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목차
논문 요약 10
1. 서론 12
1.1. 연구 배경 및 목적 12
1.2. 연구의 필요성 14
1.3. 논문의 구성 15
2. 관련연구 16
2.1. 증강현실의 정의 및 특징 16
2.2. 증강현실 기반 저작 17
2.3. 증강현실 기반 저작 도구의 예 20
2.3.1. AMIRE (Authoring Mixed Reality) 20
2.3.2. APRIL (Augmented Presentation and interaction Language) 21
2.3.3. DART (Designer's Augmented Reality Toolkit) 21
2.3.4. Tinmith-Metro System 23
2.3.5. iaTAR (Immersive Authoring of Tangible Augmented Reality Application) 24
2.3.6. ARTalet (AR Tale authoring toolkit for Realistic/Interactive Degilog Book) 26
2.3.7. 3DARModeler 27
2.4. 증강현실 기반 저작 도구의 분석 28
3. 모바일 증강현실 구현 기술 29
3.1. 영상 정합 기술 30
3.1.1. 마커 기반 추적 30
3.1.2. 비 마커 기반 추적 32
3.1.3. 영상 합성 34
3.2. 3D 렌더링 기술 36
3.3. ARToolKit Plus 38
4. 모바일 환경 증강현실 기반 현장 저작 인터페이스 40
4.1. 데스크톱에서의 저작과 모바일 환경의 저작 40
인터페이스 40
마커 41
카메라 41
시스템 41
4.2. 시스템의 구성 및 특징 42
4.3. 마커의 등록 및 선택 45
4.4. 카메라 영상 조작 46
4.5. 증강 객체의 조작 및 속성 부여 50
4.5.1. 저작에서의 객체 증강 50
4.5.2. 객체 조작 방법 51
4.5.3. 객체 속성 부여 55
4.6. 영상 공유를 통한 협업 환경 구성 60
5. 설문 및 평가 63
6. 결론 67
7. 참고문헌 69
ABSTRACT 74
그림 1.1. 가상현실(좌)과 증강현실(우)의 비교 12
그림 1.2. 모바일 장치들(UMPC, PDA, Smart Phone 순) 13
그림 2.1. Milgram의 혼합현실의 연속성 16
그림 2.2. ARToolKit 라이브러리의 계층 구조 18
그림 2.3. osgART에서의 다양한 렌더링 효과 19
그림 2.4. AMIRE를 사용한 어플리케이션의 저작 20
그림 2.5. DART를 통한 저작의 인터페이스 22
그림 2.6. 그룹으로 분류된 여러 기능의 DART의 Behavior들 22
그림 2.7. HMD와 글러브를 사용한 Tinmith의 인터페이스 24
그림 2.8. Tinmith에서의 실외환경 모델링 및 위치 추정 24
그림 2.9. iaTAR에서의 콘텐츠의 선택 25
그림 2.10. 조작마커와 검사마커의 연결을 통한 속성 변경 25
그림 2.11. ARTalet에서의 조작도구 26
그림 2.12. 조작도구를 사용한 속성 부여 (위에서 부터 이동 / 크기 / 색상변경) 26
그림 2.13. 3DARModeler의 하이브리드 방식 인터페이스 27
그림 2.14. 3DARModeler의 물체의 속성 지정 / 변경 27
그림 3.1. 모바일 증강현실 시스템의 형태 29
그림 3.2. QR Code(좌)와 DataMatrix(우) 31
그림 3.3. ARTag(좌)와 Visual Tag(우) 32
그림 3.4. SIFT와 Ferns 알고리즘을 사용한 핸드폰에서의 특징점 기반 추적 33
그림 3.5. 특징점 기반 추적의 흐름 33
그림 3.6. PTAM에서의 특징점을 추적하여 3차원 좌표를 생성 34
그림 3.7. 카메라와 마커, 장치의 화면 간의 3차원 좌표계 35
그림 3.8. OpenGL ES의 파이프라인 37
그림 3.9. ARToolKit Plus (좌-UMPC / 중-PDA / 우-스마트 폰) 38
그림 3.10. ARToolKit Plus 마커 추적 파이프라인 39
그림 4.1. 저작 시스템의 흐름 43
그림 4.2. 삼각형 내부의 점 포함 검사 46
