KR101577146B1

KR101577146B1 - 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법

Info

Publication number: KR101577146B1
Application number: KR1020140131280A
Authority: KR
Inventors: 김석수; 김동현; 장광현; 강민균
Original assignee: 한남대학교 산학협력단
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-12-14

Abstract

본 발명은 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법에 관한 것으로, 웹캠을 통해 마커를 인식하여 검출하고, 사용자를 추척하여 추적된 위치를 기반으로 태양의 위치를 계산하고, 태양 위치정보를 기반으로 마커에 적용되는 쉐이더를 생성하기 위한 광원을 생성하고, 검출된 마커에 어플리케이션의 가상공간에 쉐이더가 적용된 증강 객체를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법{Shader Application Method of Augmented object using Solar tracking}

본 발명은 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웹캠을 통해 마커를 인식하여 검출하고, 사용자를 추척하여 추적된 위치를 기반으로 태양의 위치를 계산하고, 태양 위치정보를 기반으로 마커에 적용되는 쉐이더를 생성하기 위한 광원을 생성하고, 검출된 마커에 어플리케이션의 가상공간에 쉐이더가 적용된 증강 객체를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법에 관한 것이다.

일반적으로 증강현실은 현실세계(영상 디바이스의 입력영상)에 가상의 객체나 정보를 합성하여 실환경에 존재하는 사물처럼 보이도록 한다.

이와 같은 증강현실은 특허등록번호 10-1047615호와 같은 종래의 증강현실 시스템들은 3D 객체(3차원 모델링)를 증강하는데 있어 쉐이더가 적용되지 않은 객체 또는 고정된 광원의 위치에 따른 쉐이더를 적용한 객체를 증강하였기 때문에 출력 영상내 배경영역과 증강객체의 음영이 부조화를 이루게 되어 사용자의 현실감이 감소되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 웹캠을 통해 마커를 인식하여 검출하고, 사용자를 추적하여 추적된 위치를 기반으로 태양의 위치를 계산하고, 태양 위치정보를 기반으로 마커에 적용되는 쉐이더를 생성하기 위한 광원을 생성하고, 검출된 마커에 어플리케이션의 가상공간에 쉐이더가 적용된 증강 객체를 형성하는 것을 특징으로 하는 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 본 발명은, 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용 방법에 관한 것으로, 이를 위해 웹캠을 통해 객체 증강을 위한 현실 대상객체인 마커를 트래킹하고 인식하는 단계;(S100)와, 사용자의 위치와 현재 시간값을 이용하여 태양 위치를 계산하여 태양위치 정보를 획득하는 단계;(S200)와, 태양의 위치 정보를 기반으로 어플리케이션의 가상공간에서의 광원좌표계 및 광원을 생성하는 단계;(S300)와, 생성된 광원 및 광원좌표계를 이용하여 매피정보의 UV값의 구간정보를 계산하여 마커의 두 평면에 생기는 그림자 겹침 검사를 수행하고, 두 평면의 깊이에 따른 겸침이 가능한지를 확인 하는 단계;(S400)와, 두 평면의 깊이에 따른 겸침이 불가능할 경우 객체의 오브젝트를 분석하고 상기 분석된 오브젝트의 바운딩 볼륨을 설정, 분할, 병합하여 상기 증강객체 오브젝트의 폴리곤을 재정렬하여 광선 추적법을 적용하기 위한 구조로 변환하는 단계;(S500)와, 변환된 바운딩 볼륨을 사용하여 빛과 오브젝트의 힛테스트(Hit-Testimg)를 통해 증강객체에 적용하기 위한 쉐이더를 검사하는 단계;(S600)와, 두 평면의 겹침이 가능하거나 광선추적에 의한 쉐이더의 검사가 종료되면 클리핑 알고리즘을 이용하여 두 평면이 겹치는 그림자 부분을 계산하여 쉐이더 다각형을 계산하는 단계;(S700)와, 계산된 쉐이더의 다각형을 어플리케이션의 가상공간에서의 광원좌표계로 적용하여 실세계 좌표로 변환하고, 실세계 좌표에 따라 어플리케이션의 가상공간에서의 증강객체에 쉐이더를 적용하는 단계;(S800)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한 상기 S200 단계는, 웹캠을 통해 입력받은 마커를 검출하는 단계(S201)와, GPS를 통해 무선랜통신으로 위치를 수신 받고, 수신 받은 데이터가 없을 경우 실내로 판단하여 상기 사용자의 위치가 실내인지 실외인지 판단하는 단계(S202)와, GPS 정보를 수신 받지 못하는 실내일 경우 중계기의 위치를 확인하고 상기 중계기들과 통신 신호 주기 시간을 계산하여 상기 사용자의 위치 정보를 획득하는 단계(S203)와, 사용자의 위치 정보를 기반으로 상기 사용자가 위치한 경도 및 위도 값을 획득하는 단계(S204)와,수신된 현재 시간 및 날짜를 확인하는 단계(S205)와, 확인된 위도, 경도 값과 현재 시간, 날짜 값을 이용하여 태양의 적위, 균시차, 진태양시, 태양의 시간각을 계산한여 현재 태양의 위치를 확인하고 상기 확인된 태양의 위치에 따른 사용자의 위치에서 태양 광원의 위치를 계산하는 단계;(S206)로 구성된다.

