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ISSN : 2288-0992(Print)
ISSN : 2288-100X(Online)
Protected Horticulture and Plant Factory Vol.27 No.2 pp.147-157
DOI : https://doi.org/10.12791/KSBEC.2018.27.2.147

A Study on the Trends of Virtual Reality Application Technology for Agricultural Education

Jun-Gyu Kim1, In-bok Lee1*, Kwang-Sik Yoon2, Tae-hwan Ha1, Rack-woo Kim1, Uk-hyeon Yeo1, Sang-yeon Lee1
1Department of Rural Systems Engineering, College of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University
2Department of Rural and Biosystems Engineering, College of Agricultural and Life Sciences, Chonnam National University
Corresponding author: iblee@snu.ac.kr
March 23, 2018 April 23, 2018 April 23, 2018

Abstract


With the rapid development of the 4th industrial revolution, the large-sized facilities of agriculture have been developed with high-technologies. However, it is difficult to maintain the optimum environment in large-sized facilities. Although it is essential to control micro-climate properly in large-sized facilities, there are a lot of problems to utilize high-technologies and equipment because of insufficient education for farmers. Most farms have limitations to access to their farm because of prevention of epidemics, exposure of management know-how, and so on. Especially, it is difficult to understand internal environmental factors (airflow, temperature, humidity, etc.) for farmers because these factors are invisible. Recently, Virtual reality technology which allows users to experience various phenomena directly is attracting attention. Virtual reality is very useful technology to visualize airflow and temperature distribution and so on. However, there is no cases applied this technology to agricultural facilities. In this study, research trends of virtual reality in various fields were investigated. In particular, the limitation and possibility of virtual reality technology were analyzed for educating farmers. Finally, the development of virtual reality contents for smart-farm facility were suggested.



가상현실 응용기술의 동향 분석을 통한 국내 시설농업의 교육용 가상현실 활용방안 고찰

김 준규1, 이 인복1*, 윤 광식2, 하 태환1, 김 락우1, 여 욱현1, 이 상연1
1서울대학교 농업생명과학대학 지역시스템공학
2전남대학교 농업생명과학대학 지역·바이오시스템공학

초록


4차 산업혁명과 함께 국내외로 최첨단융합기술이 농업 분야에 적용되기 시작하면서, ICT, 스마트팜 등이 농촌 에 보급되기 시작하였다. 그러나 국내 농촌인구수의 지 속적인 감소, 고령화로 인하여 최신 기술들의 전파에 어 려움이 많은 실정이다. 이에, 다양한 농민 교육 프로그 램이 필요한 가운데, 최근 가상현실 기술이 떠오르면서, 농민교육용 프로그램 개발에 활용을 고려해 볼 수 있다. 현재 가상현실 기술은 교육, 의료, 오락 등 다양한 분야 에 응용되고 있으며, 교육효과의 증진, 경제적인 교육, 위험성 감소 등의 장점을 바탕으로 농업 분야에 접목이 가능할 것으로 판단하였다. 특히, 스마트팜의 경우 내부 의 환경 조절을 위하여 다양한 기술이 집약되어 운영이 되기 때문에, 농민들이 이러한 공기역학적 환경 분포를 이해하는데 가상현실 기술이 매우 효과적일 수 있다. 이 를 위해서는 유동, 온도, 가스 등의 분석 및 측정 결과 를 바탕으로 가시화하는 기술이 필요하다. 현장에서 직 접 환경 요소를 측정하는 것에 한계가 있기 때문에, 최 근 연구가 활발하게 이루어지고 있는 전산유체역학을 통 한 농업시설 내의 환경 분포 및 에너지 부하를 분석결 과를 융합하면 용이할 것으로 사료된다. 또한 농민이 대 상이기 때문에 사용자 편의성을 고려한 인터페이스 구축 이 병행되어야 할 것이다.



