Research Article

Journal of Construction Automation and Robotics. 30 December 2024. 6-13
https://doi.org/10.55785/JCAR.3.4.6

ABSTRACT


MAIN

  • 1. 서 론

  •   1.1 연구의 배경 및 목적

  •   1.2 연구의 범위 및 방법

  • 2. 문헌 고찰

  •   2.1 혼합현실 4D 시뮬레이션의 필요성

  •   2.2 혼합현실 4D 시뮬레이션 구현의 한계

  • 3. 시스템 개발

  •   3.1 시스템 개요

  •   3.2 시스템 구현

  • 4. 고 찰

  • 5. 결 론

1. 서 론

1.1 연구의 배경 및 목적

BIM(Building Information Modeling)은 시설물의 설계, 시공, 유지관리 등 전 생애주기를 다루는 3차원 객체 기반의 설계 방식으로, 설계에서 발생하는 방대한 데이터를 통합하여 프로젝트 참여자 간의 효율적인 의사결정을 지원한다(Eastman, 2011). 기존에는 시설물 설계 과정에서 2차원 기반의 CAD를 사용하여 평면도와 입면도를 작성하였으나, 이러한 방식은 설계 정보의 상호연계성을 충분히 반영하지 못하는 한계가 있었다. BIM을 통해 생성된 3차원 도면은 설계 정보를 입체적이고 직관적으로 표현함으로써 초기 설계 단계에서 오류를 발견하고 수정하는 데 유리하며, 공정 지연을 최소화하고 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다(Chu, 2012; Jafari et al., 2021; Honnappa and Padala, 2022). 더 나아가, BIM은 4D 시뮬레이션(시간 요소를 포함한 3D 모델)과 결합하여 프로젝트의 시공 과정 시각화를 가능하게 하며, 이를 통해 프로젝트 관리 효율성을 강화할 수 있다.

최근에는 BIM 3차원 모델에 시간 요소를 결합한 4D BIM이 주목받고 있다. 4D BIM은 건설 프로젝트의 진행 과정을 시간 순서대로 시각화함으로써 공정 계획의 최적화, 자원 할당의 효율화, 그리고 잠재적 충돌 및 문제점의 사전 식별을 가능하게 한다. 이를 통해 복잡한 건설 과정을 더 쉽게 이해하고 관리할 수 있어 프로젝트의 성공 가능성을 높이는 데 기여할 수 있다(Wang et al., 2014; Riexinger et al., 2018).

이와 함께 혼합현실(Mixed Reality, MR) 기술은 현실 세계와 가상의 객체 융합하여 사용자가 실시간으로 상호작용할 수 있는 환경을 제공하며, 건설산업에서 BIM 데이터를 혼합현실 환경에 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다(Carrasco and Chen, 2021). 이러한 기술을 통해 시공 과정의 이해를 돕고, 설계 및 시공 단계의 오류를 줄이는 데 활용되고 있다. 특히 혼합현실 환경에서 4D 시뮬레이션을 구현하면 설계 및 공정 데이터를 통합적으로 관리하고 시각화하는 데 활용할 수 있다.

하지만 혼합현실에서 BIM 데이터를 효과적으로 활용하기 위해서는 기술적인 이슈가 있다. 첫째, BIM 도면 작성 프로그램의 파일 형식은 일반적으로 게임엔진(예: Unity)에서 바로 지원되지 않기 때문에 파일 형식 변환이 필수적이다(Zhao et al., 2019; Huang, 2022). 둘째 OBJ와 같은 텍스트 기반 파일 형식은 BIM 객체를 개별적으로 분리하여 조작하기 어려워, 시뮬레이션에서 시간대별로 특정 객체를 시각화하는 데 한계가 있다. 이로 인해 건설 프로젝트의 시간에 따른 동적 변화 시뮬레이션이 제한되는 문제가 있다.

본 연구는 이러한 기술적 문제를 해결하기 위하여 혼합현실 4D 시뮬레이션을 위한 BIM 객체 분할 및 파일 변환 시스템을 개발하고자 한다. 이를 위해 BIM 객체를 개별적으로 분리하고 변환하여 혼합현실 환경에서 개별 객체를 분리 및 조작할 수 있는 시스템을 제안하며, 이를 통해 혼합현실 환경에서 각 객체의 시간대별 시각화를 구현하는 방법을 제안한다.

