KR100956455B1 - 3D Virtual Studio Teaching and Conference Apparatus - Google Patents

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KR100956455B1 KR1020080036594A KR20080036594A KR100956455B1 KR 100956455 B1 KR100956455 B1 KR 100956455B1 KR 1020080036594 A KR1020080036594 A KR 1020080036594A KR 20080036594 A KR20080036594 A KR 20080036594A KR 100956455 B1 KR100956455 B1 KR 100956455B1
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Abstract

가상 스튜디오 강의 장치가 개시된다. 그 장치는 강사만을 촬영한 영상과 강의에 필요한 여러 배경 데이터들을 3D 렌더링하여 3D 가상 강의실을 구성함으로써 입체 강의를 할 수 있음은 물론 멀티미디어로 제작하여 대여 강의뿐만 아니라 원격 강의, 화상 회의에도 적용할 수 있다.A virtual studio lecture apparatus is disclosed. The device can perform 3D lectures by constructing 3D virtual classrooms by 3D rendering images taken only by lecturers and various background data necessary for lectures, and can be produced in multimedia and applied to remote lectures and video conferencing as well. have.

가상, 강의장치, 크로마키, 3D, 원격강의, 화상회의 Virtual, Lecture Device, Chroma Key, 3D, Remote Lecture, Video Conferencing

Description

가상 스튜디오 강의 및 회의 장치{3D Virtual Studio Teaching and Conference Apparatus}3D Virtual Studio Teaching and Conference Apparatus}

본 발명은 강의 및 회의 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강사와 다수의 배경 화면을 3D 장치 속에서 합성하여 3차원적으로 강의를 진행할 수 있는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lecture and conference device, and more particularly, to a device capable of proceeding in three dimensions by synthesizing a plurality of background screens with a lecturer in a 3D device.

최근에는, 다양한 전자기기의 개발 및 보급에 따라, 학교, 학원 또는 세미나 등에서 장시간 동안 발표 및 강의 되고 있는 내용을 비디오 카메라 등을 이용하여, 동영상으로 녹화하고, 강사가 강의에 필요한 내용을 판서(板書)할 필요 없이 준비한 내용을 빔 프로젝터나 전자칠판 등을 이용하여 출력할 수 있게 되었다.In recent years, with the development and dissemination of various electronic devices, contents recorded and lectured for a long time in schools, academies or seminars are recorded using video cameras, and the lecturer writes the contents necessary for lectures. The prepared contents can be output using a beam projector or an electronic blackboard.

빔 프로젝터나 전자칠판을 이용할 경우, 발표자(강사)는, 자신이 발표내용(강의내용)을 사전에 프레젠테이션용 전자문서 파일로 작성한 후, 이를 노트북, 또는 PC에 저장하여, 강의 장소에 설치된 빔 프로젝터나 전자칠판을 통해 대형 영상화면으로 강의 준비 내용을 보여준다.When using a beam projector or a copyboard, the presenter (instructor) prepares the presentation contents (lecture contents) in advance as an electronic document file for presentation, and then stores them in a notebook or a PC and installs the beam projector at the lecture place. B. The board will show the contents of the lecture on a large video screen.

그러나, 준비된 발표내용(강의내용)을 강의장소에서 대형 영상 화면으로 출력하는 기술은 많이 발전하고 있으나, 이와 같은 발표내용(강의내용) 전체를 녹화 하는 기술은 과거와 비교해 크게 나아지지 않고 있다. 일반적으로 강의를 녹화하는 방법은 크게 3 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째는, 하나의 비디오 카메라로 강사와 대형 화면으로 출력되는 발표내용(강의내용)을 동시에 촬영하는 것이고, 두 번째는, 다수 개의 비디오 카메라를 이용하여 대형 화면으로 출력되는 발표내용(강의내용)과, 강사를 별도의 카메라로 촬영하여, 이를 편집해 두 화면을 배치하여 보여주는 방식이며, 마지막으로 세 번째는, 실시간으로 발표자(강사)의 발표 화면 비디오를 적게 배치하면서, 준비된 영상 출력 화면을 분할해 보여 주는 것이다. 특히, 사이버 대학, 온라인 회의 등의 일반화로 세 번째 기술이 많이 사용되고 있다.However, the technology for outputting the prepared contents (lecture contents) to the large video screen in the lecture place has been developed a lot, but the technique for recording the entire contents of the contents (lecture contents) has not improved much compared to the past. In general, there are three ways to record a lecture. The first is to shoot the lectures and lectures on the large screen with one video camera at the same time. The second is the presentations on the large screen with multiple video cameras. And take a picture of the instructor with a separate camera, edit and display the two screens, and finally, the third is to divide the prepared video output screen while arranging less presentation screen video of the presenter (instructor) in real time It shows the sun. In particular, the third technology is widely used as a generalization of cyber universities and online meetings.

도 1은 이와 같은 일반적인 온라인 동영상 강의 화면의 일 예를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 일반적인 동영상 강의는 강사의 비디오와 강의 내용을 동기 시켜 재생시키는 방식이다. 도시된 바와 같이, 화면의 좌측 상단에는 조그만 크기의 강의 영상이 스트리밍 방식으로 출력되고, 그 우측에는 강사가 수업자료로 준비한 강의 내용이 문서화되어 출력된다. 그러나 이와 같은 방식은 강사의 수업과 강의 내용이 역동적이지 못하므로, 오프라인상의 강의실 강의에 비해 학습효과가 현저하게 떨어진다.1 is a diagram illustrating an example of such a general online video lecture screen. As shown, a general video lecture is a method of synchronizing the video of the lecturer and the content of the lecture. As shown in the figure, a small-sized lecture video is output in a streaming manner on the upper left side of the screen, and a lecture content prepared by the instructor as a teaching material is documented and output on the right side. However, in this method, the lecturer's class and lecture contents are not dynamic, so the learning effect is significantly lower than the offline classroom lecture.