    Rural Development Administration
    PJ012038012018

    서 론

    4차 산업혁명이 급속도로 전개되면서, 현대 농업은 선진 국들의 주도하에 기존의 일차적인 생산 전략에서 벗어나 생산 효율을 증가시키는 스마트 농업이 확산되고 있다. 농 업 선진국들의 스마트 농업의 관심이 증가함에 따라, 우리 나라에서도 고품질, 고효율화 지원이 가능한 IT 기반 스마 트 시설농업이 대두되고 있다 (SPRI, 2014). 특히, ‘농식품 ICT 융복합 확산 대책’을 통해 정부에서 2017년까지 2,249억 원의 투자가 이루어진 가운데, 신기술을 바탕으로 농업 생산량에 큰 발전과 더불어 지역 경제의 활성화까지 긍정적인 영향이 기대되고 있다 (SPRI, 2014). 그러나 이 와 같은 고도의 융합기술들이 도입되고 있음에도 불구하 고 농업인 인구 감소 및 고령화는 스마트팜 확산의 걸림 돌이 될 수 있다. 국내 농업인구는 2016년 기준 약 240만 명으로 약 60%가 60세 이상으로 집계되었으며, 농업 인 력 및 농경지는 지속적으로 감소하고 있는 실정이다 (MAFRA, 2016). 고령의 농업 종사자들에게는 스마트팜 운영을 위한 신기술이 익숙하지 않으며, 활용도가 떨어질 수 있다. 기존의 방식에서 벗어나 대형화된 기술집약적인 시설을 관리해야하기 때문에, 올바른 스마트팜 운영 방법 등에 대한 교육이 필수적이다. 또한, 농민들을 대상으로 대형 시설 및 장비 등을 교육하기에는 경제적, 공간적 한 계가 있다. 정부 역시 이와 같은 점들을 파악하고 스마트 팜 교육장 및 현장지원센터를 확대하는 등 농가 대상 교 육을 강화하기로 하였다 (MAFRA, 2016).

    차세대 ICT 기술 중 가상현실 (Virtual Reality, VR)과 증강현실 (Augmented Reality, AR)의 활용 분야가 다양하 고 사용자들의 만족도가 높아 이는 4차 산업혁명을 이끌 어갈 기술로 각광받고 있다 (Shim 등, 2001). 증강현실의 경우, 가상물체를 실제 화면에 겹쳐 보여주는 기술로, 사 용자에게 추가적인 정보를 제공하는 방식이지만, 가상현실 은 인공의 환경에서 사용자가 직접 상호작용하게 된다. 특 히, 가상현실은 증강현실에 비하여 일찍 발전하기 시작하 여, 응용사례가 많고 콘텐츠 개발영역이 넓다. 이에, 매년 가상현실의 이용자 수는 꾸준히 증가하고 있으며, 해외 선 진국에서 개발 및 연구가 활발하게 진행되고 있다. 한편 국내의 경우 여러 산업분야에는 관심을 갖고 개발이 이루 어지고 있으나, 아직까지 농업분야에는 접목한 사례는 극 히 드물며 스마트팜 시설농업의 교육, 컨설팅 등을 위한 개발은 전무한 실정이다. 농업시설에 가상현실을 접목할 경우, 시설 내부 주요 환경요소인 공기 유동 및 공기질에 대하여 더 쉽고 명확하게 이해할 수 있으며, 2차원 단면이 아닌 3차원적 체험 교육이 가능하다. 특히, 4차 산업 혁명 과 스마트팜의 중요성이 대두되고 있는 시점에서 시설농 업 분야에서 이러한 많은 장점이 있는 가상현실을 접목하 는 연구가 이루어질 필요가 있다.

    따라서, 본 연구에서는 국내외 여러 분야에서 가상현 실 접목 사례 및 연구 동향을 분석하고, 특히, 시설농업 의 교육용 프로그램 개발 및 적용에 있어 한계점과 가 상현실 기술의 가능성을 파악하고자 하였다. 이를 바탕 으로 스마트팜 농업시설 교육용 가상현실 콘텐츠의 개발 에 대한 제의를 하고자 하였다.

    재료 및 방법

    1. 가상현실 (Virtual Reality)

    인공적으로 제조된 세계에 몰입되게끔 하는 의미로 가 상현실이라는 용어가 약 30년 전에 Jaron Lanier에 의해 처음 제안되었다 (Wohn, 1997). 그러나 사용자에게 인 위적인 환경을 제공할 수 있는 기술 자체는 이미 존재 해왔으며, 하드웨어기술의 발전 및 콘텐츠의 개발에 따 라 다양하게 응용되기 시작하였다. 이러한 가상현실 체 험 방식은 사용자가 가상의 공간을 체험하는 방식

