선박운항 시뮬레이터 시작품 제작

프로젝트 개요

선박운항 시뮬레이터 시작품 제작 프로젝트는 해양 교육·훈련 기관을 위한 차세대 선박운항 시뮬레이터의 프로토타입을 개발한 사업입니다. 다양한 선종(상선, 유조선, 컨테이너선 등)의 운항 특성을 정밀하게 모델링하고, 기상 조건(풍향·풍속·시정)과 해상 상태(파고·조류·조석)를 실시간으로 시뮬레이션하여 실제 항해에 근접한 훈련 환경을 제공합니다. 항만 접·이안, 협수로 통과, 비상 상황 대응 등 실전 시나리오를 3D 환경에서 체험할 수 있어 해기사 양성과 운항 역량 강화에 기여하는 해양 교육 핵심 인프라입니다.

핵심 기능

선박 운동역학 시뮬레이션 엔진

선박의 운동은 6자유도(Surge, Sway, Heave, Roll, Pitch, Yaw) 운동 방정식으로 기술되며, 선종별 선체 형상·배수량·프로펠러 특성에 따라 조종 응답이 크게 달라집니다. 풍압력, 조류력, 파랑 외력 등 외부 힘의 동시 작용을 실시간으로 계산해야 하므로 높은 연산 성능이 요구되었습니다.

MMG(Maneuvering Modeling Group) 수학 모델을 기반으로 선체 유체역학 계수를 선종별로 매개변수화하여, 다양한 선박의 조종 특성을 정밀하게 재현하는 운동역학 엔진을 구현했습니다. 러더(Rudder) 입력에 대한 선회 응답, 프로펠러 추력에 따른 속력 변화, 풍압·조류에 의한 편류를 실시간으로 연산하며, 적분 알고리즘을 최적화하여 60Hz 이상의 물리 시뮬레이션 주기를 유지합니다. 선박 간 상호작용(Bank Effect, Passing Ship Effect)도 근사 모델로 반영했습니다.

실시간 3D 항만 환경 렌더링 시스템

항만 접안 훈련에는 부두, 안벽, 방파제, 등대, 항로표지 등 항만 시설물의 정밀한 3D 모델링이 필요하며, 주간·야간·안개 등 다양한 시정 조건에서의 시각적 현실감도 확보해야 했습니다. 수면의 파랑 렌더링과 선박 항적(Wake) 표현도 시뮬레이션 몰입도에 핵심적인 요소였습니다.

실제 항만 측량 데이터를 기반으로 3D 지형과 시설물을 모델링하고, LOD(Level of Detail) 기법으로 거리에 따라 렌더링 품질을 동적으로 조절하여 실시간 성능을 확보했습니다. 해면은 FFT(Fast Fourier Transform) 기반 파랑 시뮬레이션으로 사실적인 해수면 움직임을 구현하고, 반사·굴절 셰이더로 수면의 광학적 특성을 재현합니다. 시간대별 조명 변화(일출·일몰·야간), 안개·강우 등 기상 효과, 항로표지 등화 패턴까지 구현하여 모든 운항 조건에서의 시각적 현실감을 확보했습니다.

프로젝트 성과

• 해양 교육 혁신: 실선 훈련 대비 안전하고 비용 효율적인 시뮬레이터 기반 교육·훈련 환경 구축

• 선종 확장성: 매개변수화된 운동역학 모델로 신규 선종 추가 시 계수 입력만으로 시뮬레이션 가능

• 시나리오 다양성: 기상·해상·교통 상황을 자유롭게 조합하여 무한한 훈련 시나리오 생성 가능

• 기술 기반 확보: 향후 Full Mission Ship Simulator 개발을 위한 핵심 기술 자산 확보

기술적 의의

선박 운동역학(Ship Maneuvering Dynamics)과 실시간 3D 렌더링이라는 두 가지 고난도 기술 영역을 융합한 해양 시뮬레이션 전문 프로젝트입니다. MMG 수학 모델 기반의 정밀한 물리 시뮬레이션과 항만 환경의 사실적 3D 시각화를 결합하여, 해양 교육·훈련 분야의 기술적 깊이와 도메인 전문성을 동시에 입증합니다.