또 다른 일례로 출원번호 2000-0052210호(명칭: 실시간 강의 기록 장치 및 그에 따른 파일 기록 방법)에 기재되어 있는 장치를 도 2에 도시하였다. 도시된 바와 같이, 실시간 강의 기록 장치는 강사의 강의 모습을 촬영하기 위한 비디오 카메라(10), 강사의 음성을 녹음하기 위한 마이크(20), 강사가 강의하는 도중 판서한 강의 내용을 이미지 데이터로 인쇄 출력하는 전자칠판(30), 강의를 위해 사전에 작 성된 프레젠테이션용 전자문서 파일을 영상화면 데이터로 출력하는 개인용 컴퓨터(40), 상기 개인용 컴퓨터로부터 출력되는 영상화면 데이터를 대형 영상화면으로 디스플레이하기 위한 빔 프로젝터(60) 및 상기 비디오 카메라(10), 마이크(20), 전자칠판(30) 및 개인용 컴퓨터(40)로부터 각각 출력되는 영상, 음성, 이미지 데이터 및 영상화면 데이터를 수신하여, 실시간으로 자동 기록하는 실시간 강의 기록장치(50)를 포함한다.As another example, the apparatus described in Application No. 2000-0052210 (name: real-time lecture recording apparatus and file recording method thereof) is shown in FIG. 2. As shown, the real-time lecture recording device is a video camera 10 for recording the lecturer's lecture, the microphone 20 for recording the voice of the lecturer, the lecture contents written during the lecturer as the image data printed An electronic blackboard 30 for outputting, a personal computer 40 for outputting a pre-written presentation electronic document file as video screen data, and for displaying the video screen data output from the personal computer on a large video screen. Receive video, audio, image data and video screen data output from the beam projector 60 and the video camera 10, the microphone 20, the copyboard 30 and the personal computer 40, respectively, and automatically in real time. And a real-time lecture recording device 50 for recording.

그러나, 비디오 카메라(10)에 의해 녹화된 강의 내용과, 전자칠판(30)에 의해 인쇄된 강의 내용, 그리고 개인용 컴퓨터(40) 및 빔 프로젝터(60)를 연결사용하기 위하여 사전에 작성된 프레젠테이션용 전자문서 파일들은, 각각 별개의 전자기기에 의해 독립적으로 녹화, 인쇄 및 작성되기 때문에, 상호 간에 연관성이 전혀 없다. 따라서, 이와 같은 강의 내용을 다수의 피강의자, 예를 들어 네트워크 또는 인터넷을 통해 온라인으로 연결 접속된 다수의 피강의자들에게 편집제공하고자 하는 경우에는, 숙련된 편집기술자가, 개별적인 자료들을 소정의 편집 프로그램을 이용하여 수동 편집해야하는 번거로움이 있다. 또한, 사전에 녹화 및 편집이 불가능한 실시간 강의 및 화상 회의 시스템 등에는 적용될 수 없다는 문제점이 있다.However, the contents of the lecture recorded by the video camera 10, the contents of the lecture printed by the copyboard 30, and the electronics for presentation prepared in advance for use of the personal computer 40 and the beam projector 60 are connected. Since document files are independently recorded, printed, and created by separate electronic devices, there is no correlation between them. Therefore, if a lecture content is to be edited and provided to a plurality of lecturers, for example, a plurality of lecturers connected online through a network or the Internet, an experienced editing technician may edit the individual materials. There is a hassle of manual editing using the program. In addition, there is a problem that can not be applied to a real-time lecture and video conferencing system that can not be recorded and edited in advance.

또한, 강사의 단조로운 자세로 인해 피강의자가 매우 지루하며, 특히, 피강의자의 시선이 강사와 수업내용 2개소로 분산됨에 따른 집중도 하락은 학습효과의 하락을 불러오는 문제점이 있다.In addition, the lecturer is very bored due to the monotonous posture of the instructor, and in particular, the decrease in concentration as the eyes of the lecturer are dispersed into the instructor and the class contents has a problem of causing a decrease in learning effect.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 피강의자의 시선을 분산시키지 않아 강의효과를 극대화할 수 있으며, 발표를 하는 강의자 또한 사용하기 쉽게 구성된 가상 스튜디오 강의 및 회의 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to maximize the effect of lectures by not distracting the eyes of the lecturers, and to provide a virtual studio lecture and conferencing device that is also easy to use. There is this.

