서호석 육군 전력지원체계사업단 단장 2급 이사관

이준일 육군 전력지원체계사업단 전투장비선행연구장교 육군 중령

유기용 육군 전력지원체계사업단 기술관리분석계획장교 육군 중령

차혜경 육군 전력지원체계사업단 연구개발표준화계획담당 5급 사무관

이종태 육군 전력지원체계사업단 장비비용분석장교 육군 중령

현재 우리 육군은 병력자원 감소, 훈련장 주변 도시화, 훈련 부대이동 시 발생하는 교통체증과 사격훈련에 따른 진동·소음 등으로 지속적인 민원이 발생하고 기계화 부대와 포병 부대 등 장비위주의 부대들의 실기동과 실사격 훈련여건 제한, 병 복무기간 단축에 따른 훈련시간 부족 등으로 전투원의 숙련도가 저하되고 부대의 전투준비태세 유지에도 많은 문제점을 야기시키고 있다. 이러한 제한사항들을 극복하기 위해 합성훈련환경(STE)은 전투부대에 도시지역, 사유지, 북한지역 등 실기동훈련(FTX)이 불가능한 지역을 포함해 전·평시 작전지역에 대해 3차원의 가상공간상에서 훈련할 수 있는 환경을 제공한다. 따라서 육군 전력의 안정적 운용 및 전술훈련 여건 보장을 위해 합성훈련환경(STE)체계의 획득사업 추진 필요성이 그 어느 때보다 대두되고 있다. 

국외 합성훈련환경(STE)체계 구현이 가능한 플랫폼은 VR Forces, VBS4 등이 대표적이며, 미 육군의 합성훈련환경(STE)체계 개발 초기에 VR Forces가 활용된 바 있다. STE 플랫폼을 구축하기 위해서는 응용 SW, 영상(VR) 및 지형 기술이 필요하며, 응용 SW 기술은 모의 엔진 및 콘텐츠 개발을 위해 모델링 기술과 DB구축 기술이 요구된다. 모의 엔진의 필수 구성요소로는 물리 엔진, 그래픽 엔진, 오디오 엔진, AI, 네트워크 기능 등이 있으며, 이 중 물리 및 그래픽 엔진은 특정 엔진의 정체성을 잘 나타내는 핵심 요소다. 

그래픽 엔진은 2D와 3D 렌더링을 컴퓨터 화면에 표시해 주는 역할을 하는데, 3D 그래픽을 표현할수록 고사양의 컴퓨팅 성능이 필요하다. 영상(VR) 기술은 시뮬레이션 모델 완성 후 모델 운용을 위한 공간과 환경, 객체 등이 행동하게 하는 기술로서 컴퓨터 그래픽(CG) 기술인 디자인 및 영상 모델링 기술을 통해 체험자에게 현실과 유사하게 인식할 수 있는 가상공간을 제공하는 것이 매우 중요하다. STE 구현을 위한 플랫폼(VBS, VR Forces)은 VR 시뮬레이션 체계 내 시나리오 편집기(TMT), 사후검토(AAR)와 훈련시뮬레이션 모델(TSS) 기반의 인공지능 기술과 상호 운용성 구현을 위한 HLA/RTI 등의 미들웨어 소프트웨어 포함이 요구된다.

합성훈련환경(STE)은 전투를 모의하고, 한반도 지형과 훈련을 관리하는 등의 요구사항을 전부 수용 가능하도록 전 지구 지형(OWT : One World Terrain), 훈련 관리(TMT :  Training Management Tool), 훈련모의(TSS : Training Simulation Software) 등의 SW와 훈련병력의 전기전술 숙달과 제병협동부대의 전투장비 조작 숙달을 위한 보병 훈련기(SVT : Soldier Virtual Trainer), 가변구조형 시뮬레이터(RVCT : Reconfigurable Virtual Collective Trainer), PC 등의 HW로 체계를 소요군의 요구(Needs)에 맞게 커스터마이징(Customizing)하여 개발한다.

