1.서 론

세월호 사고 이후 우리나라에서는 선원들과 관련 종사자 뿐만 아니라 일반 국민들도 해양안전에 대한 관심이 증대 되고 있다. 그 예로 학교 및 해양관련 단체에서는 대국민 해양안전의식 고취를 위해 다양한 해양안전교육을 실시하 고 있다(KMF, 2016). 대표적으로 초등학교 체험학습 프로그 램에 수영교육을 추가하였으며 한국해양재단 등 에서는 일 반국민들을 대상으로 특강을 실시하고 있다. 하지만 해양 에서 사고가 발생한 경우 생명을 지키기 위한 선원들의 역 할에 대한 중요성은 강조하지 않을 수 없다. 세월호 사고 에서 보는 바와 같이 해양사고 시 선원들의 잘못된 비상조 치는 승객의 생명을 지킬 수 없음을 확인하였다. 비상상황 에서의 신속한 대응은 반복적이고 정확한 교육훈련이 필요 하다. 현재 교육훈련 시스템은 이론교육 후 실습수업을 실 시하는 2단계 교육이다. 이 연구에서는 현재의 교육훈련 방법에 가상현실을 이용한 시뮬레이션 기법을 추가한 3단 계 기법에 대해 고찰하고자 한다. 이렇게 3단계로 교육훈 련을 실시할 경우 실제 훈련 전 가상으로 먼저 시행함으로 서 실습교육에 빠른 적응이 가능할 것이다. 특히, 실제 훈 련에서는 수행하기 곤란한 긴급상황대처훈련 및 다양한 시 나리오에 의한 반복훈련이 가능하며 훈련 종료 후 사후 강 평을 통한 평가를 통해 실수를 줄이 수 있어 교육훈련의 효율성 향상에 도움이 된다. 또한, 현재 인적, 물적 여건상 교육생들에게 많은 실습시간 부여 및 소수인원으로 구성된 실습교육이 곤란한 상황이나 시뮬레이션 기법이 도입될 경 우 실습 전 숙달된 능력으로 실습교육의 빠른 진행으로 많 은 실제 실습교육 수행이 가능할 것이다. 이러한 이유로 이 연구에서는 해양안전훈련 중 개발된 가상현실기법을 통 한 3차원 소화훈련 시뮬레이터 개발에 대해 고찰하고자 한 다. 현재 퇴선훈련과 관련된 시뮬레이터는 개발 중에 있어 차후 연구에서 기술하고자 한다.

2.해양안전교육(소화 및 퇴선) 관련 기준

해양안전교육의 소화 및 퇴선훈련은 SOLAS 규정에 의거 여객선은 10일, 상선은 매월 1회 실시하고 있다(KR, 1998). 특히, 퇴선훈련은 3개월마다 구명정을 바다에 직접 진수하 여 구명정운영교육을 실시하도록 하고 있다. 국내선을 제 외하고는 국제항해에 종사하므로 선박의 훈련에 대한 규정 은 거의 모든 국가에서 국제해사기구에서 발행하는 IMO model course를 따르고 있다(IMO, 2016). 즉, 거의 모든 나라 에서 거의 유사한 교과목 및 시간으로 운영되고 있다. 안 전교육은 모든 선원들이 공통으로 받아야 하는 기초안전교 육과 사관들이 받아야하는 상급안전교육으로 나누어진다. 표로 자세히 정리하면 Table 1과 같다.

그리고 Table 2와 3은 기초교육에 대한 IMO model course 를 상세히 정리한 것이다. Table 2는 IMO Model Course 1. 19로 해상에서의 개인 생존 기술에 대한 교육내용 및 시간 이다.

Table 3은 IMO Model Course 1. 20으로 화재방지 및 소화 훈련에 대한 교육내용 및 시간이다.

3.개발 배경

3.1.개요

해양사고 발생 시 정확하고 신속한 비상조치는 인명안전 에 필수적이다. 이러한 이유로 SOLAS 및 STCW 등에서는 선원들의 교육훈련을 강제적으로 실시하도록 규정하고 있 다. 비상상황에서 선원들이 신속하고 정확하게 대처하기 위해서는 반복훈련이 필수적이다. 2010년 STCW 마닐라 협 약에서 안전재교육이 강제화되고 2012년 7월 1일 발효 및 2017년 1월 1일 전면 시행됨에 따라 교육인원의 증가가 예 상된다. 우리나라 선원법에 안전교육 주요 개정 내역은 2009년 7월 1일 상급안전재교육의 유효기간을‘5년’에서‘없 음’으로 개정하였다. 그리고 2015년 1월 6일 선원법 시행규 칙의 안전교육에 관한 법령을 기초 및 상급안전재교육의 교육 면제 조항 삭제하고 교육의 유효기간을 5년으로 명시 하여 개정하였다(NLIC, 2016). 또한, 2010년 STCW 마닐라 협약에서 안전재교육이 강제화되고 2012년 7월 1일 발효 및 2017년 1월 1일 전면 시행됨에 따라 이러한 법 개정은 안전교육 대상자의 증대원인이 되었다. 2015년 한국해양수 산연수원 연구과제『안전교육 운영 적정성 확보에 관한 연 구』에 의하면 향후 5년간 안전교육과정별 교육 수요 인원 은 Table 4와 같다(KIMFT, 2015). 즉, 교육을 수행할 수 있 는 기관이 거의 없어 교육인원의 폭주가 예상되며 이는 교 육훈련 효율성 저하로 나타날 수 있다.