    에 따라 3단계를 거쳐 발전하였다 (Lee 등, 2016). Fig. 1.과 같이 제 1세대는 4D 스크린을 통한 가상현실 이며 일정 공간에 가상의 이미지를 배치하여 사용자가 체험하는 방식이다. 이후 몰입감을 증대시키기 위한 장 비가 개발되면서, 제 2세대인 HMD (Head-mounted display)와 같이 머리에 장착하는 영상표시 창치를 통해 가상의 공간을 체험하는 방식이 개발되었다. 이는 시각, 청각, 촉각 등을 동작센서를 통해 감지하여, 가상의 공 간을 느낄 수 있도록 발전하게 되었다. 그리고 제 3세대 가상현실은 뇌파연동을 통한 가상현실이다. 영화 ‘매트 릭스’에서 보여주는 가상현실이 제 3세대 방식이며, 두 뇌에 직접 가상현실 정보를 송수신하는 기술로 가장 미 래 기술이라고 볼 수 있다 (Jeong 등, 2017). 하드웨어 및 소프트웨어의 발전으로 인하여, 가상현실 기술은 비 교적 빠르게 발전하고 있으며, 기술의 활용도가 점차 넓 어지고 있지만, 아직까지는 제 3세대 방식의 기술은 현 실적으로 이른 시점이다. 최근 게임 산업에서 대부분 2 세대 방식인 HMD 장비를 사용하고 있으며, 사용자의 몰입도가 높아 2세대 가상현실 기술이 교육용 콘텐츠에 활용하기에 적합하다고 할 수 있다.

    2. 자료 수집 및 분류 방법

    본 연구에서는 Fig. 2.와 같이 국내외 여러 분야에서 가상현실이 활용되고 있는 현황. 기술, 연구 자료 등을 수집하고자 하였다. 이를 바탕으로 각 분야별로 자료를 수집하여 가상현실 기술의 동향을 파악하고자 하였다. 또한 수집된 자료와 기술 현황 분석을 바탕으로 시설농 업 분야에 가상현실 기술의 적용과 한계를 평가하고, 스 마트팜 시설농업의 발전을 위한 농민 교육용 가상현실 콘텐츠의 개발 가능성을 검토하고자 하였다.

    결과 및 고찰

    1. 교육 및 훈련을 위한 가상현실 개발

    가상현실은 가상체험이라는 특징을 바탕으로 여러 분야 에서 복잡한 형상의 이해, 위험한 상황의 간접체험 등과 같이 교육목적으로 활용되어 왔다. 초기 가상현실로 Wickens (1992)는 “field-trip-like” 개념의 가상 실습환경을 제안하였으며, Merwin & Wickens (1991)는 비가시적인 다 양한 물리적 현상을 쉽게 이해할 수 있도록 데이터의 처리 방법 및 구조를 설계하여 가상체험을 구성하였다. Aretz (1991)는 가상공간에 헬리콥터 조종 시뮬레이션 훈련을 시 도하였으며, 이후 더욱 현실감을 위하여 모션센싱 기술의 연구가 활발하게 진행되어 왔다 (Koonce, 1979). 이후, 간 접체험에 기초한 가상현실 형태를 중심으로 교육효과를 증 진하기 위한 콘텐츠를 중심으로 가상현실 소프트웨어 개발 이 시도되어 왔다 (Yallow, 1980; Loftin 등, 1993).

    먼저, 기계 공학 분야에서는 Dede & Fonatana (1994) 는 NASA/Johnson Space Center와 협동 연구로 우주 항 공선의 구조 이해 및 설계를 위한 연구를 수행한 바 있 으며, De Sa & Zachmann (1999)은 자동차의 엔진 구 동시스템을 파악하기 위하여 가상현실 프로그램을 개발 하였다. 또한 토목분야에서는 3차원 구조물 모델링을 통 하여, 학생, 엔지니어 등이 쉽게 이해할 수 있도록 가상공 간 내 구조형상의 변형, 파괴 등의 현상을 모의한 연구가 진행된바 있다 (Sampaio 등, 2010). 이외에도 주조, 금형, 열처리 등 훈련 과정에서 위험성, 장기교육의 어려움, 재 료 낭비, 공간 부족 등의 단점을 극복하기 위하여, 가상현 실 기술을 바탕으로 교육용 시뮬레이터 개발이 제안되어 왔다 (Lee, 2010). 철강 공정 조업 교육을 위하여 가상현 실 시스템을 개발하여 현장과 유사한 환경에서 조업 교육 을 수행할 수 있도록 활용한 바 있다 (Choi 등, 2015).

