KR101891554B1 - 산업설비를 위한 3ｄ 교육 시뮬레이터 시스템 - Google Patents

산업설비를 위한 3ｄ 교육 시뮬레이터 시스템 Download PDF

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윤재섭
조유창
최창규
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Abstract

본 발명은 본 발명은 산업설비를 위한 3차원 교육 시뮬레이터 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 시스템은, 산업설비 학습 콘텐츠를 제공하는 콘텐츠 서버;
콘텐츠 서버에 접속되는 사용자 단말; 및 콘텐츠 서버에 이용되는 3D 기자재 콘텐츠를 포함하는 데이터베이스를 포함하고, 상기 사용자 단말은 콘텐츠 서버로부터 산업설비에 필요한 3D 기자재 콘텐츠를 수신하고 수신된 3D 기자재 콘텐츠를 조합하도록 구성된다.
본 발명에 따르면 산업설비의 부품들 또는 기자재 들을 3D 형식으로 제공하고, 사용자들이 3D 형식으로 제공된 부품 또는 기자재들을 이용하여 컴퓨터 상에서 산업설비를 직접 유지, 보수, 조립, 분해하도록 함으로써 수강생들의 교육 효과를 향상시키고, 그에 따라 초보자도 산업설비를 쉽게 유지 보수할 수 있게 된다.

Description

산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템{3D SIMULATOR SYSTEM FOR LEARNING INDUSTRIAL FACILITY}
본 발명은 산업설비를 위한 3차원 교육 시뮬레이터 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3D 배전, 건축 등의 기자재를 이용하여 기자재의 기초지식을 습득하고 산업 기가재의 조립실습 교육을 실행할 수 있는 3D 교육 시뮬레이터 시스템에 관한 것이다.
최근, 인터넷과 영상처리기술의 발전에 따라 컴퓨터 화면상에서 달성되는 가상공간이 많이 등장하고 있다. 예를 들면, 전시관/미술관/문화유적지/동식물원과 같은 장소를 컴퓨터 화면상에서 가상공간화하여 화면을 통해서 실제 전시관/미술관/문화유적지/동식물원과 같은 장소를 직접 방문하지 않고도 컴퓨터 화면상에서 해당 장소에 있는 전시작품, 문화유적, 동식물 등을 감상할 수 있다.
종래의 산업설비의 조립, 유지, 보수를 위한 매뉴얼은 일반적으로 책으로 제작되어 있거나 2D 이미지로 제작되어 있다. 책으로 제작된 매뉴얼의 문제점은 1개의 부품이라도 고장 날 경우에 해당되는 페이지를 찾아야만 하고 2차원 도면으로 제작된 매뉴얼의 경우에도 컴퓨터 화면 상으로 해당하는 부품을 찾아보는 등의 활용으로 그쳐 그 적용에 있어서 한계가 있다.
또한 동영상 등을 활용한 매뉴얼의 경우에도 산업 설비의 실습 시 직접적인 경험을 제공하기 보다는 동영상을 보고 기억하는 간접적인 경험에 그치기 때문에 책이나 2D 메뉴얼보다는 유리한 이점이 있지만 초보자가 직접 산업설비를 조립하거나, 보수하는 경우 각 부품에 대한 이해도가 부족하여 조립 및 분해 등이 어렵다는 문제점이 여전히 존재하게 된다.
또한 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 직접 현장에서 실습을 제공하는 방방법도 존재하지만, 보유한 실습환경의 제한적 공간 내에서 정원 이상의 수강생들에게 실습 교육을 제공하기 어렵고, 그에 따라 초보자가 직접 현장에서 산업 설비의 작업을 수행할 때 한계를 느낄 수 밖에 없다.

[선행기술문헌]
등록특허공보 제10-124130호(2013.03.18)
등록실용신안공보 제20-0420811호(2006.07.06)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 발명으로 수강생들에게 산업 설비의 유지, 보수, 조립, 분해 등의 직접적인 경험을 제공할 수 있는 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일양태에 따르면 산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템이 제공되고, 이 시스템은, 산업설비 학습 콘텐츠를 제공하는 콘텐츠 서버; 콘텐츠 서버에 접속되는 사용자 단말; 및 콘텐츠 서버에 이용되는 3D 기자재 콘텐츠를 포함하는 데이터베이스를 포함하고, 상기 사용자 단말은 콘텐츠 서버로부터 산업설비에 필요한 3D 기자재 콘텐츠를 수신하고 수신된 3D 기자재 콘텐츠를 조합하도록 구성된다.
