을 제공함으로써 임장감 느끼는 훈련이 가능해지고, 실제 특수 장소의 훈련 장소에서 훈련을 진행하는 데 소요되는 막대한 예산과 비효율성을 가상의 공간에서 수시 훈련함으로써 경제성을 확보하게 된다.
• 훈련 달성도에 대한 다양한 방식의 평가와 이를 이용한 전국 단위 랭킹 시스템을 통해 게임의 긍정적 경쟁심을 유발시키고 주도적, 자발적인 훈련 분위기를 조성한다.
• 변화해가는 환경이나 새로운 기법 적용 등 새로운 시나리오가 적용될 상황에서 전국에 배포된 게임 클라이언트 프로그램이 자동 배치되는 시스템을 구현함으로써 경제성과 효율성, 팀 훈련 상황의 안정성을 확보할 수 있다.
• 본 연구과제의 성공적 완수 후에 학생, 일반인 대상, 기업, 관공서 대상의 화재대응 프로그램으로 확장하거나, 이 연구성과물을 주관기업의 해외 네트워크와 국가 유관기관 및 지자체 등의 긴밀한 협력을 통해 해외 시장에 진출할 수 있다.

Abstract ▼

Ⅳ. Conclusions
1. Thesis registered (8 items)
- Simulation of Smoke to Improve Unity 3D Game Engine Particle System Based on FDS (SERSC ASTL, 2013. 04)
- Used FDS for Unity 3D engine for smoke particle modeling (Korean Institute of Information Technology, 2013. 04)
- Debriefing system fo

Ⅳ. Conclusions
1. Thesis registered (8 items)
- Simulation of Smoke to Improve Unity 3D Game Engine Particle System Based on FDS (SERSC ASTL, 2013. 04)
- Used FDS for Unity 3D engine for smoke particle modeling (Korean Institute of Information Technology, 2013. 04)
- Debriefing system for simulation of fire suppression training program and its assessment (Korean Information Processing Society. 2013.05)
- Simulation of High Rise Building model to Stack Effect (SERSC ASTL, 2013. 07)
- FDS Simulation High Rise Building Model for Unity 3D Game Engine(International Journal of Smart Home. 2013. 11)
- The Optimal Path Search Algorithm for Spread of Flame and Smoke in Fire Simulation(SERSC ASTL. 2013. 11)
- Based on FDS Simulation Backdraft for Fire Model data for Unity 3D Game Engine(MulGraB2013, 2013. 12)
- The Path Search Be Applied Alorithm for Spread of Flame and Smoke in Fire Simulation(IJSH, 2013. 11)
2. Patent (3 items)
- Virtual fire suppression training system and its manual (10-2013-0032257)
- Material combustion steps and its graphic simulation (10-2014-0036159)
- Virtual training data and server file handling method (10-2014-0037852)
3. Registered Program (3 items)
- Heroes on Fire (C-2014-006799)
- Fire suppression Training Program (C-2014-006800)
- Debriefing program for fire suppression training simulation (C-2014-008451)
4. Registered Trademark (2 items)
- 히어로즈 온 파이어(Korean) (40-2014-0019348)
- Heroes on Fire (41-2014-0011139)

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 6
• SUMMARY ... 9
• 차례 ... 12
• 그림차례 ... 15
• 표차례 ... 20
• 제 1 장 서론 ... 23
• 1. 연구개발의 필요성 ... 23
• 가. 연구개발의 과학기술, 사회경제적 중요성 ... 23
• 나. 기술발전주기(technology life cycle) ... 25
• 제 2 장 시장현황 ... 26
• 1. 국내외 시장 현황 ... 26
• 가. 외국의 연구개발 현황 ... 26
• 나. 국내 연구개발 현황 ... 30
• 다. 동일, 유사내용과 관련하여 수행된 연구개발과제 ... 32
• 라. 현기술상태의 취약성 ... 32
• 마. 앞으로의 전망 ... 35
• 바. 국내 기술도입시 기술료(Royalty)수준과 경제성 ... 37
• 사. 산업체 참여시기 및 방법 ... 38
• 2. 국내외 관련분야의 환경변화 ... 39
• 가. 국내 현황 ... 39
• 나. 북미 지역 현황 ... 40
• 다. 유럽 지역 현황 ... 40
• 라. 기능성 게임 분야의 동향 정리 ... 41
• 제 3 장 연구 개발 실적 ... 42
• 1. 연구개발 목표 ... 42
• 가. 1차년도 연구개발 목표 ... 42
• 나. 2차년도 연구개발 목표 ... 43
• 2. 평가의 착안점 ... 44
• 가. 1차년도 평가의 착안점 ... 44
• 나. 2차년도 평가의 착안점 ... 46
• 3. 주요 연구 결과 ... 47
• 가. 1차년도 연구 결과 ... 47
• 나. 2차년도 연구결과 ... 50
• 4. 연구수행 내용 및 결과 ... 52
• 가. 1차년도 추진 일정 ... 52
• 나. 2차년도 추진 일정 ... 53
• 5. 1차년도 세부 연구 내용 ... 54
• 가. 화재 유형별 훈련미션 (10종 이상) 개발에 대한 기초연구 ... 54
• 나. 화재원인 유형별 훈련미션 다양화에 대한 기초연구 ... 60
• 다. 훈련 게임 기획 및 프로토타입 개발 ... 65
• 라. 3D 화재현장 환경 및 제작 ... 80
• 마. 내.외부 활동 가능 소방대상물 제작 ... 86
• 바. 소방관(아바타) 행동패턴 및 소방장비 이동 패턴 모델링 ... 101
• 사. 복합재난현장 구성 ... 109
• 아. 팀단위 사후 훈련 평가에 대한 검증방안 연구 ... 110
• 자. 개인 및 팀단위 훈련 게임 시스템을 위한 서버 및 네트워크 기반 ... 128
• 차. 인공지능 구조 설계 ... 133
• 카. 훈련 미션 편집 프로그램 기획 ... 136
• 6. 2차년도 세부 연구 내용 ... 138
• 가. 화재유형별 가상도시 현장 및 훈련미션 개발 ... 138
• 나. 화재유형별 대응상황의 선험 및 가상훈련을 위한 고감도 시뮬레이션 개발 ... 147
• 다. 현실감을 극대화한 몰입형 시스템 환경 구축 ... 197
• 라. 소방관서의 도상훈련용 건물생성 프로그램 개발 ... 203
• 마. 훈련 평가 및 디브리핑 시스템 구축 ... 208
• 바. 베타테스트를 통한 오류수정 및 검증 ... 248
• 사. 화재재난현장 팀단위 전술훈련 시뮬레이션 개발 버전완료 ... 265
• 7. 연구달성도 및 자체평가 ... 273
• 참고문헌 ... 277
• 끝페이지 ... 277