KR20050108569A - 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템 - Google Patents

증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템에 관한 것으로, 모델링을 위한 작업공간의 기초 환경을 제공하면서 실상과 가상의 위치 기준을 제시하도록 이루어진 환경제공수단와, 가상블록의 형상을 대표하는 식별부호가 입력된 마커가 구비되고 이용자에게 직접 파지되어 작업공간에서 적층되고 잇대어지는 입체도형으로 제작된 다수개의 블럭이 포함되어 이루어진 텐저블 인터페이스와, 환경제공수단와 텐저블 인터페이스에 의한 가상 및 실상을 촬영하는 촬영기와, 이 촬영기가 장착되고 3차원으로 화면이 디스플레이되는 HMD, 촬영기로부터 촬영 정보를 수신하고, 실상과 가상이 정합된 영상을 디스플레이되는 HMD로 전송하는 메인장치가 구비되어 이루어짐으로써, 증강현실에서 직접 블록쌓기, 블록결합 등을 통해 공간감을 느끼면서 모델링을 할 수 있도록 하고, 조작과 사용이 간편하여 비전문인인 사용자가 짧은 시간에 쉽게 모델링을 할 수 있도록 된 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템에 관한 것이다.

Description

증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템{Modeling system using tangible interface in augmented reality}
본 발명은 증강현실에서의 모델링 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이용자가 직접 블록쌓기등을 통해 증강 현실에서 모델링을 할 수 있도록 된 증강현실에서 텐저블 인터페이스(tangible interface)를 이용한 모델링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 증강현실이란 상용 비디오 카메라로 촬영한 비디오 영상에 그래픽스에 의해 생성한 가상 객체(virtual object)를 비디오 카메라의 움직임에 맞도록 삽입하므로써, 그 가상 객체가 비디오 영상 내에서 마치 이전부터 존재하였던 것처럼 보이게 하는 기술이다.
최근 증강현실에 대한 관심이 높아지면서 증강현실은 많은 연구자들에 의해 연구되고 있다. 여러 분야에서의 응용 방법이 연구되었고, 개발을 위한 기술도 발전되고 있다. 증강현실 구현을 위한 하드웨어와 소프트웨어의 발전으로 좀더 넓은 분야에 응용되고 있는 실정이다.
한편, 모델링을 위해 많은 모델링 소프트웨어가 존재하고 있으며, 이러한 소프트웨어를 이용하여 모델링 작업이 이루어지고 있었다.
그러나, 종래에 제시된 많은 모델링 소프트웨어는 많은 반복 사용과 훈련이 수반된 전문지식이 습득되어야 이용이 가능하였고, 복잡하면서도 물체의 공간적 위치를 직관적으로 이해하기 힘들게 프로그램되어 있어 간단한 훈련만으로는 일반인 및 초보자가 사용하기에는 어렵다는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 본 발명은, 증강현실에 모델링작업이 적용 된 것으로, 모델링 작업을 위한 공간을 제공하면서 가상과 실상의 위치를 추적하기 위한 환경제공수단(ARtoolkit)와, 이용자에게 파지되어 이동되도록 블록이 입체도형으로 제작되고 이 블록에서 생성된 가상블록이 상호 결합되어 2차 가상이 생성되도록 하면서 색, 질감등의 가공이 가능하도록 된 텐저블 인터페이스가 증강현실에 적용됨으로써, 증강현실에서 직접 블록쌓기, 블록결합 등을 통해 공간감을 느끼면서 모델링을 할 수 있도록 하고, 조작과 사용이 간편하여 비전문인인 사용자가 짧은 시간에 쉽게 모델링을 할 수 있도록 된 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템은, 모델링을 위한 작업공간의 기초 환경을 제공하면서 실상과 가상의 위치 기준을 제시하도록 이루어진 환경제공수단, 가상블록의 형상을 대표하는 식별부호가 입력된 마커가 구비되고 이용자에게 직접 파지되어 작업공간에서 적층되고 잇대어지는 입체도형으로 제작된 다수개의 블럭이 포함되어 이루어진 텐저블 인터페이스가 구비된 모델링 수단; 상기 수단과 텐저블 인터페이스에 의한 실상을 촬영하는 촬영기와, 상기 촬영기가 장착되고 3차원으로 화면이 디스플레이되는 HMD가 구비된 HMD장치; 상기 촬영기로부터 촬영 정보를 수신하고, 환경제공수단으로부터 제시된 위치 기준으로 사용자 머리의 위치와 방향이 계산되어 실상과 가상을 정합하며, 정합된 영상을 디스플레이되는 HMD로 전송하는 메인장치;가 구비되어 이루어진다.