1.2 연구의 범위 및 방법

본 연구의 범위는 BIM과 혼합현실 기술을 결합하여 건설 현장에서 특정 시간대별 BIM 객체의 변화를 효과적으로 시각화하고 분석할 수 있는 시스템을 설계하고 구현하는 것이다. 이 시스템은 건설참여자가 건설 프로젝트의 공정을 직관적으로 이해하고, 공정 계획 및 관리 의사결정을 효율적으로 수행할 수 있도록 지원하는 것을 목적으로 한다.

본 연구는 다음과 같은 절차를 통하여 진행된다.

1.2.1 문헌 고찰 및 기술 동향 분석

BIM 데이터를 혼합현실 환경에서 활용하기 위한 4D 시뮬레이션 관련 선행 연구를 분석하고, BIM 파일 형식 변환 방식(IFC 및 FBX 등)에 대한 기술적 검토를 수행한다. 이를 통해 기준 기술의 한계점과 개선이 필요한 부분을 식별한다. 기존 파일 형식 변환 과정에서 발생하는 객체 분리 및 속성 손실 문제를 구체적으로 파악한다.

1.2.2 BIM 객체 분리 모듈 개발

대표적인 BIM 작성 도구인 Autodesk Revit에서 사용자가 BIM 도면을 객체별로 분리하고, 각 객체를 독립적으로 관리할 수 있는 확장프로그램 모듈을 설계하고 구현한다. 이 모듈은 BIM 객체를 OBJ 파일 형식으로 변환하면서 각 객체에 속성 데이터를 유지하도록 설계되었다. 이를 통해 BIM 객체를 시간대별로 개별적으로 시각화할 수 있는 기반을 마련한다. 본 연구에서는 이것을 ‘BIM 객체 분할 모듈’로 명명한다.

1.2.3 혼합현실 애플리케이션 개발

분리된 BIM 객체 데이터를 활용하여 혼합현실 환경에서 4D 시뮬레이션을 구현할 수 있는 애플리케이션을 설계하고 개발한다. 이 애플리케이션은 Unity와 같은 게임엔진을 기반으로 하며, Head-Mounted Display(HMD) 장치를 통해 사용자와의 실시간 상호작용을 지원한다. 또한 BIM 객체의 일정 정보를 기반으로 시간대별 시각화를 구현하여 건설 프로젝트의 동적 변화를 효과적으로 전달할 수 있도록 설계되었다.

본 연구의 결과는 BIM 객체를 혼합현실 환경에서 효과적으로 활용하는 데 필요한 파일 형식 변환 및 객체 조작 기술을 제시하며, 이를 통해 건설 프로젝트의 공정 관리와 시뮬레이션 활용도를 향상할 수 있을 것이라 기대된다.

2. 문헌 고찰

2.1 혼합현실 4D 시뮬레이션의 필요성

혼합현실을 활용한 4D 시뮬레이션은 건설 프로젝트의 계획, 시공, 및 관리를 효율적으로 수행하기 위한 핵심 기술로 주목받고 있다. 혼합현실은 가상현실(Virtual Reality, VR)과 증강현실(Augmented Reality, AR)의 특징을 결합하여 사용자가 실제와 가상 객체를 통합적으로 경험하고 상호작용할 수 있게 한다. 이를 통해 건설 프로젝트의 시각화 및 협업이 개선되며, 설계 및 시공 단계에서 발생할 수 있는 오류를 줄이고, 안전성을 높이는 동시에 프로젝트 이해도를 향상할 수 있다.

Boton(2018)은 가상현실 기반의 협업 BIM 4D 시뮬레이션을 활용하여 건설업의 시공성 분석 및 계획 회의를 지원하는 방법을 제안하였다. 그들의 연구에 따르면 BIM 4D 시뮬레이션을 통해 복잡한 건설 프로젝트의 계획 단계를 보다 효율적으로 관리할 수 있다. Wang et al.(2022)은 BIM과 증강현실 기술을 통합하여 건설 환경에서의 4D 시뮬레이션 효율성을 향상하고자 하였다. Bourlon and Boton(2019)은 가상현실 환경에서 4D 시뮬레이션의 통합을 자동화하여 건설 공정 시뮬레이션을 생성하는 방법을 제안하였고, 시뮬레이션 자동화를 통해 건설 공정 계획 및 관리에 긍정적인 영향을 줄 수 있다고 판단하였다. Hilfert and König(2015)은 저비용으로 고도의 몰입감을 제공하는 가상현실 환경을 구축하기 위하여 Oculus Rift와 같은 HMD 장치를 활용하는 방법을 소개하였다. 이를 통해 사용자는 가상의 도면 모델을 직관적이고 자연스럽게 검토할 수 있다고 주장하였다. 또한 Sampaio and Martins(2017)는 가상현실 기술을 기반으로 교량 건설 과정을 시각적으로 시뮬레이션하여 교육 목적으로 활용하는 방안을 탐구하였다. 그들은 교량 공정과 현장에서의 장비 사용 방법을 가상현실 모델을 통해 시뮬레이션함으로써 건설 현장 교육의 효과를 높이는 방법을 제안하였다.