3.2.소화훈련 시뮬레이터 활용의 예

Cho and Lee(2016)의 연구에 의하면 소화훈련의 교육만족 도 저하 요소를 첫째, 피동적 교육 참여, 둘째, 시나리오 중심의 종합소화교육 부재 그리고 셋째는 개인별 실습시간 부족을 지적하고 선박소화 훈련에 시뮬레이터 도입을 제안 하였다. 현재, 우리나라에서 국제기준에 적합한 선박 소화 훈련을 수행할 수 있는 기관은 한정되어 있어 인적, 물적 자원의 부족으로 인해 적극적 실습교육이 곤란한 상황이 다. 이러한 상황을 해결하기 위해 다른 실습교육에서도 시 뮬레이션을 이용한 교육이 활발하게 수행되고 있다. 그러 나 우리나라의 해양안전교육(구명정운용교육 및 소화훈련) 에서는 시뮬레이터를 이용한 훈련을 실시하고 있지 않다. 그러나 육상의 경우 화재체험 및 지휘관교육용으로 활용되 고 있다. 외국의 경우 네덜란드의 V-STEP사에서 계발한 AFF 시뮬레이터(Advanced Fire Fighting Simulator : AFF)가 있 으며 소방관들의 교육훈련에 사용되고 있다. 우리나라의 경우 중앙소방학교에서 소방지휘관을 대상으로 시뮬레이터 를 이용한 훈련을 실시하고 있다.

4.개발 방법

현재 교육훈련 시스템은 이론교육 후 실습수업을 실시하 는 2단계 교육이다. 이 연구에서는 Fig. 1에서 보는바와 같 이 현재의 교육훈련방법에 기상현실을 이용한 시뮬레이션 기법을 추가한 3단계 기법에 대해 제안하고자 한다.

이렇게 3단계로 교육훈련을 실시할 경우 실제 훈련 전 가상으로 먼저 시행함으로서 실습교육에 빠른 적응이 가능 할 것으로 판단되며 실제 훈련에서는 수행하기 곤란한 긴 급상황대처훈련 및 다양한 시나리오에 의한 반복훈련이 가 능하다. 또한, 실습 전 숙달된 능력을 바탕으로 실습교육의 진행 속도를 증가시켜 많은 실제 실습교육을 수행할 수 있 어 교육훈련 효율성이 증대 될 것으로 판단된다. 이러한 해양안전훈련의 효율성을 증대시키기 위하여 이 연구에서 는 시뮬레이션기법 즉, 가상현실기법을 통한 3차원 소화훈 련 시뮬레이터 개발에 대해 고찰하고자 한다.

가상현실기법을 통한 3차원 소화훈련 시뮬레이션은 Microsoft .NET Framework 4.5.2의 최신 개발 Framework 기반으로 개발 하였다. 실습 교육자에게 반응성을 유지하면서 사용자 컴 퓨터의 성능을 극대화하기 위해 여러 실행 스레드(thread)를 사용하였으며 사용된 비동기 패턴으로는 APM(Asynchronous Programming Model)과 EAP(Event-based Asynchronouse Pattern Instructor)로서 이를 접목하여 개발하였다. Fig. 2는 Microsoft .NET Framework 4.5.2의 최신 개발 Framework를 도식으로 나 타낸 것이다.

Instructor System은 .Net 개발 환경의 모체가 되는 통합 개 발환경(IDE: Integrated Development Environment)에서 RAD (Rapid Application Development)툴을 사용하여 Microsoft .NET Framework 기반의 C# 언어로 작성하여 개발하였다(McConnell, 2003; Leffingwell, 2007). 그리고 개발내용은 Mediator Pattern 을 적용하여 모든 클래스간의 복잡한 Logic을 캡슐화하여 하나의 클래스에 위임하여 처리하는 Pattern M:1의 관계를 사용하여 복잡도를 감소시켜 유지보수 및 재사용 효율적 확 장성을 고려하여 설계하였다(Norvig, 1998). Fig. 3은 Crew class design pattern을 도식으로 나타낸 것이다.

그리고 3D Visual System의 개발은 2D/3D Multi Platform Game Development 및 Interactive Contents Development Engine 툴을 사용하여 Microsoft .NET Framework 기반의 C# 언어로 작성하여 개발하였다. 그리고 개발내용은 통합 모델링 언 어(UML) 기반의 다이어그램을 활용하여 소프트웨어 클래 스 다이어그램 및 시퀀스 다이어그램을 작성하였다(Booch et al., 2000). Fig. 4는 사용자 정의사항 및 개발내용을 도식 화한 것이다.