    최근에는 소방 분야에서 화재 진압용이나 안전 대피 교육용 가상현실이 개발된 바 있다. Han 등(2008)은 터 널 내부의 고립된 환경에서 화재 발생시, 내부 연기의 흐름 등의 수치해석 시뮬레이션을 수행하였다. 해석결과 를 바탕으로 가상현실을 통해 가시화하여 화재 대피 및 진화를 위한 의사결정 정보를 제공하는 시뮬레이터를 개 발하였다. 이후, 일반인을 대상으로 교육용 자료를 제작 하여, 화재진압 연습용 시뮬레이션이 개발되기도 하였다 (Cha 등, 2009; Won & Rhee, 2010). 또한 Choi 등 (2010)은 화재를 재현하고 화재발생 상황을 체험하여 소 방훈련을 수행할 수 있는 가상현실 기반 소방 안전 대 응 훈련 시뮬레이터를 개발한 바 있다 (Fig. 3.).

    이 후, 여러 산업의 전문가뿐만 아니라 일반 학생들을 위한 기초 교육 등을 위한 사용자 중심의 장비 및 콘텐 츠의 개발이 진행되어 왔다. 실제로 학습 장비 및 환경에 따라 학습 효율이 달라지고, 가상현실 기술과 같은 몰입 형 장비를 통해 높은 학습 효과를 볼 수 있다고 밝혀진 바 있다 (Price 등, 2003). Kulik 등 (2011)은 학습자들의 토론효과를 극대화하기 위하여 3D 화면을 여러 사람들과 공유하여 토론을 진행할 수 있는 플랫폼을 개발하였다. Greenwald 등 (2017)은 가상현실을 통해 Fig. 4.의 (a)와 같이 사용자간 상호작용이 가능한 프레임을 활용하여 토 론식 교육을 구현하고자 하였다. 또한 Kim 등 (2008)은 타일드 디스플레이 방식을 이용하여 가상현실 공간에서 여러 명의 학습자로부터 높은 이해도를 끌어내는 시스템 을 개발한 바 있다. 이러한 사용자 편의성을 고려한 장비 들이 출시하면서, 가상체험학습이 각광받기 시작하였고 (Sung 등, 2016), Shim 등 (2001)은 일상적인 경험을 좀 더 풍부하게 하고 안전한 학습 환경을 제공하기 위해 가 상현실을 활용할 것을 제안하였다. Kim (2002)은 웹기반 가상현실 기술을 활용하여 온라인 지구과학 체험 학습을 가능하도록 하였다. Jin 과 Lee (2009)는 조선시대 마을 의 거주 공간 및 자연환경을 사이버 공간에 재현하여 교 육용 체험 프로그램을 개발하였으며, Ryu 등 (2009)은 가상현실 기술을 활용하여 역사학습 요소로 경험학습을 위한 학습 콘텐츠를 개발한바 있다 (Fig. 4. (b)).

    2. 게임 산업과 가상현실 장비의 발전

    게임용 디바이스와 네트워크가 급속하게 진보와 더불 어 IoT(사물인터넷)가 점점 현실화 되면서 가상현실용 게임이 각광받기 시작하였다. 특히, 게임 강대국인 일본에 서 가상현실 게임들이 개발되기 시작하였으며 (Kodama 등, 2017), 우리나라에서도 게임 산업에서 가상현실 기 술이 급속도로 전파되어 수백 개의 콘텐츠들이 개발되어 왔다. 신기술 접목이 가장 활발한 융합산업인 게임분야에 정부에서 2016년도 519억 원을 투자하였으며, 향후 3년간 1,557억 원을 투자하겠다고 밝힌바 있다 (KOCCA, 2017). 특히 국내 가상현실 게임과 관련된 저작권은 수백 건에 달하며, 관련 기술 특허에는 온도실감형 가상현실, 다중 사격 훈련 게임, 태권도 겨루기, 가상현실 연동 자전거, 가변성 공간 시뮬레이션 등으로 현재까지도 꾸준히 증가 하고 있는 추세이다 (KIPRIS, 2017). 2세대 방식인 HMD 장비들을 기반으로 이미 수많은 게임들이 출시하 였으며, 국내에서 가상현실 체험 시설들이 늘어나고 있 다. 이와 같이 수많은 가상현실 게임이 게임 시장에 활 성화되기에 앞서 대부분의 상업용 게임은 초기에 콘텐츠 의 시나리오 및 그래픽 효과와 사용자 접근성 및 편의 성을 향상시키기 위해 발전되어 왔다. Fig. 5.와 같이 Yong 등 (2006)은 손가락 진동 촉감 제시 장치와 위치 방향센서를 개발하고, 가상현실 내에서 손가락으로 비눗 방울을 터뜨리는 체험을 구현하였다. 이외에도 온도, 청 각, 바람 등 다양한 물리적 현상을 가상현실 내에 구현하 는 시도가 이루어져 왔다 (Hong, 2014). Park 등 (2010) 은 타일드 디스플레이 기반의 가상현실 게임을 개발하여 게임에 더 몰입할 수 있도록 플랫폼 구성을 시도하였다. Kim 등 (2005)은 노인들이 가상현실 게임을 쉽게 이용할 수 있도록 인터페이스를 단순하게 개발하여 집중력을 향 상시키는 효과를 확인하였다. Bae & Kim (2015)은 사람 들이 즐기는 여가 생활과 ICT 트렌드를 분석하여 사회적 특성과 다양한 연령대를 고려한 가상현실 콘텐츠를 제안 하였다. 이와 같이, 현실감을 높이는 기술연구 뿐만 아니 라 사용자의 편의성으로 고려한 콘텐츠 구성을 중심으로 활발하게 개발되면서, 소비자층이 넓어지게 되었다.