이와 같은 선행 연구들은 혼합현실과 4D 시뮬레이션 기술이 건설 프로젝트의 계획, 시공, 교육, 협업 과정에서 중요한 역할을 할 수 있음을 입증한다. 혼합현실 기반 4D 시뮬레이션은 프로젝트 참여자의 이해도를 높이고 의사결정을 지원하며, 협업을 촉진함으로써 건설산업의 효율성과 안전성을 향상할 수 있으리라 판단된다.

그러나 이러한 혼합현실 4D 시뮬레이션의 이점에도 불구하고, 실제 구현 단계에서는 기술적인 한계가 존재한다. 따라서 이러한 구현 과정에서 발생하는 주요 한계점들을 살펴보고, 이를 해결하기 위한 연구 동향을 검토하였다.

2.2 혼합현실 4D 시뮬레이션 구현의 한계

혼합현실 환경에서의 4D 시뮬레이션은 구현은 기존의 PC 기반 BIM 데이터 활용과는 다른 여러 기술적 한계를 가지고 있다. 대표적으로 혼합현실 장치는 파일 형식의 제한과 데이터 용량 문제로 인해 대규모 3D 데이터를 원활히 처리하는 데 어려움을 겪는다(Aung et al., 2022; Lee et al., 2022; Cho et al., 2023). Kim et al.(2019)의 연구에 따르면, HMD 장치를 통해 3차원 데이터를 전송할 때 대용량 데이터가 제한된 대역폭 내에서 전달되어야 하므로 과부하 문제가 발생하며, 이에 따라 데이터 처리 속도가 저하된다. Sørensen and Jensen(2019)은 이러한 문제를 해결하기 위해 대용량 데이터를 디바이스에서 효율적으로 처리할 수 있도록 데이터 용량 축소 및 최적화 방안의 필요성을 제시하였다. Na and Hong(2013)은 복잡한 매시(Mesh) 모델을 사용하여 시설물과 공간 객체를 현실감 있게 표현하려는 시도가 많아지고 있지만, 모바일 디바이스와 같은 제한된 성능의 장비에서는 이러한 모델을 렌더링하는 데 성능적인 제약이 있음을 지적하였다. 이는 BIM 데이터를 혼합현실 환경에서 구현할 때, 대규모 3D 데이터를 간소화하고 최적화하지 않으면 렌더링 및 데이터 전송의 효율성이 떨어질 수 있음을 시사한다.

이와 같은 한계는 BIM 데이터 처리 및 파일 형식과도 밀접한 연관이 있다. 대표적인 BIM 파일 형식인 IFC(Industry Foundation Classes)는 BIM 협업과 데이터 공유를 위한 국제 표준 포맷으로 널리 사용되고 있지만, 대규모 파일 용량 문제와 접근성 제약이 있다(Wu and Wu, 2016; Fu et al., 2006). 특히 IFC 파일을 검토하거나 활용하려면 별도의 소프트웨어 설치가 필요하고, 혼합현실 환경에서는 게임엔진과의 비호환성으로 인해 파일 형식을 변환해야 한다.

현재 IFC 형식을 Unity 환경에서 활용하기 위해 FBX 형식으로 변환하는 연구가 활발히 이루어지고 있다(Mutis and Desai, 2019; Afzal and Shafiq, 2021). 그러나 변환 과정에서 과도한 폴리곤 생성으로 인해 데이터 용량이 증가하며, 로딩 시간을 단축하기 위해 추가적인 폴리곤 축소 작업이 요구된다(Bogen and East, 2011). 또한 FBX 형식은 Autodesk 제품군의 재료 데이터 라이브러리와의 호환성 문제를 가지고 있어 재료 데이터 손실이 발생할 수 있다(Corneli et al., 2019). 이러한 문제를 해결하기 위해 3DS MAX와 같은 추가적인 소프트웨어를 사용하여 재료 데이터를 변환하는 작업이 필요하다(Handel et al., 2015; Baek, 2018).

