가상현실(Virtual Reality)의 응용분야는 지금까지의 연구성과로 인하여 연구와 활용분야가 다양해지고 있을 뿐만 아니라 지금도 많은 연구가 활발히 진행 중에 있다. 그러나 통신의 발달로 인해 네트워크 사용이 생활화됨으로써 더이상 VRML(Virtual Reality Modeling Language) 이 Netscape Navigator Microsoft Internet Explorer같은 웹 브라우져상에서 단순한 3차원 오브젝트만을 보여주는 시기는 지났다. 사용자들은 3차원 오브젝트를 사용해서 공간적, 지역적으로 멀리 떨어져있는 상대방과의 실시간 대화는 물론 상대방의 행위를 보고 그에 대한 자신의 행위를 보여중으로써 현실감을 느끼고 싶어한다. 더욱이 가까운 미래에 수많은 사용자들은 3D를 기반으로 자신을 분신인 아바타를 사용하여 하나의 가상세계를 공유하고 가상 이벤트를 사용하여 하나의 가상세계를 공유하고 가상 이벤트에 참석을 하게 될 것이다. 이러한 종류의 어플리케이션을 제공하기 위해서는 3D그래픽스처리와 사용자 인터페이스 및 네트워크 환경을 제공해야만 한다. 이에 본 논문에서는 기존의 다중사용자용 VRML브라우저중의 하나인 OZ Virtual의 여러가지 비능에 대해서 살펴보고, VRML이 어떻게 대화식, 분산, 다중사용자 가상 세계에 적합하게 확장될 수 있는지를 두중사용자용 VRML시스템의 구조를 통해서 증명해 본다.
사실감 있는 모델의 생성과 동작제어 기술은 컴퓨터 그래픽스와 가상 현실감 등의 다양한 응용 분야에서 이용되고 있다. 컴퓨터 애니메이션에 동작 제어의 대상이 되는 물체는 다관절체(articulated body)이며, 이 다관절체를 뼈대(link)와 관절(joint) 그리고 이를 둘러싸고 있는 피부로 모델링하고, 운동학(Kinematics), 동역학(Dynamics)를 적용하여 동작을 생성한다. 본 논문은 컴퓨터 애니메이션에서 사용할 수 있는 3차원 다관절체의 생성과 애니메이션을 위한 다관절체 오브젝트 편집 시스템에 관한 것이다. 다관절체를 관리하기 위한 다관절체의 데이터 구조를 설계하고, 사용자 인터페이스를 추가하여 대화식으로 다관절체의 골격을 정의한다. 정의된 다관절체의 골격과 물체의 모양을 나타내는 기하 데이터를 접합하여 애니메이션에 적합한 물체를 모델링하기 위한 스킨-스켈레턴 알고리즘을 제안한다. 모델링된 물체의 관절을 조작하여 키프레임 애니메이션으로 동작을 제어한다. SGI 워크스테이션에서 Open Inventor와 X/Motif를 이용하여 C++ 언어로 구현하였으며, 인체 모델을 대상으로 실험하였다.
현재 교육 융 복합 콘텐츠 서비스는 사용자의 용도와 목적에 대응하지 못하는 고정된 사용자 인터페이스를 제공하여 사용자의 필요에 의한 것이 아닌 제공자 기준의 단방향 서비스만을 제공함에 따라 서로 소통은 이루어졌으나 직접적인 커뮤니케이션이 불가능하다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하고자 본 논문에서 제시한 스마트퍼걸러(Smart-Pergola) 시스템은 증강현실의 주요 기술인 디스플레이기술, 마커인식기술, 영상합성기술을 적용하여 사용자로 하여금 보다 친숙한 현실감 속에서 상호작용이 가능하며, 자발적인 학습참여 유도, 부모와 자녀사이의 교감학습증대 등 양방향 소셜 네트워크를 구축하여 적극적이고 활동적인 참여와 정보교류의 장이 될 수 있도록 시스템을 설계하였다.