현재 우리 육군은 합성훈련환경(STE)체계를 도입하여 도시지역, 사유지, 북한지역 등 실기동훈련(FTX)가 불가능한 지역에서도 3차원 가상공간을 사용해 전시 임무 위주 훈련을 숙달할 수 있는 체계 구현을 목표로 하고 있다. 우선 소부대 과학화 전술훈련체계, 육군 합성전장훈련체계, 중대급 합성훈련환경 시범체계 등이 개발되고 있으며, 각각의 체계는 보병 훈련기(SVT), 가변구조형 시뮬레이터(RVCT), VR HMD(Head Mounted Display) 등을 활용하여 가상전투환경을 구현하고 있다. 가변구조형 시뮬레이터(RVCT)는 제병협동훈련 구성부대 장비로 개발되어 운용 중이며, 합성훈련환경(STE) 플랫폼은 훈련관리(TMT), 훈련모의(TSS), 전 지구지형(OWT) 등을 기반으로 다양한 훈련 환경을 제공하여 다양한 방식으로 합성훈련환경 기반의 훈련체계 구축에 사용되고 있다. 

합성훈련환경(STE)체계와 유사한 훈련체계들이 다양한 분야에서 활용 및 개발되고 있는데, 일부는 국내 기술기반의 훈련체계로 구축되었고, 일부는 외산 제품을 기반으로 구축되었다. 현재 RVCT 및 SVT 등은 군에서 운영되고 있는 가상훈련체계 중 메타버스 합성훈련환경 시범체계(VBS), 예비군 과학화훈련장(유니티), 육군사관학교의 소부대 과학화 시범훈련장(유니티) 및 해병대 공수강하 훈련장(유니티) 등은 매우 높은 내구성과 성능이 검증되고 있다. TMT, TSS 및 OWT 경우 국외 제품에만 의존하다가 최근에 국내기술 기반으로 구축된 상용제품이 일부 선보이고 있다. 

국내 방산 체계기업과 중소기업의 기술 및 제품의 수준은 합성훈련환경(STE)체계의 군사 요구도를 충족시킬 수 있는 훈련체계 개발 능력이 TRL(Technology Readiness Level, 기술성숙도) 7이상의 수준을 확보하여 글로벌 시장에서 경쟁이 가능한 수준까지 발전한 것으로 판단되며, 우리 군에서 군사훈련의 효율성을 증진시키고, 군사력 강화를 도모하는데 기여하고 있다.

미국에서는 미 육군이 2017년부터 PEO STRI 조직을 통해 합성훈련환경(STE) 개발을 단계적으로 추진하고 있다. 이들은 합성훈련환경(STE)을 개발하여 다양한 가상훈련기와 연동하고 있으며, 2030년까지 전 부대에 배치를 목표로 하고 있다. 미 해병대도 MCSTE(Marine Corps Synthetic Training Environments)를 통해 실기동, 가상 및 워게임 영역의 연동을 목표로 하고 있다. 영국 육군은 부대훈련 혁신 프로그램(CTTP : Collective Training Transformation Programme)을 통해 미래 지휘훈련체계(FCTS : Future Command Training System)를 전력화하여 2025년까지 합성작전환경(SOE : Synthetic Operation Environment)을 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 캐나다와 호주도 각각 미래통합훈련환경(FITE : Future Integrated Training Environment)과 지상모의핵심능력(LSCC : Land Simulation Core Capability)을 통해 합성훈련환경(STE)과 유사한 체계를 개발 중에 있다. 현재 대표적인 합성훈련환경(STE) 플랫폼은 VR Forces와 VBS4로 이들은 다양한 가상훈련 및 시뮬레이션을 지원하고 있다. 