삭제

본 발명에 의한 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법은 실환경의 음영과 증강되는 객체의 음영이 일치화되어 종래 증강현실 기술에서 증강객체와 현실세계 음영의 부조화로 인한 현실감 감소의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용 모바일 장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 적용된 마커를 도시한 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법을 나타내는 단계별 순서도,
도 4는 도 3에 따른 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 처리방법의 순서도,
도 5는 도 3에서 S200의 단계별 세부순서도,
도 6은 도 5에 따른 S200단계의 타양 위치 계산방법의 순서도이다.

이에서는 본 발명에 따른 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용 모바일 장치에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용 모바일 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 적용된 마커를 도시한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용 모바일 장치는 크게 4부분으로 구성되는데, 이는 마커인식부(200)와, 태양위치계산모듈(300)과, 쉐이더처리모듈(400) 및 증강현실모듈(500)로 구성된다.

상기 마커인식부(200)는 웹캠을 통해 객체 증강을 위한 현실 대상객체인 마커(100)를 트래킹하고 인식하는 기능을 한다.

여기서 상기 마커는 도 2와 같이 상기 마커(100)는 하얀색 바탕 영역인 크러스트(Crust)(110), 큐알 코드(Quick Response Code)의 파인더 패턴과 같이 상기 마커를 인식하는데 사용되는 맨틀(Mantle)(120), 상기 맨틀안의 흰색 바탕 영역인 코어(Core)(131), 각기 고유 패턴을 가지는 정사각형 이미지 심볼(Symbol)(132)로 구성된 마커 알오아이(ROI, Region of Iterest)(130)로 이루어진다.

상술된 마커(100)의 심볼(132) 또는 심볼(132)과 코어(131)를 포함하는 알오아이(130)의 객체를 증강시켜 쉐이더를 적용할 수 있도록 구성된다. 이하에서는 이해하기 쉽게 객체는 마커(100)로 칭하기로 한다.

아울러 상기 태양위치계산모듈(300)은 무선랜통신을 포함하며, 상기 PSA(position solar algorithm)알고리즘을 이용하여 GPS 및 무선랜통신에서 얻은 사용자의 위치 경도, 위도, 현재 시간, 날짜 값과, 태양의 적위, 균시차, 진 태양시, 태양의 시간 각의 데이터를 획득하여 태양위치 정보를 획득하는 기능을 한다.

여기서 상기 태양위치계산모듈(300)은 GPS를 통해 무선랜통신으로 사용자의 위치를 수신받고, 수신받은 데이터가 없을 경우, 실내로 판단하여 사용자의 위치가 실내인지 실외인지 판단한다.

그리고 실내일 경우 중계기의 위치를 확인하고 상기 중계기들과 통신 신호 주기 시간을 계산하여 상기 사용자의 위치 정보를 획득하고, 사용자의 위치 정보를 기반으로 상기 사용자가 위치한 경도 및 위도 값을 획득한다. 그리고 수신된 현재 시간 및 날짜를 확인하여 태양의 위치 정보를 획득하여 결국 태양 광원 위치 정보를 획득할 수 있게 된다.

