- 본 실행 보고서는 몰입형 시각화 환경(Immersive visualization environments)내에서 표준 소프트웨어를 이용하여 생성된 시설물 환경 모델을 시각적으로 확인이 가능한 새로운 작업절차 시스템을 개발하기 위한 소규모 연구결과를 제시한 내용임

- 본 연구는 기존에 발표된 작업절차를 개발 및 확장한 것인데, 기존의 작업절차는 학생 및 연구원들에게 지침을 제공하기는 하였으나, 이러한 변환작업을 소규모의 일반적인 빌딩구조 모델을 사용하여 보여줌

- 본 연구의 주 관심대상은 대규모 건설공사 및 기반시설 사업에 의해 도출되는 대규모의 데이터 집단을 활용할 수 있는 안정적인 작업절차를 개발하는 것임

- 쌍방향 실시간 3차원 시각화를 위해 데이터를 변환시키는 작업절차를 패키지화하는 것은 대단히 중요한데, 그 이유는 건설사업 발주처와 사업 실무팀원들은 데이터 변환작업의 속도를 그다지 저하시키지 않으면서 해당 데이터들과의 상호작업 및 시각화하는 새로운 방법이 필요하기 때문임

- 본 연구의 기대효과는 대형모델에 적합한 8가지의 작업절차를 비교하여 작업파일의 불러오기 및 내보내기가 가능한 여러 가지의 소프트웨어 형식을 도출하는 것이며, 모델을 시각화 하기위한 작업 시에 발생하는 7가지의 주요 문제점들에 대한 토의결과를 도출하는 것임

- 다음 장에서는 이 때 사용한 방법들과 접근방법에 대한 개괄적인 내용을 제시함

- 그리고 그 다음 장에서는 비교에 사용된 각 작업절차들과 발견사항들에 대한 개요를 제시하고, 첨부에 수록된 개별적으로 개발된 작업절차들과 함께 Unity3D 프로그램에 대한 자세한 정보를 제공함

- 마지막으로 본 보고서에 간단하고 신속한 변환방법을 사용하여, 실시간으로 해당 모델에 대해 시각적으로 파악하고 상호작용을 통한 작업수행을 하기 원하는 전문가들 또는 연구원들에게 결론 및 권고사항을 제시함

o 본 연구의 주안점은 현재 대단히 많이 사용되고 있는 범용 설계 및 시공 소프트웨어 패키지인 Autodesk Navisworks Manage 2014; Autodesk Revit 2013; Bentley Microstation V8i; Graphisoft ArchiCAD 17; Nemetschek Vectorworks 2013; Trimble SketchUp Pro 2013; Trimble SketchUp 2013 및 Tekla Structures 18.1 의 파일형식에 대한 작업절차를 개발하는 것임

o 가장 중점을 두고 있는 내용은 간단한 작업절차를 개발함으로서 건설전문가들이 수월하게 작업할 수 있도록 하고, 상대적으로 간편한 방법을 통해서 적용모델을 CAVE(컴퓨터 자동 가상환경)로 변환할 수 있도록 하는데 있음

o 6주 이상에 걸쳐서 한 공동연구자의 1천 4백만 개 이상의 절점을 포함하고 있는 대규모 철도 기반시설 프로젝트 모델에 대해 시범적용을 시행함

o 시작단계에서는 변환작업의 출발점으로 이미 공개된 작업절차를 이용하여 Autodesk Revit에서 Unity 로 변환하는 작업에 중점을 두었으나; 시범 기반시설 프로젝트 모델이 Bentley DGN 형식으로 제공됨에 따라 해당 파일형식을 사용하기 위해 이 방법은 즉각 철회됨

o 해당 모델의 마스터 파일은 처음 중간단계의 형태로서 SKP 파일 형태로 변환되어 SketchUp Pro에 적용되고, 그 이후 FBX 형태로 Unity 시스템에 전송되게 되나, SketchUp 소프트웨어로의 파일전송 작업은 2일 이상이 소요되는 것으로 나타남

o 최종 SKP 파일은 600 Mega-Byte 가 넘는 용량으로 대단히 처리속도가 느리기 때문에, 그 대안으로 마스터 DGN 파일에 등재된 개별 종속 원천파일들에 대해 동일한 변환작업을 수행한 후 Unity3D 프로그램 내부에서 각 변환파일들의 재결합을 하도록 함

