본 논문은 미지의 공간 그래프에 대한 실시간 최단 경로 탐색 알고리즘인 $RTA{\ast}$ 알고리즘과 $PHA{\ast}$ 알고리즘을 소개하고, 예제 그래프를 통해 이들의 특성을 설명한다. 또 3차원 온라인 게임 환경인 언리얼 토너먼트(Unreal Tournament) 게임과 Gamebots 시스템을 이용하여 두 알고리즘 간의 탐색 최적성과 효율성을 비교하였다. 이 실험을 통하여 $PHA{\ast}$ 알고리즘은 언제나 최선의 경로를 탐색하지만 이동경로가 많고, 시간이 많이 걸릴 수 있으며, $RTA{\ast}$는 최적의 경로 혹은 차선 경로를 빠른 시간 내에 탐색함을 확인 하였다. 따라서 이러한 특성을 바탕으로 주어진 탐색 환경의 조건에 따라 두 알고리즘을 선택적으로 적용함으로써 보다 높은 효과를 얻을 수 것으로 기대한다.
게임 엔진은 게임 개발에 필요한 소프트웨어 구성 요소를 재사용할 수 있게 해주는 것으로 대표적인 게임 엔진으로는 언리얼 엔진, 크라이 엔진, 유니티3D 엔진 등이 있다. 본 논문에서는 이 3개의 엔진들을 중심으로 최근 기술 동향을 살펴보고 차세대 게임 엔진 동향을 논한다. 그리고 게임 제작에 관한 교육 방법을 제시한다.
본 논문에서는 가상현실 기반의 게임과 사용자(Player)간의 상호작용이 가능한 게임 컨텐츠 개발 방법을 설명한다. 사용자는 실시간으로 본인의 움직임에 의해 변화하는 오브젝트들을 통해 게임과 소통(Communication)하고, 이를 통해 몰입감을 느낀다. 사용자와 컨텐츠의 소통이 곧 게임 내 재미의 핵심인 만큼 최근에는 이동 방식에서부터 차츰 변화가 일어나고 있다. 또한, 단순히 물건을 집거나 쏘거나 던지는 것이 고작이었던 과거의 콘텐츠(Contents)와 달리 사고(Thinking)와 문제해결을 유도하는 콘텐츠가 차츰 늘어나면서 사용자들의 만족감이 높아지고 있다. 이를 바탕으로 게임엔진인 Unreal Engine4를 이용하여 VR 어드벤처 퍼즐 게임을 제작했다.
본 논문에서는 VR(Virtual Reality)라는 가상 현실 시스템 개발 툴인 Unreal Engine4을 사용하여 블루 프린트(Blue Print)로 야구 배팅 게임과 장애물 격파 피칭 게임을 개발하였다. 배팅 게임은 가상의 투수로부터 공 속도와 공이 랜덤하게 자동으로 투구된다. 이 때 사용자가 게임 콘트롤러(Controller)로 가상 배트를 이용하여 공을 타격하면 점수를 획득하는 게임이다. 장애물 격파 피칭 게임은 사용자가 게임 콘트롤러에 그립버튼을 눌러 데미지가 다른 공이 랜덤하게 바로 앞에 생성하여 이 공을 콘트롤러로 잡아서 장애물에 던져 격파하면 점수를 획득하는 게임이다.
본 논문에서는 가상현실(Virtual Reality)을 구현할 수 있는 개발도구인 Unreal Engine4를 사용하여 객체지향 설계도구인 블루 프린트(Blue Print)로 좀비 슈팅 게임을 개발하였다. 본 게임콘텐츠는 1인칭 시점의 주인공 캐릭터가 게임 인공지능으로 공격하는 좀비로부터 공격을 당하지 않고 무사히 살아남는 생존을 목표로 하는 콘텐츠이다. 게임 조작 방법은 컨트롤러(Controller)로 가상 슈팅 무기를 이용하여 제한시간 동안 공격하는 좀비들을 물리치고 가상공간에서 생존해야 한다.
2000년대 초부터 전통적인 가상 스튜디오 제작 시스템을 활용하여 수많은 교육 콘텐츠를 제작해 온 EBS는 약 20년만인 2020년 10월에 AR 영상 제작 시스템을 도입했다. 카메라의 움직임과 렌즈 정보를 트래킹하여 실시간으로 그래픽 요소와 실사를 합성한다는 기본 개념은 유사하지만, 새로 도입된 AR 영상 제작 시스템은 이전보다 개선된 몇 가지 최신 기술이 적용되었다. 좀 더 자유로운 카메라의 움직임을 가능하게 해주고 안정적으로 위치 트래킹을 할 수 있는 마커 추적 방식의 트래킹 기술이 적용되었고, 운영 소프트웨어는 컴퓨터 게임 제작에 활용되는 대표적인 그래픽 엔진 중 하나인 언리얼 엔진이 적용되어 시스템의 렌더링 부담은 줄어들면서 고품질의 실시간 그래픽 효과가 가능하게 되었다. 해당 시스템은 생방송 전용 스튜디오에서 부감 촬영을 담당하는 크레인 카메라에 설치되어 어린이 대상 생방송 프로그램에 주로 활용되고 있으며, 2D 그래픽으로 표현되던 코너 소개나 퀴즈 이벤트 등의 영상 중 일부가 3D AR 영상으로 전환되었다. 본 논문에서는 AR 영상 제작 시스템의 도입과 적용이 EBS의 콘텐츠 제작 측면에 있어서 어떤 변화를 가져왔는지와 향후 발전 방향과 가능성에 대해 알아본다.