OBJ 파일 형식은 텍스트 기반 3D 모델 파일로, 간단한 데이터 저장과 호환성을 제공하지만, 객체별로 시각화 및 조작이 어렵다는 한계가 있다(McHenry and Bajcsy, 2008). 특히 4D 시뮬레이션에서는 시간대별로 객체를 개별적으로 시각화하는 기능이 필수적이지만, OBJ 파일은 이러한 기능을 지원하지 않는다. 이로 인해 시간 기반 객체 시각화 설정이 불가능하며, 혼합현실 환경에서 동적 시뮬레이션 구현에 한계가 있다.

따라서 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 OBJ 파일 형식의 한계를 개선하고, 혼합현실 환경에서 시간대별로 BIM 객체를 시각화할 수 있는 시스템을 개발하였다. 이를 통해 BIM 데이터를 효율적으로 변환하고, 혼합현실 환경에서의 4D 시뮬레이션 구현을 지원하여 건설 프로젝트 관리의 효율성과 정확성을 높이는 데 기여하고자 한다.

3. 시스템 개발

3.1 시스템 개요

본 연구에서 개발한 BIM 객체 분할 시스템은 Cho et al. (2024)의 연구를 기반으로 설계되었으며, 일정 입력 모듈, 객체 쿼리 및 내보내기 모듈, 그리고 4D 시뮬레이션 구현 모듈의 세 가지 모듈로 구성된다. 각 모듈은 상호 연계되어 BIM 객체의 생성부터 혼합현실 환경에서의 시각화까지 일관된 프레임워크를 제공한다. Table 1은 시스템의 주요 구성요소와 각 모듈의 역할을 나타낸다.

Table 1.

System Components

Module Tools Function
1. Add attributes - Visual studio
- Revit
Add attributes to BIM objects
2. Object partitioning and Query - Visual studio
- Revit
Data partitioning and export
3. 4D Simulation - Unity - HoloLens 2 4D Simulation in mixed reality

일정 입력 모듈은 Autodesk Revit 설계 프로그램에서 작동하는 확장프로그램으로 개발되었으며, Revit API를 활용하여 사용자 인터페이스와 데이터 입력 기능을 구현하였다. 이 모듈의 주요 기능은 다음과 같다.

- BIM 객체 선택 기능

- 선택된 객체에 대한 파라미터 생성

- 일정 데이터 입력 인터페이스 제공

이를 통해 사용자는 각 BIM 객체에 설치 시작일과 종료일과 같은 일정 데이터를 직접 입력할 수 있다.

객체 쿼리 및 내보내기 모듈은 BIM 도면 내 객체별 데이터를 분리하고 내보내는 역할을 담당한다. 이 모듈의 주요 기능은 다음과 같다.

- BIM 객체별 파라미터 및 일정 데이터의 생성

- 입력된 데이터의 저장 및 내보내기

데이터 변환 과정에서 BIM 객체의 형상 정보는 OBJ 파일 형식으로 저장되며, 속성 정보는 CSV 파일 형식으로 내보내진다. 이 데이터 구조는 이후 Unity 기반의 혼합현실 환경에서 객체 데이터를 로드하고 시각화하는 데 활용된다.

4D 시뮬레이션 구현 모듈은 Unity 기반으로 개발되었으며, 혼합현실 환경에서 BIM 데이터를 시간대별로 시각화할 수 있도록 설계되었다. 이 모듈의 주요 단계는 다음과 같다.

- OBJ 파일로 저장된 BIM 객체 형상 정보 로드

- CSV 파일에서 속성 및 일정 데이터 파싱

- 객체별 고유 ID를 활용하여 형상 정보와 속성 정보를 매칭

또한 시뮬레이션에서 사용자는 핀치 슬라이더와 같은 UI(User Interface) 요소를 통해 시간대를 조정하여 객체의 순차적 표시와 숨김을 조작할 수 있다. 최종적으로 이 모듈은 HoloLens 2와 호환되는 애플리케이션으로 제작되어 혼합현실 환경에서 4D 시뮬레이션이 구현된다.