전술한 양태에서 3D 기자재 콘텐츠는 사용자 단말 상에 설치된 전용 프로그램을 통해 X축, Y축, Z축 상에서 회전가능하도록 구성되며, 3D 기자재 콘텐츠는 서로 결합되기 위한 도킹 포인트(Docking Point,DP)를 포함하고, 상기 도킹 포인트(DP)는 암 도킹 포인트와 암 도킹 포인트에 결합되는 숫 도킹 포인트로 이루어지고, 3D 기자재 콘텐츠는 하나 이상의 암 도킹 포인트 및 하나 이상의 숫 도킹 포인트 중 어느 하나 이상을 포함한다.
전술한 양태에서 3D 기자재 콘텐츠는, 기자재 콘텐츠, 기능유닛 콘텐츠, 단위설비 콘텐츠 및 설비군 콘텐츠를 포함하고, 기자재 콘텐츠는 기자재 단일 3D 객체이고, 기능유닛 콘텐츠는 상기 기자재 콘텐츠가 조합된 3D 객체이며, 상기 단위설비 콘텐츠는 기능유닛 콘텐츠과 기자재 콘텐츠의 조합으로 이루어진 3D 객체이며, 설비군 콘텐츠는 단위설비 콘텐츠, 기능유닛 콘텐츠 및 기자재 콘텐츠의 조합으로 이루어진 3D 객체인 것이 바람직하다.
전술한 양태에서 암 도킹 포인트는, 숫 도킹 포인트가 결합되는 위치 정보와 함께 숫 도킹 포인트가 회전할 수 있는 X, Y, Z 축 상의 회전 정보를 포함하고, 숫 도킹 포인트는 암 도킹 포인트에 결합 시 암 도킹 포인트에 정의된 위치 정보와 회전 정보에 기반하여 회전 결합되도록 구성된다.
또한 도킹 포인트는 암수 구분 코드(W 또는 M), 도킹 포인트 코드(DP 코드), 및 일련 번호를 포함하며, 도킹 포인트는 암수 도킹 포인트 쌍으로 결합가능하고, 암수 도킹 포인트의 결합은 상기 도킹 포인트 코드가 동일한 경우에만 결합가능하도록 구성된다.
전술한 양태에서 암 도킹 포인트와 숫 도킹 포인트의 결합은 숫 도킹 포인트가 암 도킹 포인트에 미리 정해진 거리 이내로 접근할 때 자동 결합되는 자석 결합을 지원하고, 또한 숫 도킹 포인트가 결합을 위해 암도킹 포인트에 근접될 때 숫 도킹 포인트에 결합가능한 암 도킹 포인트가 하일라이팅 처리되도록 구성될 수 있다.
또한 전술한 양태에서 데이터베이스는 산업 기자재의 마스터 테이블이 저장되는 기자재 DB, 산업 기자재 별 관련 문서, 이미지 도면, 동영상 파일이 저장되는 학습자료 DB, 산업 기자재의 조합별 조합 목록 정보가 저장되는 조합정보 DB, 조합된 저장파일(XML)이 저장되는 저장파일정보 DB, 학습한 산업설비를 바탕으로 평가 모드에서 평가된 평가 결과가 저장되는 평가정보 DB를 포함한다.
또한 전술한 양태에서 콘텐츠 서버는 강의자를 위한 강의 모드를 더 제공하고, 강의 모드는 강의자의 화면을 학습자의 화면과 공유하는 화면 공유 기능, 특정 부분을 하이라이팅하기 위한 하일라이팅 기능이 더 제공될 수 있다.
또한 전술한 양태에서 콘텐츠 서버는 학습자를 평가하기 위한 평가 모드를 더 제공하고, 평가 모드에서 콘텐츠 서버는 사용자가 3D 기자재 콘텐츠를 이용하여 특정 구조물을 조립할 것을 요구하고, 사용자가 3D 기자재 콘텐츠를 이용하여 조립한 결과물에 대해 자동 채점하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면 산업설비의 부품들 또는 기자재 들을 3D 형식으로 제공하고, 사용자들이 3D 형식으로 제공된 부품 또는 기자재들을 이용하여 컴퓨터 상에서 산업설비를 직접 유지, 보수, 조립, 분해하도록 함으로써 수강생들의 교육 효과를 향상시키고, 그에 따라 초보자도 산업설비를 쉽게 유지 보수할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템을 설명하기 위한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 산업설비를 위한 3D 교육 시뮬레이터 시스템에서 사용자에게 제공되는 화면 인터페이스를 나타내는 도면.
도 3은 3D 교육 시뮬레이터 시스템에서 3D 기자재 컨텐츠들의 결합 방식을 예시하는 도면.
