2016년 스위스 다보스 포럼에서 4차 산업혁명(Industry 4.0)에 대한 논의가 시작된 이후 8년이 흘렀지만 큰 변화는 없다. 우리나라를 포한한 세계 각국이 다양한 정책을 내놓았지만 공염불에 그친 셈이다.인공지능(AI), 로봇(Robot)과 같은 최첨단 기술의 도움으로 인류가 유토피아에서 살 것이라는 기대조차 무너진지 오래다. 기술적 발전이 재난을 초래하는 경우도 적지 않다.필자는 오랫 동안 기상기후재난에 관한 연구를 수행했으며 중앙대에서 다양한 기업과 협력해 재난연구를 이끌고 있다.대학에서 학생들을 지도하며 생성한 각종 연구 성과물을 소개하며 '재난 없는 국가'를 완성할 방안을 찾을 방침이다. 첫 번째 논문은 '4차 산업 혁명시대의 VR/XR 기반 재난안전 훈련기술에 관한 고찰'이다. ◇ VR/XR 기술 적용에 따른 훈련 효과... 시간 단축 및 비용절감 등으로 적용 확대4차 산업혁명은 다양한 모습으로 많은 것들에 영향을 주고 있다. 생각만 했던 것들을 현실로 구현하기도 하고 불가능하다고 포기했던 것들을 가능하게 하고 있다.코로나19가 창궐하고 전 세계적 팬데믹(Pandemic) 상황에서 4차 산업혁명의 기반 기술들이 국내 재난 안전분 야에 얼마나 스며들어 있는지 국내·외 가상현실/확장현실(VR/XR)의 산업 현황 및 효과 등을 선행연구를 통해 알아본다.국내의 재난 분야, 소방훈련의 도입 사례 고찰을 통해 앞으로 발전 방향을 도출해 VR(virtual reality)/XR(eXtended reality) 기반의 재난훈련 기술이 더욱 현실적으로 적용되기를 제안한다.VR/XR 기술을 적용한 교육 및 훈련 효과의 연구는 서구를 중심으로 다양하게 전개됐다. 의료 분야의 경우, VR 수술 훈련 이후 83%의 훈련자가 훈련 소요시간 단축에 성공했다.동시에 70%의 훈련자가 훈련 스킬의 향상에 성과가 있었다는 보고가 있었다. 훈련자의 훈련 소요시간이 29% 단축됐고 실수 발생 비율이 1/6 수준으로 줄었다는 연구가 있다 .군사 훈련 분야에서 보자면 비용 절감 효과와 더불어 높은 훈련 효과를 보였는데, VR 훈련이 2.7배의 성공률을 보였다는 연구결과도 존재한다. VR 훈련의 85%의 훈련자가 전통적 방식의 훈련보다 VR 훈련을 더 선호한다는 연구가 있다.VR 훈련은 소요시간의 단축, 비용 절감, 능숙도 향상 등이 전통적 방식의 훈련에 비교해서 더 높다는 연구결과가 속속 발표되고 있다. 이에 따라 다양한 분야에서 적극적으로 VR 훈련 및 교육 시스템을 도입하고 있다.◇ 국외현황 : 중국과 미국에서 2011년 이후 VR 기술을 본격적으로 도입중국은 국가 차원에서 VR 기술에 대한 본격적인 투자를 진행하고 있다. 2017년 1월 교육 계획 5개년 계획을 통해 일선 학교에서의 VR 기술의 본격적 도입이 시작됐다.2017년 5월 웨이하이 유치원 통학버스 터널 화재 사고로 11명의 어린이가 희생되며 재난 안전교육의 중요성이 강조됨에 따라 일반인에게 VR 기술을 활용한 재난 안전교육을 제공하는 산업이 발전하고 있다.또한 전문 소방훈련 분야도 2011년 상하이의 소방훈련센터에서 소방 지휘 훈련 시스템 XVR을 도입했다. 