선박운항자의 인적사고 방지 및 운항 훈련을 위한 방안으로 선박 운항 시뮬레이터가 사용된다. 선박운항 시뮬레이터에서 실시간 3D 가시화 기술은 현실감 있는 직관적인 영상을 제공하여 피교육자에 인지력을 향상시켜 시뮬레이터의 교육 효과를 높이는 중요한 요소이다. 본 논문에서는 선박 운항 시뮬레이터 장착된 실시간 가시화 시스템의 확장성 및 독립성을 확보하기 위해서, 가시화 시스템의 상업용 그래픽 엔진을 공개형 그래픽 엔진으로 대체하기 위해서 수행된 실시간 3D 가시화 시스템의 설계 결과에 대해서 설명한다. 실시간 3D 가시화 시스템은 요소 기능, 그래픽 데이터 활용, 타 시스템과의 연동 측면에서 도출된 운용 요구사항들을 만족하도록 설계되었고 시스템의 확장성과 상호운용성의 확보도 고려하였다.
웹기반 3D 가시화 모듈은 선박운항 시뮬레이터 시스템을 플랫폼 종류에 제약을 받지 않고 다양한 시스템의 요구사항을 효과적으로 반영하여 웹브라우저에서 3D 가시화 시뮬레이션을 지원하는 시스템이다. 본 연구에서는 시뮬레이션 데이터를 Socket.io 이용하여 실시간으로 업데이트를 하였으며 시각 및 기상상태, 해상 환경을 재현하였다. 또한 3D 가시화 인터페이스를 이용하여 대상 선박과 항만의 3차원 모델 데이터를 로드하고, 시뮬레이션 데이터와 연동하여 실시간으로 3차원 가시화 화면을 생성하는 연구를 진행하였다. 개발된 기술은 장비 선택에 제약이 없어 시간, 인력, 공간, 예산에 유연한 시스템 활용이 가능할 것으로 기대된다.
선박운항자의 인적사고 방지 및 운항 훈련을 위한 방안으로 선박 운항 시뮬레이터가 사용된다. 선박운항 시뮬레이터에서 실시간 3D 가시화 기술은 현실감 있는 직관적인 영상을 제공하여 피교육자에 인지력을 향상시켜 시뮬레이터의 교육 효과를 높이는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 공개형 3D 그래픽 엔진을 기반으로 선박 운항 시뮬레이터용 실시간 3D 가시화 시스템을 설계하고 구현한 결과에 대해서 설명한다. 실시간 3D 가시화 시스템은 요소 기능, 기존 그래픽 데이터 활용, 타 시스템과의 연동 측면에서 도출된 운용 요구사항들을 만족하며 추가적인 기능의 확장이 용이한 구조로 설계되었다.
전투공간 시뮬레이션 결과를 가시화할 뿐 아니라 시나리오 가시화 중에 사용자가 선택한 엔티티의 상세한 관찰을 제공하기 위해 스테레오 3D 모델 뷰어를 개발하여 가시화 시스템의 프로토타입을 구성하였다. 전투공간 가시화를 위해서는 가시화 스프트웨어인 SIMDIS를 사용하였다. 사용자는 시뮬레이션 가시화 스크린 상에서 엔티티를 선택할 수 있으며, 이 엔티티의 자세한 관찰은 스테레오 3D 모델 뷰어에 가시화 된다. 모델 뷰어는 사용자에게 엔티티 관찰 시 몰입감과 인지도를 향상시키기 위하여 헤드 트래킹 기술을 적용하였다. 사용자의 위치를 추적하기 위해서는 깊이 카메라를 이용하였으며, 획득한 깊이 영상을 통해 실시간 사용자 헤드 트래킹을 적용하였다. 구현된 시스템은 SIMDIS를 이용한 전투공간 시뮬레이션 가시화와 스테레오 3D 뷰어를 각각 가시화하기 위하여 2D 디스플레이와 3D TV를 사용하였다.
실시간 가시화/시각화(Visualization)을 위한 지형 가시화 분야에서의 렌더링 속도 향상은 사용자의 현실감에 있어 중요한 역할을 한다. 본 연구는 Height Field 데이터를 사용한 블록 단위 지형 렌더링 방법에서 이전 프레임 정보를 사용하여 지형 가시화 속도를 향상시키는 방법을 제안한다. Height Field로 표현된 지형을 실시간에 효과적으로 렌더링 할 수 있는 방법으로CLOD(Continuous leveI Of Detail)가 있으며 대표적인 방법으로 Multiresolution TIN(Triangle Irregular Network)과 Regular Grid Method에 기반한 방법들이 있다. 대개의 경우, 지형 데이터는 매우 방대한 크기를 가지고 있어서 실시간으로 렌더링 하는 것이 불가능할 경우가 많다. 따라서 실시간 지형렌더링 에서는 LOD(Level of Detail)관리와 뷰 프러스텀 컬링이 실시간 렌더링 속도 향상을 위한 핵심 사항이 된다. 본 연구에서는 PC 기반에서 효과적으로 지형을 표현하기 위해 기존 Regular Grid Method에 기반한 방법의 가시영역 추출(View Frustum Culling)을 수정하여 실시간 지형 렌더링의 가시 영역 추출(View Frustum Culling)시 기존의 쿼드트리 방식과 함께 이전 프레임에서 블록 단위로 저장된 컬링 정보를 혼용하여 속도를 향상시키는 방법을 상세히 기술 한다.