본 연구에서는 시스템 개발에 Visual studio, Revit API, 그리고 Unity 등의 프로그램을 사용하였다. Visual studio는 C# 기반의 Revit 확장프로그램 개발 및 HoloLens 2 애플리케이션 개발에 사용하였고, 이 과정에서 BIM 객체 데이터 추출에는 Revit API를, 혼합현실 애플리케이션 개발에는 Unity를 사용하였다.

본 연구에서 개발된 시스템의 주요 특징은 BIM 객체를 개별적으로 분할하여 처리하고, 혼합현실 환경에서 시간대별 변화를 시각적으로 조정할 수 있다는 점이다. 이는 기존의 IFC, FBX 및 OBJ 형식에서 발생하는 한계를 개선한 것으로, 이를 통해 혼합현실 환경에서의 BIM 데이터 활용 가능성을 확장하는 데 기여할 수 있을 것이라 기대한다.

3.2 시스템 구현

본 연구에서 개발한 시스템은 BIM 모델 작성부터 혼합현실 환경에서의 4D 시뮬레이션 실행까지의 전체 과정을 포함한다. Fig. 1은 시스템의 구현 단계를 단계별로 보여준다.

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/ksarc/2024-003-04/N0410030402/images/ksarc_03_04_02_F1.jpg
Figure 1.

System Workflow

3.2.1 일정 입력 모듈

먼저, 사용자는 데스크탑 PC에서 Autodesk Revit을 사용하여 BIM 도면을 작성하거나 기존에 작성된 BIM 도면 파일을 불러온다. 이후, 본 연구에서 개발한 일정 입력 모듈을 통해 각 BIM 객체에 작업 및 설치 시작일과 종료일 등의 일정 정보를 입력한다.

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/ksarc/2024-003-04/N0410030402/images/ksarc_03_04_02_F2.jpg
Figure 2.

Schedule Input Module: (a) User Interface of the Schedule Input Module, (b) Example of Schedule Information Added to a BIM Object

Fig. 2는 일정 입력 모듈의 사용자 인터페이스를 보여준다. 사용자는 모듈에서 BIM 객체를 선택한 후, 해당 객체에 설치 시작일 및 종료일을 입력할 수 있다. 입력된 일정 정보는 각 객체의 속성으로 저장되며, 이후 단계에서 객체의 4D 시뮬레이션 시각화에 활용된다.

3.2.2 객체 쿼리 및 내보내기 모듈

일정 입력 과정이 완료되면, 객체 쿼리 및 내보내기 모듈을 사용하여 BIM 모델의 데이터를 추출하고 변환한다. 이 과정에서 사용자가 각 객체의 형상 정보를 개별 OBJ 파일로 변환한다. 이때 OBJ 파일에는 객체의 고유 ID 식별자가 포함된다. 또한 객체의 속성 정보를 CSV 파일로 추출하는데, 이 CSV 파일에는 객체 식별자, 일정 정보, 기타 속성 정보가 포함된다.

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/ksarc/2024-003-04/N0410030402/images/ksarc_03_04_02_F3.jpg
Figure 3.

Object Query and Export Module

Fig. 3은 객체 쿼리 및 내보내기 모듈의 개념적 구조를 보여준다. 이 모듈은 BIM 모델 데이터를 개별적으로 조작할 수 있도록 각 객체의 형상 정보를 각각의 OBJ 형식으로 변환하고, 설치 날짜 등의 속성 정보는 표 형태의 CSV 파일로 변환하여 Unity와 같은 게임엔진에서 데이터의 통합 및 시뮬레이션을 가능하게 한다. 이 과정은 파일 형식 간 호환성 문제를 해결하고, 혼합현실 환경에서 객체 데이터를 효율적으로 처리할 수 있는 기반을 마련한다.

3.2.3 4D 시뮬레이션 구현 모듈

생성된 OBJ 파일과 CSV 파일은 네트워크 또는 물리적 저장 매체를 통해 Unity3D 개발 환경으로 전송된다. 4D 시뮬레이션 구현 모듈은 이러한 데이터를 기반으로 혼합현실 디바이스용 4D 시뮬레이션 애플리케이션을 개발한다. 이 과정은 다음의 주요 단계를 포함한다.