텍스처 매핑(texture mapping)은 실감 있는 영상을 만들기 위해 3차원 그래픽스 칩에서 사용되는 기술이다. 이 방식 중 이중선형 필터링 모드(bilinear filtering mode)에서는 1개의 픽셀(pixel)을 처리하기 위해 4개의 텍셀(texture element: texel)에 접근이 요구된다. 본 논문에서는 텍스처의 접근패턴을 분석하여 동시에 4개의 텍셀을 접근할 수 있는 고성능 텍스처 캐시의 구조를 제시하였다. 3차원 게임인 퀘이크3(Quake 3)와 언리얼 토너먼트 2004(Unreal Tournament 2004)의 텍스처 접근 추출파일을 이용한 시뮬레이션 결과로 성능평가를 하였으며, 제시한 텍스처 캐시의 구조는 물리적인 크기가 8KBytes 이하인 경우 콜은 성능을 갖게 됨을 분석하였다.
일반 공학용계산기를 모델로 WIPI를 이용한 어플리케이션인 모바일 공학용계산기를 개발하였다. 모바일 공학용계산기는 사용빈도가 높은 함수연산(삼각함수, log, $\surd$(루트), $\Pi$(파이), !(팩토리얼), 제곱 등)을 지원하며 식의 저장(Save), 불러오기(Load) 기능으로 이용의 편리함을 더하였다. 입력받은 문자열을 숫자로 변환하여 한자리씩 계산한 후 문자열로 재결합하는 구조로 결과값의 길이에 대한 제한 없이 출력이 가능하다. 성능은 PC나 일반 공학용계산기의 처리속도와 결과의 정확도면에서 뒤떨어지지 않는다. 모바일 공학용계산기는 휴대폰에 탑재되어 이동성이 탁월하며 언제어디서나 사용가능하고, 한번의 다운로드로 수명이 영구적이다. 또한 소프트웨어 업그레이드로 프로그램의 확장성이 특징이다.
최근 들어 인공지능, 컴퓨터 그래픽기술이 진화하면서 영화,광고, 방송, 게임, SNS 등 여러매체를 통해 다양한 가상휴먼이 등장하고 있다. 특히, 가상인플루언서를 중심으로 한 광고 마케팅 시장에서 가상휴먼은 시간과 비용 측면에서 기업의 중요한 홍보수단으로 이미 중요성이 입증된 상태이다. 국내는 가상 인플루언서 시장의 태동기 단계로 대기업 및 스타트업 경계없이 가상인플루언서 관련 신규 서비스를 출시 준비를 하고자 하나, 그 개발 프로세스가 공개되어 있지 않아 많은 비용을 지불해야 하는 상황이다. 이런 기업의 요구사항과 애로사항을 해결하기 위해 본 논문에서는 실사기반의 가상휴먼을 제작하기 위한 포토그래메트리기반 페이셜 캡춰 시스템을 구현하고, 이를 활용한 가상휴먼 모델링 및 활용사례에 대하여 고찰한다. 페이셜 캡처 후 실제 애니메이션이 가능한 과정까지의 복잡한 CG 작업 단계를 간소화할 수 있는 언리얼엔진기반의 메타휴먼 모델링을 통해 비용과 품질면에서 최적의 워크플로우에 대해서도 고찰하고, 또한 인스타그램 등 SNS마케팅에 활용한 사례에 대해서도 소개한다. 언리얼엔진기반의 워크플로우를 통해 기존의 CG작업과의 비교를 통해 제안한 워크플로우의 성능을 입증한다.
최근 가상 현실 및 증강 현실 기술의 발달로 다양한 형태의 기술이 제안되고 발전되고 있다. 특히 가상의 학습공간이나 가상의 건축 공간들을 위한 기술로서 원하는 형태의 그림을 그릴 수 있는 가상 드로잉 툴은 필수적인 요소 중 하나로 볼 수 있다. 기존의 래스터 기반 드로잉 알고리즘은 공간 이동이 잦은 가상 현실에서는 부적합 할 수 있는데, 가상 현실의 특성상 근접하거나 멀어지는 경우가 많기 때문이다. 본 논문에서는 연필 및 에어브러시의 물리적인 특성을 고려하여 실제 결과와 흡사하면서도 확대 및 축소에 강건한 가상의 드로잉 툴 렌더링 알고리즘을 제안한다. 캔버스로부터의 거리, 분사되는 잉크의 양, 움직이는 속도, 마찰력, 압력 등을 고려한다. 드로잉의 기본 단위는 정사각형 패치이며 각 패치는 슈도 랜덤값을 기반으로 하는 입자 형태의 이미지를 가진다. 이러한 입자 패치는 슈도 랜덤 식을 사용하고 매 프레임 마다 재 생성되기 때문에 확대 축소 시 깨짐 현상이 발생하지 않는다. 제안된 알고리즘은 2차원 환경 및 가상 현실 환경에 구현되었다. 2차원 환경은 안드로이드 기반 스마트폰에서 구현하였으며 가상 현실 환경은 언리얼 엔진 4를 사용하여 구현하였다. 구현 결과 확대 축소 시에도 이질감 없이 원래의 질감을 유지하는 렌더링 결과를 얻을 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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