상기 텐저블 인터페이스에는 결합된 가상블록을 옮기거나 모델링된 2이상의 가상블록을 조립하기 위해 사용되는 패들, 상기 가상블록을 가공하기 위한 기능을 제공하는 파레트, 이 파레트의 기능을 선택하여 가상블록에 적용하고 그림 및 선을 그리기 위해 사용되는 펜이 더 포함되어 이루어진다.
상기 블록은 이용자에게 파지되도록 제작된 입체도형에 마커가 부착된다.
상기 블록은 다수개의 마커가 상호 잇대어져 입체도형을 이루고, 각 마커에는 가상블록의 일부 환경을 표시하기 위한 식별부호가 더 입력 된다.
상기 펜의 헤드부에는 현재 선택된 메뉴가 디스플레이된다.
상기 파레트는 칼라, 텍스처, 곡선과 곡면 그리기 및 지우기, 가상 블록의 크기조절 및 제거, 정보의 저장 및 불러오기 등이 포함된 기능을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템의 구성도 및 상세도로서, 본 발명에 따른 모델링 시스템(10)은 모델링을 위한 작업공간의 기초 환경을 제공하면서 실상과 가상의 위치 기준을 제시하도록 이루어진 환경제공수단과, 이용자가 직접 파지할 수 있는 텐저블 인터페이스(30)가 구비되어 이루어진 모델링수단(40)과; 상기 텐저블 인터페이스(30)가 이용된 모델링수단(40)의 실상을 촬영하는 촬영기(52)와, 이 촬영기(52)가 장착되면서 3차원 영상이 디스플레이되는 HMD(54)가 구비되어 이루어진 HMD장치(50)와; 상기 촬영기(52)로부터 촬영 정보를 수신하여 실상 및 가상을 정합하고 이 정합된 영상을 HMD(54)로 전송하는 메인장치(60)가 구비되어 이루어진다.
상기 환경제공수단은 통상적으로 증강현실의 응용 프로그램 개발을 돕기 위해 제작된 것으로, 일 예로 모델링을 위한 작업공간을 제공하기 위한 것으로 필요에 따라 그 크기가 정해질 수 있는 마커보드(22)와, 이 마커보드(22)에 부착되어 소정의 작업공간의 형상을 제공하는 마커(24)가 포함되어 이루어진 AR툴키트(20)가 있다. 이하에서는 환경제공수단을 AR툴키트(20)에 적용하여 설명한다.
상기 텐저블 인터페이스(30)는 각각의 가상블록을 생성하면서 이용자에 의해 파지되어 적층 및 잇대어질 수 있는 입체형상인 다수개의 블록(32), 블록(32)의 결합으로 모델링된 2차 가상블록을 옮기거나 모델링된 2이상의 2차 가상블록을 조립하기 위해 사용되는 패들(34), 상기 가상블록을 가공하기 위한 기능을 제공하는 파레트(36), 이 파레트(36)의 기능을 선택하여 가상블록에 적용하고 그림 및 선을 그리기 위해 사용되는 펜(38) 등이 포함되어 이루어진다.
상기 블록(32)은 구, 정육면체, 원기둥, 원뿔등을 기본 도형으로 하고, 이 기본 도형이 포함된 다양한 도형으로 입체 제작될 수 있다. 이 블록(32)의 일부위에 각각의 블록(32)에 정해진 가상블록을 대표하는 식별기호가 입력된 마커가 부착된다.
한편, 상기 블록(32)과는 달리, 다수개의 마커들이 상호 잇대어져 입체 도형을 이루어져 제작될 수 있으며, 이렇게 제작된 블록의 각 면을 이루는 마커에 의해 가상블록의 각 면과 부합되는 가상면 및 각 면에 제공되는 기본 성질이 나타나게 된다.
좀 더 자세히 설명하자면, 상기 블록의 각 면을 이루는 마커에는 가상블록의 각면 및 성질을 표시하는 식별번호를 표기 즉, 상면은 1번, 정면은 2번 등으로 표기하여 상기 블록의 상면을 이루는 마커에는 가상블록의 상면이, 정면을 이루는 마커에는 가상블록의 정면이 나타나도록 하면서 기본적으로 제공되는 색, 거칠기 등이 포함된 성질이 나타나도록 하고, 상기 어느 특정 마커에는 블록이 나타내고자 하는 가상블록을 대표하는 식별기호가 입력된다. 또한, 이러한 블록은 다수개의 마커가 정육면체로 통일된 입체 도형으로 제작될 수도 있고, 각 블록이 나타낼 가상블록과 동일한 입체도형으로 제작될 수도 있다.