도 4 내지 도 6은 3D 기자재 컨텐츠에 내포되는 암 도킹 포인트와 숫 도킹 포인트의 결합 관계를 순차적으로 설명하기 위한 설명도.
도 7은 본 발명에 따른 3D 교육 시뮬레이터 시스템에서 제공되는 평가 모드를 설명하기 위한 화면 인터페이스를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 3D 교육 시뮬레이터 시스템에서 이용되는 데이터베이스의 일례를 나타내는 블록도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템(10)을 설명하기 위한 블록도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템(10)은 학습자 PC(300) 및 강의자 PC(400)에 학습 콘텐츠를 제공하기 위한 콘텐츠 서버(100), 콘텐츠 서버에 필요한 콘텐츠가 저장된 데이터베이스(200) 및 콘텐츠 서버(100)에 네트워크를 통해 연결되는 학습자 PC(300) 및 강의자 PC(400)를 포함한다.
먼저 콘텐츠 서버(100)는 학습자 또는 강의자에게 강의 모드, 학습 모드, 평가 모드를 제공하도록 기능한다.
강의 모드는 강의자 PC(400)에 설치된 어플리케이션 또는 프로그램에 의해 선택 및 실행되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 강의자는 강의자 PC 또는 학습자 PC에 공통으로 설치된 어플리케이션을 실행하고 어플리케이션 상에서 제공되는 사용자 인터페이스 화면을 통해 강의 모드를 선택하거나 로그인 정보를 이용하여 자동으로 강의 모드가 실행될 수도 있다. 그러나 강의 모드는, 전술한 바와 상이하게, 강의자 PC에 강의자 전용의 어플리케이션을 구동함으로써 실행될 수도 있으며, 이 경우 강의자 PC에 설치되는 어플리케이션은 학습자 PC에 설치되는 어플리케이션과 상이할 수도 있다.
강의 모드에서 강의자는 강의 효율을 높이기 위해, 강의자의 화면 인터페이스를 통해 강의자의 화면을 학습자의 화면과 공유하는 화면 공유 기능, 특정 부분을 설명함에 있어 강조하기 위한 마우스포인터 하이라이트 기능이 더 제공될 수 있다.
다음으로 학습 모드에 대해 설명한다. 도 2은 학습자 PC에 제공되는 학습자용 화면 인터페이스의 일례를 나타내는 도면이며, 도 2에 도시된 학습자용 화면 인터페이슬 통해 학습 모드의 주요 기능에 대해 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 학습자는 학습자의 PC에서 제공되는 화면 인터페이스는 모드 선택부(a), 작업레벨 선택부(b), 작업선택부(c), 기자재선택부(d), 기자재 표시부(e), 작업 표시부(f)를 포함한다.
학습자는 PC 화면상에 제공된 모드 선택부(a)에서 자신이 현재 수행할 모드를 선택한다. 학습을 수행할시에는 학습 모드를 선택하고 평가 모드 수행시에는 평가 모드를 선택할 수 있다.
작업레벨 선택부(b)는 현재 사용하고자 하는 기자재에 대한 레벨을 선택하도록 구성된다. 본 실시예에서는 기자제 레벨(A 레벨), 기능유닛(B Level) 레벨, 단위설비(C Level) 레벨, 설비군(D Level) 레벨 별로 작업 레벨을 선택할 수 있다. 보다 구체적으로 작업 레벨은, 기자재가 모여 기능 유닛이 구현되고, 적어도 하나의 기능 유닛이 모여 단위 설비가 구현되며, 적어도 하나의 단위 설비가 모여 설비군이 구현되며, 각각의 작업 레벨은 다음과 같이 정의 된다.
기자재: 기자재 단일 3D 객체
기능유닛: 기자재가 조합된 3D 객체
단위설비: 기능유닛과 기자재의 조합으로 이루어진 3D 객체
설비군: 단위설비 + 기능유닛 + 기자재의 조합으로 이루어진 3D 객체
작업 선택부(c)는 학습자가 조립 작업을 수행할시에는 조립 작업을 선택하고 학습자가 분해 작업을 수행할 시에는 분해 작업을 선택하는 것으로 작업 모드를 선택할 수 있다.
학습자가 분해 작업을 선택한 경우 학습자는 XML파일 형태로 미리 저장되어 있는 기능 유닛, 단위 설비, 설비군 중 하나를 선택하면 선택된 3D 객체가 작업 표시부(f)에 제공되고 사용자는 작업 표시부(f)에 제공된 기자재를 마우스 등의 사용자 입력 수단을 통해 이를 순서대로 분해할 수 있게 된다.
