증강현실이란 실세계의 오브젝트에 가상의 오브젝트를 증강시키는 기술로 현실세계에 디지털 정보를 시각화 해주는 기능을 한다. 또한, 증강현실은 실세계와 가상세계를 실시간으로 결합함과 동시에 사용자와 컴퓨터간 상호작용하도록 함으로써 사용자에게 정보전달은 물론 지각능력에 도움을 주며 사용자의 몰입감을 높여주는 기술이라고 할 수 있다. 본 논문에서는 VRML로 모델링된 3차원 객체를 프로그래밍을 통해 3차원 데이터가 증강되는 컨텐츠를 개발하였다. 또한, 가상물체들의 조합을 통해 3차원 아바타 및 다양한 가상의 의상들을 증강시키는 응용기술을 제안하였다. 게다가, 사용자가 직접 마커를 움직여 컴퓨터와 사용자간의 상호작용이 가능한 인터페이스를 제시하여 사용자의 몰입감을 증대 시킬 수 있었다.
컴퓨터 그래픽스 및 관련 연구 분야는 지난 30년간 눈부신 발전을 거듭해왔다. 모델링, 렌더링, 애니메이션 등 시각적 표현력을 확보하는 것을 목표로 출발한 컴퓨터 그래픽스 연구는 점차 그 범위를 확대해서 영상처리, 자연현상 시뮬레이션, 가상현실, 의료 영상, 인간-컴퓨터 상호작용, 실시간 시뮬레이션, 영화 특수 효과 등 다양한 연구 및 응용분야를 파생 시키며 점차 복잡한 지형도를 그려가고 있다. 이 글은 전체 2편의 연속 논문 중에서 2부에 해당하며, 컴퓨터 그래픽스의 응용 분야 중에서 국내 연구가 활발한 옷 시뮬레이션, 비사실적 렌더링, 음향 시뮬레이션, 가상현실, 증강현실의 최근 연구 동향을 분석하고 정리한다.
증강현실 환경에서 현실 세계의 물체를 포착하여 디지털화 시키는 것은 몰입감 향상에 있어 매우 중요한 기술이다. Faster R - CNN 은 영상에서 여러 물체를 인식하는 기술 중 하나이며, 지금껏 많은 응용 기술의 개발과 함께 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문은 증강현실 환경에서 평면물체의 2D 변환관계를 설명하는 Homography 와 Faster R - CNN 을 활용하여 여러 개의 비콘에 대한 6 자유도(6DOF) 를 추정하는 방법을 제안한다. 또한 증강현실에서 주로 사용되는 마커 기술에 존재하는 단점들을 극복할 수 있는 비콘 구조를 소개하고 여러 개의 비콘을 용이하게 관리하는 시스템을 제안한다.
본 논문에서는 기존의 이러닝(e-learning)에서 발전한 모바일 증강현실(AR: Augmented Reality)을 활용한 스마트 러닝(smart learning) 시스템을 제안한다. 모바일의 하드웨어 발전과 확산으로 인해 눈으로 보는 현실 세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 증강현실 관련 서비스가 증가하고 있다. 모바일을 이용한 증강현실 서비스는 언제 어디서나 제약을 받지 않고 사용자가 원하는 정보를 현실 세계에서 얻을 수 있다. 현재까지는 엔터테인먼트 사업, 마케팅, 위치 기반 서비스와의 연계를 통한 활용이 많은데, 앞으로 증강현실의 응용분야 중에서 가장 유망한 분야 중의 하나가 교육이다. 사용자에게 생동감 있는 영상을 보여줄 수 있기 때문에 현실감과 집중력을 높일 수 있다. 본 논문에서는 모바일에 장착된 GPS, 디지털 나침반, 기울기 센서로 구현하는 위치 기반 기술에서 벗어나 카메라 입력을 통한 이미지 기반 기술을 활용하여 스마트러닝 시스템을 제안한다.
본 연구는 디지털 세계와 물리적 세계가 접목하는 증강현실을 언어치료에 적용하기 위한 기초 연구이다. 특히, 아동들에게 동사를 지도할 때 증강현실로 구현한 동사 목록이 해당 움직임을 정확하게 나타내고 있는지와 같은 동작 타당도, 그리고 해당 동사 목록이 어휘 지도 목표로 적절한 것인지에 대한 어휘 타당도를 살펴본 연구이다. 선행 연구들을 참고하여 45개의 동사를 어휘 지도 목록으로 선정하고 이 동사들에 대하여 1급 언어재활사 자격증을 소지한 언어치료학과 교수 3명으로 하여금 어휘 타당도를 평가하도록 하였다. 그 결과, 39개 동사에서 높은 어휘 타당도를 얻었다. 높은 어휘 타당도를 얻은 39개 동사에 대한 동작 타당도를 살펴보기 위하여 언어치료 전공 석사과정 대학원생들에게 각 동사를 증강현실로 구현하여 보여주고 생각나는 동사를 기록하게 하였다. 증강현실로 구현된 동작 애니메이션을 보고 난 후 50% 이상의 대학원생이 해당 동사로 기록한 동사는 32개였다. 이차적으로는 이 32개 동사만 증강현실로 구현하여 87명의 언어치료 전공 대학생들에게 보여주고 Likert 5점 척도로 각 동사와 구현된 동작의 일치도를 평가하게 하였다. 최종적으로 30개 동사가 증강현실로 구현하여 지도하기에 타당한 동사 목록으로 선정되었다. 이 연구 결과를 바탕으로 향후 공인 타당도 및 적용 타당화 연구를 지속하여 증강현실을 활용한 어휘 평가 및 지도가 언어치료 임상 현장에서 활용되기를 기대한다.
