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Executive Summary
목차
제1장 서론 19
1. 연구의 필요성 19
1.1. 연구배경 19
1.2. 기존 기술과의 차별성 21
2. 연구목표 22
2.1. 전체 목표 22
2.2. 연차별 목표 및 연구내용 23
2.3. 당해연도 연구내용 24
3. 개발기술 정의 및 핵심성과물 25
3.1. 개발기술 정의 25
3.2. 총괄 TRM 25
4. 추진체계 및 전략 27
4.1. 추진체계 27
4.2. 총괄 추진전략 28
4.3. 당해연도 추진전략 28
제2장 국내·외 기술동향 및 사전조사 29
1. VR/AR 기술 동향 29
1.1. 배경 29
1.2. 기술동향 32
2. 건설분야 VR/AR 적용 현황 45
2.1. 국외동향 45
2.2. 국내동향 55
3. 시사점 62
제3장 BIM to VR 통합 플랫폼 개발 및 고도화 64
1. BIM to VR 플랫폼 통합 및 고도화 64
1.1. BIM to DR 플랫폼 통합 64
1.2. VR화재 시뮬레이션 UI 최적화 68
1.3. BIM to DR 플랫폼 가상실증실험실 연동 71
2. VR/AR 기반 철도시설물 성능평가 시스템 개발 및 고도화 72
2.1. 국내·외 VR/AR 기술 동향 72
2.2. 철도시설 성능평가 방법 94
2.3. VR기반 철도시설 성능평가 시뮬레이션 프로토타입 개발 107
2.4. AR을 활용한 철도시설 성능평가 프로그램 개발 112
2.5. 소결 129
3. AR 기반 터널 유지보수 프로토타입 제작 130
3.1. 연구개발 필요성 130
3.2. 터널 유지관리 및 현행 사례 고찰 133
3.3. 국내·외 터널 AR 기술 활용 사례 148
3.4. AR기술의 터널 유지관리 활용방안 및 프로토타입 제작 151
4. CTI(Contents Things Interaction) 구현을 위한 DPL(Digital interface & Physical object Linkage) 알고리즘 고도화 156
4.1. DPL 기반 CTI 체계 구축 156
4.2. 물리 모델 프로토타입 제작 및 모바일 앱 테스트 158
4.3. AR & Mobile 컨트롤 모듈 및 DPL 알고리즘의 활용 162
제4장 MR 기반 핵심기술 확보 및 검증 163
1. MR 기반 화재 시뮬레이션 고도화 및 검증 163
1.1. MR화재 모형 소화기 센서 연동 기능 고도화 163
1.2. MR화재 시뮬레이션 체험 고도화 164
2. AR 기반 도시 단위 시뮬레이션 프로토타입 개발 및 검증 169
2.1. 도시 단위 시뮬레이션 시나리오 및 설계 169
2.2. 드론 AR 기반 경관 시뮬레이션 개발 과정 170
제5장 BIM to DR 시뮬레이션 현장 적용 및 가이드라인 개발 182
1. BIM 경량화 기술 인증을 통한 생산성 검증 182
1.1. BIM to VR 자동화 기반의 데이터 변환시간 단축 TTA 인증 절차 182
1.2. BIM to VR 자동화 기반의 데이터 변환시간 단축 TTA 인증 결과 184
2. BIM to DR 시뮬레이션 현장 적용 186
2.1. 고양시 AR 경관 186
2.2. AR 철도 성능평가 188
2.3. AR 기반 터널 유지관리 프로토타입 현장테스트 194
3. 가상현실기반 시뮬레이션 활용을 위한 가이드라인 개발 198
3.1. 개요 198
3.2. BIM to DR 시뮬레이션 플랫폼 198
3.3. 가상실증실험실 200
3.4. BIM to VR 플랫폼 가상실증실험실 연동 205
3.5. 소결 208