o 전체적으로 시간이 단축되어 총 9.5시간이 소요되었으나, 아직 이 작업은 상당히 많은 사람의 상호작용이 필요한 상당히 복잡한 작업이며, 변환된 모델도 SketchUp 프로그램에 의해 상당히 빡빡하게 구성됨

o 변환된 모델 요소들은 Unity3D 내부에서 간단하게 모델의 재생이 가능하도록 범용좌표계를 공유하나 과도하게 조성된 570만개의 삼각형 요소들은 모델작업시 과도하게 많은 그래픽 작업명령을 수행하도록 하여 1024x768 픽셀의 2D 환경에서 0.55GB의 RAM용량을 차지하며 초당 0.2 프레임의 재생속도를 나타냄

o 이러한 시각적 효과의 효율성을 개선하기 위하여 Unity3D의 파일입력 옵션을 이용하여 모델의 매쉬 최적화를 시도하였으나 프레임 비율의 향상은 0.1fps(초당 프레임 수) 에 불과하였음

o fora와 같은 인터넷 소스와 호스팀 웹사이트에 상세히 기술된 여러 방법들도 시험하였으나, 이들 방법들은 보다 복잡한 모델에 적용하기 위해서는 추가적인 세부개발이 필요한 것으로 밝혀짐

o 상호호환성 표를 작성하여 각 소프트웨어 별로 파일형식에 대한 상호 호환성을 명기함

o 비록 소프트웨어 내부에는 다른 변수들을 사용할 지라도 실험적 접근방법과 사용 가능한 기초자료를 이용하여 공동연구자의 모델에 상호호환성 표에서 나타난 명백한 호환 작업절차를 적용하도록 함

o CAVE 시스템은 Dell사의 프리시젼 T5500 시스템을 사용하는데, 이 컴퓨터는 2중 소켓의 메인보드와 인텔사의 Xeon X5647 중앙연산장치가 장착되어 2.93GHz, 총 16개의 프로세스 코어로 작동되는 장치임

o 또한 이 시스템은 12GB DDR3 RAM(4x3GB)와 NVIDIA사의 2개의 4GB FX5600 그래픽카드를 장착한 Quadra Plex D2 및 NVIDIA Frame Sync 카드를 탑재하여 1204x768 해상도의 120Hz 3D 화면 4개를 동시에 구동할 수 있음

o 이러한 대단한 컴퓨터 시스템 성능에도 불구하고 모델 데이터의 변환작업은 Bentley 파일 변환유틸리티가 32bit 운영체계에 의해서만 구동되는 이유로 인해 상당한 시간이 소요되고, 램 용량도 2.45GB 만 허용하는 동시에, 프로세싱 코어도 동시에 단2개만 사용하지 못하는 한계를 드러냄

o 만일 새로운 파일변환 유틸리티를 사용하여 이러한 제약을 해결하여 램 용량을 전체적으로 사용하고 2개 이상의 프로세스 코어를 활용하게 되면 이 작업은 대단히 빨라질 것임

o 이러한 제한사항은 파일변환 작업을 수행하는 기간 동안 시험한 모든 컴퓨터 시스템에서 동일하게 발생됨

o 시험적용 모델에 대한 최적의 컴퓨터 형태는 게임엔진을 탑재한 Unity3D임

o Unity 프로그램은 MiddleVR 프로그램에 직접 연결이 가능한데, 이 프로그램은 Unity 모델을 동시에 4개의 스크린에서 구동할 수 있으며, 이와 동시에 “head trackers"와 ”fly sticks"와 같은 모션 캡쳐 기능이 가능하게 하는 네비게이션 기능과 더불어 실시간 렌더링이 가능하게 하는 Unity의 렌더링 엔진을 구현할 수 있음

o Unity 프로그램 내부의 카메라는 원칙적으로 Unity Pro에서 절두체 컬링(Frustum culling)과 오클루젼 컬링(occlusion culling)이 가능한데; 이 기능은 실시간으로 대형 모델을 구현하는데 이상적인 기능임

o 비록 시간이 다소 소요되기는 하나, 모델들은 Unity 소프트웨어 내에서 상대적으로 손쉽게 원하는 상호작용 수준까지 도달하도록 추가적인 프로그래밍이 가능한데, 예를 들어 객체에 물리법칙을 적용하여 문을 열고 닫기, 태양빛의 궤적 표현, 폭발상황 묘사 및 기본적 음향의 도입 등의 구현이 가능함