    3. 의료 및 기타 산업 분야 적용 사례

    의료분야에서는 생체정보모니터링, 바이탈싸인기술, 근거중심의학 등 가상현실을 활용하여 차세대 의료 영 상 기술들이 개발이 기대되고 있다. 초기에는 의과 학 생들의 수술 실습 및 훈련을 위해 가상현실이 활용되어 왔다. 의사들은 수술 전에 충분한 숙지가 필요하며, 수 많은 사전 예행연습이 요구된다. 하지만, 실습을 수행하 기에 시간·비용이 많이 든다 (Bell, 2007; Long, 2000). 뿐만 아니라 기존의 방식인 시체를 통한 수술 실습은 인간의 존엄성에 대한 논란이 많으며, 학생 개개인이 반복학습을 수행하는데 수많은 제한이 따른다. 이에 여 러 의과대학 및 의료 기관에서 모형을 통해 수술 실습 을 진행하거나, 부분적으로 시뮬레이션을 통해 훈련이 진행되어 왔다 (Hyun 등, 2014; Kang 등, 2016; Matzke et al., 2017). 또한 Fig. 6.과 같이 x-ray나 방 사선 장비의 경우 방사능 노출의 위험성 때문에, 가상 현실 장비를 활용하여 사고를 방지할 수 있다 (Gunn et al., 2017). Shanahan (2016)은 의과대학 학생들이 방사선 사진을 직관적으로 이해하기 어렵기 때문에 가 상현실을 이용하는 것을 제안하였다. 방사선 사진이나, 복잡한 의학정보데이터들은 가상현실을 활용할 경우, 의사들뿐만 아니라 환자, 보호자에게도 정보를 제공하 는데 용이할 것으로 판단된다. 또한 환자들을 위한 재 활훈련 및 체계적인 진단을 위하여, Kim 등 (2005)은 가상현실을 이용하여 노인의 인지기능 훈련효과를 분석 한 바 있으며, 재활환경 제공을 위한 연구가 진행되어 왔다 (Fig. 7. (a)).

    이외에도 다양한 산업분야에서 가상현실을 활용한 상 품 및 콘텐츠들이 개발되어 왔다. Choi 등 (2015)는 가 상 비행시뮬레이션 체험 장비를 개발한 바 있으며 (Fig. 7. (b)), 휴식제공 상품에서 HMD 기기를 활용하여 가상 현실 공간에 숲, 바다와 같은 자연을 체험할 수 있도록 제공하는 장비가 개발된 바 있다 (Nomura & Sawada, 1999). 또한 Park (2003)은 CAVE 시스템 기술을 이용하 여 국내 문화재 불국사와 석굴암의 디지털 복원을 진행 한 바 있다. 가상현실을 활용한 복원 기술은 실제 복원 을 실행하기에 앞서 평가를 할 수 있는 장점이 있어, 불 필요한 경제·시간 손실을 줄일 수 있다. 이 후, 가상현실 복원 기술을 바탕으로 훼손되어진 문화재, 유적지, 멸종 위기의 동식물 등의 복원이 수행되어왔고, 보존가치가 있는 대상에 대한 새로운 기록 및 보존 방식으로 평가 된바 있다 (Lee & Park, 2008).