제6장 최종 성과물 요약 209
제7장 결론 214
1. 기대효과 214
2. 연구성과의 활용계획 216
참고문헌 218
서지자료 221
Bibliographic Data 222
판권기 223
표 1.1. 연차별 세부 연구 내용 및 대표성과물 23
표 1.2. 당해연도 연구내용 24
표 2.1. 설계사 대상 VR/AR 적용가능업무 및 우선순위 도출 39
표 2.2. Autodesk Revit Live 도구 조사내용 40
표 2.3. Lumion 도구 조사내용 41
표 2.4. Twinmotion 도구 조사내용 42
표 2.5. Entiti 도구 조사내용 43
표 2.6. ThingWorx Studio 도구 조사내용 43
표 2.7. Unity 도구 조사내용 44
표 2.8. Unreal 도구 조사내용 45
표 3.1. 주요 AR 글래스 장비 성능 82
표 3.2. 애플 ARKit와 구글 ARCore의 비교 84
표 3.3. 철도시설물 성능평가자의 자격요건 99
표 3.4. 성능평가 세부대상 선정방법 100
표 3.5. 철도시설물 성능평가 요소 102
표 3.6. 평가부문별 평가부문 속성 104
표 3.7. 성능평가등급 및 의미 105
표 3.8. 승강장 안전문의 성능평가기준 106
표 3.9. 승강장 안전문의 물리적인 상태평가 기준 106
표 3.10. 궤도의 줄틀림 검측 113
표 3.11. 궤도보수점검 114
표 3.12. 콘크리트 도상 성능평가 체크리스트 121
표 3.13. 레일 성능평가 체크리스트 125
표 3.14. 균열의 상태평가 내용표 128
표 3.15. 입·출구부(갱문)의 유지관리 134
표 3.16. 터널 라이닝의 유지관리 135
표 3.17. 터널 라이닝 접속시설의 유지관리 136
표 3.18. 터널 바닥부의 유지관리 137
표 3.19. 터널 부속시설의 유지관리 138
표 3.20. 터널 기타시설물의 유지관리 139
표 3.21. 터널 주변환경의 유지관리 140
표 3.22. 북카드 149
표 3.23. 터널 시설물의 안전점검 및 정밀안전진단 대상시설 범위 152
표 5.1. 현장적용 결과를 통한 시스템 개선 192
표 5.2. 대곡-소사 복선전철 ○공구 현황 196
그림 1.1. 국토교통부의 스마트건설 기술 로드맵 상의 VR/AR 기술 19
그림 1.2. 기존 기술과의 차별성 및 전략 21
그림 1.3. 가상현실기반 건설 생태계(C-P-N-D) 조성 22
그림 1.4. 이슈트리 기반의 사업추진방향, 비전, 목표 도출 22
그림 1.5. 연구 비전 및 목표 23
그림 1.6. 최종 목표 시스템 구성도 25
그림 1.7. 총괄 TRM 26
그림 1.8. 당해연도 기술 지도(미시 TRM) 26
그림 1.9. 추진체계 27
그림 1.10. 총괄 추진전략 28
그림 1.11. 핵심 추진전략 28
그림 2.1. Gartner Hype Circle(2014-2017) 30
그림 2.2. AR 산업별 시장 규모 31
그림 2.3. VR 산업별 시장 규모 31
그림 2.4. VR기기용 고해상도 OLED 디스플레이(삼성) 32
그림 2.5. 공동 개발한 VR 헤드셋용 OLED 패널(LG & Google) 32
그림 2.6. 시선추적기술 예시(비주얼캠프社) 33
그림 2.7. 시선추적기술 예시(MAXST社) 33
그림 2.8. 3D 렌더링 기술 기반의 가상 피팅 & 메이크업(에프엑스기어社) 34
그림 2.9. 실시간 렌더링 기술 기반의 조감도(디자인에이포인트社) 34
그림 2.10. VR 렌더링 프로그램, 코비하이렌더(한국가상현실社) 34