소방 및 재난 안전교육·훈련 분야에서는 상당히 빠른 속도로 VR 기술을 도입 및 운영하고 있다.미국은 다양한 재난 안전교육 및 훈련 시스템의 선두주자다. 특히 소방훈련 분야에서 Environmental Tectonics Corporation의 ADMS (Advanced Disaster Management Simulator)가 유명하다.ADMS는 1992년 처음 출시돼 미국, 프랑스 등 30여 개국에서 도입됐며 국내에는 2010년 중앙소방학교에 도입돼 운영한 바 있다.그 외 Flame-Sim에서 개발한 Flame-Sim을 미국, 캐나다의 20여 개 소방서에서 도입했다. 기타 재난 안전 및 소방 분야의 훈련 시스템 역시 미국에서 다수 제작되어 운영하고 있다.◇ 국내 현황 : 2015년 경기도 소방재난본부에서 처음 도입한 후 확산 중해외 사례와 비교해 국내 연구는 연구개발(R&D) 단계의 VR/XR 기술기반 소방 및 재난 안전분야 훈련 및 교육 시스템은 다양하게 존재하나 상용화된 사례는 극히 일부만 존재한다. 경기도 소방재난본부에서 운영 중인 Go Fire는 2013년 완료된 소방방재청(현 소방청) 화재재난 현장팀 단위 전술훈련 프로그램 연구개발 사업의 개발 결과물이 2015년 상용화된 사례다 .소방훈련 시스템 및 소프트웨어 분야의 연구개발 성과물이 상용화로 이어진 경우는 극히 드물어 우수 과제로 선정되기도 하였다.경기도 소방재난본부는 해당 프로그램을 활용해 2015년~2016년 시범 운영, 2017년 소방서별 자율 운영, 2018년 이후 신규 임용 소방관을 대상으로 한 교육 커리큘럼 편성 등의 단계를 거쳤다.2019년부터 경기도 소방학교에서 운영하고 있다. 경기도 소방재난본부는 수보대(상황실) 훈련 시뮬레이터를 2019년 초에 도입했다.중앙 소방학교는 전술한 훈련프로그램을 시범 도입해 2018년 신임 간부후보생을 대상으로 총 12차 시의 훈련 및 교육 커리큘럼을 진행했다. 계속 해당 커리큘럼을 운영/확대할 것으로 기대된다.◇ 국내 제품인 Go Fire 및 해외 제품인 XVR 비교... 장단점 보완하며 국내 실정을 반영할 필요성 높음국내에서 현재 운영 중인 소방훈련 시스템은 국내 제품인 Go Fire와 해외 제품인 XVR이다. 2개 시스템은 국내 시장에서 경쟁 관계인 것으로 인식되나 엄밀하게 보자면 서로 다른 목적에 따라 개발된 제품이다.▲ 국내 운용 소방훈련시스템(Domestic Operational Fire-Fighting Training System)먼저 XVR은 소방 현장 지휘관을 위한 훈련 시스템으로 긴급구조통제단을 위한 훈련 시스템이다. 반면에 Go Fire는 소방 현장 지휘관과 현장대응 대원이 동시에 훈련하는 것을 목표로 한다.해당 시스템은 기본적으로 한 현장 당 최대 200명의 훈련자가 동시에 접속해 자신의 역할에 따른 팀 단위 훈련을 목표로 구축됐다.이에 따라 서버 및 네트워크, 동기화 기술의 적용이 필요했다. 각 훈련자는 자신의 역할에 따른 최대 200명의 다중 접속형 훈련이 가능하다.Go Fire를 통해 훈련할 수 있는 역할은 현장 지휘관, 방면 지휘관, 현장 대원(관창/관창 보조/구조/기관), 상황실(수보대) 등 7종에 달한다. 