PyroSim을 통한 VR 기능 구현

국가화재평가원

노재현 대리

 

VR (Virtual Reality)는 가상현실로서 컴퓨터로 만들어 놓은 가상의 세계에서 사람이 실제와 같은 체험을 할 수 있도록 하는 최첨단 기술을 말하며, VR 기술은 AR(Augmented Reality) 기술과 마찬가지로 미래에 많은 분야에서 필요로 하는 기술이 될 것입니다. 이 기술은 소방분야도 영향을 받고 있습니다. 대표적으로 성능위주설계(Performance Based Fire Protection Design)와 화재 관련 연구분야에서 사용되고 있는 THUNDERHEAD사에서 제공하는 프로그램인 PyroSim과 Path Finder이며, 이 프로그램은 2018년 12월부터 서비스를 제공하고 있습니다.

 

FDS(Fire Dynamics Simulator)

FDS는 NIST (National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 화재 시뮬레이터 이며, 저속 열 구동 흐름에 최적화된 전산 유체 역학(CFD)을 사용하여 화재 시나리오를 시뮬레이션 합니다. 여러가지의 화재 방식을 구현할 수 있으며, 건물의 환기와 같이 화재가 포함되지 않은 상황을 모델링 할 수도 있습니다.

 

PyroSim

PyroSim은 FDS 버전 6.7.4용 사용자 인터페이스로서, 사용자의 입력정보에 입각한 판단을 보완하기 위한 프로그램이며, 인터페이스의 즉각적인 피드백을 제공하고 FDS 입력 파일의 형식을 보장하고, 그 결과를 표출합니다.

 

Path Finder

Path Finder는 에이전트 기반 탈출 및 인간 움직임을 나타내는 시뮬레이터입니다. 시뮬레이션 설계 및 실행을 위한 그래픽 사용자 인터페이스와 결과 분석을 위한 2D 및 3D 시각화 도구를 제공하고 있습니다.

PyroSim과 Path Finder는 계속해서 편의 기능들을 추가하고 있으며, FDS의 기능이지만 사용자가 편하게 사용할 수 있고, 보다 현실적인 화재모델링을 작성할 수 있게 업데이트 되고 있습니다. 현재 PyroSim에서 계산 후 계산결과를 볼 수 있는 기능 외에도 아래와 같이 여러 가지 편의기능을 제공하고 있습니다.

 

미리보기(Show Results)

PyroSim에서 계산 후 Show Results 기능을 활용하면 계산된 시간까지만 볼 수 있는 파일이 생성되며 PyroSim Viewer가 나타납니다. 자신이 확인하고 싶은 데이터들을 볼 수 있으며, 자신이 설정했던 조건들이 구현이 되고 있는지 중간중간 확인하여 빠른 수정이 가능하도록 할 수 있습니다.

 

Path Finder 연동 기능

계산이 완료된 파일을 열어 결과 시뮬레이션에서 이미 계산이 완료된 파일을 불러오면 PyroSim과 Path Finder의 연동이 완료되며 각 시간에 따라 열과 연기의 유동과 함께 피난하는 사람들의 경로 및 시간이 보여집니다. 이 기능을 통해 Aset, Rset을 보다 편하게 확인이 가능합니다. * 피난자에 대한 별도의 설정이 없다면 FDS와 관계없이 화재가 발생한 곳으로 대피하고 위험장소여도 가까운 출구로 나가기만 합니다.)

 

VR 보기 기능(VR Mode)

최근에 공개된 기능으로 VR이 발전함에 따라 PyroSim이나 Path Finder에서 VR로 볼 수 있는 기능이 생겼습니다. 이 기능은 프로그램부터 Results (VR Mode)로 열어야 하며 프로그램을 열고 VR기기를 컴퓨터와 연결하면 기능버튼이 활성화 되고, 활성화 시키면 VR모드로 화면이 바뀌며 VR기기에서도 같은 화면이 송출됩니다. 그 뒤 주변을 둘러보면 원하는 장면을 확인 할 수 있으며, 몰입도가 높아져 가시도 등에 대한 정보가 눈앞에 와있는 듯한 느낌을 줍니다.

<PyroSim VR모드에서 3인칭 시점>

이러한 여러가지의 기능들 덕분에 FDS의 편의성과 필요로 하는 분야에서 많은 활용을 할 수 있으며, 판단이나 결과를 확인 할 때 더 이해하기 쉽고 빠르게 확인 할 수 있습니다.

 

VR 모드 기능 사용법

최근에 생긴 기능으로, 해당 기능의 유무를 모르는 이용자도 있으며, 알고 있다고 하더라도 실제 VR 기기를 이용하여 사용하지 않기 때문에 연결 및 사용 방법을 설명하고자 합니다.