그림 2.11. VR 콘텐츠의 소리 위치값을 정해주는 소프트웨어 개발(가우디오랩社) 35
그림 2.12. VR/AR 해드셋 지원 핸즈프리인터페이스 장치 개발(연세대학교) 35
그림 2.13. Magic Leap One(Magic Leap社) 36
그림 2.14. Microsoft 홀로렌즈 구조(Microsoft社) 36
그림 2.15. HTC vive pro(HTC社) 36
그림 2.16. Oculus Quest(Oculus社) 36
그림 2.17. Leap Motion 기술 (North Star 프로젝트) 37
그림 2.18. 센서 기반 근육 인식 기술(MYO 기기) 37
그림 2.19. 하체 움직임 인지 기반의 옴니(Omni)(Virtuix社) 37
그림 2.20. 골격의 움직임 인지하는 Kinect 기기(MicroSoft 社) 37
그림 2.21. EQS Testing Pawn 작업 화면(Unreal Engine社) 38
그림 2.22. Occlusion Culling 작업 화면(Unity 3d社) 38
그림 2.23. 칼 39
그림 2.24. 노 젓는 배 39
그림 2.25. 총 39
그림 2.26. 혼합형 현실 기반의 건축 설계(트림블社) 사례 46
그림 2.27. NBBJ 사례 46
그림 2.28. AECOM 사례 47
그림 2.29. Gensler 사례(1) 47
그림 2.30. E4H 사례 48
그림 2.31. HOK 사례(1) 49
그림 2.32. HOK 사례(2) 49
그림 2.33. Perkins+Will 사례(1) 50
그림 2.34. Perkins+Will 사례(2) 50
그림 2.35. Smith group 사례 51
그림 2.36. CallisonRTKL 사례 51
그림 2.37. Stantec 사례 52
그림 2.38. Woods Bagot 사례 53
그림 2.39. HDR 사례 53
그림 2.40. vGIS앱 사용된 뷰(Meemim社) 54
그림 2.41. VR 기반 굴착 교육(Gammon社) 54
그림 2.42. 개발된 AR스케일(어반베이스社) 사례 55
그림 2.43. 희림건축의 VR용역서비스 사례 56
그림 2.44. 희림건축의 VR/AR 비즈니스 모델 57
그림 2.45. 희림건축의 VR활용사례(외부경관, 내부실내 검토) 58
그림 2.46. 희림건축의 VR활용사례(경기장 좌석배치에 따른 피치 시아확보 검토) 58
그림 2.47. (주)아키페이스 건축설계사의 VR 모델하우스 사례 59
그림 2.48. (주)아키페이스 건축설계사의 VR 경관시뮬레이션 사례 59
그림 2.49. (주)아키페이스 건축설계사의 VR 경관시뮬레이션 사례 60
그림 2.50. (주)마노조경 설계사의 VR 조경시뮬레이션 사례 60
그림 2.51. AR 기술 기반의 지하 관로 뷰(차후社) 61
그림 2.52. VR산업안전교육(코오롱베니트社) 61
그림 3.1. 기존 UI 65
그림 3.2. 고도화되어 제작된 UI 65
그림 3.3. 고도화되어 제작된 UI 화면구성 66
그림 3.4. 시뮬레이션 선택기능 66
그림 3.5. 시뮬레이션 실행 안내 UI 67
그림 3.6. 시뮬레이션 디스플레이 선택 67
그림 3.7. VR화재 시뮬레이션 UI 최적화 프로세스 68
그림 3.8. 사용자 시작포지션 설정 68
그림 3.9. 화재 설정 69
그림 3.10. 대피공간 설정 및 인물 대피 동선 화면 70
그림 3.11. 실가성정합 매칭 71
그림 3.12. 스마트 철도안전관리 분야별 세부목표 및 중점추진과제 73
그림 3.13. AR/VR기반 철도안전교육 및 지하철 재난 시뮬레이션 74