작업 선택부(c)에서 학습자가 조립 작업을 선택한 경우 학습자는 기자재선택부(d)를 통해 필요한 기자재들을 선택할 수 있다. 작업 선택부(c)의 메뉴는 학습자가 전술하여 선택한 작업레벨 선택부에 종속되어 변경된다.
학습자가 작업레벨 선택부(b)에서 기자재 레벨을 선택한 경우 기자재선택부(d)의 메뉴 항목은 설비종류-설비군-기능유닛으로 분류되고, 학습자가 작업레벨 선택부(b)에서 기능유닛 레벨, 단위 설비 레벨, 또는 설비군 레벨을 선택한 경우 기자재선택부(d)의 메뉴 항목은 중분류-소분류-상세분류로 분류되어 사용자에게 제공된다.
학습자가 설비군 선택창에서 원하는 설비를 선택하면, 단위 설비 선택창에서는 학습자에 의해 선택된 설비군에 포함되는 단위 설비들이 리스트 되고, 학습자가 단위 설비창에서 원하는 단위 설비를 선택하고 나면 기능 유닛에서는 학습자가 선택한 단위 설비 내에서 이용가능한 기능 유닛들이 리스트될 수 있고, 학습자는 리스트된 기능 유닛들 중 어느 하나를 선택하게 된다.
기자재 레벨을 선택한 경우 기자재선택부(d)의 메뉴 항목은 설비종류-설비군-기능유닛으로 분류되고, 학습자가 작업레벨 선택부(b)에서 기능유닛 레벨, 단위 설비 레벨, 또는 설비군 레벨을 선택한 경우 기자재선택부(d)의 메뉴 항목은 중분류-소분류-상세분류로 분류되어 사용자에게 제공된다.
본 실시예에서는 작업레벨 선택부(b)에서 단위 설비 레벨이 선택되고, 그에 대응하여 기자재 선택부(d)에서 설비군-단위설비-기능유닛 메뉴가 제공된 것을 일례로서 이하에 설명한다.
학습자가 기자재 선택부(d)를 통해 원하는 어느 하나의 기자재를 선택하면 기자재 표시부(e)는 사용자가 기자재 선택부(d)를 통해 선택한 기자재 중 이용가능한 하나 이상의 기자재를 사용자에게 표시한다.
학습자는 기자재 표시부(e)에 표시된 복수의 기자재 중 현재의 작업에 적합한 기자재를 마우스 등을 통해 선택하고 드래그&드롭을 통해 이를 작업 표시부(f) 내에 위치 시킬 수 있다.
도 2에 도시된 학습 모드 사용자 인터페이스를 통해 학습자는 설비군-단위 설비-기능 유닛들을 선택하여 특정 구조물을 조립하는데 필요한 기자재를 선택하고 선택된 기자재를 작업 표시부(f)에 위치시키고 위치된 기능 유닛들을 조립함으로써 산업설비에 필요한 특정 구조물을 조립할 수 있게 된다.
본 발명에서 기자재를 포함한 모든 콘텐츠는 3D 모델링 작업을 통해 사용자에게 제공된다. 즉, 작업 표시부(f)에 위치된 기자재 3D 객체는 각각 XYZ 좌표축 상에서 자유롭게 회전 가능하고 배열가능도록 구성된다. 학습자는 3D 모델링된 기자재를 자유롭게 회전하고 배열하는 일련의 과정을 통해 기자재 각각에 대한 형태, 특징들을 면밀하게 관찰하고 기자재에 대한 이해도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 작업 표시부(f) 상에 배열된 기자재들은 특정 구조물을 형성하도록 서로 올바른 위치에서 올바르게 결합되어야만 한다. 도 3은 본 발명에 따른 실시예에서 복수의 기자재들 사이의 결합을 설명하기 위한 설명도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 어느 하나의 기자재는 다른 기자재와의 결합을 위해 적어도 하나 이상의 도킹 포인트(Docking Point)를 각각 포함한다. 도킹 포인트(DP)는 암 도킹 포인트(이하, 암 DP라고 함)과 숫 도킹 포인트(이하, 숫 DP 라고 함)로 구분될 수 있다.
숫 DP는 현재 조립을 하려는 대상에 포함된 DP를 의미하며 기자재 객체 각각은 기본적으로 적어도 1개의 숫 DP를 포함한다. 한편 암 DP는 기존에 이미 배치되어 있는 객체에 형성되어 숫 DP가 결합되는 도킹 포인트를 의미하며 기자재 객체는 적어도 1개의 암 DP를 포함할 수 있다. 기자재 객체는 암 DP 또는 숫 DP 중 적어도 어느 하나를 포함하도록 구성된다.