상기 목적을 달성하기 위한 가상 스튜디오 강의 장치는, 피사체를 촬영하기 위한 카메라; 상기 카메라로부터 출력되는 영상에서 화상의 특정한 성분들을 체계적으로 제거하여 실제 피사체 영상만을 출력하는 크로마키 장치; 3D 가상 스튜디오 영상을 형성하고, 이 영상을 상기 크로마키 장치에서 획득된 피사체 영상과 합성하는 3D 가속 그래픽 장치; 및 상기 3D 가속 그래픽 장치에서 합성된 영상을 출력하는 디스플레이 장치;를 포함하며, 상기 3D 가속 그래픽 장치는, 강의에 필요한 여러 배경 데이터들로 구성된 배경 3D DB와, 강의에 필요한 외부 데이터들로 구성된 3D 강의자료 DB를 포함하며, 상기 배경 3D DB와 3D 강의자료 DB의 정보를 토대로 3D 가상 스튜디오를 생성하는 3D 영상 발생장치; 및 상기 크로마키 장치를 통해 획득된 피사체의 영상을 비디오 텍스튜어링(video texturing) 하여 상기 3D 영상 발생장치에서 형성된 3D 강의 배경과 3D 강의자료 영상을 포함하는 3D 가상 스튜디오와 합성하여, 상기 디스플레이 장치로 출력하는 렌더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a virtual studio lecture apparatus includes a camera for photographing a subject; A chroma key device that systematically removes specific components of an image from an image output from the camera and outputs only an actual subject image; A 3D accelerated graphics device for forming a 3D virtual studio image and synthesizing the image with a subject image obtained by the chroma key device; And a display device configured to output an image synthesized by the 3D accelerated graphic device, wherein the 3D accelerated graphic device includes a background 3D DB composed of various background data required for a lecture, and a 3D composed of external data required for the lecture. A 3D image generating device including a lecture data DB and generating a 3D virtual studio based on the information of the background 3D DB and the 3D lecture data DB; And a 3D virtual studio including a 3D lecture background and a 3D lecture data image formed by the 3D image generator by video texturing the image of the subject acquired through the chroma key device, and displaying the image. Render to output to; characterized in that it comprises a.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가상 스튜디오 강의 장치는 기설정된 트랙정보에 따라 위치가 조정되는 적어도 하나 이상의 가상카메라; 및 상기 가상 카 메라를 선택할 수 있는 스크린 컨트롤; 및 상기 카메라 및 가상 카메라의 위치 정보를 변경하여, 상기 3D 가상 스튜디오의 화면을 조정하는 조이스틱;을 더 포함하여, 상기 스크린 컨트롤 및 조이스틱을 이용하여 선택된 3D 강의 배경과 3D 강의자료 영상과 상기 피사체의 영상을 3D 공간 속에서 조합하여, 이 조합된 영상을 사용자의 조이스틱을 통해 입력된 신호로 이동 및 배치한 정보를 상기 렌더를 이용하여 3D 렌더링하여 3D 가상 스튜디오와 피사체의 영상을 합성하여 실시간으로 출력하는 것이 좋다.According to a preferred embodiment of the present invention, a virtual studio lecture apparatus includes: at least one virtual camera whose position is adjusted according to preset track information; And a screen control to select the virtual camera. And a joystick for changing the location information of the camera and the virtual camera to adjust the screen of the 3D virtual studio. The joystick may further include a background of the selected 3D lecture, 3D lecture data, and the subject using the screen control and the joystick. Combining the images in 3D space, moving and placing the combined images into a signal input through the user's joystick using 3D rendering using the renderer, synthesizes the images of the 3D virtual studio and the subject and outputs them in real time. Good to do.

또한, 상기 가상 스튜디오 강의 장치는 온라인 강의에 사용될 수 있도록, 상기 렌더에서 출력된 3D 가상 스튜디오와 피사체의 영상을 합성 영상 정보가 저장되는 온라인 서버; 및 상기 온라인 서버에 연결되어, 상기 3D 가상 스튜디오 강의를 수강하는 다수 개의 클라이언트 컴퓨터;를 더 포함할 수 있다.The virtual studio lecture apparatus may include an online server configured to store synthesized image information of an image of a 3D virtual studio and a subject output from the renderer, so that the virtual studio lecture apparatus may be used for an online lecture; And a plurality of client computers connected to the online server to take the 3D virtual studio lecture.

본 발명에 의한 가상 스튜디오 회의 장치는, 피사체를 촬영하기 위한 카메라와, 상기 카메라로부터 출력되는 영상에서 화상의 특정한 성분들을 체계적으로 제거하여 실제 피사체 영상만을 출력하는 크로마키 장치와, 3D 가상 스튜디오 영상을 형성하고, 이 영상을 상기 크로마키 장치에서 획득된 피사체 영상과 합성하는 3D 가속 그래픽 장치 및 상기 3D 가속 그래픽 장치에서 합성된 영상을 출력하는 디스플레이 장치를 포함하는 제 1 화상 시스템; 상기 제 1 화상 시스템과 동일한 구성을 가지는 제 2 화상 시스템; 및 상기 제 1 및 제 2 화상 시스템의 3D 가속 그래픽 장치에서 합성된 영상을 상호 전송하는 화상 회의 서버;를 포함하며, 상기 3D 가속 그래픽 장치는, 회의에 필요한 여러 배경 데이터들로 구성된 배경 3D DB와, 회의에 필요한 외부 데이터들로 구성된 3D 회의자료 DB를 포함하며, 상기 배경 3D DB와 3D 회의자료 DB의 정보를 토대로 3D 가상 스튜디오를 생성하는 3D 영상 발생장치; 및 상기 크로마키 장치를 통해 획득된 피사체의 영상을 비디오 텍스튜어링(video texturing) 하여 상기 3D 영상 발생장치에서 형성된 3D 회의 배경과 3D 회의자료 영상을 포함하는 3D 가상 스튜디오와 합성하여, 상기 디스플레이 장치로 출력하는 렌더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The virtual studio conference apparatus according to the present invention includes a camera for photographing a subject, a chroma key device for systematically removing specific components of an image from an image output from the camera, and outputting only an actual subject image, and a 3D virtual studio image. A first image system including a 3D accelerated graphics device for forming the image and combining the image with a subject image obtained by the chroma key device, and a display device for outputting the synthesized image from the 3D accelerated graphics device; A second imaging system having the same configuration as the first imaging system; And a video conferencing server that mutually transmits the synthesized images from the 3D accelerated graphics apparatuses of the first and second image systems, wherein the 3D accelerated graphics apparatus includes: a background 3D DB composed of various background data necessary for a meeting; A 3D image generating device including a 3D conference data DB composed of external data necessary for a meeting, and generating a 3D virtual studio based on the information of the background 3D DB and the 3D conference data DB; And a 3D virtual studio including a 3D conference background and a 3D conference data image formed by the 3D image generator by video texturing the image of the subject acquired through the chroma key device, and displaying the image. Render to output to; characterized in that it comprises a.

