시각 표시장치

왜 배우는가: 사람은 정보의 대부분을 시각으로 받아들이므로 표시 방식이 판독 속도와 조작 실수를 좌우한다. 실무에서 계기판과 화면을 설계하거나 평가할 때 어떤 표시 방식을 고를지 근거가 필요하다. 기출에서도 3개 회차에 걸쳐 분류와 비교가 물어졌다.

출제 이력: 제139회 2교시 1번, 제109회 3교시 6번, 제94회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

시각 표시장치는 정보를 눈으로 읽도록 값·상태·모양을 나타내는 장치다. 사람은 정보의 대부분을 시각으로 받아들이므로, 표시 방식은 판독 속도와 조작 실수를 좌우한다.

핵심 키워드

• 정량적 표시장치
• 정성적 표시장치
• 묘사적 표시장치
• 상태 표시장치
• 동침형
• 동목형
• 부합성

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 계기판이나 화면이 '지금 값이 얼마인지, 어떻게 변하는지, 정상인지'를 눈에 보이게 알려 주는 장치다. 정식으로는 사람의 시각 감각을 통해 정보를 전달하도록 설계된 표시 장치이며, 전달하는 정보의 특성에 따라 나눈다.

정량적 표시장치는 수치 값을 정확히 읽게 하는 표시다. 눈금과 지침, 또는 숫자로 값을 나타내며 동침형, 동목형의 아날로그 방식과 디지털 방식이 있다. 정량적 표시는 정확한 값을 읽게 하고, 정성적 표시는 추세를 파악하게 한다.

정성적 표시장치는 값의 대략적 크기나 변화 방향을 전달한다. 온도계의 색 영역처럼 정확한 값보다 범위와 추세를 보는 데 쓴다. 연료가 줄어드는 추세나 속도가 빨라지는 느낌을 알 때 쓰는 표시가 여기에 든다.

묘사적 표시장치는 대상의 모양이나 위치를 그림과 도식으로 보여 준다. 지도와 설비 배치도처럼 공간 관계를 한눈에 보게 한다. 항공기 자세지시계는 항공기 기호와 지평선의 위치 관계로 자세를 나타내므로 묘사적 성격이 강하다.

상태 표시장치는 시스템이 어느 상태인지를 구분해 알려 준다. 전원등, 정상과 이상을 색으로 구분하는 표시등이 여기에 든다. 판독 시간이 짧아야 하는 자리에서 특히 쓰인다.

정량적 동적 표시 가운데 동침형(moving pointer)은 눈금이 고정되고 지침이 움직인다. 반대로 동목형(moving scale)은 지침이 기준선으로 고정되고 눈금이 움직인다. 두 방식은 같은 값을 보여 주지만 시선이 움직이는 방향이 다르다.

부합성은 표시가 움직이는 방향과 사람이 기대하는 방향이 일치하는 정도다. 부합성이 높을수록 판독 오류가 줄어든다.

3. 등장 배경과 필요성

사람은 정보의 대부분을 시각으로 받아들이므로 표시장치는 감각 채널의 병목을 다루는 장치가 된다. 기계와 시스템이 복잡해지면서 작업자는 짧은 시간에 많은 상태를 확인해야 했다. 항공기 계기는 온도, 기압, 자세, 가속도가 크게 변하는 조건에서도 신뢰성 있게 읽혀야 하므로 표시 방식의 설계가 특히 중요해졌다.

측정량과 표시량이 다를 때 표시 설계의 역할이 커진다. 예를 들어 기압 고도계는 주변 대기압을 측정해 고도로 바꿔 표시한다. 사용자는 고도 자체를 보지만 장치 내부에서는 압력과 고도 사이의 변환이 일어난다. 이 변환을 어떤 눈금과 지침으로 보여 줄지가 판독 정확도를 결정한다.