o Unity 소프트웨어는 또한 파일의 동시 실행기능으로 인해서 작업절차에 상당한 편익을 볼 수 있는 것으로 입증되었는데, 이 기능은 FBX 와 같은 파일이 Unity 화면에 그림과 문자 등으로 일단 로드 되어 연결되면, 이러한 FBX 파일의 모든 변경사항들은 Unity 시스템 내에서 배경 지도의 변화 없이 기본 디렉토리에서 자동적으로 갱신되므로 사용자는 Unity 내에서 손쉽게 FBX를 갱신 버젼으로 덮어 씌우는 것이 가능함

o Unity 시스템으로의 변환작업 절차에 대한 실험내용은 첨부문서에 수록되어 있음

o 이러한 시험은 간단한 시험 데이터가 아닌 실재 기반시설 프로젝트의 모델을 이용하여 수행함

o 대규모 모델을 사용하는데 필요한 작업절차에 연관된 많은 난관들이 있는데, 그 중 7가지는 다음과 같음

o 보와 같은 BIM 모델 내부의 요소들에서 교차점이 발생하지 않는 것을 기대할 수는 없음

o 그러나 이는 가능한 줄이거나 회피하여야만 하는데 이러한 사항은 해석시간을 증대시키고 Revit 내에서 화면 변환에 관련된 문제를 야기 시킴

o 지형정보를 간단히 하고 폴리곤 숫자를 감소시키는 쉽고 간단한 방법은 없음

o 모델들은 가능한 객체들의 복잡성을 최소화 하여 작성해야 하고, 모델을 간단하게 만드는 수정 도구들이 필요한데, 처음부터 모델을 실시간으로 조정하려는 의지가 필요함

o 자동차를 예를 들면 알루미늄 차체의 자동차는 강재 차체의 자동차에 비해 경량인데, 만일 강재 차체의 소유자가 자동차의 중량을 줄이고자 한다면 처음부터 알루미늄 자동차를 구입하는 것이 가장 손쉬운 방법이나, 자동차 차체 재료를 알루미늄으로 변경할 수도 있음

o 간단히 말해서 모델들은 종종 경량화를 위해 간단한 형상으로 재 작업될 필요도 있음

o 이는 다시 말하면 입방체와 같은 정보가 집적된 충실단면의 객체를 작성하는 대신, 6개의 면을 이용하여 보다 정보량이 단순한 속이 빈 입방체를 생성할 수 있다는 의미임

o 이러한 모델은 초기부터 이런 방식으로 작성될 경우 대단히 가벼워 질 것이 분명함

o 모델 내의 객체에 대해 각기 개별적인 명칭을 부여하는 것도 좋지만, 인지성이 용이하도록 (단순한 숫자의 배열이 아니고, Wall42 와 같은) 비슷한 명칭을 부여하는 것은 추후에 Unity 모델의 편집이 필요할 경우 혼란을 최소화 할수 있음

o 가능할 겨우 형질(texture)을 우선순위 범주에 의해 부여하여 같은 형질을 갖는 객채들은 같은 형질을 공유하도록 하여 같은 객체에 동일한 형질을 두 번 부여하는 상황을 방지하도록 함

o 이러한 방법은 상당량의 작도기능 수행을 줄여서 작업성능의 향상이 가능

o 특정상황에서는 중복된 모델 매쉬라인의 삭제로 인해 상당한 성능향상을 체험할 수 있으나 오클루젼 컬링이 사용되어야 하는 경우에는 매쉬의 일부가 오클루젼 영역 밖에 위치할 경우 전체 매쉬가 사라질 수도 있다는 점을 유념하여야 함

o 사용하는 형질의 이미지가 4각형 형태를 가지고, 크기는 2의 승수로 되도록, 즉, 예를 들어 2048x2048 등과 같은 크기가 되도록 함

o Unity 프로그램은 모든 이미지 형상을 지원하지만 JPEG 파일을 처리할 경우에는 간혹 문제를 발생하기도 함

o 대부분의 시각화 소프트웨어에서 객체의 뒷면은 보이지 않으므로, 모델링 작업자는 객체의 어느 부분이 시각화 될 지를 염두에 둔 객체생성이 필요함

o 그러나 이미 모델이 완성되어 있는 경우 모델 요소들은 각각의 양면에 대한 정보를 전송하여야 하는데; 이는 2배의 폴리곤을 필요로 하며 전체 파일크기에 상당한 영향을 미침