개발된 소화훈련 시뮬레이터는 실제 상황 및 훈련에서 적 용 가능한 각종 변수를 적용하여 사실성을 강화하였다. 적 용 가능한 변수로는 날씨와 시간대, 화재의 종류 그리고 확산에 가장 중요한 요인인 풍향 및 풍속 등이다. 풍향의 경우 0°에서 360°까지 1°간격으로 설정할 수 있으며 풍속은 Beaufort 풍력 계급표에 따라 설정 할 수 있다. 즉, 다양한 환경의 시나리오를 작성하여 교육훈련이 가능하도록 제작 되었다. Fig. 5는 실제 교육생들의 개인별 임무에 따른 훈 련을 실시하고 그 상황을 교관이 제어하는 화면이다.

Fig. 6은 소화작업이 실패했을 때의 상황을 고려한 퇴선 훈련 장면이다.

또한, 개발된 시뮬레이션 프로그램은 실제 훈련에서는 곤란한 훈련상황 저장 및 재생 기능이 있어 사후 강평으로 훈련의 효과를 증대하도록 하였다. Fig. 7은 소화훈련 시뮬 레이터를 이용한 교육훈련 흐름도이다.

또한, 훈련 효율성 증대와 실제 상황에서의 대응력을 높 이기 위해 팀 훈련이 가능하도록 개발되었다. 팀 훈련은 일반적으로 RPG(Roll Play Game: 역할 수행 게임) 개념으로 훈련에 참가하는 팀원들이 같은 시나리오 공간에서 개인별 역할을 수행하도록 하도록 하여 주어진 과제를 협업을 통 해 풀어나가도록 하는 것이다. Fig. 8은 개발된 프로그램상 의 팀 훈련을 모습으로 Lobby는 훈련 항목을 선택할 수 있 는 네트워크상의 공간이며 Room은 팀 훈련을 위한 네트워 크 구성 및 훈련 정보를 확인하는 모듈이다. 그리고 Loading은 모든 교육생들의 훈련을 위한 사운드나 맵 정보 등 환경정보를 로드한다. 즉, 훈련은 Lobby 및 Room에서 미리 설정한 환경에서 진행되며 네트워크 서버를 통한 Framework 기반의 Packet을 활용하여 Broadcast 방식으로 각 교육생의 데이터를 동기화 한다(Jeffrey richter and Nasarre, 2008).

Fig. 9는 Network Server팀 훈련의 네트워크 구조를 설계 시 데이터전송에 부하가 걸리므로 각 훈련내의 데이터는 P2P 모듈을 활용하여 구성하며, NAT(Network Address Translation) 으로 인해 막혀있는 Port를 네트워크 패킷이 전송될 수 있 도록 Hole Punching Process를 접목하여 네트워크 서버를 구 성한다. 또한, 각 접속 Peer간의 데이터 손실이 발생할 수 있으므로 데이터 손실을 보완하기 위해 Reply Server를 활 용하여 데이터손실을 방지한다.

5.결 론

해양사고 발생 시 원인을 신속하게 파악하고 가장 효과 적인 대처방법을 통한 비상조치는 인명 안전에 필수적이 다. 이러한 이유로 선원들의 비상상황대처능력 향상을 위 한 실제적 반복훈련은 반드시 필요하다. 그러나 실무 훈련 기관에서는 적정 교육인원의 수용, 훈련장비의 부족 그리 고 시간적 제약 등으로 인해 모든 교육생에게 많은 기회가 부여되는 실제적 훈련은 곤란한 실정이다. 이 연구에서는 해상안전교육 중 소화훈련의 효율성을 증대시키기 위한 방 법으로 현재의 이론교육 후 실제훈련을 실시하는 2단계 교 육에 이론 교육 후 시뮬레이션 기법을 통한 개인별 임무 숙지가 가능한 이미지트레이닝교육을 추가한 총 3단계 교 육훈련을 제안하였다. 이를 위해서는 가상현실 기법의 시 뮬레이터가 필요하므로 이 연구에서는 개발방법 및 간단한 사용 예를 기술하였다. 이러한 시뮬레이션 기법이 추가될 경우 이론교육으로 얻어진 지식을 바탕으로 실제 훈련 전 가상으로 훈련을 시행함으로서 실습교육에 빠른 적응이 가 능하여 실제 실습시간을 단축하여 시나리오별 개인 실습시 간이 증대될 것이다. 이로 인해 절약된 교육시간은 반복훈 련 및 긴급 상황별 대처훈련이 가능하여 교육훈련의 효율 성이 증대될 것이다. 단, 우리나라에서는 시뮬레이션 기법 이 해양안전 훈련에 적용된 예가 없기 때문에 향후 적용될 경우 비교분석을 통한 효율성 확인이 필요할 것이다.