그림 4.3. 모바일 환경 증강현실 파이프라인 47
그림 4.4. 카메라 영상 조작이 적용된 모바일 증강현실 파이프라인 48
그림 4.5. 획득된 카메라 영상 이미지를 제공 방법 49
그림 4.6. Text / Image / 3D Mesh 의 증강 50
그림 4.7. 객체의 증강 (좌- Text / 우 - 3D Mesh) 51
그림 4.8. 객체 조작을 위한 시각적 큐 (UMPC) 52
그림 4.9. 트랙볼의 원리 53
그림 4.10 저작과정에서의 그림자와 객체간의 위치 관계 인지 54
그림 4.11. 직접 드로잉 방법을 이용한 이동 경로 지정 56
그림 4.12. 베이지어 곡선을 이용한 이동 경로 지정 58
그림 4.13. 숫자 패드를 이용한 물리 속성 입력 59
그림 4.14. 증강된 객체들 간의 물리 충돌 시뮬레이션의 예 59
그림 4.15. 영상 전송을 통한 협업을 통한 저작 환경 흐름도 61
그림 5.1. 객체 증강에 대한 점수 분포(좌) 및 배치 조작과 관련한 점수 분포(우) 64
그림 5.2. 객체의 이동 경로 지정의 편의성에 대한 점수 분포(좌) 및 편리한 지정 방법 평가(우) 64
그림 5.3. 정지영상과 일반 영상에 대한 점수 선호(좌) 및 정지영상의 선택 방법 평가(우) 65
그림 5.4. 저작 시스템의 전체 평가(좌) 및 적용 가능 분야에 대한 평가(우) 65
초록보기
유비쿼터스 컴퓨팅 개념의 확산과 사용자 중심 시스템의 패러다임의 변화로 실제환경과 가상환경이 접목된 증강현실 기술이 각광받고 있다. 지금까지는 고성능 PC환경에서 증강현실에 대한 연구가 진행되었지만, 최근 모바일 환경의 발전으로 UMPC, Smart Phone과 같은 장치에서 연구가 활발히 진행 되고 있다. 모바일 장치의 이동성은 언제, 어떠한 장소에서도 증강현실 시스템의 사용을 가능하게 해 주었으며, 모바일 장치의 보급은 증강현실을 활용한 사용자의 개인화된 정보를 요구하게 되었다. 따라서 본 논문에서 사용자가 필요한 때에 직접 위치한 현장에서 개인화된 정보의 저작이 가능하기 위해 필요한 여러 가지 인터페이스에 대해서 제안하고, 이들의 유용성에 대해서 확인해 본다.
모바일 장치에서의 저작은 일반 PC환경에서의 저작에 비해 많은 제약이 있다. 기본적으로 하드웨어 성능의 제약이 있다. 그리고 사용자가 한손으로 모바일 장치를 들고 있어야 하는 까닭에 다양한 인터페이스의 제공이 가능한 일반 PC에 비해 모바일 장치의 터치스크린 및 모바일 장치 자체, 혹은 부착된 센서를 활용한 인터페이스만이 가능하다. 또한 저작과정에서 모바일 장치를 통해 들어오는 카메라 영상이 항상 마커를 바라보도록 들고 있어야 하는 불편함이 존재한다.
본 논문에서 제안하는 저작 인터페이스는 마커의 선택, 카메라 영상 조작, 콘텐츠 등록 및 속성 부여 의 세 부분으로 크게 나눌 수 있다. 마커의 등록 및 선택은 화면상의 카메라 영상에서 마커의 네 점의 좌표 값을 획득하고 이들의 외적을 활용하여 직관적인 선택이 가능하다. 카메라 영상 조작기능의 제공은 저작과정에 사용자에게 마커를 계속 바라보고 있어야 하는 문제점을 극복하고, 모바일 장치를 가지고 이동 중에 증강현실 콘텐츠의 저작이 가능하도록 해 준다. 그리고 텍스트 / 이미지 / 3D 메시의 증강뿐만 아니라, 저작과정의 현장에서 직접 원하는 사진을 찍어 마커 위에 증강 할 수 있다. 마커위에 증강된 콘텐츠는 2차원 공간의 터치스크린에서 3차원 공간에서의 효과적인 조작 방법이 필요하다. 이를 위해 시각적 큐를 활용하여 콘텐츠를 조작 하며, 애니메이션, 물리 속성들을 부여가 가능하다. 그밖에 모바일 환경의 특성을 고려하여 카메라 영상 조작 과정에서 획득된 이미지들을 활용하여 협업을 위한 환경의 제공이 가능하다.
이러한 증강현실 환경의 저작 인터페이스들은 모바일 장치를 활용한 다양한 어플리케이션에 적용이 가능할 것으로 기대가 된다. 예를 들면, 증강현실을 활용한 새로운 방법의 정보 공유 및 메시징 기능뿐만 아니라, 증강현실기반의 새로운 홍보물의 저작, 넓은 공간에서의 증강현실을 활용한 게임 등에서 다양한 방법으로 적용 될 수 있을 것으로 예상된다.MARC 보기
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