① 미 육군(US Army) 

미(美) 육군에서는 [그림 1]과 같이 시뮬레이션 훈련 프로그램 실행조직인 PEO STRI를 통해 육군의 현대화를 위해 합성훈련환경(STE) 구축계획을 수립(2017. 10월)하고, 2018년에 STE 개발을 착수하여 추진 중이며, 육군 미래사(Army Futures Command), PEO STRI 등을 주축으로 합성훈련환경(STE)을 단계적으로 개발하고 있다. 

미 육군의 합성훈련환경(STE)은 대대급 부대의 제병협동훈련 임무수행절차를 숙달하는 체계다. 워게임 모의체계와 개인 및 장비 가상훈련체계의 통합 운용을 통한 중대급 쌍방 교전훈련과 대대급 일방훈련의 지휘통제 및 전술적 상황조치능력을 숙달하는데 운용된다. 미 육군의 합성훈련환경 추진경과를 살펴보면 PEO STRI는 2017년 7월부터 합성훈련환경(STE) 개발을 착수하였으며, [그림 2]와 같이 개발 초기에는 VT-MAK사를 TSS와 TMT 개발의 주 계약자로, Vricon사를 OWT 주 계약자로 선정하여 CSE(Common Synthetic Environment, 공통합성환경)를 개발하였다. 

TSS는 객체 모듈을 가시화하는 VR-Forces(시뮬레이션), MAK Earth(지형)를 활용하고, 훈련자와 인터페이스를 제공하는 VR-Engage(인터페이스), VR-Vantage(렌더링), VR-The World로 구성하여 개발하였다. TMT는 훈련주기(계획-준비-실행-평가)와 역할 담당자(Role Player)는 VR-Engage, VR-Vantage, MAK Earth를 활용하여 개발하였다. OWT는 VR-The World를 사용하여 TSS로 지형자료를 입력하는 방식으로 개발을 추진하였다.

초기 미 육군의 합성훈련환경(STE)는 CSE(공통합성환경)와 S/SVT 및 RVCT 등의 가상훈련기와 연동하였는데 합성훈련환경(STE) 프레임을 개발하는 아키텍처는 [그림 3]과 같다. 

미 육군(PEO STRI)은 초기 STE 개발 개념인 CSE가 업체 플랫폼기반으로 개발된 후 육군의 공용화가 제한됨에 따라 개발개념을 군 자체 연구개발 개념인 STE-IS(STE Information System)로 변경하여 [표 1]과 같이 STE 구성요소별로 점진적 개발을 추진하고 있다. 

현재 적용 중인 미 육군 STE 프레임워크는 [그림 4]와 같다.

② 영국군  

영국은 부대훈련 혁신 프로그램(CTTP)을 통해 미래 지휘훈련체계(FCTS)를 전력화하여 공통데이터, 공통지형, 공통표준을 적용한 오픈 아키텍처기반의 합성작전환경(SOE)을 2025년까지 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해 영국 육군은 2019년부터 가상훈련체계의 대규모 운용과 효과를 평가하는 VR 육상훈련 VRLT(Virtual Reality Land Training, 가상육상훈련) 시범사업을 실시하였고, 첨단 시뮬레이션 글로벌 업체인 BISim(BohemiaInteractive Simulation)과 계약(800억 파운드 규모)하여 가상 현실, 머신러닝 및 클라우드 컴퓨팅기술을 사용하여 개발 중에 있다. BISim은 VBS3, 고성능 전 지구 IG(Image Generator, 이미지 생성기)인 VBS Blue IG를 결합한 프로토타입의 전 지구 데스크톱 VBS STE를 활용한 바 있으며, 이후 Framestore(영국 런던), Niantic(미국 샌프란시스코)기업들과 협약하고 자체 개발 중이다.

③ 기타 국가

캐나다 국방군은 합성훈련환경(STE)과 유사한 미래통합훈련환경(FITE)을 2025년까지 확보할 계획이다. 호주군은 2027년까지 지상모의핵심능력(LSCC) 확보를 목표로 3단계에 걸친 사업을 추진 중이며, 2단계 사업 간 합성훈련환경(STE)과 유사한 능력을 갖춘 플랫폼 확보를 목표로 사업을 추진 중에 있다. 이상과 같이 군사 선진국의 합성훈련환경(STE) 기반의 훈련체계 구축을 위한 추진내용을 요약하면 [그림 6]과 같다.

