2019년 항공우주및소프트웨어공학전공 종합설계 제안서

과제명: 가상과 현실의 수업시간

팀명: Boundary

팀원: 한미진

작성일: 2019년 3월 12일

지도교수: 김 경 훈 (서명)

목 차

1. 기술의 창의성 및 필요성

1.1. 과제의 개요

1.2. 창의성 및 실용성

1.3. 필요성

1.4. 배경 기술

2. 관련 현황 및 선행 연구

2.1. 관련 현황

2.2. 선행 연구 (논문/특허/저서/신문기사)

3. 과제 목표

3.1. 최종 목표 및 평가 방법

3.2. 연구 및 개발 내용

3.3. 결과물

3.4. 기대 효과 및 활용방안

4. 기술 개발 추진 방법 및 체계

4.1. 추진 방법

4.2. 추진 전략 및 체계

5. 추진일정

6. 참고문헌

1. 기술의 창의성 및 필요성

1.1. 과제의 개요

대학교에서의 수업시간은 교수님들의 칠판 필기, PPT 자료, 사진 및 영상자료, 말로써 이루어진다. 역학수업이라고 가정한다면 교수님들은 처음 배우는 내용에 더 빠른 이해를 돕도록 주변 사물을 이용하시거나 말로써 부연설명을 해주신다. 간혹 모형물을 직접 들고 오셔서 보여주시지만 칠판에서 멀리 떨어진 뒷자리나 모형물의 크기가 작아서 제대로 보이지 않아 파악하기 힘든 경우가 종종 있다. 그때 떠오른 생각이 ‘증강현실(AR)로 수업도구를 만들면 좋겠다.’이다.

상상이 현실이 되고, 현실이 상상이 되는 가상현실과 증강현실의 발전으로 우리는 VR체험, 교과서의 내용에 나오는 동물, 물건들이 가상의 3차원 캐릭터로 나타나는 증강교과서, 관광지 가이드, 포켓몬 GO게임, 스크린 스포츠, 군사훈련 시뮬레이터 등 시공간의 한계를 뛰어넘는 새로운 경험을 할 수 있는 시대이다. 예를 들어 직접 항공기를 강의실에 들여올 수 없지만 증강현실 속 항공기는 강의실로 가지고 올 수 있다.

이 프로젝트는 전공서적 내용의 이해를 도울 수 있도록 글을 시각적으로 3D 이미지로 만드는 프로그램의 구현이다. 전공서적을 AR관련 어플과 연동된 스마트폰 카메라에 비추면 그에 해당하는 형상 및 움직임이 보이는 형식이다.

1.2. 창의성 및 실용성

‘유니티(Unity)’라는 게임엔진으로 프로그램을 구현함에 있어 Android, IOS, Wed Player 등 다양한 플랫폼의 지원으로 스마트폰에서도 활용할 방안을 계획할 수 있다. 또한, 전공서적에 별도의 QR코드를 삽입하거나 부착하지 않아도 데이터가 지원되는 환경에서 스마트폰만 있다면 프로그램이 구현된 해당 전공서적의 내용의 시각자료를 확인할 수 있다.

이 프로젝트가 게임, 교육용 책, 방송화면 등 많이 활용되어지고 있는 기존의 증강현실과 차별화 되어지는 점은 본인의 전공과 관련된 자료를 스스로 제작해서 필요한 부분을 파악할 수 있다는 것이다.

1.3. 필요성

제작하고자 하는 프로그램의 구상에 있어서 역학과 관련된 과목에 한정되어 있음을 전제로 힘과 하중이 물체에 어떻게 작용되는지, 비행기가 활공 시, 이·착륙 시 어떤 자세를 지니는지 등 글로 이해가 완전히 되지 않을 때 시각적인 자료를 통해 흥미와 이해를 높일 수 있다고 생각한다.

또한 기존의 사물을 촬영하여 이미지 파일로 전송하여 뷰파인더 인식을 통하여 사물이 카메라 화면에 보이면 그 사물위에 증강현실이 실현되고, 사물 위 터치영역을 설정하여 움직임, 형상 등의 변화를 줄 수 있다.