본 발명은 강사의 강의모습을 한 개 혹은 다수의 카메라를 통해 크로마키를 시켜 장치에 입력한 신호와 노트북 VGA 신호나 칠판의 비디오 신호 등과 미리 녹화된 비디오나, 워드, 파워포인트 파일들이 3D 그래픽으로 자유로이 만들어지는 가상 공간 강의실에 임의 배치되도록 가상 공간 속에 배치한 다수의 가상 카메라로 실시간 렌더링을 하여 출력할 수 있기 때문에, 다양한 3D 가상 화면으로 시인성을 향상시킬 수 있다.The present invention provides a 3D graphic of pre-recorded video, word, and PowerPoint files such as a signal input to a device and a VGA signal or a video signal of a blackboard by chroma keying one or more cameras by a lecturer. Real-time rendering can be performed by a plurality of virtual cameras arranged in a virtual space so that they can be arbitrarily placed in a virtual space classroom that is freely created, and thus, visibility can be improved with various 3D virtual screens.

또한, 강사와 노트북, 칠판 혹은 각종 비디오, 사진 등의 강의 보충 자료를 강의실이나 이동 스튜디오 장소에서 강사가 직접, 혹은 보조운영자가 손쉽게 장비를 운영하여 실시간으로 강의 내용을 녹화 및 방송할 수 있다.In addition, lecturers can supplement the lecture materials such as notebooks, blackboards, various videos, photos, etc. in the classroom or mobile studio with the instructor or the assistant operator easily operating the equipment to record and broadcast the lecture contents in real time.

또한, 실시간 렌더링을 통해 강사가 자유자재로 가상 현실의 공간에서 체험학습과 가상 실험을 수행할 수 있어, 강의 학습 효과가 향상된다.In addition, the real-time rendering allows the instructor to freely perform experiential learning and virtual experiments in the space of virtual reality, thereby improving the lecture learning effect.

먼저 본 발명은 출원인이 출원한 출원번호 2005-11164호(명칭:비디오 텍스투 어링을 이용한 3D 가상 스튜디오 장치)에 기재되어 있는 가상 스튜디오 장치의 구성을 기본적으로 사용하는 것으로 한다. First, the present invention basically uses the configuration of the virtual studio apparatus described in the application No. 2005-11164 filed by the applicant (name: 3D virtual studio apparatus using video texturing).

도 3은 본 발명의 3D 가상 강의 장치의 주요 기능 블럭도를 도시한 도면으로, 3D 가속 그래픽 장치(200)와 카메라(240~24N)로 구성하여 가상 오버레이(Virtual Overlay) 기술을 이용할 수 있도록 구성한다. 가상 오버레이(Virtual Overlay)는 기존의 Mixer에서 배경그림과 전면 그림을 카메라에 Overlay시키던 방식이 아닌 3D 렌더링 엔진 안에 비디오를 하나의 Object로 처리하여 가상의 Overlay를 실현하는 기술이다. 3 is a block diagram illustrating the main functional blocks of the 3D virtual lecture apparatus of the present invention. The 3D accelerated graphic apparatus 200 and the cameras 240 to 24N may be configured to use a virtual overlay technology. do. Virtual Overlay is a technology that realizes virtual overlay by processing video as a single object in the 3D rendering engine, rather than overlaying the background and front picture on the camera in the existing mixer.

3D 가속 그래픽 장치(200)는 3D 영상발생장치(210)와 렌더(Render, 220)로 구성된다. The 3D accelerated graphic device 200 includes a 3D image generating device 210 and a renderer 220.

3D 영상발생장치(210)는 3차원 물체를 설계하는 프로그램인 3D Studio Max 나 MAYA 등과 같은 편집 프로그램으로 미리 준비된 동화상 즉, 배경 3D DB(214)나 외부 파일(216)을 입력받아 3D 데이터 처리장치(212)에서 생성시킨 3D 데이터를 실시간으로 출력한다.The 3D image generating apparatus 210 receives a pre-prepared moving image, that is, a background 3D DB 214 or an external file 216, using an editing program such as 3D Studio Max or MAYA, which is a program for designing a 3D object, and a 3D data processing apparatus. The 3D data generated at 212 is output in real time.

렌더(220)는, 상기 3D 영상발생장치(210)로부터 출력된 영상신호를 비디오 텍스튜어링시켜 출력한다. 이와 동시에, 상기 렌더(220)는 상기 3D 영상과 상기 복수의 카메라들(240~24N)으로부터 입력된 크로마키된 영상 또한 3D 렌더링하여 이 둘을 합성한 상태로 실시간으로 영상을 출력하도록 구성된다. 구체적으로는 3D 가속 그래픽 장치(200)의 가상 오버레이 기술은 복수의 카메라(240~24N)에서 출력되는 강사를 촬영한 3D 카메라 영상과 3D 영상발생장치(210)의 3D 데이터를 렌 더(Render, 220)속으로 동시에 입력하여 3D 그래픽처리함으로써 합성된 아날로그 영상(230)을 출력하도록 하는 것이다. The renderer 220 performs video texturing on the video signal output from the 3D image generating apparatus 210 and outputs the video text. At the same time, the renderer 220 is also configured to 3D render the 3D image and the chroma keyed image input from the plurality of cameras 240 to 24N, and output the image in real time in a state where the two are combined. Specifically, the virtual overlay technology of the 3D accelerated graphic device 200 renders a 3D camera image photographing an instructor output from a plurality of cameras 240 to 24N and 3D data of the 3D image generating device 210. Simultaneously input the same into the 220 to output the synthesized analog image 230 by 3D graphics processing.