그리고 상기 쉐이더처리모듈(400)은 상기 태양위치계산모듈(300)의 태양광원의 위치를 정보를 기반으로 광원을 생성하고, 생성된 광원의 위치에 따라 어플리케이션의 가상공간에 적용되는 마커(100)에 쉐이더가 적용될 수 있도록 광원을 생성하는 기능을 한다.

아울러 상기 증강현실모듈(500)은 쉐이더처리모듈(400)의 정보를 전달받아 마커인식부(200)에서 검출된 마커(100)의 객체를 증강시켜 어플리케이션의 가상공간에서 쉐이더가 적용된 증강 객체를 형성하는 기능을 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법을 나타내는 단계별 순서도이고, 도 4는 도 3에 따른 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 처리방법의 순서도이다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 웹캠을 통해 객체 증강을 위한 현실 대상객체인 마커를 트래킹하고 인식한다.(S100)

사용자의 위치와 현재 시간값을 이용하여 태양 위치를 계산하여 태양위치 정보를 획득한다.(S200)

태양의 위치 정보를 기반으로 어플리케이션의 가상공간에서의 광원좌표계를 생성한다.(S300)

생성된 광원좌표계를 이용하여 매피정보의 UV값의 구간정보를 계산하여 마커의 두 평면에 생기는 그림자 겹침 검사를 수행하고, 두 평면의 깊이에 따른 겸침이 가능한지를 확인한다.(S400)

여기서 UV는 텍스쳐 좌표계로써 텍스쳐 이미지를 3차원 공간의 폴리곤에 입히기 위해 변환 기준이 되는 2차원 좌표계이다.

3차원 모델링을 제공하기 위해서는 모델링된 3차원 객체에 폴리곤을 덮어 씌우는 작업(맵핑)을 수행하는데 이때 폴리곤에 덮어 씌어지는 이미지는 UV 좌표계로 표현된다.

따라서 맵핑 정보의 UV값의 구간정보를 계산하여 마커의 두 평면에 생기는 그림자 겹침 검사를 수행하고, 두 평면의 깊이에 따른 겸침이 가능한지를 확인하는 단계는 맵핑되는 맵핑소스의 UV 좌표값에 따른 구간정보를 계산하여 매핑될 폴리곤들을 추출하고 추출된 폴리곤들 중에 그림자가 겹침이 가능한 공간을 확인하여 기능하다.

그리고, 두 평면의 깊이에 따른 겸침이 불가능할 경우 객체의 오브젝트를 분석하고 상기 분석된 오브젝트의 바운딩 볼륨을 설정, 분할, 병합하여 상기 증강객체 오브젝트의 폴리곤을 재정렬하여 광선 추적법을 적용하기 위한 구조로 변환한다.(S500)

변환된 바운딩 볼륨을 사용하여 빛과 오브젝트의 힛테스트(Hit-Testimg)를 통해 증강객체에 적용하기 위한 쉐이더를 검사한다.(S600)

두 평면의 겹침이 가능하거나 광선추적에 의한 쉐이더의 검사가 종료되면 클리핑 알고리즘을 이용하여 두 평면이 겹치는 그림자 부분을 계산하여 쉐이더 다각형을 계산한다.(S700)

계산된 쉐이더의 다각형을 어플리케이션의 가상공간에서의 광원좌표계로 적용하여 실세계 좌표로 변환하고, 실세계 좌표에 따라 어플리케이션의 가상공간에서의 증강객체에 쉐이더를 적용하여 완성한다.(S800)

도 5는 도 3에서 S200의 단계별 세부순서도이고, 도 6은 도 5에 따른 S200단계의 타양 위치 계산방법의 순서도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 웹캠을 통해 입력받은 마커를 검출한다.(S201)

GPS를 통해 무선랜통신으로 위치를 수신 받고, 수신 받은 데이터가 없을 경우 실내로 판단하여 상기 사용자의 위치가 실내인지 실외인지 판단한다.(S202)

이 때 GPS를 통해 무선랜통신으로 위치를 수신 받아 실외로 판단되는 경우 후술되는 S204단계로 간다.