여기서, 상기 입체도형으로 제작되어 일부위에 마커가 부착된 블록(32)은 마커의 상부에 가상블록이 나타나게 되고, 마커들로 이루어진 블록은 각각의 면이 가상블록의 각면과 부합되면서 일부 기본 환경이 제시되는 가상블록이 나타나게 된다.
상기 블록의 또 다른 예로, 마커로 입체 도형을 이루고, 각 면의 마커에는 가상블록을 대표하는 표시가 입력되어, 하나의 블록에서 일면마다 다른 도형의 가상블록이 나타날 수 있도록 할 수도 있다. 즉, 블록의 정면은 원기둥을 나타내고, 좌측면은 육면체 등으로 하여 각 면마다의 가상블록을 달리 할 수 있다는 것이다.
한편, 상기 파레트(36)는 손으로 들고 사용할 수 있고, 칼라, 텍스처, 곡선과 곡면 그리기 및 지우기, 가상 블록의 크기조절 및 제거, 정보의 저장 및 불러오기 등이 포함된 기능을 보유하게 된다.
상기 펜(38)의 헤드부에는 현재 선택된 메뉴가 디스플레이되도록 제작되고, 이 펜(38)이 이용되어 곡선 및 곡면이 그려질 수 있다. 이 때, 곡선 그리기는 가상블록들 위에 펜(38)의 끝단부가 투영하도록 하여 그리게 되고, 곡면 그리기는 기본곡선을 그리고, 이 곡선 위의 한 점에서 방향과 크기의 벡터를 지정한 다음, 벡터와 곡선 사이를 적당한 조밀도(density)로 보간(interpolation)하여 곡면이 생성되도록 하다.
HMD장치(50)는 촬영기(52)와 HMD(54)가 구비되어 이루어지고, 상기 촬영기(52)는 시선방향과 눈의 위치와 일치하도록 HMD(54)에 장착됨이 바람직하다.
상기 HMD(54)는 안경형 HMD(video see through head mounted display)로서, i-glasses SVGA가 이용됨이 바람직하다.
상기 메인장치(60)는 AR툴키트(20)의 마커(24)를 기준으로 사용자 머리의 위치 및 방향과 실제 환경의 3차원 위치정보를 계산하고, 촬영기(52)로부터 제공된 실상과 컴퓨터로 생성된 가상을 정합하며, 이 정합된 영상을 디스플레이되는 HMD(54)로 전송한다.
이하, 본 발명에 따른 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템에 대한 작업 및 작동순서를 간략히 설명한다.
먼저, AR툴키트(20)에 의해 정형화된 모델링을 위한 작업공간에서 사용자에게 파지된 블록(32)이 적층 및 잇대어지는 취합으로 소정의 가상블록이 모델링되어 2차 가상블록이 형성되고, 이 모델링된 2차 가상블록 또는 결합된 2이상의 2차 가상블록이 패들(34)에 의해 작업공간에 배치된다.
이 때, 상기 가상블록은 블록과 동일한 입체도형임이 바람직하고, 2이상의 블록들이 취합되어 완전체 또는 부분체로 형성된다. 만약 2개의 블록이 취합되어 부분체를 이룬다면, 다른 블록이 다시 취합되어 완전체를 이루게 된다. 예를 들면, 테이블의 완전체를 이루기 위해 1개 이상의 블록이 취합되어 1개의 테이블 다리를 만들고, 이러한 테이블 다리가 4개가 만들어지면 이들 다리 위에 평평한 부재가 얹혀지도록 또 다른 블록이 취합되게 됨으로써, 테이블이 완성되는 것이다.
또한, 이러한 가상블록은 파레트(36)와 펜(38)에 의해 색상 및 텍스처, 크기등 다양하게 가공되어 이용된다.
필요에 따라 가상블록에는 펜(38)이 이용되어 곡면 및 곡선 등이 그려진다.
일 예로, 원기둥과 육면체의 블록(32)이 취합되어 테이블의 모양을 만들고, 주변 환경에서 나무결 무늬의 텍스처를 파레트(36) 및 펜(38)을 이용하여 실시간으로 획득하여 테이블에 적용시키게 된다.
