최신 연구를 통한 건축·토목 분야의 최신 VR·AR 활용 사례

VR·AR의 기기 다양화와 가격 저렴화가 진행되고 있으며, 건축·토목 분야에서도 다양한 장면에서의 활용이 기대되고 있습니다. 여기에서는 최신 연구와 서비스 사례를 바탕으로 VR·AR의 활용 사례를 종합적으로 살펴보고자 합니다.

VR·AR이란

VR·AR의 정의

VR과 AR의 정의는 다음과 같습니다. (X. Li et al., 2018)

• VR(가상현실)은 몰입형 환경을 생성하는 것입니다

• AR(증강현실)은 가상의 물체 이미지를 현실의 세계에 통합하는 것입니다

VR·AR의 역사

VR의 개념은 1960년대에 "Man-Machine Graphical Communication System"이라고 명명된 최초의 몰입형 인간-컴퓨터 상호작용(HCI) 목업이 발명되었을 때 제시되었습니다(X. Li et al., 2018). VR의 공식적인 용어는 1989년에 발표되었습니다. 근래에는 5세대(5G) 네트워크와 엣지클라우드 기술을 기반으로 VR/AR 애플리케이션을 고속화하고 사용자의 경험을 향상시키는 클라우드 VR/AR 솔루션이 등장했습니다 (Pan & Zhang, 2021).

VR·AR의 종류

• 데스크톱형 VR: 가상 활동을 수용하기 위한 플랫폼으로 간단한 컴퓨터 모니터를 사용하는 VR입니다. 데스크톱형 VR은 추적 기기 없이 데스크톱 화면에 3D 가상 세계를 표시합니다.

• 몰입형 VR: 헤드마운트 디바이스(HMD)나 센서 글러브 등의 특수 하드웨어를 사용하여 사용자를 물리 세계로부터 분리하고 몰입감 있는 환경을 제공하는 것입니다.

• 3D 게임형 VR: 사용자와의 상호작용을 높이는 것을 목적으로 한 3D 게임 기술로, 영상 기술, 인터랙티브 기술, 네트워크 기술, 다중 사용자 조작 기술 등을 통합한 게임형 VR입니다.

• BIM 대응 VR: 다른 VR 카테고리보다 배경에 있는 데이터의 연계를 중시하며, BIM 모델을 기반으로 건설 프로세스나 작업을 시뮬레이션할 수 있는 VR입니다.

VR·AR의 기존 기기

VR/AR 시스템 및 제공자의 목록은 다음 그림과 같습니다.

VR·AR의 건축·토목 분야에서의 장점

VR·AR의 건축·토목 분야에서의 장점을 클라이언트, 건설회사, 작업자의 관점으로 분류하면 다음과 같습니다.

• 클라이언트의 관점

• 프로젝트에 대한 이해를 심화시킵니다(Pan & Zhang, 2021)

• 건설회사의 관점

  • 검사, 관리, 진행 상황 평가를 용이하게 합니다 (Pan & Zhang, 2021)

  • 위험한 건설 시나리오의 시뮬레이션에 활용되며, 관리자가 작업 환경의 근본적인 위험이나 문제를 쉽게 인식하고 시각적이고 인터랙티브한 방법으로 사고에 앞서 합리적인 계획과 대책을 수립하는 데 활용될 수 있습니다.(X. Li et al., 2018)

  • 클라우드 VR/AR과 BIM의 통합으로 건설 활동의 물리적 맥락을 시각화하고 실환경에 몰입시킬 수 있기 때문에, 작업 간의 복잡한 상호 의존성을 더욱 명확하게 할 수 있으며, 불필요한 실수가 적어 현장에서의 조립이 용이해집니다(X. Wang et al., 2013, 2014)

• 노동자의 관점

  • 더 나은 교육을 가능하게 합니다 (Pan & Zhang, 2021; P. Wang et al., 2018)

건축·토목 분야의 VR·AR 활용 사례

건축·토목 분야에서 VR·AR이 어떻게 활용되어 왔는지 기재합니다. 건축·토목 분야를 계획·설계 프로세스, 시공 프로세스, 운용·유지관리 프로세스의 3가지로 나누어 설명합니다.

계획·설계 프로세스

• 건축·도시 디자인

  • 건축 설계에서 디자인의 그래픽 향상, 모델링 확인, 물체의 모델링 등에서 활용 (Zhou et al., 2012)

  • 건축 설계 프로세스에서 BIM 게임의 활용을 실증하여 사용자는 1인칭 시점과 3인칭 시점에서 모델을 확인할 수 있습니다 (Yan et al., 2011)

• 위험 확인

  • 동굴형 가상환경(CAVE)을 활용하여 사진이나 문서를 조사한 사용자보다 더 높은 위험 수준을 평가하고 더 많은 위험성을 확인할 수 있게 되었습니다 (Perlman et al., 2014)

• 구조 해석

  • 구조물의 3D화를 통해 구조물의 응력과 변형에 관한 애니메이션 프로세스 등을 구조 해석에 관한 학생의 학습에 활용 (Young et al., 2012)

• 고객 인터뷰

  • 인터뷰, 설문지, 리커트 척도를 사용하여 참가자의 반응을 정량화하는 조사에서 활용(Salinas et al., 2022)

시공 프로세스

• 교육 및 교육

  • 타워 크레인의 해체 절차에 대해 직원을 훈련하는 시스템(MVSTS)을 사용하여 훈련 후 설문조사에서는 이 방법이 기존 훈련 방법보다 더 좋은 성적을 거두고 있음을 보여주었습니다 (H. Li et al., 2012)

• 안전 점검·지도

  • AR에 의한 건물 진단

  • 지진이나 폭풍 등의 지진 이벤트로 받은 구조물의 손상을 건물 검사원이 AR을 활용하여 신속하게 평가·정량화 (Dong et al., 2013)

• 생체 데이터 측정

  • 몰입형 VR 환경에서 고소 작업을 수행하면서 심박수를 계측합니다. (Jeon & Cai, 2021)

운용·유지관리 프로세스

• 구조물 상태 모니터링

  • BIM과 가상·증강현실을 이용한 구조 검사 모니터링을 위한 데이터 관리·시각화

  • 유산·고고학 조사에서의 활용(Remondino & Campana, 2014)

요약

여기에서는 건축·토목 분야를 계획·설계 프로세스, 시공 프로세스, 운용·유지관리 프로세스의 3가지로 나누어 VR·AR의 활용 사례를 정리했습니다. 앞으로도 VR·AR은 빠르게 발전하여 다양한 장면에서 활용될 것으로 예상됩니다.

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