    4. 농업 분야 적용 사례

    농업분야에서 가상현실 기술 활용을 위한 기초 연구 및 응용 가능성을 평가하고, 제안하고 있으나, 다른 산 업분야에 비하여 가상현실 콘텐츠의 개발 사례가 미흡한 실정이다 (Yu 등, 2014; Zang 등, 2017). 일부 동물의 행동 특성 분석, 중규모의 지역 및 농기계 활용교육에 대하여 접목을 시도해 왔다.

    Sakuma (2002)는 수컷 누에나방의 냄새에 따른 행동 특성을 분석하기 위하여 고속카메라를 활용한 3차원 디 지털 영상 추적 장치를 개발한바 있다. 냄새로 이루어진 가상의 환경에서 누에벌레의 행동을 측정하는 간접적인 가상현실 기술이다. 또한 농촌 지역을 대상으로 중규모 의 지형에 대한 분석을 위한 가상의 3차원 모델링 및 시뮬레이션 연구는 다양하게 진행되어 왔다 (Naylor, 1995; Brown 등 1995; Moller & Haines, 1999). 이를 응용한 사례로 Kuo 등 (2004)은 3차원 모델링 및 해석 결과를 바탕으로 대만의 습지 관리, 보호를 위해 습지의 작물 성장 효과를 가시화하여 가상환경 체험 시스템을 개발한 바 있다. 최근 농업기계 장비 운전 교육 시뮬레 이터가 개발되었으며 (Zang 등, 2017), Fig. 8.과 같이 모니터를 통한 훈련은 실내 공간적 한계와 운전자의 몰 입감이 떨어지는 문제가 있어, HMD 장비를 활용하여 모의 운전조작 장치를 개발한 바 있다 (Kim 등, 2015; Kim 등, 2017).

    한편, 중국에서 가상의 농지 설계, 농업 토지 정보 시 스템 활용 등 다양한 농업분야 IT와 가상현실 기술의 접목을 통한 디지털 농촌 관리 시스템, 농촌 관광 자료 등의 활용이 제안되고 있다 (Yang 등, 1999; Zhu, 2004). 또한 ICT 신기술과 함께 농업 생산, 연구, 교육, 작물, 병해충, 농기계 등 다양한 분야에서 연구들이 이 루어져 왔지만, 농민들이 이러한 결과물들을 쉽게 활용 하지 못하고 있기 때문에 접근성 및 활용성을 위하여 가상현실 기술이 관심을 받기 시작하였다 (Wang 등, 2000; Yu 등, 2014).

    5. 스마트팜 시설농업의 가상현실 기술 적용

    5.1. 시설농업 교육의 한계점

    최근 국내에서도 ICT, 인공지능, 가상현실 및 증강현 실 등 혁신적인 기술을 도입하고 개발하고자 관심이 늘 고 있다. 이러한 4차 산업혁명 기술이 농업의 각종 어려 움을 극복하고 농업 발전에 큰 도움이 될 것은 분명하 나, 새로운 IT 기술과 장비들이 도입되어도 실제 현장에 정착하는데 매우 많은 시간이 필요할 것이다. 스마트팜 은 기존의 경험적이고 관습적으로 운영하던 농업방식과 는 다르며, 적은 인력으로 대형 시설을 운영하기 위해서 는 기술집약적인 장비들이 투입되기 때문이다. 특히, 인 구의 도시 밀집현상으로 인하여 농촌의 인력이 부족하고 고령화로 인하여 농민들이 스마트팜의 신기술을 접하기 위한 정보와 경험이 부족한 실정이다. 또한 국내 농가는 영세소농 중심의 농가구조로 이루어져 있지만, 전체 농 가수의 약 10%가 대량생산을 통해 대부분의 농업 생산 량에 기여하고 있으며, 경지규모 5ha이상의 농가, 판매 금액 1억 원 이상의 농가 등이 점차 증가하고 있는 추 세이다. 따라서 이러한 혁신형 강소농들에게 ICT, 스마 트팜 정착을 위한 대책이 필요하다고 볼 수 있다 (KREI, 2017). 정부차원에서 농촌에 스마트팜 보급을 위 한 교육 체계를 정립하기 위하여 많은 시스템을 구축해 왔지만, 신기술의 발전 속도에 비하여 농민들에게 보급 되는 속도는 뒤쳐지고 있다.