합성훈련환경(STE)은 [그림 7]과 같이 대대급 부대의 제병협동훈련 임무수행 절차를 숙달하는 훈련체계로 워게임 모의체계와 개인 및 장비 가상훈련체계를 통합하는 것이 체계구축의 핵심이다. STE를 구축하는데 있어 핵심 SW인 TSS, TMT, OWT와 HW인 SVT와 RVCT에 대해 요구되는 성능과 핵심 기술은 아래와 같다. 

훈련 모의 소프트웨어(TSS)는 대대급 부대의 제병협동훈련을 위해 한국군 무기체계를 반영하고, Army TIGER부대의 전력화 장비를 추가해야 하며, 무기체계 속성 수정이 가능한 시스템은 군사작전, 전투모의, 환경 묘사, 가상 대항군 및 AI 기능을 통해 실제와 유사한 행동을 모의할 수 있어야 하고, 소수의 운영자에 의해 지속적인 기술지원 없이 운영될 수 있어야 한다.

훈련관리도구(TMT)는 웹기반으로 개발된 시스템이 개인 및 부대별 맞춤형 피드백을 제공하고, 지형 위에 기동계획을 작성하여 모의엔진에서 부대 및 전투지경선을 모의하며, 지휘관이 훈련계획을 수립할 수 있는 UI(User Interface)를 제공하고 기존 훈련시나리오를 재활용, 복사 및 수정하여 새로운 시나리오를 작성할 수 있다. RVCT, SVT 등의 훈련체계와 연결 및 접속해제가 가능하며, 실행 간 시나리오 및 MSEL의 입력과 수정을 할 수 있고, 사후검토를 위해 TSS 데이터를 수집 및 저장하며, 과거 훈련결과를 확인하고 2D 및 3D로 훈련을 재생, 분석, 시각화할 수 있는 기능을 제공해야 한다.

전 지구지형 (OWT)은 사용자가 GIS 지식 없이도 남한과 북한 지역을 포함한 가상지형을 쉽게 편집할 수 있는 시스템으로 저해상도 소스로부터 고해상도 데이터를 생성하고, 복잡한 지형과 장애물을 자동으로 생성하며, 실시간 지형 데이터베이스에 접근하여 수정, 확장 및 교체할 수 있어야 한다.

합성훈련환경(STE)체계 구축의 주요 핵심기술로는 SW에서는 AI기반 훈련관리기술, 초다(超多) 개체 모의기술, D/B 관리기술, 가상현실 구현기술, 지형정보처리기술 등이 있고, HW에서는 RVCT 및 SVT 제작기술 등이 있다. AI기반 훈련관리기술은 AI기술을 적용하여 훈련 전 과정에 생성된 데이터를 관리하고 훈련자/훈련통제인원의 훈련계획, 준비 및 평가활동을 지원해야 한다. 초다(超多)개체 모의기술은 피아 무기체계(육·해·공군) 모의를 지원하고, 모의개체 간 교전 모의 등의 상호 작용과 기상·식생·하천 등의 환경모의가 지원되어야 한다. D/B 관리기술은 분산 네트워크/컴퓨팅, 실시간 데이터분석, 클라우드 게이밍기술을 적용하여 피아 무기체계 D/B를 관리하고 구성요소 간 정보를 네트워크로 연동하여 정보 송·수신 및 시간 동기화를 지원해야 한다. 

가상현실 구현기술(VR/AR, MR, XR)은 햅틱 기술 등으로 훈련참가자들에게 초실감형 가상공간을 제공해야 한다. 지형정보처리기술은 한반도 지역에 대한 3D지형 데이터 처리 및 시각화와 훈련 실시간 데이터 스트리밍, 지형 생성/편집 등을 지원해야 한다.