기자재 등의 객체 내에 암 DP를 형성하기 위해서는 3D 모델링 작업시 3D 콘텐츠 내에서, 암 DP 형성 위치에 작은 메쉬(Mesh) 또는 큐브(cube) 등을 생성한 후 미리 정해진 규약으로 암 메쉬 이름을 입력한다.
이와 같은 암 DP는 숫 DP가 결합되는 위치 정보와 함께 숫 DP가 회전할 수 있는 XYZ 축 상의 회전 정보를 포함한다. 추후 숫 DP는 결합되는 암 DP에 포함된 위치 정보와 회전 통보를 통해 암 DP에 결합되고 회전될 수 있다.
숫 DP는 암 DP와 동일하게 기자재 등의 객체 내에 숫 DP를 형성하기 위해서는 3D 모델링 작업시 3D 콘텐츠 내에서, 숫 DP 형성 위치에 작은 메쉬(Mesh) 또는 큐브(cube) 등을 생성한 후 미리 정해진 규약으로 숫 메쉬 이름을 입력한다.
암 DP 메쉬의 명명 규약은, 암수 구분코드(W) + DP코드(118) + 일련번호(001)로 이루어진다. 예를 들어 이는 WDP_118_001 같이 나타낼 수 있다. 숫 DP 메쉬의 명명 규약은, 암 DP와 동일하게, 암수 구분코드(M) + DP코드(118) + 일련번호(001)로 이루어진다.
예를 들어 이를 코드화 하면 MDP_118_001로 나타낼 수 있다. 또한 암 DP와 숫 DP가 결합된 DP 코드는 DP001와 같이 일련번호로 표시되고 관리될 수 있다. 이와 같이 암 DP와 숫 DP가 조합된 DP 코드는 데이터베이스에서 별도로 관리되며 유지 보수의 용이성과 확장성을 높여줄 있다.
또한 본 발명에서 암 DP와 숫 DP의 결합은 자석 결합 방식이 이용된다. 자석 결합 방식은 사용자가 마우스를 이용하여 숫 DP를 암 DP에 근접시켰을 때 미리 정해진 거리 이내로 마우스가 접근하면 상기 숫 DP를 암 DP에 포함된 위치 정보와 회전 정보를 이용하여 자동으로 결합시키는 것을 의미한다.
다시 도 3을 참조하면, 도 3의 (a)에 애자, 볼 크레비스, 볼 쇄클이 도시되어 있다. 도 3의 (a)에 도시된 것 처럼, 애자는 하나의 암 DP를 포함하고 있고, 볼 크레비스는 상기 애자의 암 DP에 결합되는 하나의 숫 DP와 볼 쇄클이 결합되기 위한 하나의 암 DP를 포함하며, 볼 쇄클은 상기 볼 크레비스의 암 DP에 결합되기 위한 하나의 숫 DP를 포함한다.
암 DP 및 숫 DP의 결합은 암 DP와 숫 DP와의 결합만이 가능하고, 암DP-암DP 결합 또는 숫DP-숫DP 결합은 불가능하다. 또한 암 DP-숫 DP의 결합 역시 DP 코드가 일치하여야만 결합가능하도록 구성되기 때문에 사용자가 올바른 기자재를 올바른 결합 위치에 접근 시켰을 때에만 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 결합되게 된다.
암 DP와 숫 DP의 결합 순서는 다음과 같다.
- 우선순위에 있는 객체(암 DP포함)를 먼저 작업 표시부(f)에 배치하고,
- 추가 객체(숫 DP포함)를 선택 후 작업 표시부(f) 상에 이동하고,
- DP 타입을 통해 조립할 수 있는 DP 암/수 쌍인지 파악하고(DB에 DP별 조립가능 여부 보관)
- 자석기능을 통해 마우스가 모체에 근접할 때 숫 DP의 위치를 암 DP의 위치로 자동 이동시키고,
- 숫 DP를 포함한 객체를 암 DP에 포함된 회전 정보를 이요하여 차이 상대 각도(X, Y, Z)로 회전시킨다.
이때 계층적으로 숫 DP를 포함한 객체는 다시 다른 객체의 모체(암 DP포함)가 될 수 있으며, 따라서, 하나의 객체는 0개 이상의 암 DP와 0 또는 1개의 숫 DP를 포함할 수 있게 된다.
도 4의 (a)는 전술한 바와 같은 암 DP와 숫 DP를 포함하는 3D 객체들이 암 DP와 숫 DP를 이용하여 결합되는 원리를 더욱 구체적으로 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 사용자는 특정 구조물을 조립하기 위해 기자재 객체를 선택해야 한다.