1) 기기 및 장비 준비

 ① VR기기와 컴퓨터를 준비한다. VR 모드 사용할 수 있는 VR기기 및 컴퓨터 사양은 아래와 같습니다.

 

사용 가능 VR 기기	사용 가능 컴퓨터 사양
오큘러스 리프트	CPU	i7 이상
오큘러스 퀘스트S	GPU	Nvidia GeForce GTX와 같이 VR 지원으로 광고되는 GPU
오큘러스 퀘스트2	RAM	16GB
HTC 바이브	저장장치	결과가 저장되는 SSD 또는 NVMe 드라이브

* Oculus Rift S, HTC Vive Pro, Valve Index, Samsung Odyssey 등을 포함하여 Steam VR 및 Oculus PC 플랫폼과 호환되는 모든 헤드셋을 작동해야 합니다.

 

② 링크 케이블을 준비합니다.

VR 기기를 처음 사용할 때 기기의 기본 설정을 다 마친 뒤 사용 가능하고, 방법은 기기의 안내와 같이 진행하면 손쉽게 해결되며, VR 기기와 연결할 컴퓨터는 미리 오큘러스 소프트웨어를 다운받아 오큘러스 앱을 미리 실행시킵니다.

  * VR 기기 설정 시 오큘러스 기기는 Facebook 계정이나 Oculus 계정을 만들어 놓으면 편하게 진행할 수 있습니다.

 

2) 기기와 컴퓨터 연결

오큘러스 퀘스트2 의 연결 방법은 2가지가 있습니다. 첫 번째는 케이블을 이용하여 연결하는   것입니다. 케이블을 이용하여 연결하면 이동할 수 있는 범위에 제약이나 활동하는데 있어서 불편하다는 점이 있지만 연결이 갑자기 끊기는 일이 잘 발생하지 않습니다. 두 번째는 '에어링크' 시스템으로 연결하는 것입니다. '에어링크'를 사용하려면 기기 내부설정에서 활성화한 뒤에 기기와 컴퓨터 앱의 계정으로 연동시키면 연결이 가능합니다.

 

 ① 둘 중 하나의 방법으로 컴퓨터와 VR 기기를 연결합니다.

 ② VR 기기의 데이터 액세스 허용 버튼을 눌러 연결합니다. / 해당하는 컴퓨터에

     연결합니다.

VR 기기를 연결하면 연결된 상태의 장소가 변하며 여러가지 조작을 진행 할 수 있으며 컨트롤러의 사용도 가능합니다.

 

3) 프로그램 연동

 ① PyroSim 실행 시 Results(VR Mode)로 실행합니다.

② 보고싶은 데이터의 계산이 끝난 smv 파일을 불러옵니다.

     (연동시켜 보고다면 pfr파일도 불러옵니다.)

③ 컴퓨터에 VR을 연결시키면 아래 버튼이 활성화되고 클릭합니다.

④ 결과들을 실행시킵니다.

 

4) 향후 개선 필요 사항

PyroSim으로 인해 FDS의 작업 및 결과 확인 등이 매우 편해졌지만 아직 개선할 점이 남아있습니다.

첫째, 현재 연결 후 VR 기기 컨트롤러로 조작이 불가능한 상태이며, 움직이거나 재생 및 정지, 빨리감기 등을 할 경우에 키보드와 마우스를 사용해야만 조작이 가능합니다. 이는 VR을 착용했을 때 혼자서 보기에는 큰 불편함을 줍니다. 그렇기 때문에 현재는 VR을 착용하고 다른 사람의 도움을 받아 조작할 수 있는 것이 개선이 필요한 사항입니다.

둘째, VR 뷰어를 통해 갈 때 피난자를 따라가며 카메라 워킹이 조정되는 기능이 해당 피난자의 머리가 중심이 아닌 3인칭 뷰인 뒤에서 따라간다는 점입니다. 이로 인해서 중간 중간 벽체 오브젝트를 빠져나가거나 들어가서 어지러움을 느낄 수 있으며, 어딘지 구분하기 힘든 상황이 연출되기도 합니다.

셋째, 두번째의 카메라 워킹에 있어 다른 카메라 워킹을 보고자 할 때 사용자가 카메라 위치를 셋팅하고 움직일 수 있게 제작할 수 있는 기능이 있지만 Z축(높이)를 고정하고 진행하고 싶어도 기능이 없어 위, 아래로 움직이면서 제작하여 어지러움을 느낄 수 있습니다.

이 세 가지만 개선이 된다면 FDS를 VR 기능으로 보면 매우 리얼하게 확인을 할 수 있을 것이고, 매우 신기한 경험이 될 수 있을 것이며, 향후 교육이나 다른 분야에서도 활용도가 높아 질 수 있을 것입니다.

 

 

-본 칼럼은 국가화재안전저널 제 10호에 기고된 글입니다.