정보통신과 콘텐츠 기술의 발달로 소비자는 고품질의 2차원 가시화 형태의 콘텐츠에 만족하지 않고, 보다 사실적인 체험이 가능한 3D 콘텐츠를 요구하고 있다. 2010년대에는 이미 3D 입체 디스플레이 기술이 소비자 가전 시장에서 주요 관심 대상이 되었고, 가상현실 연구의 전통적인 가시화 인터페이스로 활용된 착용형 디스플레이와 몰입형 및 대형 입체 디스플레이 장치도 3D 영화관 및 전시관 등을 통해서 일반 소비자기 쉽게 체험할 수 있게 되었다. 이러한 3D 입체 디스플레이 기술은 사용자 개인을 중심으로 보다 사실적인 입체감과 공간감을 제시하려는 형태로 발전되고 있으므로, 본고에서는 개인 사용자 중심의 착용형 디스플레이 기술과 고품질의 3D 영상 체험을 제공하는 관련 디스플레이 기술의 동향을 정리하고, 국내 최신 연구 개발 사례를 소개한다.
과학적 가시화의 한 분야인 볼륨 가시화는 3차원, 혹은 그 이상의 차원의 공간에서 정의된 추상적이고 복잡한 볼륨 데이타로부터 의미 있고 가시적인 정보를 효과적으로 추출하도록 도와주는 다양한 기술에 관한 연구 분야로서, 기상학, 의학, 계산 유체 역학 등 여러 학문 분야에서 점차 그 중요성을 더해가고 있다. 한편 가상 현실은 컴퓨터가 만든 가상의 세상에 사용자가 몰입하여 시각, 청각, 촉각 등의 감각을 이용하여 세상을 경험하고 대화식으로 정보를 주고받을 수 있도록 도와주는 여러 기술에 관련된 연구 분야로서 국내외적으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 CAVE라 불리는 몰입형 3차원 가상 환경 시스템 환경에서 인체 볼륨 데이타를 보다 개선된 볼륨 가시화 방법을 사용하여 실시간으로 입체 영상을 생성해주는 시스템을 설계하고 구현하였다. 이 시스템은 기존 3차원 텍스처 매핑 기반 볼륨 렌더링 방법의 느린 속도를 보완하고자, 영상 기반 렌더링에 기반을 둔 향상된 텍스처 매핑 기법을 사용하여 실시간 볼륨 입체 가시화 기능을 지원하며, 사용자를 위하여 다양한 인터페이스 기능들을 제공한다. 본 시스템의 효용성을 증명하기 위한 테스트 데이터로서 Visible Korean Human 데이타를 사용하였다. 본 논문에서는 실시간 입체 영상 시스템에 필요한 가시화 기법과 라이브러리, 그리고 구체적인 구현 내용에 대해서 설명한다.
이 연구에서는, PC 모니터와 3차원 가시화 장치인 Shutter Glasses를 이용하여 실시간 (real time)으로 3차원 영상을 구현할 수 있는 방법을 개발하였다. VRML (Virtual Reality Model Language)을 이용하여 간단한 입체 게임을 구성한 후, 3명의 학생을 대상으로 인터넷을 통하여 실시간으로 실험한 결과, PC에서 동기화 이 중 가시화 방식으로 생성한 3차원 입체영상은 모니터의 전후 방향으로 돌출되거나 함몰되는 현상을 나타냈다. 따라서, 실시간으로 3차원 영상을 구현할 수 있는 기초 이론과 방법을 개발할 수 있었다.
본 논문에서는 수평형 프로젝션 시스템인 상호작용형 워크벤치와 수직형 프로젝션 시스템인 프로젝션 월을 기반으로 하는 반몰입 가상환경을 구축하고 이를 기반으로 사용자의 시점에 따라 변하는 건물 모델을 입체적으로 가시화 하는 방법을 제시한다. 상호작용형 워크벤치는 일반적인 수직 디스플레이와 달리 수평면/경사면 디스플레이가 가능하고, 프로젝션 월은 널은 디스플레이 환경을 제공하므로 소규모의 공동작업에 용이하며 두 시스템 모두 반몰입감을 제공한다는 장점이 있다. 본 논문에서는 이러한 환경에서 주사용자의 위치와 시점 변화에 따라 달라지는 건물 모델을 실제 배경 영상과 합성한 결과를 제시한다.
본 논문에서는 프로젝션 테이블(the projection table)과 프로젝션 월(the projection wall)을 이용하여 수평 및 수직형 가상 공간을 구축하고, 이러한 가상 환경에서 삼차원 건물을 사용자의 시점에 따라 입체적으로 가시화하는 시스템을 구현하였다. 수평형 디스플레이 장비인 프로젝션 테이블은 위에서 내려다 보는 형태의 뷰잉 프러스텀(viewing frustum)을 갖기 때문에 책상이나 테이블에서의 작업을 재현하거나 bird-eye view가 필요한 응용분야에서 효과적으로 사용되어진다. 반면에 수직형 디스플레이 장비인 대형 프로젝션 월은 정면에서 바라보는 형태의 뷰잉 프러스텀을 갖기 때문에 가상 공간을 네비게이션 할 때 보다 효과적으로 사용되어진다. 본 논문에서는 주요 객체는 세밀한 삼차원 모델로 생성하고 배경은 영상을 이용함으로써 사용자와 가상 객체간의 빠른 상호작용을 제공하도록 하였으며, 모델과 영상이 합성된 결과를 상이한 가상환경에서 사용자의 위치 및 시점과 연동하여 입체적으로 보여줌으로써 사용자의 현실감을 증진시키도록 하였다.