SVT 및 RVCT 제작기술은 제병협동훈련 구성제대의 전투장비에 대한 가상모의와 장비승무원 직책별로 운용되는 전장품 조작 모의와 실시간 동기화를 지원해야 한다. RVCT 제작기술은 네트워크로 연결된 개별 및 팀 단위 훈련이 가능하며, 장비별 기동 및 피격 효과를 모션체어 피드백 등으로 반영하고, [그림 8, 9]와 같이 장갑차, 헬기, 전차, 자주포 등 각 장비별로 필요한 전장품을 포함하여 훈련할 수 있도록 지원해야 한다. 또한 RVCT, SVT 외 PC로 훈련을 참가하는 환경을 고려하여 HW 시스템 구성/설계 기술, HW 설치/테스트 기술, 체계 확장 기술 등도 필요하다.

SVT제작기술은 훈련참가인원의 동작을 인식하여 WiFi 등 이중 통신 프로토콜을 활용하여 실시간으로 가상모의와 동기화하여 훈련인원이 몰입할 수 있는 훈련환경과 실제 화기와 유사한 부품과 무게, 반동이 구현된 모의 화기를 제공해야 한다.

또한 SVT는 동일 훈련 공간 내 30명의 개별 및 통합훈련이 가능하며, 훈련자 간 상호 교전 및 자동화된 대항군과의 교전이 가능해야 한다.

군 자체 합성훈련환경(STE) SW 개발 시에는 가상훈련체계 개발에 주로 사용되는 상용 개발 엔진인 Unity와 Unreal을 고려할 수 있다. 상기 개발 엔진들은 게임 산업뿐만 아니라 교육, 공공, 국방 등 다양한 산업에 활용되고 있다. Unity는 소규모 모바일 게임부터 중규모 게임까지 주로 사용되며, Unreal은 중대규모 프로젝트에서 주로 사용된다. 두 엔진 모두 다양한 플랫폼으로 개발이 가능하며, 고해상도 그래픽과 물리 엔진을 제공한다. 

전 세계적으로 메타버스와 VR 등의 기술이 발전하고 있으며, 관련 기술을 바탕으로 미군과 NATO 등은 메타버스 기술이 접목된 가상환경기반의 과학화훈련체계 전력화를 추진하고 있다. 국내에서는 소부대 과학화 전술훈련체계, 중대급 합성훈련환경 시범체계, 육군 합성 전장훈련체계 등이 개발되고 있으며, 각 체계는 보병 훈련기(SVT), 가변구조형 시뮬레이터(RVCT), VR HMD 등을 활용하여 가상 전투 환경을 구현하고 있고, 가변구조형 시뮬레이터(RVCT)는 제병협동훈련 구성부대 장비로 개발되고 있으며, 합성훈련환경(STE) SW는 훈련관리(TMT), 훈련모의(TSS), 전 지구지형(OWT) 등을 기반으로 개발되고 있다. 

합성훈련환경(STE)체계는 현재 우리 군이 직면하고 있는 실기동(실사격) 훈련장 확보제한과 병 복무기간 단축에 따른 훈련 시간 부족으로 인해 숙련도가 저하되는 교육훈련환경의 제한사항들을 가상훈련체계라는 진화적인 방법으로 극복할 수 있는 대안을 제시한다.

이러한 가상환경기반의 몰입형 훈련이 가능한 합성훈련환경(STE)체계의 전력화는 군의 제병협동작전 수행능력 향상에 기여할 것으로 기대되며 이와 함께 데이터기반의 과학적인 훈련관리, 전문인력 확보가 이루어 진다면 미래 지향적인 신기술의 적극적인 도입과 합성훈련환경(STE)체계 전력화의 효과를 극대화할 수 있고, 전투원/전투부대의 전투력 향상과 우리 군의 전투준비태세 유지에 크게 기여할 것으로 기대된다.

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