텍스트와 그림으로 표현되었던 교육 도구는 교육과 놀이 체험이라는 에듀테인먼트로 발전하였다. 에듀테인먼트 분야에서의 증강현실 기술은 체험을 극대화하여 놀이형 교육이 가능해 졌다. 또한 최근 증강현실을 응용한 다양한 애플리케이션으로 서비스 되고 있다. 본 논문에서는 에듀테인먼트 콘텐츠 설계와 구현을 통해 체험형 교육을 위한 활용방안에 대해 기술한다. 구현은 '뷰포리아 엔진'과 '유니티 3D'를 사용하였다.
본 논문에서는 대화형 증강 현실을 위한 간단하고 유용한 방법을 제안한다. 대화형 증강 현실을 구현하기 위한 가장 일반적인 방법은 ARToolkit 라이브러리를 사용하는 것이다. 본 논문에서는 ARToolkit 라이브러리의 기능을 그대로 사용하지만 ARToolkit 라이브러리에서 사용하는 그래픽 마커를 라이브 마커로 대체한다. 따라서, 그래픽 마커를 사용할 때보다 직관적이면서도 편리한 사용자 인터페이스를 제공해 줄 수 있다. 단, 라이브 마커를 사용하기 때문에 ARToolkit 라이브러리의 마커인식(Identification)을 위한 패턴 매칭 기술은 사용될 수 없으므로, 보다 정교한 객체 인식(object recognition) 기술이 요구된다. 본 논문에서는 원근 변환(perspective transformation)에 불변한 특성을 가지는 ART 기술자(Angular Radial Transform descriptor)를 사용한다. ART 기술자에 대한 간단한 성능 검증을 통해 라이브 마커에 적용 가능성을 확인하였고, 다양한 실험을 통해 라이브 마커의 효용성을 확인하였다. 본 논문에서 제안한 라이브 마커는 기존의 ARToolkit 사용자들에게 발전된 인터페이스 개념을 제공함으로써, 다양한 증강 현실의 구현에 응용될 수 있으리라 기대된다.
현재 증강현실 기술은 IT융합을 통해 여러 가지 분야의 응용서비스로서 활용가치가 점점 늘어나고 있으며, 스마트디바이스에서도 증강현실기술과 융합된 App을 쉽게 찾아볼 수 있다. 때문에 증강현실 기술을 광고나 전시회, 공연 같은 곳에서 활용하려는 시도는 활성화 되었지만, 아직 다른 분야의 증강현실 기술보다는 상대적으로 전문성이 떨어지며, 그중 환경모니터링과 연동되어 사용되는 서비스는 부족한 현실이다. 이에 본 논문에서는 이미 많은 지역에 광고홍보물의 목적으로 구축되어 있는 QR코드를 증강현실 기술과 접목하여 무인빌딩이나 자동화설비장과 같은 산업적으로 활용될 수 있는 QR코드와 환경감시센서를 활용한 스마트 디바이스기반 증강현실형 모니터링 기술을 제안하고자 한다.
가상증강현실 기술은 하드웨어와 소프트웨어 기술의 발전으로 급속도로 성장하고 있는 실정이다. 이러한 가상증강현실을 활용한 산업적인 기술의 적용에 대한 관점은 초창기에 해당한다. 국내에서는 엔터테인먼트적인 요소로 시작하여 현재에는 교육, 문화, 광관 및 체육, 예술, 의료, 재난, 국방 분야에서도 많은 요구와 수요가 발생하고 있다. 본 논문에서는 향후 산업적 가상현실 기술과 증강현실 기술의 적용을 위한 공정의 활용에 관한 연구와 구체적인 공정을 대상으로 필요한 여러 가지 조작에 따른 기술의 설계에 관한 연구를 통하여 실제 산업적인 전반에 필요한 공정의 방법들을 가상현실과 증강현실기술을 통해서 훈련과 실제 공정에 필요한 서비스를 제공하기 위한 연구 결과를 담고 있다. 이를 통해서 향후 많은 산업적 응용이 가능할 수 있도록 제안하였다.
본 연구에서는 전시 환경에서 증강 현실을 이용한 전시 보조역할의 주석 정보 시스템을 제안한다. 일반적인 전시장에 그림이나 사진의 설명을 안내책자나 오디오 기기를 활용하는 방법 그리고 사람이 설명하면서 전시를 관람하는 형태의 방법이 사용되고 있다. 우리는 이러한 기존 방법과 더불어 증강현실 기술을 이용하여 전시물에 대한 다양한 정보를 텍스트와 사진, 영상 그리고 오디오의 다양한 멀티미디어 매체를 활용하여 제공하고자 한다. 관람객이 손에 들고서 사용할 수 있는 스마트폰, 태블릿 기반의 장비에서 증강현실 기술을 적용하여 전시 관람의 보조 역할을 하게 된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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