o 이러한 상황은 모델 간략화가 대단히 중요한 대규모의 모델에 국한된 문제점임

o Navisworks 프로그램은 이 부분에서 예외인데, 이 프로그램은 이러한 기능의 선택사항을 제공하지도 않고, 자동적으로 양면 처리작업을 수행하지도 않음

o 비록 호환성 테이블에 따르면 서론 다른 프로그램도 일정한 형식으로 상호 호환이 가능하지만, 파일 형식이 동일할 지라도 각 프로그램에 의해 변환된 파일들은 상당한 차이점이 존재하므로 모든 작업절차에 해당되는 하나의 최적 파일형식은 없다는 점을 인식하는 것이 대단히 중요함

o 예를 들어, SketchUp 프로그램에 의해 생성된 FBX파일은 Revit 프로그램에 의해 생성된 FBX 파일과 상당히 상이한데, Revit 2013 프로그램은 파일 변환 시 작업물에 대한 정보를 암호화 처리해서 Unity 프로그램에서 해석하지 못하는 반면, SketchUp 프로그램은 FBX 파일 변환을 각각의 작업물 파일로서 개별적으로 수행함으로서, Unity 프로그램에서 해석이 가능함

o 소프트웨어 공급업자들 간의 상호 연계가 없는 것으로 보이는데, 이는 각 소프트웨어 공급업체들이 제각기 다른 방법으로 기술하고 해석한 산업기본등급(ITC)을 사용함으로서 호환성의 부재(不在)가 명백함

o 결과적으로 IFC를 해당 소프트웨어가 아닌 다른 종류의 제품으로 수행 할 경우에는 왜곡된 위치정보와 특정요소의 누락 등 상당한 부조화를 야기함

o 본 실행보고서의 의의는 최첨단 디스플레이 장비를 이용하여 실시간 몰입적 시각영상 처리를 대규모 사업모델에 적용할 수 있도록 하는 작업절차를 문서화 하는 데 있음

o 이는 현재 건설 산업분야에서 BIM기법을 실제적으로 사용하기 시작했다는 점에서 대단히 적절한데, 이러한 BIM 기법의 적용은 2016년부터 영국의 모든 공공사업 입찰시 의무화 되어 있는 상황임

o 몰입적 시각화 시설은 상당기간 동안 적용이 되어 왔으나, 컴퓨터 자동 가상환경(CAVE) 등과 같은 몰입적 시설들을 사용할 수 있는 새로운 기회가 도래함

o 이러한 기술들 중 대부분은 차세대 소프트웨어의 실험적 적용과, 더불어 하드웨어의 진보와 가격하락에 동반되어 진보되고 있음

o 다른 지역과 마찬가지로 레딩 대학교에서는 Unity3D와 MiddleVR을 사용하여 CAVE 시스템이 윈도우 운영체계에서 구동이 가능하도록 개선하였음

o 또한 이러한 CAVE 시스템을 다른 시스템 환경의 시각화 어플리케이션에 적용할 수 있도록 연구가 진행 중에 있음

o 본 연구진들은 Unity3D 게임 엔진을 사용하여 첨단 디스플레이 장치와 시각화 시스템에서Trimble SketchUp Pro 및 Bentley Microstation 소프트웨어를 구동하여 프로젝트 모델에 대해 신속한 시각화 및 쌍방향 제어가 가능토록 하는 모델작업 절차를 거의 완성함

o SketchUp Pro 프로그램은 최첨단 시각화를 고려한 작업절차 시스템에 대한 시각 기반 장치로서 아주 월등한 성능을 나타냄

o 이 프로그램은 단순하고 직관적인 사용자 인터페이스를 보유하고, 광범위한 플러그인 장치를 통해 확장이 가능한 인상적인 결과를 제공하며, 구글 어스를 통해 지형정보를 획득할 수 있음

o 하지만 대규모의 복잡한 모델의 경우에는 Microstation 프로그램이 SketchUp 프로그램 보다 상대적으로 적은 삼각분할 작업을 필요로 함에 따라 변환작업이 상대적으로 신속하므로 모델 작업자가 Stroke의 허용오차를 변형하기가 수월하게 됨

o 본 연구로 인한 도출사항은 향후 실제과업의 준비작업 구성 시 필요정보로 활용이 가능함