몰입도가 높은 가시화 기법 중 하나인 입체 영상은 차세대 미디어의 표준으로 최근 크게 주목 받고 있다. 그러나 일반 2차원 영상과는 달리 입체 영상은 3차원의 기하정보가 존재해야만 영상을 생성하는 것이 가능하다. 따라서 3차원의 기하정보가 존재하지 않는 2차원 영상을 이용한 입체 영상의 저작은 매우 어려운 문제이다. 본 논문은 영상 기반 모델링 기법을 활용하여 단안 영상으로부터 입체 영상을 생성하기 위한 입체 영상 저작 도구를 제안한다. 이를 위해 입력된 영상에서 사영 기하 정보를 사용하여 깊이 정보를 추론함으로써 3차원 환경을 구성하는 전역 깊이 정보 추출 방법과 영상 내에 존재하는 사물의 정확한 깊이 정보로 수정하기 위한 부분 깊이 정보 수정 방법을 제안한다. 또한, 추출한 깊이 정보로부터 몰입감이 높은 입체 영상의 시점을 결정하기 위한 대화식 입체 영상 미리 보기 기능을 제안한다. 본 논문에서 제안한 기법은 2차원 영상 저작 도구인 포토샵의 플러그인으로 구현함으로써 범용성을 높였다.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제10권2호
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pp.53-66
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2006
최근 몰입도가 높은 가시화 기법 중 하나인 3차원 입체영상에 관심이 높아지고 있다. 그러나 일반적인 2차원 영상과는 달리 3차원 입체 영상은 3차원의 기하정보가 존재해야만 영상 생성이 가능하다. 3차원 기하정보가 존재하지 않는 2차원 영상을 이용한 입체 영상 저작이 매우 어렵다. 따라서 본 논문에서는 영상 기반 모델링 기법을 이용한 한 장의 실사 영상으로부터 3차원 입체 영상 생성하기 위한 3차원 입체 영상 저작 시스템을 제안한다. 제안한 시스템은 Adobe Photoshop(R)의 Plug-in형태로 개발함으로써 범용성과 확장성을 고려하였고 몰입감이 높은 입체 영상의 시점을 결정하기 위한 대화식 3차원 입체 영상 미리 보기 기능을 제공한다.
매우 다양한 건물들로 구성된 캠퍼스의 모든 건물들과 각 건물의 층별 호실(Room)들에 대한 정보를 쉽게 알 수 있는 방법은 거의 없다. 그런 이유로 본 논문에서는 캠퍼스 건물 정보의 입체적인 가시화를 위한 3D 시뮬레이션 시스템을 개발하였다. 본 시스템을 위해서는 실제 도면을 기반으로 각 건물 및 층별 단면도를 3D로 모델링하였으며, 실제 건물 외부 사진들을 사용하여 텍스처 매핑하였다. 사용자 인터페이스는 3D 뷰어, 메뉴 프레임으로 구분하였다. 만약 메뉴에서 건물명을 선택하면, 3D 뷰어는 선택한 건물을 줌(Zoom)하여 보여주고 메뉴 프레임은 건물과 관련된 각종 정보들을 보여주게 된다. 그리고 층별 호실(Room)을 선택하면 별도의 웹브라우저를 통하여 3D로 확인할 수 있게 하였다. 또한 3D 뷰어에서 건물을 클릭하면, 선택한 건물에 대한 정보들을 보여주게 된다. 본 시스템은 캠퍼스에 대한 건물 정보를 실감나게 제공해줄 수 있다는 점에서 매우 유용하다.
무안경 방식 스테레오스코픽 입체 디스플레이 시스템에서 시역간 크로스토크는 입체시를 저해하는 주요 문제이다. 기존 크로스토크에 대한 연구는 관찰자면에서 수평 방향으로 인접한 시역간 겹침비를 정량적으로 분석하는 것이 대부분이었으나, 본 연구에서는 이를 포함, 깊이 방향으로 형성되는 해당시점영상의 밝기분포를 정량화하여 수평, 깊이방향에 따른 유효 관찰영역을 제시함으로서 효과적인 입체시 시청 범위를 제공하는데 목적을 두었다. 본 논문에서는 무안경방식의 스테레오스코픽 입체 디스플레이 환경에서 유발되는 크로스토크의 주요 인자들을 디스플레이 환경 및 관찰환경에서 도출하고 이들의 관계를 정성적으로 분석할 수 있는 알고리듬 개발 및 이를 가시화 할 수 있는 시뮬레이션 툴을 제작하였다. 더불어 시뮬레이션 결과를 응용하여 관찰자를 최적의 입체시 시청영역으로 유도 할 수 있는 최적입체시 가이드 시스템을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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