국방 시뮬레이션 유형은 워게임 모형으로 분류되는 Constructive 시뮬레이션, 실 기동에 의한 Live 시뮬레이션, 그리고 가상현실을 적용한 Virtual 시뮬레이션 등 3가지로 분류될 수 있다. 워게임 시뮬레이션은 일반적으로 대부대 훈련에 적합하지만 많은 가정사항을 내포하게 됨으로써 현실감이 떨어지고 실 기동 시뮬레이션은 실전적인 훈련이 가능하지만 전구급 수준의 대부대 훈련에의 적용이 곤란한 단점이 있다. 또한 이들 시뮬레이션 유형들은 개별적으로 운용됨으로써 각 유형들이 가지고 있는 취약점이 노출되고 있는 현실이다. STOW(합성전장 훈련체계, Synthetic Theater of War)는 실제훈련이 가능한 분야는 실 기동으로, 실 훈련이 불가능한 전장상황은 시뮬레이션 기법을 활용하여 상호결합 시킴으로써 각 시뮬레이션 유형들의 제한사항을 상호 보완하여 실제와 유사한 전장을 조성하여 훈련하는 종합적이고 체계적인 훈련체계로써 21세기에 예상되는 전쟁이외의 작전(OOTW), 비대칭전, 정밀타격 및 C4I를 모의할 수 있는 엔티티 수준의 합성전장이다. 본 고는 STOW의 구성요소(합성부대, 합성환경, 시뮬레이션 네트워크, 지형 DB 개발도구, C4I 인터페이스, 기반체계 등)를 국내기술 능력과 비교, 분석함으로써 우리의 여건에 적합한 STOW 체계 구축방안을 제시하고자 한다.
체감형 스크린 골프 게임에 사용될 인터페이스로 골프 공의 궤적과 속도를 실시간으로 표시하고 분석하는 시뮬레이터를 설계하고 골프 스윙 센서 장비를 적용하여 실시간 게임을 구현하였다. 특히 레저 스포츠 게임은 게임을 즐기면서 몸으로 느낄 수 있는 체감형 게임기에 적합한 게임 콘텐츠로 게이머에게 몰입감을 주기 위한 고급 3 차원 그래픽 기술과 가상현실 기술등과 같은 최첨단 기술이 필요하다. 따라서 몰입감과 현실감을 최대한 살리기 위해서는 물리의 법칙과 가상 현실 장비와의 연동이 필수이다. 본 논문은 체감형 스크린 골프의 시스템을 구성하고 게임을 위한 시뮬레이터의 설계와 레이아웃 설계, 공의 속도와 궤적 표시 방법, 골프공의 충격량을 계산하고, 체감형 가상 장비를 연동하였다.
본 논문은 모바일 단말 환경에서 3D 가상공간상에 접속하여 작물재배, 가축사육 등을 체험 할 수 있는 환경을 제공할 수 있도록 한다. 기존의 웹 형태를 통한 온라인 농작물재배/가축사육 시뮬레이션에서는 각종 자료와 정지화상(사진이미지)를 제공하고 있으며 사용자는 웹 접속을 통하여 학습 및 게임을 할 수 있다. 본 논문에서는 고정된 장소에서의 체험을 벗어나 이동환경인 모바일 단말에서도 3D 그래픽 기술을 통한 현실감있는 가상의 농장 환경을 제공하여, 작물재배에서부터 토지 환경까지 간단하고 직관적인 인터페이스로 쉽게 접근할 수 있는 시뮬레이션 환경을 제공하며, 농작물 재배가 실제 환경과 유사하도록 시뮬레이션 엔진을 구성하였다. 특히 Open GL 같은 범용 라이브러리가 탑재되지 못하는 저 사양의 모바일 단말을 위하여 3D 엔진을 자체적으로 구성하여 범용성을 도모하였다.