배경 3D DB(214)는 가상 강의실을 구현할 수 있는 배경, 우주선의 내부로 들어가 다양한 부분을 보여 주게 하거나, 현실에서는 불가능한 인체의 내부로 들어가 다양한 생체기관을 관찰할 수 있게 하는 등의 가상 현장교육, 물체의 진동현상, 물리 실험이나 화학 실험 등과 같은 가상 실험교육에 필요한 그래픽 데이터를 저장하여 3D 데이터 처리장치(212)에서 3D 영상으로 출력할 수 있도록 구성된다.Background 3D DB (214) is a virtual field education, such as a background to implement a virtual classroom, to enter the interior of the spaceship to show various parts, or to enter the interior of the human body, which is impossible in reality, to observe a variety of living organs, It is configured to store graphic data necessary for virtual experiment education, such as vibration of an object, physical experiment or chemistry experiment, and output the 3D image from the 3D data processing apparatus 212.

외부에서 작성된 AVI File과 같은 동영상 자료(216)들은 WEB 자료, 강의와 관련된 미리 녹화된 비디오나, 사진들의 파일, 워드, 파워포인트 파일 또는 칠판의 자료들로서 3D 데이터 처리장치(212)로 입력되어 3D 그래픽으로 자유로이 만들어지는 가상 공간 강의실에 배치될 수 있도록 구성한다. 상기 신호들은 노트북 화면을 VGA혹은 DVI로 입력받거나 혹은 파일로 입력받을 수 있도록 구성할 수 있다.Video data 216, such as an externally created AVI file, is input to the 3D data processing apparatus 212 as 3D data processing device 212 as WEB data, pre-recorded video related to a lecture, or files of photos, a word, a PowerPoint file, or a blackboard. It can be configured to be placed in a virtual space classroom freely created graphically. The signals can be configured to accept a laptop screen via VGA or DVI or a file.

본 발명에서는 상기 3D 배경 DB나 외부 파일들을 동시 또는 선택하여 촬영된 피사체와 함께 가상 스튜디오 공간 속에서 보여주게 하는 것이 핵심기술이므로, 그 DB들의 내용에 특별한 제한을 둘 필요는 없다.In the present invention, since the 3D background DB or external files are simultaneously or selected to be displayed in a virtual studio space together with the photographed subject, the contents of the DBs need not be particularly limited.

상기와 같은 비디오 텍스튜어(Texture)를 이용한 3D 가상 강의 장치를 도 4를 통하여 상세히 설명한다.A 3D virtual lecture apparatus using the video texture as described above will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4에서 가상 장치 구획 선(300)을 중심으로 좌측의 모든 구성요소들은 가상 세트 그래픽 장치이다. In FIG. 4, all components on the left side of the virtual device partition line 300 are virtual set graphic devices.

실제 카메라(240~24N)들로부터 배경(260)이 있는 강사(270)를 촬영하고 촬영 된 화면을 크로마키 장치(280)에서 크로마키 시켜 실제 피사체와 필요한 영상만을 카메라 스크린 크기의 3D 그래픽 가상 공간(320)의 임의 지점에 위치하도록 한다. 크로마키 기능은 배경이 있는 피사체를 실제 카메라로 촬영하여 배경만을 삭제하여 공백으로 만드는 기술로서, 그 상세한 설명은 생략한다.Shoot the instructor 270 with the background 260 from the real cameras 240 to 24N and chroma screen the captured screen with the chroma key device 280 to create a 3D graphic virtual space of the actual screen and only the required image of the camera screen. And positioned at an arbitrary point of 320. The chroma key function is a technique of photographing a subject having a background with an actual camera and deleting only the background to make it blank, and a detailed description thereof will be omitted.

따라서, 배경이 삭제된 공백은 가상 카메라(310)로부터 나오는 영상 신호로 채워져 두 개의 카메라로부터 전자적으로 결합된 화면을 구성하여 실제로는 존재하지 않는 가상의 영상 화면을 만들어내도록 동작된다. Therefore, the blank space from which the background is erased is filled with the video signal from the virtual camera 310 to form a screen that is electronically coupled from the two cameras, thereby operating a virtual video screen that does not actually exist.

즉, 가상 카메라(310)의 배경(330,340)과 함께 상기 카메라 피사체 비디오 정보(270)를 3D 데이터의 한 텍스튜어로 입력되도록 하여 최종 출력화면(250)을 디스플레이함으로써 강사가 마치 가상의 스튜디오안에서 강의를 하고 있는 것처럼 처리하는 것이다. That is, the instructor lectures in a virtual studio by displaying the final output screen 250 by inputting the camera subject video information 270 as a text of 3D data together with the backgrounds 330 and 340 of the virtual camera 310. Do it as you do.

