가상환경에서 화재를 재현, 체험 및 소방훈련을 수행할 수 있는 실감영상기반 소방안전 대응 훈련 시뮬레이터 개발하고자 한다. 이를 위해 소방훈련 시뮬레이터를 설계하고, 대상 화재 공간을 가상현실에 구현하였으며 화재 대응 시나리오 지침을 마련한 후 화재시나리오에 따른 화재시뮬레이션을 수행하였다. 또한 전산해석 결과를 토대로 한 화재상황을 가상공간 구현하는 시스템을 구축하였다. 팀 훈련이 가능하도록 하는 팀 훈련 모듈과 열기를 체험할 수 있는 물리 체험모듈을 장착하여 모듈을 추가하여 6팀이 고층 빌딩 및 지하역사에서 소방안전 팀 대응 훈련을 할 수 있는 소방안전 대응 시뮬레이터 시스템을 개발하였다.
국민안전처는 2016년 국민의 생활안전 기반 강화를 위한 정책으로 맞춤형 소방안전교육과 소방안전문화 확산을 위한 정책을 추진하고 맞춤형 소방안전 교육체제 마련을 위해 소방안전교육 인프라 확충을 위한 방안을 계획 중이다. 이는 그간 우리사회의 안전에 대한 문제점을 개선하기 위한 방안으로 본 연구가 선행되어진 이유이기도 하다. 현재 안전교육이 시행되고 있으나 실제현장과 같은 상황을 체험할 수 없고 교육에 대한 만족도도 기초적인 수준에 불과하다. 이에 이러한 문제를 해결하기 위한 효과적인 대안으로 VR 소방체험교육콘텐츠를 제안한다. 이는 가상공간에서 화재진압과 대피훈련에 대한 체험교육을 목적으로 1)소방체험교육현장에서 안전하게 활용 2)흥미유발을 위한 인터랙션 UI 제공 3)동작인식기술과 조작 컨트롤러를 개발 사실감 증대 4)예산절감의 경제적 효과를 기대할 수 있다. 이에 VR 디자인 환경요소와 VR 교육콘텐츠 개발사례를 통해 체험교육의 학습적 효과를 알아보고 UX 디자인방법론(Persona, Task Scenario)을 적용하여 VR 소방체험 시스템 구조와 하드웨어를 구성한다. 또한 HMD 환경에서 조작과 몰입 감을 유도할 수 있는 VR 전용 동작인식과 컨트롤러의 통합 플러그인도 개발한다.
수년전 세월호 참사로 인해 안전수칙에 대해 경각심을 가지게 된 사회 분위기를 반영하여, 학생들과 일반인을 대상으로 하는 재난 대응 교육 시스템이 매우 시급하게 요구되고 있다. 본 연구에서는 재난 가운데 가장 많이 발생하는 화재 재난에 대해 가상현실을 활용한 4D 재난 대응 훈련시스템을 제안한다. 기업이나 학교 기숙사 등에서는 매년 일정한 패턴(시나리오)의 소방훈련을 받는다. 그러나 이러한 훈련은 한 번에 많은 시간과 공간이 필요하며 년1-2회로서 효율적이지 못하다. 제안하는 시스템은 가상훈련 시스템으로서 실제와 같은 체험이 가능하고 시간과 공간을 절약할 수 있으며 수시로 효율적인 소방훈련을 받을 수 있는 몰입형 4D 가상체험 시뮬레이션이다. 기존의 가상훈련 시스템은 매우 고가의 장비들이 필요하나 제안하는 시스템은 보급의 용이성을 위해, 저가의 HMD(Head Mounted Display)와 트레드밀을 이용하여, 체험할 수 있는 가상현실 4D 몰입형 재난 대응 훈련 콘텐츠이다.
연구목적: 본 연구의 목적은 소방안전체험관에서 안전교육을 담당한 전, 현직 직원을 대상으로 VR 안전체험 교육 콘텐츠 품질이 행동 의도에 미치는 영향을 파악하고 인터뷰를 통해 추가적인 운영 관련 의견을 수집하는 것이었다. 연구방법:소방안전체험관 전·현직 직원 93명을 대상으로 설문을 실시하고 체험관 15개소를 방문하여 인터뷰를 실시하였다. 연구결과: VR 안전체험교육 콘텐츠 품질 중 몰입감과 편리성이 이용 만족도, 추천 의도, 현업적용 의도에 유의미한 영향을 미쳤다. 그리고, 교육 효과에는 편리성, 심미적 체험이 유의미한 영향을 미쳤지만 몰입감, 다양성은 유의미한 영향을 미치지 않았다. 인터뷰에서는 VR 교육은 체험자 만족도가 높고 교육의 효과도 좋다는 의견을 제시하였다. 콘텐츠의 품질은 VR 교육의 중요한 요소로 특히 몰입감과 편리성이 중요하다고 하였다. 중장기적으로는 체험관의 인력, 전문성, 유지 보수 문제, 재난 분야별 표준 교수안 마련 등 필요하다고 하였다. 결론:본 연구 결과를 통해 VR 콘텐츠 품질이 행동 의도와 교육 효과에 영향을 미친다는 것과 VR 교육의 효과 증진을 위해 콘텐츠 품질 향상을 위한 노력과 투자가 필요하다는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 인터뷰에서 도출된 내용은 효과적인 소방안전체험관 운영에 도움이 될 것이다.