    또한 스마트팜에 투입되는 막대한 장비들은 농민들에 게 소개하거나 교육을 시키기에 공간적, 시간적 한계가 많다. 실제 다수의 농가에서 시설 운영 노하우가 노출을 꺼려하며, 전염병 전파의 우려가 있어 시설농업 교육 및 컨설팅을 위한 외부인의 출입에 예민한 실정이다. 특히 시설 내부의 환경 분포는 공기 유동에 지배적이기 때문 에 공기 유동을 정확하게 이해해야하지만, 공기는 눈에 보이지 않아 농민들이 이해하는데 많은 어려움이 따른다. 이에, 농민들이나 컨설팅 전문가들이 시설의 적정 환경 조절을 위한 다양한 시도가 어려워 원활한 운영을 위한 교육 및 대책이 필요한 시점이다.

    온실이나 축산시설에서 온도, 습도, 바람과 같은 환경 요소를 적절하게 유지하지 못하는 문제점들과 (Gilkeson 등, 2016; Renaudeau 등, 2011), 공기 중의 분진과 같은 입자를 통해 바이러스와 같은 질병 요인들이 전파되는 문제점들이 제기되고 있으며, 시설 내 공기질에 대한 연 구들이 꾸준히 진행되어 왔다 (Hong 등, 2017; Kim 등, 2017; Park 등, 2017; Kwon 등, 2016; 2015; Seo 등, 2014; Brown-Brandl 등, 2004; Ni 등, 1999). 이러한 시 설 내부의 환경 분포에 대한 연구는 국·내외적으로 활발 하게 이루어지고 있으나, 농민들이 환경 요소를 측정하 고 분석하여 막대한 데이터를 활용 및 제어하기에 어려 움이 따른다. 따라서 최신 IT 기술과 융합된 농업용 장 비, 시설의 운영, 내부 환경 조절을 위해서는 이에 상응 하는 적절한 교육이 이루어져야 한다.

    5.2. 가상현실을 통한 농업시설 운영 교육 방안

    앞서 분석한 결과처럼 가상현실 기술이 급속도로 성장 하면서, 교육, 오락, 의료 등과 같이 다양한 산업분야에 서 가상현실 기술을 접목한 콘텐츠 개발이 활발하게 이 루어지고 있다. 가상현실의 활용 사례를 살펴보면 다음 과 같은 장점들을 도출 할 수 있다. 교육 분야에서 활용 되는 가상현실 콘텐츠들을 통해 사용자들에게 교육효과 가 뛰어나다는 점, 오락분야에서 가상현실 사업이 활성 화 되면서 현실감과 몰입감을 위한 가상현실 기술의 발 전이 이루어졌다는 점, 의료 및 기타산업분야에서 현실 에서 접하기 어려운 환경을 간접적으로 체험할 수 있어 경제적이라는 점 등을 들 수 있다.

    이러한 적용 사례를 통해 농업분야에서도 농민 교육을 위한 가상현실 콘텐츠의 활용을 고려해 볼 수 있다. 농 업분야에서 장비의 특성이나, 교육 목적에 따라 어떠한 가상현실 구현 방법이 적합한지 파악해 보았다. Brill (1993)이 제안한 가상현실의 특성으로, 가상현실을 통하 여 사용자가 체험하는 방식은 1) 몰입형 인터페이스- HMD, 디스플레이, 바디슈트, 3차원 입체음향 등, 2) 캡 시뮬레이터-가상현실 장비에 탑승, 3) 스크린 디스플레이 -조이스틱, 3차원 조작기계, 4) 미러월드-사용자의 형상 을 화면에 복제하여 자신을 바라보는 형식, 5) Waldo 월드- 원거리 원격체험방식, 6) CAVE- 3D 프로젝터 영상 체함관 및 스테레오 음향 등으로 구분할 수 있다.

    최신 농업용 장비는 실제로 농민이 기계장비를 안전하 게 체험하고 어려운 조작방식을 쉽게 이해할 수 있어야 한다. 따라서 캡 시뮬레이터, 스크린 디스플레이, CAVE 방식과 같이 실제 장비와 동일한 모형이 만들어지고, 실제 사용하는 것처럼 체험을 유도해야 한다. 이는 장비 사용법 을 이해하기 쉽고, 농민들이 기계를 사용하면서 실제 사고 발생, 오작동 등의 상황을 사전에 쉽게 숙련할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 대형 장비를 일정 공간 내에서 교육이 가능하기 때문에 공간을 절약할 수 있다.