각 훈련자는 자신이 수행하는 역할에 따라 상호작용 등을 거듭하며 훈련을 진행할 수 있다.Go Fire는 화재재난에 대한 대응법을 훈련하기 위한 시스템이기에 VR 환경에서의 몰입도를 높이기 위해 화재 M&S가 적용됐다.미국 국립기술표준(NIST; National Institute of Standards and Technology)에서 개발한 화재시뮬레이션 프로그램인 FDS(Fire Dynamics Simulation)의 시뮬레이션 결과를 바탕으로 가연물의 재질에 따른 화염의 성상, 화재의 확산 등을 구현했다.또한 화재 재난현장에서 발생할 수 있는 돌발 상황에 대한 대응력을 강화하기 위해 플레임 오버(Flame Over), 플래쉬 오버(Flash Over), 백 드래프트(Back Draft), 비등액체증기폭발(Boiling Liquid Expanded Vapor Explosion), 이어볼(Fireball) 등 각종 화재 특수 현상에 대한 구현 역시 이뤄졌다.면밀하게 시뮬레이션 된 화재 모델을 바탕으로 훈련자는 자신의 역할에 따른 훈련을 진행한다. 경방 대원을 위하여 직사/분무/반사 주수가 가능하도록 노즐 컨트롤 기능이 추가됐다.타 현장 대원을 위한 엄호 주수, 화재 확산을 방지하기 위한 냉각 주수 등의 기능이 적용됨으로써 다채로운 훈련이 가능하게 됐다.구조 요원은 탐색 및 구조를 위한 소방도끼, 도어 개폐기 등을 활용할 수 있도록 구현했다. 요 구조자의 몸집과 부상 정도에 따라 각기 다른 구조법을 적용할 수 있도록 적용됐다.또한 사다리 등의 도구를 활용함으로써 2층 이상으로 진입할 수 있도록 구현함으로써 다양한 작전 전개가 가능하다.기관원은 차량 운전 및 부서 기능, 차량 판넬 기능, 방수포 기능, 보수구/중계구/흡수구/방수구 등의 패널 조작 기능 등을 구현함으로써 내부에 진입한 소방대원과 협업 훈련이 가능하다.한편으로는 옥외 소화전, 연결송수관 등의 소방 설비를 활용할 수 있도록 구현했다. 필요에 따라 펌프차, 탱크차 간의 중계 급수, 자연용수 활용 기능을 활용함으로써 원활한 훈련을 펼칠 수 있다.현장 지휘관을 위해 현장 지휘소의 개설 권한, 대응 단계 발령, 증원 요청, 현장 대원 역할수정 등의 기능이 추가됐다.따라서 현장 지휘관은 원활한 대응 훈련을 진행하기 위해서 Go Fire에 구현된 VoIP(voice over Internet protocol) 기반 가상 무전 기능을 통하여 실제 무전기 없이도 헤드셋을 활용하여 명령을 내릴 수 있다.이와 같은 유기적 팀 단위 훈련을 수행할 수 있도록 Go Fire에는 총 15개의 대상 건물이 구현됐다. 대상 건물은 경기도 내 실제 존재하는 건축물을 실측해 3D 모델로 제작됐다.건물은 SOP(표준작전절차, Standard Operation Process)에 의거해 각기 다른 유형으로 선정됐다. Go Fire는 기본적으로 VR HMD를 활용하여 훈련할 수 있도록 구현됐다.VR 환경에서 멀미(VR Sickness)를 느끼는 훈련자의 경우 개인 모니터를 활용하여 훈련을 진행할 수 있도록 개발됐다. 다양한 연령대의 훈련자가 VR 환경에서 느끼게 될 불편함을 최대한 배제하기 위한 시도였다.