가상 공간 속에서 가상 카메라로부터 보여지는 다양한 움직임을 자동으로 프로그램에 의해 보여 지도록 하기 위해 PTZ카메라(Pan, Tilt, Zoom camera)의 구동을 통해 실제 액션을 취하여 강의하는 모습을 자동 트래킹을 시켜 강의하는 사람이 그 모습을 달리하면서 배경화면과 칠판 등이 함께 연동하여 자동으로 화면에 전체에 보여 질수 있도록 할 수도 있으며 저가 시스템의 경우 자동 트랙킹이 아닌 수동 혹은 고정식으로도 가능하게 된다. 이러한 카메라의 위치정보가 그래픽 발생 장치에 입력이 되어 가상의 공간속에 카메라의 위치에서의 정보에 따른 배경을 만들어 실시간으로 입력되는 강사의 비디오와 합성하여 주고 여기에 배경이나 칠판등과 함께 3차원 공간에 그리고 이 출력을 모니터에 보여주게 비디오를 발생시키게 되는 것이다. In order to automatically show various movements seen from the virtual camera in the virtual space by the program, the person who lectures by automatically tracking the actual action by taking the action of the PTZ camera (Pan, Tilt, Zoom camera). While the appearance is different, the background screen and the blackboard can be linked together to be displayed on the screen automatically, and in the case of a low-cost system, it is possible to be manual or fixed rather than automatic tracking. The camera's location information is input to the graphic generating device to create a background based on the information from the camera's location in the virtual space, composite it with the video of the instructor, which is input in real time, and add the background or the blackboard to the 3D space. And then generate video to show this output to the monitor.

상기에서와 같이 비디오 텍스튜어링 기법을 쓰게 되면 가상 카메라위치를 마음껏 조정하여 마치 실제 카메라가 움직이는 효과를 줄 수 있어 멋진 가상 공간의 강의하는 비디오 화면을 만들수 있게 한다. 이때의 가상 카메라(310) 조작은 미도시된 스크린 제어부(Screen Control)나 조이스틱 혹은 Predefined Track in 3D data 장치를 사용할 수 있다.Using the video texturing technique as described above, the position of the virtual camera can be adjusted to the full extent as if the actual camera is moving. In this case, the manipulation of the virtual camera 310 may use a screen control, a joystick, or a predefined track in 3D data device.

상세하게는 복수 개의 가상 카메라(도면 미도시)와 기설정된 배경 영상(배경화면 또는 칠판 영상 등)에서 특정 하나를 선택할 수 있는 화면을 구성한 스크린 제어부와 스크린 제어부에서 선택된 가상 카메라를 조정할 수 있도록 구성하며 그 조정데이터를 가상 카메라(310)로 입력되도록 구성할 수 있다.In detail, a screen controller configured to configure a screen for selecting a specific one from a plurality of virtual cameras (not shown) and a preset background image (such as a wallpaper or a blackboard image) and a screen controller configured to adjust the selected virtual camera. The adjustment data may be configured to be input to the virtual camera 310.

상기 스크린 제어부에 의하여 선택된 가상 배경의 영상과 상기 피사체의 영상을 상기 조이스틱의 조정위치에 따라 선택된 가상카메라의 트랙정보를 사용하여 3D 공간 속에서 소정의 위치에서 보여질 수 있도록 조정할 수 있다.The image of the virtual background selected by the screen controller and the image of the subject may be adjusted to be displayed at a predetermined position in a 3D space using track information of the virtual camera selected according to the adjustment position of the joystick.

따라서, 상기한 바와 같은, 3D 비디오 택스투어링 기술과 함께, 상기 스크린 제어부 및 조이스틱을 이용하여 간편하게 가상카메라를 변경하여 가상의 관측자의 위치를 3D공간 속에서 자유롭게 변경하면, 3D 가상스튜디오에서 강사의 위치를 다양하게 표현할 수 있기 때문에, 다양한 시각적 효과를 줄 수 있음은 물론, 마치 여러 대의 실제 카메라로 표현하는 것 같은 효과를 만들 수 있는 것이다.Therefore, in addition to the 3D video taxiing technology as described above, by simply changing the virtual camera using the screen control and joystick to freely change the position of the virtual observer in the 3D space, the position of the instructor in the 3D virtual studio Because it can express variously, not only can give various visual effects, but also can create an effect as if it is expressed by several real cameras.

도 5를 참조하면, 도면에서와 같이 실제 카메라로 크로마키시켜 발생되는 강사 화면(C)과 뒷 화면의 노트북 화면(A), 그리고 실제카메라나 혹은 외부에서 입력 되는 비디오 입력화면(B)을 모두 한 화면에 표현이 가능하고 배경 화면 중 어느 화면을 전체화면 또는 일부 화면으로 확대할 수 있다.Referring to FIG. 5, both the instructor screen C generated by chroma keying with a real camera, the notebook screen A on the rear screen, and a video input screen B input from an actual camera or externally as shown in FIG. 5. It can be expressed on one screen and the screen can be enlarged to a full screen or a partial screen.

즉, 강사만 보이게 하거나, 노트북화면만 보이게 하는 등 다양한 방식으로 3차원 공간속에 다양한 화면들을 복수로 마음껏 정의하고 이들을 버튼으로 만들어 이를 누르기만 하면 이러한 장면 혹은 실시간 애니메이션이 실시간 렌더링으로 보여 주게 함으로서 다양한 프리젠테이션을 실제 강의실보다 더 효과적으로 보여 주게 되고 강의실의 인테리어 없이 새로운 가상 강의실을 구성하여, 가상 강의실 속에서 강의에 적합한 화면들을 구동하면서 강의를 하는 장면으로 출력하는 것이 가능하다.In other words, you can define only a variety of screens in three-dimensional space in various ways, such as showing only the instructor or only the laptop screen, and by pressing them by pressing them, you can show these scenes or real-time animations in real-time rendering. It is possible to show the presentation more effectively than the actual classroom and to construct a new virtual classroom without the interior of the classroom, and to output the lecture while driving the screens suitable for the lecture in the virtual classroom.