    스마트팜 시설을 운영하는데, 시설 내 환경 조절을 위 하여 여러 가지 공학적 분석을 바탕으로 내부 환기시스 템, 냉난방시스템, 구조시스템 등이 운영이 된다. 가상현 실은 바람의 흐름, 온도, 습도, 가스 등의 데이터를 바탕 으로 환경요소의 분포를 쉽게 가시화 할 수 있는 장점이 있다. 특히 몰입형 인터페이스, 스크린 디스플레이 등의 가상현실 구현 방법을 활용하여, 내부 환경 요소들을 가 시화 하면, 농민들이 직접 체험하여 이해할 수 있다.

    또한 온실 및 축산시설은 운영이 잘못될 경우 시설 내 부 열악한 환경이 조성될 수 있으며, 축산시설의 분진, 악취, 유해가스 등이 내부에 축적되어 작업자 및 가축들 에게 피해를 줄 수 있다. 이에 HMD, 스크린 디스플레 이 등의 가상현실 기술을 통하여 내부 환경을 쉽게 이 해할 수 있으며 분진이나 가스의 거동을 쉽게 파악하고, 유해가스에 노출되지 않고 문제점을 파악하여 대처할 수 있다는 장점이 있다.

    이와 같은 디스플레이형 가상현실이나 몰입형 가상현 실 기술을 적용하기 위해서는 사전에 농업용 장비, 시설 구조 및 환기시스템의 3차원 모델링이 이루어져야 하며, 특히 시설 내의 환경 요소를 가시화하기 위해서는 내부 환경 요소 데이터의 분석 및 구축이 필수적이다. 이러한 데이터를 분석하기 위해서 현장에서 센서를 통하여 직접 측정할 수 있으며, 최근에는 Fig. 9. (a)와 같이 국내·외 로 시설 내 환경요소에 대한 분석을 위하여 현장실험뿐 만 아니라 전산유체역학 분석 및 연구가 활발하게 진행 되고 있다 (Hong 등 2017; Kim 등, 2017; Yeo 등, 2016; Ha 등, 2015; Lee 등, 2013; Gilkeson 등, 2016; Renaudeau 등, 2011;). 이러한 분석 결과들은 가상현실 기술을 통하여 환경 요소들을 가시화하면 농민들이 더 쉽고 명확하게 이해할 수 있으며 이를 바탕으로 시설 환 경 관리 조절에 도움을 줄 수 있다 (Fig. 9. (b)). 물론, 가상현실의 복잡한 인터페이스는 익숙하지 않은 사용자 들에게 활용도가 떨어질 수 있기 때문에, 편의성, 접근 성이 고려된 인터페이스도 함께 개발되어야 한다. 나아 가 실제 농가에서 운영하는 농업 시설과 매우 유사한 가상공간을 설계하여, 사용자들에게 실감나는 체험을 제 공할 수 있을 것이며, 새로운 스마트팜의 기술들이 활용 될 수 있도록 사용자들이 체험을 통해 기존의 시설 운영 의 문제점을 발견하여 생산성 향상을 위한 개선 방안을 이해하는데 큰 도움이 될 수 있을 것이다. 또한 귀농, 귀 촌자들에게 농업 기술 및 정보를 제공하고, 안정적으로 농업에 정착할 수 있도록 기여할 수 있을 것이다.

    사 사

    본 논문은 농촌진흥청 공동연구사업 (과제번호: PJ012 038012018)의 지원에 의하여 이루어진 것임.

    Figure

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    Characteristics of Virtual reality generation (Jeong et al., 2017).

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    Application of virtual reality technology in various fields.

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    Training simulator for fire and car accidents using virtual reality (Cha et al., 2009; Won & Rhee, 2010; Choi et al., 2010).

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    (a) Users discussing details of their materials using a box-shaped cross section view (Greenwald et al., 2017), (b) Educational contents of historical information using VR (Ryu et al., 2009; Jin & Lee, 2009).

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    (a) Stereo vision game (Yong et al., 2006) and (b) electric car driving game using VR (Kodama et al., 2017).

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    Convenience of understanding medical information data based on Scaphoid imaging technology using VR simulation (Gunn et al., 2017).

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    (a) Application of VR in robotic surgery systems (Kim, 2005) and (b) VR flight simulation using VR equipments (Choi et al., 2015).

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    Operation interface of virtual experience for (a) driving simulation (Zang et al., 2017) and (b) agriculture mechanics (Kim et al., 2015).

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    (a) CFD simulation result of environment distribution in agriculture facilities (Lee et al. 2017; Kim et al., 2016) and (b) development of VR simulator for educating farmers (Kim et al., 2017).

    Table

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