그림 3.14. VR 기반 선로 유지관리 직원 교육 시스템 구축 사례 75
그림 3.15. VR 기반 선로 작업자 교육 시스템 구축 사례 76
그림 3.16. VR 기반 철도운영 직원 교육 시스템 구축 사례 77
그림 3.17. VR 기반 철도운영 직원 교육 시스템 구축 사례 77
그림 3.18. 'Augmented Reality'에 대한 전 세계 구글 트렌드 검색 통계 결과 79
그림 3.19. 가상현실-증강현실의 시장 특징 79
그림 3.20. AR과 VR 대중화 장애요인 비교 80
그림 3.21. 증강현실 생태계 구성과 성장 장애요인 80
그림 3.22. 세계 가상현실-증강현실 시장 전망 81
그림 3.23. 기업별 AR글래스 기기 83
그림 3.24. Tesla Glove 83
그림 3.25. Room-A-live 84
그림 3.26. 2017년 애플 ARKit 앱의 월별 등록 수 및 카테고리별 비중 85
그림 3.27. 마이크로소프트와 나이앤틱의 AR 기술 86
그림 3.28. AR 기술의 성숙도(Technical Readiness) 87
그림 3.29. AR의 건설시공 응용 사례 88
그림 3.30. Trimble의 건설 현장을 위한 MR Solution 88
그림 3.31. DAQRI사의 건설 현장을 위한 MR Solution 89
그림 3.32. AR기기를 활용한 건설장비 정보 확인 90
그림 3.33. AR의 건설 현장 진도율 측정 및 데이터 관리 활용 사례 90
그림 3.34. AR을 이용한 지하매설물 정보 활용 사례 91
그림 3.35. 볼보의 원격조종 굴삭기에 증강현실 활용 사례 91
그림 3.36. 후지쯔사의 플랜트 유지관리에 AR 활용 사례 92
그림 3.37. AR을 이용한 철도시설물 정보 표시 사례 92
그림 3.38. 지멘스의 AR기반 차량 점검 원격지원 93
그림 3.39. 미국 MTBA의 AR기반 원격 지원 시스템 93
그림 3.40. 영국의 철도분야 AR 적용 사례 94
그림 3.41. 철도시설이력 종합관리 시스템 구축 개념도 96
그림 3.42. 개정된 법률에 따른 철도시설 유지관리체계 97
그림 3.43. 중장기 철도시설 개량투자계획의 목표 및 전략 98
그림 3.44. 철도시설 성능평가 절차(안) 99
그림 3.45. 철도시설의 성능평가 단위 100
그림 3.46. 선로 및 건축시설의 시설물 분류체계 101
그림 3.47. 전기 및 통신시설의 시설물 분류체계 101
그림 3.48. 선로 및 건축시설 성능평가의 구성 체계 102
그림 3.49. 전기 및 통신시설 성능평가의 구성체계 103
그림 3.50. 철도시설 성능평가 방법 104
그림 3.51. 성능평가 시뮬레이션 제작 프로세스 107
그림 3.52. GUI 개선사례(Ⅰ) 108
그림 3.53. GUI 개선사례(Ⅱ) 108
그림 3.54. 플랫폼의 승강장안전문 평가 준비 화면 109
그림 3.55. 승강장안전문의 평가화면 109
그림 3.56. 승강장안전문의 안전성을 평가하는 화면 110
그림 3.57. 승강장안전문의 내구성을 평가하는 화면 110
그림 3.58. 평가결과를 확인하는 화면 110
그림 3.59. 음성인식 기능을 이용하여 평가의견을 기록하는 화면 111
그림 3.60. openMAINT의 BIM 관리화면 예시 115
그림 3.61. 시설관리 대상에 대한 관리 데이터 구성 예시 116
그림 3.62. 철도시설 성능평가를 위한 데이터베이스 주요 구성 엔티티 116
그림 3.63. 철도시설 성능평가시스템 웹기반 사용자 인터페이스 예시-1 117