동양화 중 산수화는 작가의 회화적 재구성에 기반한 일종의 가상공간이라고 할 수 있다. 실제 북악산·인왕산의 명승명도를 상세하게 묘사한 <백운동>에 실제 지형정보를 대입하여 2.5D 콘텐츠를 구현한 것은 흥미로운 주제라 할 것이다. 본 연구에서는 국토지리정보원에서 제공하는 지형 데이터를 활용하여 <백운동> 그림의 2.5D 콘텐츠를 제작하였다. 이러한 결과를 바탕으로, 향후에는 터치 기반 인터페이스를 통해 인터랙티브 콘텐츠를 구현하거나 AR/VR 기술을 활용하여 현실감 있는 체험을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
상호작용 증강현실 인터페이스는 실세계에 가상 정보를 혼합하여 사용자의 인식을 증강시킬 수 있으며 사용자에게 실세계에서 이용되는 오브제를 가상 게임에 그대로 제공함으로써 현실과 가상 환경을 자연스럽게 연계할 수 있다. 우리는 실생활과 가상 게임 환경과의 이음새 없는 환경을 위해 TCG(Trading Card Game; 이하 TCG로 약칭) 게임에 실제 카드를 적용하는 방안을 연구하였다. 스마트 폰 카메라를 통해 인식된 카드를 가상의 TCG 게임 인터페이스로 사용한다. 기존 연구에 비해 보다 빠르고 스케일, 방향, 포즈, 회전에 무관하게 실 카드를 인식하기 위해 2 단계 이미지 키포인트 추출/매칭 방법(Two Phases Image eyPoint Extraction/Matching Method)을 스마트폰 환경에서 개발하고 이것을 가상 TCG 게임 시스템에 실험적으로 적용하였다. 이와 같은 창의적인 시도는 현실과 가상 환경을 자연스럽게 연결하여 게임에의 몰입감과 현실감을 배가시킬 것이다.
최근 사용자에게 친근감있는 인터페이스를 제공하기 위해 자연스러운 얼굴 애니메이션에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 얼굴은 인간의 신체부위 중 가장 쉽게 개개인을 구분할 수 있고, 감정과 정서 등의 내적 상태를 명백하게 이해할 수 있도록 해주는 중요한 의사소통의 수단으로 여겨지고 있다. 이러한 얼굴은 이용하여 인간과 컴퓨터간의 의사 전달에 있어서 효율적으로 인간의 감정을 인식하고 전달하여 대화할 수 있도록 하기 위해서 컴퓨터상의 얼굴은 인간과 유사하게 대화할 수 있고, 감정을 표현할 수 있도록 친숙하고 현실감이 있어야 한다. 본 논문에서는 자연스러운 얼굴의 합성을 위한 얼굴 모델링 및 애니메이션 방법을 제안하였다. 특정한 사람을 모델로 한 얼굴 애니메이션을 위하여 우선 3차원 메쉬로 구성된 일반 모델(generic model)을 특성 사람에게 정합하여 특정인의 3차원 얼굴 모델을 얻을 수 있다. 본 논문에서는 기존 연구들과 다르게 표준 한국인 얼굴을 이용한 일반 모델을 생성하여, 임의의 얼굴에 대하여 좀 더 정확하고 자연스러운 3차원 모델이 이루어질 수 있도록 하였다. 그리고 얼굴 표정합성을 위하여, 실제 얼굴의 근육 및 피부 조직 등 해부학적 구조에 기반한 근육 기반 모델 방법을 사용하여 현실감 있고 자연스러운 얼굴 애니메이션이 이루어질 수 있도록 하였다. 이러한 얼굴 모델링 및 합성 기술은 화상회의, 가상현실, 교육, 영화 등 여러 분야에서 활용될 수 있다.
본 논문은 인간과 VR환경과의 상호작용을 지원하는 중요한 요소 중 하나인 이동의 문제점 및 해 결 방법에 대하여 연구하였다. 이 논문에서 제시된 Intelligent Cruise-Control Navigation (ICCN)은 다중 사용자 환경의 가상공간을 이동할 때, 실세계와 유사한 이동방법을 제공하여 사용자로 하여금 가상공간에 대한 현장감 및 현실감의 제고에 초점을 두었다. ICCN은 사용자들이 가상공간에서 이동시 부가적인 입력이 없이도 일정한 속도로 이동을 지원하는 Constant Velocity Navigation, 이동 중 장애물 및 다른 사용자(아바타)와의 충돌현상을 감지 및 회피하는 Collision Detection and Avoidance, 그리고 충돌회피후 기존 방향으로의 계속된 이동을 지원하는 Path Adjustment등의 기능을 제공한다. ICCN은 사용자의 부가적인 노력의 감소 및 병행작업을 보장, 현실과 유사한 사용자 중심의 navigation 기 법 을 제공, 가상공간과 현실과의 괴리를 줄임으로써 가상현실이 추구하는 현실감 및 현장감을 높일 수 있도록 하였다. 실험을 통하여 본 연구에서 제안한 ICCN이 사용자중심의 매우 자연스럽고, 쉽고 편리한 가상공간 navigation 인터페이스라는 평가를 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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