이외에도 IT 기기에 익숙하지 않은 훈련자가 조작법 등을 익힐 수 있도록 5분 가량의 학습 모드(튜토리얼) 기능을 제공한다.기본적인 조작법과 훈련 시스템에 포함되어 운용할 수 있는 다양한 도구 및 설비 이용 방법을 간략하게 학습할 수 있다. 이를 통해 훈련자는 본격적인 팀 단위 전술훈련을 진행하기 전 시스템 운용에 익숙해질 수 있도록 배려했다.◇ VR/XR 기술 기반 소방훈련 시스템은 새로운 기술을 적용하는 한편 대한민국의 SOP 충실히 반영대한민국의 소방 체계는 미국의 소방 체계를 다수 인용해 수립됐다. 최근에는 SOP를 개정하는 등의 노력을 통해 독자적이며 국내 실정에 적합한 소방 체계를 구축하기 위한 움직임이 계속 관찰되고 있다.이러한 상황에서 VR/XR 기반 소방훈련이 가능한 시스템은 전 세계적으로 손에 꼽을 정도로만 존재한다. 대한민국에서 개발해 운용 중인 시스템은 단 1종에 불과하다.가상 소방훈련 분야에서 독자적이고 효율적인 시스템 개발이 중요하다. 이러한 관점에서 봤을 때 앞으로 VR/XR 기술 기반 소방훈련 시스템은 새로운 기술을 적용하는 한편 대한민국의 SOP를 충실히 반영해야 한다.특히 기술적인 측면에서 보자면 단순몰입도를 높이는 VR 기술 외 대응 3단계 등 대단위 팀 단위 전술훈련이 가능하도록 서버 및 네트워크 기술의 적용은 기본적이라 볼 수 있다.최근 비약적인 발전 분야인 Sensing을 접목함으로써 사용자 위치 기반 훈련이 가능한 형태의 훈련 시스템 역시 고려할 수 있다.이외에도 머신 러닝 기술 및 빅데이터 기술을 적용함으로써 훈련자가 훈련 과정 중 잘못된 선택을 했을 때 올바른 선택이 무엇인지 교육할 수 있는 형태의 훈련 기능을 추가함으로써 훈련 효과를 높여야 한다. 해외 소방훈련 체계에서는 햅틱 및 사물인터넷(Internet of Things·IoT) 기술을 활용해 노즐 컨트롤 훈련과 열기까지 피드백할 수 있는 체계가 구축되고 있다.국내는 해당 기술을 활용한 VR/XR 소방훈련 시스템으로 적용이 가능한 사례는 극히 일부에 불과해 전자 관창을 이용한 체험식 프로그램만 존재한다.해당 기술을 활용해 경방 훈련이 가능한 햅틱 및 IoT 기술 기반 현장 대원 훈련 프로그램을 개발하는 것도 가능할 것이다.◇ VR/XR 기술 기반의 소방훈련 시스템을 통해 화재 재난현장의 대응력 강화 가능본 연구는 정부의 4차 산업혁명 기반 재난 안전 연구개발 중장기 계획의 6대 기술 중 하나인 VR과 VR 응용 분야인 XR에 대해 국내·외 현황과 도입사례를 분석해 효과를 확인했다.재난대응을 위한 효율적 수단으로 유용하게 필요한 기술임을 확인했다. 4차 산업혁명 시대에 기술의 전문화에 따른 기술의 분절, 융합 기술의 부족 등으로 무궁무진한 가능성을 가진 소방훈련 분야의 발전은 더딘 상황이다.앞으로 다양한 기술이 융합된 VR/XR 기술 기반의 소방훈련 시스템을 상시 소방훈련이 가능한 형태로 구축·운용해 나간다면 화재 재난현장의 대응력 강화를 위한 하나의 답이 될 수 있으리라 본다.더불어 본 연구를 통하여 추가 제언한다면 다음과 같다. 양적 연구로 질적 연구가 제외됐으므로 질적 연구의 실증분석을 통해 VR/XR 기반 훈련에 대한 효과검증 역시 필요하다.▲ 정상 전문위원(중앙대학교 교수)