먼저 사용자는 모체로서 제1 기자재(1)를 선택하고 이를 작업 표시부(f)에 배치한다. 이때 제1 기자재(1)는 하나의 암 DP(WDP_001_001)를 포함하고 있다. 이후 사용자는 제1 기자재(1)에 부착될 제2 기자재(2)를 전술한 바와 같이 선택하고 이를 작업 표시부(f)에 배치시킨다. 이때 제2 기자재(2)는 하나의 숫 DP(MDP_001_001)와 3개의 암 DP(WDP_002_001, WDP_002_002, WDP_004_001)을 포함하고 있다.
제2 기자재(2)의 숫 DP(MDP_001_001)의 DP 코드는 001를 가지고 있으며 제1 기자재(2)의 암 DP(WDP_001_001)의 DP 코드가 001로 동일하므로 제1 기자재의 암 DP와 제2 기자재의 숫 DP는 서로 결합가능하다.
제1 기자재(1) 및 제2 기자재(2)의 결합시, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 기자재(1)의 암 DP는 결합되는 숫 DP의 회전 정보를 포함하고 있는 경우 제2 기자재의 숫 DP는 제1 기자재의 암 DP에 포함된 회전 정보에 기반하여 회전하여 결합될 수 있다.
도 5의 (a)는 전술한 도 4의 (b)에 도시된 구조물에 다른 기자재 객체들(3-1~3-3)을 결합하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 3개의 제3 기자재(3-1 기자재, 3-2 기자재, 3-3 기자재)들이 전술한 바와 같은 선택 작업을 통해 선택되고 작업 표시부(f)에 배치될 수 있다. 이때 제3 기자재 중 3-1로 나타낸 기자재와 3-2로 나타낸 기자재의 숫 DP(MDP_002_001)는 동일한 DP 코드 002를 가지고 있는 반면 3-3 기자재의 숫 DP(MDP_004_001)는 004의 숫 DP 코드를 가지고 있다.
따라서 3-1 및 3-2의 기자재들은 동일한 DP 코드를 지닌 제2 기자재의 암 DP WDP_002_001 또는 WDP_002_002에 결합될 수 있는 반면 상이한 DP 코드를 지닌 암 DP인 WDP_004_001에는 결합되지 않는다. 한편 3-3 기자재는 WDP_004_001와 동일한 DP 코드를 지닌 암 DP인 WDP_004_001에만 결합될 수 있다.
도 5의 (b)는 이와 같이 결합된 구조물을 나타내는 도면이다. 도 5의 (b)에서 3-3 기자재는 결합된 암 DP(WDP_004_001)에 포함된 회전 정보에 의해 회전된 것으로 표시되었다.
도 6의 (a)는 전술한 도 5의 (b)에 도시된 구조물에 다른 기자재 객체(4)을 결합하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 제4 기자재(4)가 전술한 바와 같은 선택 작업을 통해 선택되고 작업 표시부(f)에 배치될 수 있다. 이때 제4 기자재는 하나의 숫 DP(MDP_003_001)를 포함하고 있다. 이 숫 DP(MDP_003_001)의 DP코드는 003 이므로 동일한 DP 코드를 가진 3-1 기자재와 3-2 기자재의 암 DP(WDP_003_001) 중 어느 하나에 결합가능하지만 상이한 DP 코드를 가진 3-3 기자재의 암 DP(WDP_005_001)에는 결합될 수 없다.
이 실시예에서 제4 기자재의 숫 DP(MDP_003_001)는 전술한 바와 같이 3-1 기자재와 3-2 기자재의 암 DP(WDP_003_001) 중 어느 하나에 결합가능하지만 구조물이 설치되는 환경이나 조건 등에 따라 3-1 기자재의 암 DP가 적당한 위치로 결정되거나 3-2 기자재의 암 DP가 적당한 위치로 결정될 수 있다. 이와 같은 결합 위치는 사용자의 조립 능력을 평가하는 하나의 요소로서 작용할 수 있다.
도 6의 (b)는 이와 같이 결합된 구조물을 나타내는 도면이다. 도 6의 (b)에서 제4 구조물은 3-2 기자재의 암 DP에 결합된 것으로 표시되었다.
다시 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 학습 모드는 상세정보부(g)를 포함한다. 상세 정보부는 사용자가 선택한 기자재에 대한 상세정보를 제공한다. 상세 정보로서 해당하는 기자재에 다한 문서, 도면, 이미지, 또는 동영상을 포함한 학습자료가 제공될 수 있다.