- Unity 프로젝트 설정 및 MRTK(Mixed Reality Toolkit) 통합: Unity 환경에서 HoloLens 2와 호환되도록 MRTK를 설치 및 설정한다.

- OBJ 파일 가져오기 및 3D 객체 생성: 각 OBJ 파일을 Unity로 가져와 3D 모델로 변환 및 생성한다.

- CSV 파일 분석 및 데이터 구조화: CSV 파일에 포함된 객체 식별자, 일정 정보 등을 파싱(Parsing)하여 Unity 내 데이터 구조에 통합한다.

- 시간 조절 UI 개발: 사용자 인터페이스(UI)로 핀치 슬라이더를 활용하여 시간대별 객체 표시 및 숨김을 구현한다.

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/ksarc/2024-003-04/N0410030402/images/ksarc_03_04_02_F4.jpg
Figure 4.

4D Simulation Implementation Module Execution: (a) Initial Construction State, (b) Nth Construction State

Fig. 4는 4D 시뮬레이션 구현 모듈 실행 화면을 보여준다. 사용자는 혼합현실 환경에서 BIM 데이터를 시간에 따라 시각적으로 탐색할 수 있으며, 이를 통해 건설 과정의 각 단계를 직관적으로 이해할 수 있다.

4. 고 찰

본 연구를 통해 혼합현실 환경에서 BIM 객체의 4D 시뮬레이션 구현 과정에서 파일 형식 간 호환성 개선을 목표로 하였다. BIM 도면의 객체별 형상 정보와 속성 정보를 각각 OBJ 파일과 CSV 파일 형태로 변환하여 효율적으로 관리하고, 이를 Unity 및 HoloLens 2를 통해 실시간으로 시각화하는 기능을 구현하였다. 이를 통해 기존 파일 형식의 제한(예: IFC 및 FBX)의 한계를 개선하여 시간대별 BIM 데이터 시각화를 위한 데이터 분리 및 변환 기술을 제시하고자 하였다.

이를 통해 건설 프로젝트의 시간대별 시뮬레이션을 통해 프로젝트 참여자 간 의사소통을 향상하고, 의사결정을 지원함으로써 공기 단축, 비용 절감, 품질 향상 등의 효과를 기대할 수 있다. 또한, 혼합현실 기술을 활용한 직관적인 시각화는 시공 현장의 위험 요소 예측, 시공 과정 이해도 향상, 그리고 유지보수 및 안전 관리와 같은 다양한 건설산업 응용 분야에서 활용 가능성을 높인다.

개발된 시스템과 연구 과정에는 다음과 같은 한계점이 존재한다. 첫째, 본 연구는 BIM 데이터를 OBJ 형식만을 대상으로 동작한다. 둘째, 본 연구에서 개발된 시스템은 HoloLens 2와 같은 특정 하드웨어 환경에 최적화되어 있다. 다양한 파일 포맷 및 장비와의 호환성 문제는 본 시스템의 범용성을 제한하는 요소로 작용할 수 있다. 셋째, 본 연구에서는 BIM 객체 분할과 데이터 형식 변환 과정에서 데이터 용량이나 처리 성능에 큰 변화는 없었으나, 향후 다양한 규모의 프로젝트에 대한 정량적 성능 평가 및 적용성 검토가 필요할 것으로 판단된다.

향후 연구 방향으로는 다음과 같은 개선 및 확장 가능성을 고려할 수 있다. 첫째, OBJ 형식에 대한 대안으로, BIM 데이터의 효율적 처리를 위한 새로운 파일 형식의 개발이나 기존 파일 형식(예: IFC, FBX)의 최적화 방안을 탐구할 필요가 있다. 둘째, 다양한 혼합현실 디바이스와의 호환성을 확보하기 위한 시스템 설계가 필요하다. 이를 통해 BIM 데이터가 특정 하드웨어에 종속되지 않고 다양한 혼합현실 플랫폼에서 동작할 수 있도록 하여 시스템의 범용성과 접근성을 높이고자 한다. 셋째, BIM 프로젝트에서 객체 수와 복잡도에 따른 시스템의 적용성을 검증하는 연구가 필요하다. 정량적 성능 평가를 통해 시스템의 사용성을 객관적으로 입증하고 적용 범위를 구체화할 수 있다고 판단된다.