결국, 이 방식의 장치를 이용하면 전문 카메라맨들이 없이, 다수의 카메라를 사용하지 않아도, 또한 특수 조명장치가 없이도 대형 강의실에서 여러 가지 멀티미디어를 이용하여 강의하는 것처럼 동작할 수 있기 때문에 온라인 강의도 가능할 뿐더러 최고의 화질의 비디오를 실시간으로 만들어주고 이를 녹화 혹은 전송을 시켜 원격강의 혹은 VOD강의도 가능하게 한다.After all, this type of device makes online lectures possible without the need for professional cameramen, without the need for multiple cameras, and without the need for special lighting, because it can be operated like a multi-media lecture in a large classroom. It creates the highest quality video in real time and records or transmits it for remote lectures or VOD lectures.

즉, 도 6은 이와 같은 구성을 이용한 온라인 강의 시스템의 블럭도를 간단하게 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 3D 가속 그래픽 장치(200)에서 출력된 상기한 바와 같이 구성된 강의자와 3D 가상 스튜디오 화면이 합성된 아날로그 영상(230)은 온라인 서버(400)에 실시간으로 전송되고, 이 정보는 다수의 클라이언트 컴퓨터(410~41N)를 통해 동시에 수강하도록 구성할 수 있다.That is, FIG. 6 is a diagram schematically showing a block diagram of an online lecture system using such a configuration. As shown, the analog image 230 synthesized as described above and outputted from the 3D accelerated graphics device 200 and the 3D virtual studio screen are transmitted to the online server 400 in real time. It can be configured to take a course at the same time through the client computers 410 to 41N.

특히 실제 카메라를 강의하는 사람의 움직임을 따라 자동 추적이 될 수 있도 록 설치할 경우, 3차원 공간 속에 강사가 가상으로 구현된 가상 스튜디오 내부에서 걸어다니면서, 미리 준비된 다양한 3D 강의 자료들을 불러오면서, 입체적으로 강의하는 것이 가능하다. 또한, 가상카메라의 조정을 통해, 복수 개의 카메라들이 여러 대가 움직이며 촬영하는 듯한 효과를 만들 수 있어, 보다 현실감 있는 강의 비디오나 VOD와 같은 멀티미디어용 강의 내용을 구성할 수가 있다.In particular, when the camera is installed to be automatically tracked according to the lecturer's movement, the instructor walks inside the virtual studio virtually implemented in a three-dimensional space, and loads various prepared 3D lecture materials in three dimensions. It is possible to lecture. In addition, through the adjustment of the virtual camera, it is possible to create the effect that a plurality of cameras are moving and shooting, it is possible to compose a more realistic lecture video or multimedia lecture content such as VOD.

이와 같은 시스템은 도 7에 도시된 바와 같이, 화상 회의 장치에 적용되는 것도 가능하다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개의 카메라(240~24N), 3D 가속 그래픽 장치(200) 및 크로마키 장치(280) 등을 가지는 제 1 및 제 2 화상 시스템(1)(2)을 구성하고, 이들을 화상 회의 서버(500)로 연결한다. 그러면, 제 1 화상 시스템(1)의 3D 가상 스튜디오 합성 회의 화면(230a)을 제 2 화상 시스템(2)으로, 제 2 화상 시스템(2)의 3D 가상 스튜디오 합성 회의 화면(230b)을 제 1 화상 시스템(1)으로 상호 교환할 수 있다. 이와 같은 구성에 따르면, 기존의 화상회의가, 회의에 참석한 사람들의 얼굴만을 보여주거나, 단순히 파워포인트와 같은 회의 자료만을 공유하여 보여주는 것에 비해 동적이고 다양한 화면의 가상 스튜디오 기술을 이용한 회의 화면을 형성할 수 있기 때문에, 실제로 만나 회의를 진행하는 것과 동일한 효과를 기대할 수 있다.Such a system can also be applied to a video conferencing device, as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 4, the first and second image systems 1 and 2 including the plurality of cameras 240 to 24N, the 3D accelerated graphic device 200, the chroma key device 280, and the like are provided. And connect them to the video conferencing server 500. Then, the 3D virtual studio synthesis conference screen 230a of the first image system 1 is the second image system 2, and the 3D virtual studio synthesis conference screen 230b of the second image system 2 is the first image. Interchangeable with the system (1). According to this configuration, the existing video conference forms a meeting screen using a dynamic and diverse virtual studio technology, compared to showing only the faces of people attending the meeting, or simply sharing the meeting data such as PowerPoint. Because you can, you can expect the same effect as actually meeting.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.Although the present invention has been described in detail only with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical scope of the present invention, and such modifications and variations belong to the appended claims.

본 발명은 가상현실을 이용한, 가상 스튜디오 강의장치에 사용될 수 있으며, 더 나아가 원격회의 및 원격 스튜디오기술에도 응용 가능하다.The present invention can be used in a virtual studio lecture apparatus using virtual reality, and further applicable to teleconference and remote studio technology.