그림 3.64. 철도시설 성능평가시스템 웹기반 사용자 인터페이스 예시-2 117
그림 3.65. 철도시설 AR 평가 프로그램 공통시작화면 118
그림 3.66. 대상시설물에 QR코드를 통한 AR Marker 설치 예시도 118
그림 3.67. 철도시설 AR 성능 평가 프로그램의 전력시설 소음 점검 예시 119
그림 3.68. 철도시설 AR 성능 평가 프로그램의 콘크리트도상 균열 점검 예시 119
그림 3.69. 철도시설 AR 성능 평가 프로그램의 콘크리트도상 균열 점검 AR 화면 예시 120
그림 3.70. 철도시설 AR 성능 평가 프로그램의 체크리스트 구현 화면 예시 120
그림 3.71. 추가 버튼 클릭시 기본화면(좌), 예시(우) 123
그림 3.72. AR Object(균열) 클릭 시 123
그림 3.73. AR Object 클릭 후 수정버튼 클릭 후 화면 124
그림 3.74. 물리적 상태평가 결과표 구현영상 예시 124
그림 3.75. 콘크리트 도상 점검 Default 화면 예시 124
그림 3.76. 추가 버튼 클릭시 기본화면(좌), 예시(우) 127
그림 3.77. AR Object 클릭(좌), AR Object 클릭 후 수정버튼 클릭 시(우) 127
그림 3.78. AR을 활용한 변압기의 균열 및 부식 표시 128
그림 3.79. 소음센서를 활용한 소음 측정 128
그림 3.80. 도로 및 철도터널 연장 및 유지보수 투자 예산 131
그림 3.81. 터널 안전관리 실태 점검 결과 보도자료 132
그림 3.82. 터널 유지관리를 위한 점검요소의 구분[원문불량;p.115] 133
그림 3.83. 시설통합정보관리시스템(FMS) 142
그림 3.84. 시설물통합정보관리시스템 업무 처리절차 143
그림 3.85. 터널유지관리시스템(TIMS) 구성 개요 144
그림 3.86. 방재시설물 현황 시스템 입력 프로세스 144
그림 3.87. 대곡-소사 복선전철 ○공구 BIM 도입 사례 146
그림 3.88. 온라인 암판정 통합운영시스템 147
그림 3.89. 디지털 Face Mapping 도입시 활용 가능한 DB(예시) 147
그림 3.90. AR 터널 유지관리기술 구축 사례(코노이케 건설) 150
그림 3.91. 터널 시공 중 AR 적용 사례(오스트리아) 150
그림 3.92. 설계 및 시공정보 기반 AR 기술 터널 유지보수 활용 시나리오 151
그림 3.93. AR 기반 터널 유지관리 프로토타입 설계 154
그림 3.94. AR 기반 터널 유지관리 프로토타입(모바일 어플리케이션) 155
그림 3.95. 모바일 어플리케이션 : AR 기반 터널 구조물과 터널 BIM 모델 매칭 155
그림 3.96. 터널 구조물 내 이용자 위치 계산을 통한 BIM 모델의 DB 정보 매칭 156
그림 3.97. 구성 요소 내부 및 상호 데이터 전달을 위한 CTI 아키텍처 157
그림 3.98. DPL(Digital interface & Physical object Linkage) Flowchart 159
그림 3.99. Physical Model에 설치된 센서와 모터 160
그림 3.100. DPL 알고리즘 기반 디지털 트윈 구동 모습 160
그림 3.101. DPL 알고리즘 기반 AR 구현화면과 가상화 모델 161
그림 3.102. DPL 알고리즘을 활용한 가상/증강현실 스마트건설 환경 162
그림 4.1. MR 화재 시뮬레이션 활용 센서장착 소화기 163
그림 4.2. AR 기반 도시 단위 시뮬레이션 시나리오 흐름도 170
그림 4.3. Youtube Live Streaming API 화면 170