마지막으로 혼합현실 환경에서의 사용자 경험(UX) 향상도 중요한 연구 주제이다. 사용자의 직관적인 인터페이스 활용과 몰입도를 높이기 위해 UI/UX 디자인 및 인간-컴퓨터 상호작용(Human-Computer Interaction, HCI) 연구가 필요하다. 예를 들어 음성 인식, 제스처 기반 조작, 또는 더 몰입감 있는 인터페이스 기술을 도입함으로써 사용자의 효율성과 만족도를 동시에 향상할 수 있으리라 기대한다.

5. 결 론

본 연구에서는 혼합현실 환경에서 BIM 데이터를 기반으로 시간대별 4D 시뮬레이션을 구현하기 위해 BIM 객체 분할 및 데이터 변환 시스템을 개발하였다. 이를 통해 기존 파일 형식 변환의 한계를 개선하여 혼합현실 환경에서 BIM 데이터 활용성을 강화하는 데 기여할 수 있다. 특히 시간대별 시뮬레이션을 통해 공정별 작업의 중첩이나 지연 요인을 사전에 식별하고 조정할 수 있는 기능을 제공함으로써 건설 프로젝트의 프로젝트 참여자 간 실시간 협업과 의사소통을 향상하는 데 도움이 될 수 있을 것이라 기대한다.

향후 연구에서는 본 연구의 한계로 언급된 파일 형식으로의 확장과 혼합현실 디바이스와의 호환성 확보, 그리고 BIM 객체 분할 및 데이터 변환 과정에 대한 정량적 성능 평가를 통해 시스템의 실용성을 높여 BIM과 혼합현실 기술의 통합 및 응용 가능성을 더욱 향상하고자 한다.

References

1

Afzal, M., and Shafiq, M. (2021). Evaluating 4D-BIM and VR for effective safety communication and training: a case study of multilingual construction job-site crew. Buildings, 11(8), pp. 1-24.

10.3390/buildings11080319
2

Aung, P., Choi, W., Kulinan, A., Cha, G., and Park, S. (2022). Three-dimensional engine-based geometric model optimization algorithm for BIM visualization with augmented reality. Sensors, 22(19), pp. 1-13.

10.3390/s2219762236236723PMC9572394
3

Baek, J. (2018). A study on the marker tracking for virtual construction simulation based mixed-reality. Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, 19(12), pp. 660-668. (In Korean)

4

Bogen, A., and East, E. (2011). Using IFC Models for User-Directed Visualization. Proc. of Congress on Computing in Civil Engineering, Miami, Florida, pp. 470-477.

10.1061/41182(416)58
5

Boton, C. (2018). Supporting constructability analysis meetings with Immersive Virtual Reality-based collaborative BIM 4D simulation. Automation in Construction, 96, pp. 1-15.

10.1016/j.autcon.2018.08.020
6

Bourlon, S., and Boton, C. (2019). Automating the Integration of 4D Models in Game Engines for a Virtual Reality-Based Construction Simulation. Cooperative Design, Visualization, and Engineering, pp. 123-132.

10.1007/978-3-030-30949-7_14
7

Carrasco, M., and Chen, P. (2021). Application of mixed Reality for improving architectural design comprehension effectiveness. Automation in Construction, 126, pp. 1-16.

10.1016/j.autcon.2021.103677
8

Cho, J., Kim, S., and Kang, S. (2023). Development of Building Information Modeling Object Selection and Compression System for 4D-Simulation in Mixed Reality. Proc. of Korean Society of Civil Engineers, Yeosu, Korea, pp. 648-649.

9

Cho, J., Kim, S., Lee, K., Choi, S., and Kang, S. (2024). Development of a BIM Object Partitioning System for 4D Simulation in Mixed Reality. Proc. of 10th International Conference on Construction Engineering and Project Management, Sapporo, Japan, pp. 672-679.

10

Chu, S. (2012). From CAD to BIM in architecture. Society for Computational Design and Engineering, 18(2), pp. 6-13.

11

Corneli, A., Naticchia, B., Carbonari, A., and Bosché, F. (2019). Augmented reality and deep learning towards the management of secondary building assets. Proc. of 36th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC), Banff, Canada, pp. 332-339.

10.22260/ISARC2019/0045
12

Eastman, C. (2011). BIM handbook: A guide to building information modeling for owners, managers, designers, engineers and contractors. John Wiley & Sons, pp. 1-688.