가상현실 (Virtual Reality, VR) 기술은 3차원 가상공간 내에서의 높은 몰입감에 기반한 체험을 바탕으로 다양한 분야에서 활용되고 있다. 소방훈련이나 태풍, 지진 등 재해 대응훈련과 같이 인명피해의 위험이 있는 재해에 대한 VR 기술을 활용한 방재교육은 위험성을 동반하지 않으면서도 현장감에 기반한 높은 교육적 효과를 창출할 수 있다. 한국전자통신연구원에서는 VR 기술을 이용하여 소방훈련을 위한 실감 소방훈련 시뮬레이터를 개발한 바 있으며 목동재난체험관에서는 홍수, 태풍, 지진 등 다양한 재해에 대한 안전교육을 위한 자연재해 가상현실체험을 운영하고 있다. 이외에도 전국 지자체 및 교육청에서는 방재교육을 목적으로 VR 기술을 활용하고 있다. 그러나 기존의 VR을 활용한 수재해 방재교육은 범람의 수리학적 특성과 함께 수해지의 지형적 특성을 적절히 반영하지 못하는 단점을 가지고 있다. 이는 방재교육이나 경각심을 부각하는 데엔 효과적이나 실질적인 방재 가이드라인을 제시하는 데엔 한계가 있다. 본 연구는 몰입형 파랑해석모형인 Celeris Base를 기반으로 3차원 가상현실 시각화를 활용한 수리학적 홍수추적 모형을 개발하였다. 3차원 가상현실 시각화는 Unity3D를 이용하여 모의환경 내에 구현되었다. 강우-유출 과정의 수리학적 해석을 위해 동수역학 수치모형의 연속방정식 내에 강우와 침투에 대한 항을 추가하였다. 침투모형으로는 Horton 모형, Green-Ampt 모형과 함께 사면의 기울기를 고려한 Green-Ampt 모형을 적용하였다. 실제 유역에서의 홍수추적 모의결과는 관측값과 비교적 잘 일치함을 확인하였다. 개발된 모형은 VR 방재교육을 통해 일반인의 수재해 대응능력 향상에 기여함과 동시에 정확성 높은 홍수추적 모의결과에 기반한 홍수대책 마련에도 활용 가능할 것으로 기대된다.
고층빌딩, 지하역사와 같은 대형 복합건물은 건물 자체의 복합도 증가와 더불어 이에 따른 위험요소(hazard)의 증가를 가져오고 위험상황에 대처해야 할 소방관들의 대응기술 및 훈련도 고도화되어야 한다. 실제 화재현장, 특히 대형 복합건물에 대한 훈련은 비용, 시간뿐만 아니라 소방관 안전 확보라는 차원에서 불가능하며 반복적인 훈련이나 그 평가가 어렵다는 점에서 가상환경을 이용한 훈련 시스템이 필요하다. 본 논문에서는 복합건물에 대한 소방관 팀 훈련 시스템 구현을 위한 가상환경의 설계 및 구현을 소개하고자 한다. 가상환경은 소방관의 훈련 및 평가, 팀 단위훈련을 제공하고 현실감 있는 훈련을 위하여 가상현실, 증강현실, 물리체험 모듈을 이용한 사용자 인터페이스를 제공한다. 가상환경 구축을 위하여 대상 건축물에 대한 3 차원 모델을 구축하고 도출된 발생 가능한 화재 시나리오에 대한 수치적 모델링을 수행하고 그 결과를 가상환경 및 훈련 시나리오에 반영하였다.
본 연구는 재난관리 단계와 소방학교 교육과정별로 VR 프로그램의 특성과 연관성을 고려하여 분류하고, AHP 분석 기법을 활용하여 VR 소방교육훈련 프로그램 중 우선순위를 설정하고, 소방교육훈련 분야별 구체적 교육훈련 프로그램에 대해 그 중요도와 시급도성을 감안하여 상대적 우선순위를 제시하였다. 연구의 결과, 소방교육훈련 대분류에서는 대응분야가 가장 높게 나타났으며, 중분류에서는 예방단계의 안전교육이 가장 높게 나타났다. 소분류의 상대적 우선순위는 예방단계에서 지하철역사와 같은 밀폐 공간에 화재 발생시, 대피 체험을 위한 시뮬레이션 구현이 가장 높게 나타났으며, 대비단계에서는 특수소방차량 조작 시뮬레이션이 가장 높게 나타났다. 대응단계에서는 실화재 가상현실 시뮬레이션 훈련이 가장 높게 나타났으며, 복구단계에서는 화재 데이터베이스를 토대로 화재상황을 판단하는 가상현실 훈련이 가장 높게 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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