그림 4.4. Google Account 선택 화면 171
그림 4.5. 라이브 스트리밍 생성 화면 171
그림 4.6. Streaming 정보 표시 화면 172
그림 4.7. Youtube Studio 확인 화면 172
그림 4.8. 스트림 시작 및 진행 화면 173
그림 4.9. 스트림 종료 화면 173
그림 4.10. 라이브 스트리밍 리스트 화면 174
그림 4.11. 라이브 스트리밍 채널 진입 175
그림 4.12. Youtube 채널 생성 화면 175
그림 4.13. Youtube 채널 생성 화면 176
그림 4.14. 영상 play 전 준비 화면 176
그림 4.15. Feature Matching 예시 화면 177
그림 4.16. 특징점 트래킹 화면 177
그림 4.17. BIM Data Management 시스템 화면 178
그림 4.18. BIM Model 표시 화면 179
그림 4.19. BIM Model 속성 컨트롤 화면 179
그림 4.20. BIM Model 속성 컨트롤 화면 180
그림 4.21. BIM Model 속성 컨트롤 화면 180
그림 4.22. 1:1 대응을 위한 Camera 설정 화면 181
그림 4.23. ar 정합화면 181
그림 5.1. 드론 기반 AR 시뮬레이션 현장적용 1단계 적용 187
그림 5.2. 터널 내 균열 등 안전점검중인 모습 및 균열 1개소 점검 화면 188
그림 5.3. AR철도시설 성능평가 App 화면 설명 189
그림 5.4. 현장적용 구현 범위와 절차 189
그림 5.5. 현장 적용 대상 : 콘크리트침목 균열부위(현행 파랑색 표기중) 190
그림 5.6. 현장적용 진행 모습 191
그림 5.7. 구글맵 기반 점검위치 확인, 균열점검 및 체크리스트 선택 화면 191
그림 5.8. QR기반 시설인식, 해당 시설의 균열 이력관리 화면 191
그림 5.9. AR기반 균열위치 추가/수정/삭제, 모바일 성능평가 체크리스트 화면 191
그림 5.10. 군자역 차량기지 유지보수 전문가 인터뷰 영상 193
그림 5.11. 현장 테스트 대상 구조물(연천 SOC 실증센터 내 복층터널) 194
그림 5.12. 터널 구조물과 BIM 모델 및 DB(굴진면 관찰도 및 이미지) 매칭 검증 194
그림 5.13. 현장 테스트 전경(연천 SOC 실증센터 내 복층터널)증 195
그림 5.14. 대곡-소사선 전체 사업 위치도증 195
그림 5.15. 대곡-소사 복선전철 ○공구 현황 196
그림 5.16. 대곡-소사선 ○공구 현장 전경 196
그림 5.17. 현장 테스트 사전 협의 및 현장 현황 파악 전경(대곡-소사선 ○공구 현장) 197
그림 5.18. 현장 테스트 전경(대곡-소사선 ○공구 현장) 197
그림 5.19. 가상현실 시뮬레이션 플랫폼(BIM to VR) 개념 198
그림 5.20. BIM to VR 플랫폼 시작화면 199
그림 5.21. 실제 건물, 도로 기반의 환경 구축 및 환경변수 구축 199
그림 5.22. [발화 크기 조절 UI] 200
그림 5.23. 시스템 구성 도면(상부 투시 렌더링) 202
그림 5.24. [하드웨어 플랫폼 구성품] 203
그림 5.25. 가상실증시험센터 시스템 구성도 205
그림 5.26. [BIM to VR 플랫폼 가상실증실험실 연동 테스트] 206
그림 5.27. [VR 소음 시뮬레이션 가상실증실험실 연동 테스트] 206
그림 5.28. [MR 플랫폼 화재 시뮬레이션 가상실증실험실 연동 테스트] 207
그림 7.1. 연구성과 활용 시나리오 217
그림 7.2. 건설 단계별 가상현실 기술 활용분야 217