아날로그와 디지털의 쓰임도 이 필요에서 나뉜다. 아날로그 표시는 에너지 작용에 따라 지속적으로 변하는 양을 감시하기에 맞고, 디지털 표시는 숫자나 약속된 기호로 정확한 값을 전달하기에 맞다. 계기판처럼 추세와 정확한 값을 함께 봐야 하는 자리에서는 두 방식을 함께 쓰는 까닭이 여기에 있다.

4. 구성요소·원리·절차

시각 표시장치는 정보를 눈으로 읽게 만드는 장치다. 계기는 보통 눈금, 지침, 기준 표시, 수치창의 네 구성요소로 이루어진다. 각 요소가 맡는 역할을 알면 어떤 방식으로 값을 보일지 설계 단계에서 정할 수 있다.

표시 방식은 아날로그 표시와 디지털 표시로 나뉜다. 아날로그 표시는 에너지 작용에 따라 연속으로 변하는 양의 추세를 보이는 데 강하다. 디지털 표시는 숫자나 약속된 기호로 정확한 값을 전달하는 데 강하다. 그래서 정확한 값이 필요하면 디지털을, 변화의 방향과 속도가 필요하면 아날로그를 고른다.

아날로그 정량 표시는 움직임을 보이는 부분에 따라 두 형식으로 나뉜다. 동침형(moving pointer)은 지침이 움직이고 눈금은 고정된다. 동목형(moving scale)은 눈금이 움직이고 지침은 고정된다. 동목형은 고정된 기준점에 눈금을 대조하는 방식이라 여러 계기를 차례로 볼 때 시선이 안정된다.

고도계는 이 원리가 잘 보이는 예다. 기계식 고도계는 밀폐된 얇은 금속 상자의 변형을 지침의 회전으로 바꾼다. 전자식 고도계는 압력 센서의 신호를 계산기로 처리한다. 두 방식 모두 측정한 압력을 기준 대기 모델로 고도에 대응시킨 뒤 표시한다.

항공 계기에서는 표시 방식을 정할 때 조종사가 한눈에 읽는 속도가 중요하다. 여러 계기를 동시에 주사하므로 눈금 방향과 지침 움직임이 직관과 맞아야 한다. 값이 커질 때 눈금이 돌아가는 방향이 어긋나면 판독 오류가 생기므로, 아날로그 추세 표시에 수치창을 함께 두는 방식이 쓰인다.

5. 관련 법령·기준·표준

시각 표시장치의 판독 조건은 관측 거리와 시각(visual angle)으로 정해진다. 글자 높이 h 는 관측 거리 D 와 시각 θ 로 다음 식에서 구한다.

$h = 2D \tan\left(\frac{\theta}{2}\right)$

여기서 h 는 글자 높이, D 는 관측 거리, θ 는 시각이다. 단위는 D 와 h 를 같은 단위로 맞춘다. 예를 들어 D = 10m = 1,000cm, θ = 20′ 이면 tan(10′) ≈ 0.0029 이므로 h = 2 × 1,000 × 0.0029 ≈ 5.8cm 가 된다. 10m 거리에서 약 6cm 높이의 글자는 20분의 시각으로 읽을 수 있다는 뜻이다. 결과는 안전표지판 글자 크기로 상식 범위에 있다.

시력 표기는 Snellen 시력을 쓴다. 20/20 은 20피트 거리에서 정상 시력을 가진 사람이 식별하는 최소 글자를 식별하는 것을 뜻한다. 미국에서는 교정 시력이 20/200 이하이면 법적 시각장애로 본다. 이 기준은 중심 시력이 정상인보다 크게 떨어진 상태를 가리킨다.

표의 값은 설계 조건에 따라 달라진다. 관측 거리가 두 배가 되면 같은 시각에서 필요한 글자 높이도 두 배가 되므로, 설계할 때 관측 거리를 먼저 정해야 한다.

6. 유형과 비교

정량적 동적 표시에서 가장 많이 헷갈리는 짝은 동침형(moving pointer)과 동목형(moving scale)이다. 두 방식은 같은 값을 보여 주지만 움직이는 요소가 다르다. 움직이는 요소와 고정된 요소를 나눠 보면 차이가 분명해진다.