13

Fu, C., Aouad, G., Lee, A., Marshall-Ponting, A., and Wu, S. (2006). IFC model viewer to support nD model application. Automation in Construction, 15(2), pp. 178-185.

10.1016/j.autcon.2005.04.002
14

Handel, O., Gümüs, E., Papoutsis, E., and Amann, J. (2015). Dynamic visualization of pedestrian simulation data. Proc. of Forum Bauinf, Aachen, Germany, pp. 1-9.

15

Hilfert, T., and König, M. (2015). Low-cost virtual reality environment for engineering and construction. Visualization in Engineering, 4(1), pp. 1-18.

10.22260/ISARC2015/0020
16

Honnappa, D., and Padala, S. (2022). BIM-based framework to quantify delays and cost overruns due to changes in construction projects. Asian Journal of Civil Engineering, 23(5), pp. 707-725.

10.1007/s42107-022-00451-x
17

Huang, X. (2022). BIM-Based Virtual Environment ofr Reverberation Time Analysis, 情報処理学会第 84回全国大会, 7(2), pp. 1-2.

18

Jafari, G. K., Sharyatpanahi, G. N., and Noorzai, E. (2021). BIM-based integrated solution for analysis and management of mismatches during construction. Journal of Engineering, Design and Technology, 19(1), pp. 81-102.

10.1108/JEDT-02-2020-0044
19

Kim, M., Kim, Y., Lee, S., Kim, S., and Kim, J. (2019). Relay Server System Construction for 3D Holoportation Service. Proc. of the Korea Society for Industrial Systems Conference, Jeju, Korea, 26(2), pp. 28-30. (In Korean)

20

Lee, E., Kim, G., and Jang, H. (2022). A study of an architecture of digital twin ship with mixed reality. Journal of Navigation and Port Research, 46(5), pp. 458-470.

21

McHenry, K., and Bajcsy, P. (2008). An overview of 3D data content, file formats and viewers. National Center for Supercomputing Applications, 1205(22), pp. 1-21.

22

Mutis, I., and Desai, R. (2019). Immersion into Holographic Spaces to Enhance Engineering and Architecture Design Interpretations. Proc. of ASCE International Conference on Computing in Civil Engineering, Atlanta, Georgia, pp. 63-70.

10.1061/9780784482421.009
23

Na, J., and Hong, C. (2013). A study on the weight lightening algorithm of 3-Dimensional large object based on spatial data LOD. Spatial Information Research, 21(6), pp. 1-9. (In Korean)

10.12672/ksis.2013.21.6.001
24

Riexinger, G., Kluth, A., Olbrich, M., Braun, J. D., and Bauernhansl, T. (2018). Mixed reality for on-site self-instruction and self-inspection with building information models. Procedia CIRP, 72(12), pp. 1124-1129.

10.1016/j.procir.2018.03.160
25

Sampaio, A., and Martins, O. (2017). VR model of bridge construction: a didactic application. Proc. of the Virtual Reality International Conference - Laval Virtual 2017, 21, pp. 1-3.

10.1145/3110292.3110314
26

Sørensen, S., and Jensen, T. (2019). Development of e-learning applications using hololens and mixed reality. Proc. of the 13th International Conference on Game Based Learning, Odense, Denmark, pp. 649-656.

27

Wang, K., Chao, T., and Yu, P. (2022). A BIM-based Augmented Reality System for Four-Dimensional Simulation. Proc. of The International Symposium on Nondestructive Testing in Civil Engineering, Zurich, Switzerland, pp. 1-6.

10.58286/27236
28

Wang, X., Truijens, M., Hou, L., Wang, Y., and Zhou, Y. (2014). Integrating augmented reality with building information modeling: Onsite construction process controlling for liquefied natural gas industry. Automation in Construction, 40, pp. 96-105.

10.1016/j.autcon.2013.12.003
29

Wu, Z., and Wu, I. (2016). Design and Implementation of an IFC Data Model to Unity Data Model Transformation Mechanism. Proc. of International Conference on Computing in Civil and Building Engineering, Osaka, Japan, pp. 1609-1614.

30

Zhao, S., Zhang, L., and DeAngelis, E. (2019). Using augmented reality and mixed reality to interpret design choices of high performance buildings. Proc. of European Council on Computing in Construction, Crete, Greece, pp. 435-441.

10.35490/EC3.2019.142
페이지 상단으로 이동하기