본 논문은 3D 와핑 기법을 빌보딩 기법에 적용시켜, 시점 종속적 실시간 나무 가시화 기법을 제안한다. 숲과 나무를 가시화 하는 문제는 scene의 복잡성 때문에 폴리곤 기반의 렌더링으로는 매우 어렵다. 본 논문에서는 3D 와핑 기법을 이용하여 관찰자의 시점에 적합한 텍스쳐 이미지를 재생성하고 이를 원통형 또는 구형 빌보딩 기법을 적용시켜서 나무를 가시화 한다. 그리고 가시화 시간의 단축을 위하여 입력 이미지와 깊이 정보를 피라미드 형태로 구성하여 시점과의 거리에 따라서 이미지 사이즈를 최적화하고 이미지 캐싱 기법을 이용하여 속도 개선을 한다.
이 연구에서는, PC 모니터와 3차원 가시화 장치인 Shutter Glasses를 이용하여 실시간 (real time)으로 3차원 영상을 구현할 수 있는 방법을 개발하였다. VRML (Virtual Reality Model Language)을 이용하여 간단한 입체 게임을 구성한 후, 3명의 학생을 대상으로 인터넷을 통하여 실시간으로 실험한 결과, PC에서 동기화 이 중 가시화 방식으로 생성한 3차원 입체영상은 모니터의 전후 방향으로 돌출되거나 함몰되는 현상을 나타냈다. 따라서, 실시간으로 3차원 영상을 구현할 수 있는 기초 이론과 방법을 개발할 수 있었다.
본 연구에서는 도시홍수 피해 저감 및 회복을 위한 도시홍수 연관 데이터 가시화 및 GIS 기반 LoD 1 수준 가시화 기술 개발을 진행하였다. 도시홍수는 불투수지역의 증가로 인한 첨두 홍수의 증가 및 도달 시간의 단축, 도시 내수배제의 불량으로 인한 주택지 및 상가 공장지 등의 침수에 의한 피해가 발생하는 현상이며, 도시홍수 예측 모델을 수행하기 위하여 수집한 기상, 하천 및 수자원, 토양 등의 데이터를 2차원 가시화하고 도심 지역의 지형 DEM(Digital Elevation Model) 데이터 및 건축물 DSM(Digital Surface Model) 데이터를 기반으로 3D 가시화를 진행하였다. 기상, 하천 및 수자원 관측 등의 데이터를 실시간으로 수집하며 관련 데이터를 도시홍수 디지털 트윈 플랫폼의 수문기상정보를 통하여 가시화 제공하며 토양 및 지리정보는 WMS 레이어를 기반으로 2D 가시화한다. 건축물 데이터의 경우 GIS 정보를 기반으로 하는 3D 객체 배치를 위하여 WGS84 타원체를 활용하여 EPSG:4326 좌표계를 적용하여 가시화하였다. 건축물 가시화는 PostgreSQL로 구축된 데이터를 Geoserver를 활용하여 자동으로 층 정보를 통한 건축물의 높이를 계산하도록 하였으며, CesiumJS를 적용하여 웹 기반 도시홍수 디지털 트윈 플랫폼을 개발하였고 추후 LoD 3 수준으로의 확대 적용 기반을 마련하였다.
본 연구에서 3차원 지형공간정보의 구축 및 처리, 가시화를 위하여 개인용 PC와 임베디드 단말기의 포켓 PC환경에서 자료 호환 및 동시 운영이 가능한 실시간 3차원 GIS의 Prototype의 설계 및 구현과 적용 실험을 하고자 한다 OpenGL(Open Graphic Library)과 OpenGL|ES (Embedded System)를 활용하여 도시경관을 구성하는 주요객체인 지형, 건물, 교통, 식생 등을 통합적으로 저작 및 3D 객체 모델링 및 렌더링이 통합 및 개별 운영 시스템을 설계하고 구현하였다. 구현 단계에서 개인용 PC 운영환경에서는 기능성 향상에 중점을 두어 공간 데이터베이스 설계, 텍스처 영상 매핑처리, 대용량의 3차원 공간정보 처리 및 관리, 가시화, 렌더링, 모델링 기능들을 제공하며, PDA 휴대용 단말운영환경을 지원하는 모바일 시스템에서는 실시간 모바일 저작기능과 렌더링 기능에 주안점을 두어 개발하였다. 한편 연구 결과로 구현된 시스템은 원도우 XP 기반의 개인용 PC와 PDA 단말기 상에서 3D 객체 자료구조가 호환되어 향후 다양한 응용이 가능할 것으로 생각된다.
본 연구는 산업현장에서 학습훈련이 이루어질 때 작업현장, 교육현장, 기타 시공간에서 작업자의 현재 상황이나 담당업무 맥락에 따라 개인의 숙련도나 학습진도에 맞추어 3D 몰입형 지식 가시화를 통해 비공식학습과 공식학습 모두 실시간으로 발생할 수 있는 서비스 구현을 목표로 한다. 이를 위해서 복합지식을 기반으로 실시간으로 코칭과 조언을 들을 수 있으며, 다차원적인 관계를 쉽게 식별하고 검색할 수 있는 실감형 3D 기반의 지식 검색 방법을 개발하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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