1.4. 배경 기술

⑴ 「컴퓨터프로그래밍」 – Unity(3D 및 2D 비디오 게임의 개발 환경을 제공하는 게임 엔진이자, 3D 애니메이션과 건축 시각화, 가상현실(VR) 등 인터랙티브 콘텐츠 제작을 위한 통합 저작 도구)는 c언어를 통한 프로그래밍을 한다.

⑵ 「항공그래픽스 및 시뮬레이션」 - 가상공간을 제작해 시뮬레이션을 함에 있어 원하는 디자인을 구현하여, 전체화면에서의 배치, 지정한 구간에서의 변수 등을 설정한다.

2. 관련 현황 및 선행 연구

2.1. 관련 현황

[ETRI 제공]

[가상영상이 재생되는 마커리스 교과서] 교과서를 카메라로 비추면 책속의 물체들이 입체적인 차원 화면으로 변해 여러 각도에서 관찰되고, 다양한 상호작용을 통해 실감나는 학습이 가능하다.	[마커리스가 증강현실로 구현되는 원리]
한국전자통신연구원(ETRI)의 공간증강 인터랙티브 시연장면. 연구원이 마치 물속에 있는 것과 같은 가상체험을 하고 있다. → 공간증강 인터랙티브 기술은 기존의 책으로 보는 증강현실 기술과는 달리 공간상으로 증강현실 기술을 확대했다. 실제공간을 인식해서 펭귄들이 올라가고, 사람이 움직일 때마다 물이 출렁거리며, 사람이 물고기에게 가까이 다가가면 도망가는 모습을 볼 수 있다.

2.2. 선행 연구 (논문/특허/저서/신문기사)

⑴ 윤석현, 「Unity Engine을 이용한 학습용 게임 개발 사례(A Case Study On Learning Game Using An Unity Engine)」

2016년 한국컴퓨터정보학회 하계학술대회 논문집 제24권 제2호, 2016.07, 327-330

⑵ 윤석현, 「교육적 관점에서 본 Unity 3D 엔진(A Study On Unity 3D Engine in the Educational Perspective)

2015년 한국컴퓨터정보학회 하계학술대회 논문집 제23권 제2호, 2015.7, 246-249

3. 과제 목표

3.1. 최종 목표 및 평가 방법

수업시간에 흥미와 시각적인 자료가 되는 소재들의 프로그램 소스를 개발할 것이다. 특정 과목(고체역학, 구조역학, 비행역학해석 등)을 주교재로 삼아 수업 관련 기본 제공되는 모형을 사용하거나 설명이 부족할 때 뒷받침이 될 수 있는 그래픽 도구를 개발할 것이다.

평가방법은 공간상의 증강현실을 이루었는지, 적절한 디자인을 구현했는지, 설정 값을 주어 동작의 변화가 나타나는지 등에 점수를 측정할 것입니다.

3.2. 연구 및 개발 내용

‘비행역학해석’수업시간에 사용되어지는 항공기의 외관, 공기흐름의 변화에 따른 항공기 날개의 움직임, 비행 시뮬레이션, 압력분포의 모습 등 수업시간에 배운 내용을 바탕으로 임의로 중요한 부분을 선정하여 프로그램 소스를 구성할 계획입니다. 특히 시뮬레이션 부분에 있어 QR코드처럼 단순히 URL 정보만 주는 것이 아니라 스마트폰 카메라에 화면이 비춰지면 해당 페이지 관련 동영상이 실행된다.

「비행역학」서적의 내용의 일부로

책표지를 스마트폰 카메라 화면에 비추면 → 항공분야에 있어 기본 개념이 되는 양력·항력·추력·중력에 따른 항공기의 움직임 변화, 항공기의 기체 축, 날개 등에 관한 전체흐름의 시뮬레이션이 실행될 것이다.