다음으로 본 발명에 따른 평가 모드에 대해 설명한다. 도 7은 평가 모드에서의 사용자 화면 인터페이스를 나타낸 도면이다. 기본적인 평가 모드에서의 화면 인터페이스는 도 2를 참조하여 설명한 학습 모드를 위한 사용자 화면 인터페이스와 동일하므로 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
사용자가 평가 모드를 선택한 경우 도 7에 도시한 바와 같이 문제 표시부(h)가 사용자 화면에 더 제공된다. 사용자는 문제 표시부(h)에 제시된 문제에 대응하여 전술하여 설명한 바와 같이 필요한 기자재를 선택하고 작업 표시부(f)에 배치하고 조립을 수행하고 난 후 답변을 제출한다. 사용자의 편리성을 위해 문제 표시부(h) 내에는 이전 문제로 되돌아 갈 수 있는 "이전 문항", 다음 문제로 진행되는 "다음 문항", 답변 제출을 위한 "답변 제출" 기능 버튼을 더 포함할 수 있다.
사용자는 평가 모드 사용자 화면 인터페이스 상의 문제 표시부(h)에서 문항을 선택하고, 문항별로 문항별 부품 기자재 선택한 후 조립을 수행한다. 평가 모드에서는 학습 모드와 달리 모든 기자재를 구분없이 사용자에게 보여주도록 구성되어, 학습자가 정확한 기자재를 찾을 수 있도록 구성될 수도 있다.
사용자가 조립을 완료한 후 문항별로 답안 제출 버튼을 클릭하면 현재 조립된 정보가 자동으로 채점된다.
문항별로 평가 항목은 정답 기자재 수, 정답 조립 수, 설치 못한 정답 기자재 수, 설치한 오답 기자재 수, 잘못 조립한 기자재 수를 카운트 하고 각각의 항목에 대해 가산치를 적용하여 자동 평가가 수행된다.
예를 들면, 해당문항배점 : 30점이고,
조립해야할 정답기자재수 : 10개
정답조립수 : 10개
설치 못한 정답기자재수 : 2개
설치한 오답기자재수 : 3개
잘못 조립(연결)한 기자재수 : 4개인 경우,
채점 : 30 - (15/10*2) - (15/10*3) - (15/10*4) = 16.5점으로 자동으로 계산될 수 있다. 그러나 이와 같은 채점 방법 및 채점에 이용되는 가산치 부여 정도는 변경될 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 도 1을 참조하면, 콘텐츠 서버(100)는 콘텐츠 서버에 필요한 콘텐츠가 저장된 데이터베이스(200)에 접속된다. 도 8은 데이터베이스(200)의 구성을 더 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 8에 도시된 것 처럼 데이터베이스(200)는 기자재 DB(210), 학습자료 DB(220), 조합정보 DB(230), 저장파일정보 DB(240), 평가정보 DB(250), 사용자정보 DB(260), 권한정보 DB(270)를 포함한다.
기자재 DB(210)는 산업 기자재의 마스터 테이블이 저장되고, 학습자료 DB(220)에는 산업기자재 별 관련 문서, 이미지 도면, 동영상 파일이 저장되며, 조합정보 DB(230)에는 산업 조합별 조합 목록 정보가 저장되고, 저장파일정보 DB(240)에는 조합된 저장파일(XML)이 저장되며, 평가 정보 DB(250)에는 학습한 산업설비를 바탕으로 평가 모드에서 평가된 평가 결과가 저장 및 관리되며, 사용자 정보 DB(260)에는 콘텐츠 서버에 승인된 사용자에 대한 아이디 및 패스워드가 저장되고, 권한정보 DB(270)에는 사용자별로 데이터베이스에 접근하고, 수정, 관리 등의 권한 정보가 저장된다.