도 1은 종래의 일반적인 강의 화면을 도시한 도면,1 is a view showing a conventional general lecture screen,

도 2는 종래의 실시간 강의 기록장치(RLRS)와 전자기기들간에 연결 접속상태를 도시한 도면,2 is a diagram illustrating a connection state between a conventional real time lecture recording device (RLRS) and electronic devices;

도 3은 본 발명의 가상 스튜디오 강의 장치의 주요 기능 블럭도,3 is a main functional block diagram of the virtual studio lecture apparatus of the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 가상 스튜디오 강의 장치를 이용한 시스템 도면, 4 is a system diagram using a virtual studio lecture apparatus according to the present invention;

도 5는 본 발명의 디스플레이 방식의 일례를 도시한 도면, 5 is a view showing an example of a display method of the present invention;

도 6은 본 발명을 온라인 강의 시스템에 적용한 상태를 간략히 도시한 블럭도, 그리고,6 is a block diagram briefly illustrating a state in which the present invention is applied to an online lecture system;

도 7은 본 발명에 의한 가상 스튜디오 회의 장치를 도시한 블럭도이다.7 is a block diagram showing a virtual studio conference apparatus according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

200; 3D 가속 그래픽 장치 210; 3D 영상발생장치200; 3D accelerated graphics device 210; 3D image generator

220; 렌더 230; 아날로그영상220; Render 230; Analog video

240~24N;카메라 300; 가상 장치 구획 선240 to 24N; camera 300; Virtual device block line

310; 가상 카메라310; Virtual camera

Claims (4)

피사체를 촬영하기 위한 카메라;A camera for photographing a subject; 상기 카메라로부터 출력되는 영상에서 화상의 특정한 성분들을 체계적으로 제거하여 실제 피사체 영상만을 출력하는 크로마키 장치;A chroma key device that systematically removes specific components of an image from an image output from the camera and outputs only an actual subject image; 3D 가상 스튜디오 영상을 형성하고, 이 영상을 상기 크로마키 장치에서 획득된 피사체 영상과 합성하는 3D 가속 그래픽 장치;A 3D accelerated graphics device for forming a 3D virtual studio image and synthesizing the image with a subject image obtained by the chroma key device; 상기 3D 가속 그래픽 장치에서 합성된 영상을 출력하는 디스플레이 장치;A display device configured to output an image synthesized by the 3D accelerated graphic device; 기설정된 트랙정보에 따라 위치가 조정되는 적어도 하나 이상의 가상카메라;At least one virtual camera whose position is adjusted according to preset track information; 상기 가상 카메라를 선택할 수 있는 스크린 컨트롤; 및A screen control to select the virtual camera; And 상기 카메라 및 가상 카메라의 위치 정보를 변경하여, 상기 3D 가상 스튜디오의 화면을 조정하는 조이스틱;을 포함하고,And a joystick for changing the position information of the camera and the virtual camera to adjust the screen of the 3D virtual studio. 상기 3D 가속 그래픽 장치는,The 3D accelerated graphics device, 강의에 필요한 여러 배경 데이터들로 구성된 배경 3D DB와, 강의에 필요한 외부 데이터들로서, 강의에서 보여 주고자 하는 파일, 노트북화면, 외부 실물 화상 카메라, 전자칠판의 입력 등으로 구성된 3D 강의자료 DB를 포함하며, 상기 배경 3D DB와 3D 강의자료 DB의 정보를 토대로 3D 가상 스튜디오를 생성하는 3D 영상 발생장치;Background 3D DB composed of various background data required for lecture, and external data required for lecture, including 3D lecture data DB composed of files, notebook screen, external real image camera, electronic blackboard input, etc. A 3D image generating device generating a 3D virtual studio based on the information of the background 3D DB and the 3D lecture data DB; 상기 크로마키 장치를 통해 획득된 피사체의 영상을 비디오 텍스튜어링(video texturing) 하여 상기 3D 영상 발생장치에서 형성된 3D 강의 배경과 3D 강의자료 영상을 포함하는 3D 가상 스튜디오와 합성하여, 상기 디스플레이 장치로 출력하는 렌더;를 포함하며,By video texturing the image of the subject acquired through the chroma key device and synthesizing it with a 3D virtual studio including a 3D lecture background and a 3D lecture data image formed by the 3D image generator, the display device A renderer to output; 상기 스크린 컨트롤 및 조이스틱을 이용하여 강의 중에 실시간으로, 선택된 3D 강의 배경과 3D 강의자료 영상과 상기 피사체의 영상을 3D 공간 속에서 조합하여, 이 조합된 영상을 사용자의 조이스틱을 통해 입력된 신호로 이동 및 배치한 정보를 상기 렌더를 이용하여 3D 렌더링하여 3D 가상 스튜디오와 피사체의 영상을 합성하여 실시간으로 출력하되,The screen control and the joystick are used to combine the selected 3D lecture background, 3D lecture data image, and the subject image in 3D space in real time during the lecture, and move the combined image into a signal input through the user's joystick. And 3D rendering the arranged information using the renderer to synthesize an image of a 3D virtual studio and a subject and output the same in real time. 상기 피사체의 움직임을 트래킹하여, 상기 피사체의 움직임에 상기 3D 영상 발생장치에서 형성된 배경 영상 및 강의자료 영상을 함께 연동하여 자동으로 화면 전체에 표시하는 것을 특징으로 하는 가상 스튜디오 강의 장치.And tracking the movement of the subject to automatically display the entire background image by linking the background image and the lecture data image formed by the 3D image generating apparatus to the movement of the subject. 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 렌더는, 출력된 3D 가상 스튜디오와 피사체의 영상을 합성한 영상 정보를 인터넷과 같은 네트워크 연결 수단으로 연결되는 서버에 저장하고,The renderer stores the image information obtained by synthesizing the output 3D virtual studio and the image of the subject in a server connected by a network connection means such as the Internet, 상기 서버는, 상기 3D 가상 스튜디오 강의를 수강하는 다수 개의 클라이언트 컴퓨터와 상기 네트워크 연결 수단으로 연결되는 것을 특징으로 하는 가상 스튜디오 강의 장치.And the server is connected to the plurality of client computers taking the 3D virtual studio lecture by the network connection means. 삭제delete
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