한편, 이러한 작업의 실상이 촬영기(52)에 의해 촬영되고, 이 촬영기(52)로부터 실상이 입력되면 메인장치(60)에서 가상과 정합하게 되며, 이렇게 정합된 영상은 HMD(54)로 전송되어, HMD(54)의 디스플레이를 통해 인식되는 증강현실에서 사용자는 모델링 작업을 하게 된다.
본 발명에 따른 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템(10)은 상술된 모델링 작업 뿐만 아니라, 다양한 분야에 변형 적용될 수 있으며, 적용된 다른 분야를 보면, 환경 변화 및 이사를 위한 실내 가구나 가전제품 등의 재배치 또는 사무실 공간 배치를 미리 해볼 수 있고, 가구나 가전제품 등에 대한 사실감을 높이기 위해 실제 물체의 텍스처를 실시간으로 획득하여 텍스처 매핑(mapping)한 다음, 크기를 조절함으로써 이용할 수도 있으며, 만약 2개의 작업 공간이 필요하면 모델을 만들기 위한 공간인 워크 스페이스(work space)와, 모델을 배치시키기 위한 공간인 디자인 스페이스(design space)를 사용하여 실내 디자인이을 해볼 수 있으며, 또한 게임에 응용되어 게이머들이 각각 서로 다른 블록의 모양을 선택한 후 3차원의 공간에서 가로, 세로, 대각선 중 어느 한 방향으로 같은 블록을 3개 이상의 정해진 수만큼 쌓으면 승리하는 게임에도 응용 가능하다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 정교하거나 실제와 흡사한 모델링보다 증강현실에서 직접 블록쌓기, 블록결합 등을 통해 공간감을 느끼면서 모델링을 할 수 있도록 하고, 마우스나 키보드가 이용된 모델링보다 조작과 사용이 간편하여 비전문가인 사용자가 짧은 시간에 쉽게 모델링을 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 실내 디자인, 오락등에 적용되어 이용될 수 있어 그 적용 범위 및 분야를 확대할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템의 구성도,
도 2는 도 1의 상세도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10...모델링 시스템 30...텐저블 인터페이스,
32...블록 34...패들,
36...파레트 38...펜,
40...HMD장치 50...메인장치.

Claims (6)

  1. 모델링을 위한 작업공간의 기초 환경을 제공하면서 실상과 가상의 위치 기준을 제시하도록 이루어진 환경제공수단, 가상블록의 형상을 대표하는 식별부호가 입력된 마커가 구비되면서 이용자에게 직접 파지되어 작업공간에서 적층되고 잇대어지는 입체도형으로 제작된 다수개의 블럭이 포함되어 이루어진 텐저블 인터페이스가 구비된 모델링 수단;
    상기 환경제공수단과 텐저블 인터페이스에 의한 실상을 촬영하는 촬영기와, 상기 촬영기가 장착되고 3차원으로 화면이 디스플레이되는 HMD가 구비된 HMD장치;
    상기 촬영기로부터 촬영 정보를 수신하고, 환경제공수단으로부터 제시된 위치 기준으로 사용자 머리의 위치와 방향이 계산되어 실상과 가상을 정합하며, 정합된 영상을 디스플레이되는 HMD로 전송하는 메인장치;
    가 구비되어 이루어진 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 텐저블 인터페이스에는 결합된 가상블록을 옮기거나 모델링된 2이상의 가상블록을 조립하기 위해 사용되는 패들, 상기 가상블록을 가공하기 위한 기능을 제공하는 파레트, 이 파레트의 기능을 선택하여 가상블록에 적용하고 그림 및 선을 그리기 위해 사용되는 펜이 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 블록은 이용자에게 파지되도록 제작된 입체도형에 마커가 부착된 것을 특징으로 하는 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 블록은 다수개의 마커가 상호 잇대어져 입체도형을 이루고, 각 마커에는 가상블록의 일부 환경을 나타내기 위한 식별부호가 더 입력 된 것을 특징으로 하는 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 펜의 헤드부에는 현재 선택된 메뉴가 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 파레트는 칼라, 텍스처, 곡선과 곡면 그리기 및 지우기, 가상 블록의 크기조절 및 제거, 정보의 저장 및 불러오기 등이 포함된 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 증강현실에서 텐저블 인터페이스를 이용한 모델링 시스템.
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