제어공학 교육에 적용되는 온라인 가상현실 네트워크 제어 연구실

요약

본 연구는 VR 기기가 지원하는 몰입형 인터랙티브 실험 기능을 사용자에게 제공하는 WebVR 기반의 온라인 가상현실(VR) 실험실 시스템에 대해 설명한다. 제안된 시스템은 온라인 실험에 대한 사용자 참여의 현실감을 향상시키는 데 도움이 될 뿐만 아니라 광범위한 온라인 실험실 프레임워크에도 적용할 수 있습니다.

초록

온라인 실험실은 엔지니어링 교육에서 중요한 역할을 합니다. 이 작업에서는 WebVR 기반 가상 실험실 시스템에 대해 설명합니다. 사용자는 가상 현실(VR) 장치를 통해 시뮬레이션된 실험실 환경에 들어가 실제 실험실에서 실습 실험과 유사하게 실험 장비와 상호 작용합니다. 또한, 제안된 시스템은 사용자가 자신의 제어 알고리즘을 설계하고 다양한 제어 매개변수의 효과를 관찰하여 실험에 대한 이해를 높일 수 있도록 합니다. 제안된 가상 실험실의 기능을 설명하기 위해 이 논문에는 이중 역진자 시스템에 대한 실험인 예가 제공됩니다. 실험 결과는 제안된 시스템이 사용자가 몰입형 대화형 방식으로 실험을 수행할 수 있도록 하고 사용자에게 주요 설계에서 실험 운영에 이르기까지 완전한 실험 프로세스를 제공한다는 것을 보여줍니다. 교육 및 훈련을 위해 가상 실험실을 WebVR 기반 가상 실험실로 변경할 수 있는 솔루션도 제공됩니다.

서문

인터넷의 발전과 모바일 기기의 인기로 온라인 교육에 대한 수요가 증가하고 있습니다¹. 특히, 전염병이 만연한 기간 동안 전통적인 교육 기관은 대면 수업을 효과적으로 수행하는 데 어려움을 겪는 경우가 많으며, 이는 중요한 교육학적 접근 방식으로서 온라인 교육의 중요성을 강조합니다². 이론 과정은 비교적 쉽게 온라인 플랫폼으로 전송할 수 있습니다. 원격 화상 회의 소프트웨어 및 MOOC(Massive Open Online ^Course)3와 같은 도구를 사용하여 수행할 수 있습니다. 그러나 실습 과정은 사용자가 기존 실험실에서 실습 실험을 수행해야 하기 때문에 더 큰 도전에 직면해 있습니다.

연구원들은 실험 장비를 온라인에서 사용할 수 있도록 하는 문제를 해결하는 데 크게 기여했습니다. 지난 20년 동안 온라인 실험실의 개념과 기술에 대한 광범위한 연구가 수행되었다 ^4,5. 온라인 실험실은 일반적으로 원격 실험실⁶, 가상 실험실⁷ 및....

프로토콜

이 연구는 우한대학교 인간연구윤리위원회(Human Research Ethics Committee)의 지침을 충족하였으며, 모든 실험 자료에 대해 충분한 동의를 얻었다. 본 논문에서는 double-inverted pendulum system에 대한 실험 단계에 대해 설명하고, 모든 단계를 WebVR 기반의 NCSLab에서 수행한다.

1. WebVR 기반 NCSLab 시스템에 접속합니다.

1. WebVR을 지원하는 웹 브라우저를 엽니다. WebVR 기반 NCSLab의 URL(Uniform Resource Locator)을 입력하여 시스템에 접속합니다.
2. Start Experiment(실험 시작) 버튼을 클릭하여 NCSLab 시스템에 로그인합니다. 시스템에 처음 로그인하는 경우 계정 등록을 수행합니다.
3. NCSLab 시스템에 로그인하고, 왼쪽 메뉴 표시줄에서 다른 실험을 선택하고, 이 경우 이중 반전 진자 실험을 선택합니다.
4. 메인 페이지에서 3D 하위 페이지에 액세스합니다.
   참고: 메인 페이지에는 장비 모델에 대한 소개인 첫 번째 페이지부터 시작하여 5개의 하위 페이지가 있습니다. 여기에는 3D 모델 애니메이션과 문서가 ....

토론

제시된 프로토콜은 사용자가 온라인으로 VR 실험을 수행할 수 있게 하는 가상 실험실 시스템을 설명하지만, 또한 대규모 애플리케이션 프로모션에 도움이 되는 저가의 PC 제어기(²⁸)를 사용한다. 사용자는 원리 및 알고리즘에서 실제 실험 작업에 이르기까지 전체 실험 프로세스에 대한 지식을 얻을 수 있습니다. 이 시스템을 통해 사용자는 실험에 몰입할 수 있으므로 기존 마우스 .......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
3DS Max	Autodesk		3ds Max professional 3D modeling, rendering, and animation software enables you to create expansive worlds and premium designs. https://www.autodesk.com/ca-en/products/3ds-max/overview
Meta Quest 2	Meta Platforms	10036728220341	meta quest 2 is a standalone virtual reality headset that allows users to experience WebVR content. https://www.meta.com/it/quest/products/quest-2/
Unity	Unity Technologies		Unity is the platform for real-time 3D interactive content creation and operation. All creators, including game developers, artists, architects, automotive designers, film and television, use Unity to bring their ideas to life. The Unity platform offers a complete suite of software solutions for creating, operating, and realizing any real-time interactive 2D and 3D content on cell phones, tablets, PCs, game consoles, augmented reality, and virtual reality devices. https://unity.com/cn