Helicopter Pilot Metaphor for 3D Space Navigation and its implementation using a Joystick

3차원 공간 탐색을 위한 헬리콥터 조종사 메타포어와 그 구현

The navigation of virtual space comes down to the manipulation of the virtual camera. The movement of the virtual cameras has 6 degrees of freedom. However, input devices such as mouses and joysticks are 2D. So, the movement of the camera that corresponds to the input device is 2D movement at the given moment. Therefore, the 3D movement of the camera can be implemented by means of the combination of 2D and 1D movements of the camera. Many of the virtual space navigation browser use several navigation modes to solve this problem. But, the criteria for distinguishing different modes are not clear, somed of the manipulations in each mode are repeated in other modes, and the kinesthetic correspondence of the input devices is often confusing. Hence the user has difficulty in making correct decisions when navigating the virtual space. To solve this problem, we use a single navigation metaphore in which different modes are organically integrated. In this paper we propose a helicopter pilot metaphor. Using the helicopter pilot metaphore means that the user navigates the virtual space like a pilot of a helicopter flying in space. In this paper, we distinguished six 2D movement spaces of the helicopter: (1) the movement on the horizontal plane, (2) the movement on the vertical plane,k (3) the pitch and yaw rotations about the current position, (4) the roll and pitch rotations about the current position, (5) the horizontal and vertical turning, and (6) the rotation about the target object. The six 3D movement spaces are visualized and displayed as a sequence of auxiliary windows. The user can select the desired movement space simply by jumping from one window to another. The user can select the desired movement by looking at the displaced 2D movement spaces. The movement of the camera in each movement space is controlled by the usual movements of the joystick.

가상공간 탐색은 근본적으로 가상카메라의 조작으로 귀결된다. 이때 가상카메라는 자유도 6을 가지고 움직인다. 그러나 우리가 주로 사용하는 마우스나 조이스틱 등의 입력장치는 2D 장치이다. 따라서 입력장치의 운동에 대응되는 카메라의 운동은 어느 한 순간에는 2D운동이다. 그러므로 카메라의 6DOF(degrees of freedom) 운동은 2D 또는 1D 운동들의 결합으로 표현할 수밖에 없다. 많은 가상공간 탐색 브라우저에서는 이 문제를 해결하기 위해 여러 가지 탐색 모드를 사용한다. 그러나 다수의 모드를 설정하는데 사용된 기준이 분명하지 않고 각 모드에서 가능한 조작들이 서로 중복되는 경향이 있을 뿐만 아니라 입력장치의 감각 대응성(kinesthetic correspondence)이 미흡하기 때문에 사용자가 공간을 탐색할 때 상황을 장악하고 있다는 느낌을 가지기 힘들다. 이 문제를 해결하기 위해서는 일관적이면서도 포괄적인 단일 탐색 메타포어가 필요한데 본 논문에서는 이를 위해 헬리콥터 조종사 메타포어를 제안한다. 헬리콥터 조종사 메타포어를 이용한다는 것은 조종장치들에 의해 사용자가 공간에서 날고있는 가상 헬리콥터의 조종사가 되어 공간 영상을 탐색 한다는 의미이다. 본 논문에서는 헬리콥터의 6DOF 운동을 직관적으로 조작하기 위해서 이를 6개의 2D 운동공간, 즉, (1) 평면상의 이동, (2) 수직면상의 이동, (3) 현위치중심의 피치, 요회전, (4) 현위치중심의 롤, 피치회전, (5) 좌우상하 선회, (6) 물체중심회전, 으로 분할하고, 각 2D 운동공간을 가시화 시켜 그 공간 자체를 메뉴화 하였다. 이렇게하면 사용자로 하여금 의식적으로 특정 모드를 선택하는 부담없이 단지 필요에 의해 적절한 2D 운동공간을 시각적으로 판단할 수 있도록 해준다. 각 운동공간에서의 헬리콥터 운동은 조이스틱의 2D 조작으로 제어한다.