본 발명에 따르면 산업설비의 부품들 또는 기자재 들을 3D 형식으로 제공하고, 사용자들이 3D 형식으로 제공된 부품 또는 기자재들을 이용하여 컴퓨터 상에서 산업설비를 직접 유지, 보수, 조립, 분해하도록 함으로써 수강생들의 교육 효과를 향상시키고, 그에 따라 초보자도 산업설비를 쉽게 유지 보수할 수 있도록 그 능력을 향상시킬 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 의해 제한되기 보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 콘텐츠 서버 200: 데이터베이스
300: 학습자용 PC 400: 강의자용 PC
210: 기자재 DB 220: 학습자료 DB
230: 조합정보 DB 240: 저장파일정보 DB
250: 평가정보 DB 260: 사용자정보 DB
270: 권한정보 DB

Claims (13)

  1. 산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템에 있어서,
    산업설비 학습 콘텐츠를 제공하는 콘텐츠 서버;
    콘텐츠 서버에 접속되는 사용자 단말; 및
    콘텐츠 서버에 이용되는 3D 기자재 콘텐츠를 포함하는 데이터베이스를 포함하고,
    상기 사용자 단말은 콘텐츠 서버로부터 산업설비에 필요한 3D 기자재 콘텐츠를 수신하고 수신된 3D 기자재 콘텐츠를 조합하도록 구성되고,
    상기 3D 기자재 콘텐츠는 사용자 단말 상에 설치된 전용 프로그램을 통해 X축, Y축, Z축 상에서 회전가능하도록 구성되고,
    상기 3D 기자재 콘텐츠는 서로 결합되기 위한 도킹 포인트(Docking Point,DP)를 포함하고, 상기 도킹 포인트(DP)는 암 도킹 포인트와 암 도킹 포인트에 결합되는 숫 도킹 포인트로 이루어지고,
    상기 3D 기자재 콘텐츠는 하나 이상의 암 도킹 포인트 및 하나 이상의 숫 도킹 포인트 중 어느 하나 이상을 포함하며,
    상기 암 도킹 포인트는, 숫 도킹 포인트가 결합되는 위치 정보와 함께 숫 도킹 포인트가 회전할 수 있는 X, Y, Z 축 상의 회전 정보를 포함하고, 상기 숫 도킹 포인트는 암 도킹 포인트에 결합 시 암 도킹 포인트에 정의된 위치 정보와 회전 정보에 기반하여 회전 결합되고,
    상기 도킹 포인트는 암수 구분 코드(W 또는 M), 도킹 포인트 코드(DP 코드), 및 일련 번호를 포함하고
    상기 숫 도킹 포인트 또는 암 도킹 포인트는 동일한 도킹 포인트 코드를 가진 복수의 암 도킹 포인트 중 하나에 또는 복수의 숫 도킹 포인트 중 하나에 선택적으로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는
    산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 3D 기자재 콘텐츠는, 기자재 콘텐츠, 기능유닛 콘텐츠, 단위설비 콘텐츠 및 설비군 콘텐츠를 포함하고,
    상기 기자재 콘텐츠는 기자재 단일 3D 객체이고,
    상기 기능유닛 콘텐츠는 상기 기자재 콘텐츠가 조합된 3D 객체이며,
    상기 단위설비 콘텐츠는 기능유닛 콘텐츠과 기자재 콘텐츠의 조합으로 이루어진 3D 객체이며,
    상기 설비군 콘텐츠는 단위설비 콘텐츠, 기능유닛 콘텐츠 및 기자재 콘텐츠의 조합으로 이루어진 3D 객체인
    산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도킹 포인트는 암수 도킹 포인트 쌍으로 결합가능하고, 암수 도킹 포인트의 결합은 상기 도킹 포인트 코드가 동일한 경우에만 결합가능한
    산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 암 도킹 포인트와 숫 도킹 포인트의 결합은 숫 도킹 포인트가 암 도킹 포인트에 미리 정해진 거리 이내로 접근할 때 자동 결합되는 자석 결합을 지원하는
    산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 숫 도킹 포인트가 결합을 위해 암도킹 포인트에 근접될 때 숫 도킹 포인트에 결합가능한 암 도킹 포인트가 하일라이팅 처리되는
    산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 데이터베이스는
    산업 기자재의 마스터 테이블이 저장되는 기자재 DB,
    산업 기자재 별 관련 문서, 이미지 도면, 동영상 파일이 저장되는 학습자료 DB,
    산업 기자재의 조합별 조합 목록 정보가 저장되는 조합정보 DB,
    조합된 저장파일(XML)이 저장되는 저장파일정보 DB,
    학습한 산업설비를 바탕으로 평가 모드에서 평가된 평가 결과가 저장되는 평가정보 DB를 포함하는
    산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 콘텐츠 서버는 강의자를 위한 강의 모드를 더 제공하고,
    상기 강의 모드는
    강의자의 화면을 학습자의 화면과 공유하는 화면 공유 기능,
    특정 부분을 하이라이팅하기 위한 하일라이팅 기능이 더 제공되는
    산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 콘텐츠 서버는 학습자를 평가하기 위한 평가 모드를 더 제공하고,
    상기 평가 모드에서 콘텐츠 서버는 사용자가 3D 기자재 콘텐츠를 이용하여 특정 구조물을 조립할 것을 요구하고, 사용자가 3D 기자재 콘텐츠를 이용하여 조립한 결과물에 대해 자동 채점하도록 구성된 산업설비를 위한
    산업설비를 위한 3Ｄ 교육 시뮬레이터 시스템.
  13. 삭제
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