날개의 캠버를 증가시키기 위한 ‘플랩(flap)’의 종류에 따른 형태와 특징별로 파악할 수 있는 자료를 만들 것이다.

기존 서적에 제공되는 그림에 대한 설명이 부족한 부분에 추가 부연 설명이 되도록 움직임을 나타내거나 관련된 자료가 보일 것이다.

[ETRI 서적 제공]

위에 보이는 사진처럼 특정과목의 페이지로 접속이 되는 어플을 제작하여 전공서적 위에 증강현실이 나타나도록 개발하려고 한다. 컴퓨터가 아닌 스마트폰 위주로 개발을 진행할 예정이라 다소 기능이 적을 수 있지만 시각적인 자료만으로 교육에 있어 시각적인 자료가 주는 힘이 크다고 생각한다.

3.3. 결과물

항목	예상결과물	결과물에 대한 설명 요약
설계	각종 시뮬레이션, 항공기 모델링, 첨부 자료 등	선정한 내용에 관련된 자료를 파악한 후 자료를 수집한다. 어떤 3D 이미지를 사용할지 구상을 한다.
실험 및 제작	하나의 어플리케이션	‘비행역학’이라는 어플을 제작한다. 어플을 선택하면 연동된 카메라 화면이 나타나고, 책 위에 화면을 비추면 증강현실의 이미지를 확인할 수 있다.

3.4. 기대 효과 및 활용방안

꼭 특정과목에 관한 수업이 아니라도 필요한 형상이나 시뮬레이션이 필요할 때 모델링하여 원하는 설정환경을 맞추어 다양한 결과물을 만들어낼 수 있다. 최근 의료분야에서 원격 수술지시, 가상 해부학 실습이 이루어지고, VR테마파크, 체험 등을 더욱 다양한 환경을 조성하여 행해지고 있으며, 국방, 교육, 안전교육, 게임, 스포츠, 산업 등에서 가상현실과 증강현실의 시대가 미래를 움직일 것으로 보인다.

4. 기술 개발 추진 방법 및 체계

4.1. 추진 방법

‘유니티’와 ‘뷰파인더’ 프로그램을 통해 기본적인 화면 틀과 시뮬레이션 및 첨부할 자료들을 제작한 후 성능평가를 수시로 하여 보완할 점들을 수정해나가는 방식으로 진행될 예정이고, ‘유니티’ 관련 서적이나 인터넷 상의 정보를 통해 부족한 지식을 습득할 것이다.

4.2. 추진 전략 및 체계

초반은 개념 설계와 ‘유니티’ 공부를 우선적으로 하고, 항공기, 다른 세부사항들을 순차적으로 모델링하고, 중반에 들어서는 오류와 미흡한 점을 수정해나가며 계획대로 진행이 된다면 후반부는 성능 업그레이드 개선방안을 연구해나갈 계획에 있습니다.

5. 추진일정

항목	세부항목 (일정별 주요 결과물 포함)	3월 1,2주	3월 3,4주	4월 1,2주	4월 3,4주	5월 1,2주	5월 3,4주	6월 1주
개념설계	‘유니티’ 공부
상세설계
제작
테스트
발표	발표준비 및 제작 완료						21일(최종발표)
보고서								최종 보고서 제출

연번	종류	제목	저자	발행년도	발행자	기타
1	서적	가상현실 증강현실의 미래	ETRI 차세대콘텐츠연구본부	2018.01.22	장한맘
2	기사	ETRI, '월드 IT쇼' 참가..공간증강 기술 등 선보여	이데일리 이승현 기자	2015.05.26	펀드닥터
3	기사	교과서가 움직이는 재미난 수업시간 'ETRI'	CT리포터 이희원	2013.10.07	WIKITREE 비즈
4	사전	유니티 (게임 엔진)			위키백과
5	사전	유니티(게임 엔진)			나무위키
6	논문	Unity Engine을 이용한 학습용 게임 개발 사례	윤석현	2016.07	DBpia
7	논문	교육적 관점에서 본 Unity 3D 엔진	윤석현	2015.07	DBpia

6. 참고문헌