하지만 GPS 정보를 수신 받지 못하는 실내일 경우, 중계기의 위치를 확인하고 상기 중계기들과 통신 신호 주기 시간을 계산하여 상기 사용자의 위치 정보를 획득하는(S203)을 더 거친다.

그리고 사용자의 위치 정보를 기반으로 상기 사용자가 위치한 경도 및 위도 값을 획득한다.(S204)

수신된 현재 시간 및 날짜를 확인한다.(S205)

확인된 위도, 경도 값과 현재 시간, 날짜 값을 이용하여 태양의 적위, 균시차, 진태양시, 태양의 시간각을 계산한여 현재 태양의 위치를 확인하고 상기 확인된 태양의 위치에 따른 사용자의 위치에서 태양 광원의 위치를 계산한다.(S206)

본 발명의 상기한 실시예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100: 마커 110: 크러스트 120: 맨틀
130: 알오아이 131: 코어
132: 심볼
200: 마커인식부 300: 태양위치계산모듈 400: 쉐이더처리모듈
500: 증강현실모듈

Claims

삭제
삭제
삭제
태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법에 있어서,
웹캠을 통해 객체 증강을 위한 현실 대상객체인 마커를 트래킹하고 인식하는 단계;(S100)
사용자의 위치와 현재 시간값을 이용하여 태양 위치를 계산하여 태양위치 정보를 획득하는 단계;(S200)
태양의 위치 정보를 기반으로 어플리케이션의 가상공간에서의 광원좌표계를 생성하는 단계;(S300)
생성된 광원좌표계를 이용하여 맵핑정보의 UV값의 구간정보를 계산하여 마커의 두 평면에 생기는 그림자 겹침 검사를 수행하고, 두 평면의 깊이에 따른 겸침이 가능한지를 확인하는 단계;(S400)
두 평면의 깊이에 따른 겸침이 불가능할 경우 객체의 오브젝트를 분석하고 상기 분석된 오브젝트의 바운딩 볼륨을 설정, 분할, 병합하여 상기 증강객체 오브젝트의 폴리곤을 재정렬하여 광선 추적법을 적용하기 위한 구조로 변환하는 단계;(S500)
변환된 바운딩 볼륨을 사용하여 빛과 오브젝트의 힛테스트(Hit-Testimg)를 통해 증강객체에 적용하기 위한 쉐이더를 검사하는 단계;(S600)
두 평면의 겹침이 가능하거나 광선추적에 의한 쉐이더의 검사가 종료되면 클리핑 알고리즘을 이용하여 두 평면이 겹치는 그림자 부분을 계산하여 쉐이더 다각형을 계산하는 단계;(S700)
계산된 쉐이더의 다각형을 어플리케이션의 가상공간에서의 광원좌표계로 적용하여 실세계 좌표로 변환하고, 실세계 좌표에 따라 어플리케이션의 가상공간에서의 증강객체에 쉐이더를 적용하는 단계;(S800)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법.
제 4항에 있어서,
상기 S200 단계는,
웹캠을 통해 입력받은 마커를 검출하는 단계(S201)와,
GPS를 통해 무선랜통신으로 위치를 수신 받고, 수신 받은 데이터가 없을 경우 실내로 판단하여 상기 사용자의 위치가 실내인지 실외인지 판단하는 단계(S202)와,
GPS 정보를 수신 받지 못하는 실내일 경우 중계기의 위치를 확인하고 상기 중계기들과 통신 신호 주기 시간을 계산하여 상기 사용자의 위치 정보를 획득하는 단계(S203)와,
사용자의 위치 정보를 기반으로 상기 사용자가 위치한 경도 및 위도 값을 획득하는 단계(S204)와,
수신된 현재 시간 및 날짜를 확인하는 단계(S205)와,
확인된 위도, 경도 값과 현재 시간, 날짜 값을 이용하여 태양의 적위, 균시차, 진태양시, 태양의 시간각을 계산한여 현재 태양의 위치를 확인하고 상기 확인된 태양의 위치에 따른 사용자의 위치에서 태양 광원의 위치를 계산하는 단계;(S206)로 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광 추적을 이용한 증강 객체의 쉐이더 적용방법.