KR20090071851A - 공간 증강 현실기반 전시물 안내 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시각을 이용한 직관적인 정보 전달과 유동적인 사물에 적용할 수 있는 공간 증강 현실 기법(Spatial Augmented Reality ; SAR)의 전시물 안내 시스템에 관한 것이다.

기존의 전시 시스템은 전시물에 대한 안내를 위한 방법으로 전시 공간과 별도로 마련되어 있는 사진과 글로 이루어진 안내판을 설치하여 단순한 고정된 물체에 대해서만 정보를 제공하고 호기심을 가지고 관련 정보를 얻으려 해도 짧은 시간에 원하는 정보를 획득하기에 많은 한계가 발생하였다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 관찰자가 전시되어 있는 사물을 보는 것만으로도 해당 사물에 대한 정보를 쉽게 획득할 수 있도록, 각각의 사물에 대한 정보를 전시되어 있는 사물 옆에 출력해 주는 전시물 안내 시스템을 제안함으로써 단순히 전시물 안내에 그치지 않고, 관람객의 흥미를 유발시키며 직접 참여하도록 하여 관람객이 보다 자연스럽고 편리하게 정보를 획득하는 것이 본 발명의 목적이다.

전시물, 안내, 공간증강현실, 입체 영상, 교육용 플랫폼, 상호작용

Description

공간 증강 현실기반 전시물 안내 시스템{ Development of Annotaion System based on Spatial Augmented Reality }

본 발명은 공간 증강현실 기법을 이용한 전시물 안내 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관찰자가 전시되어 있는 사물을 보는 것만으로도 해당 사물에 대한 정보를 쉽게 획득할 수 있도록, 각각의 사물에 대한 정보를 전시되어 있는 사물의 측면에 출력해 주는 전시물 안내 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 박물관이나 전시장 내의 전시물에 관한 정보는 전시장 벽면에 부착된 패널 상에 그림이나 문자 형태로 간단하게 설명되어 있어 전시물에 관해 깊이 있는 지식이나 정보를 얻는데 한계가 있다. 기존의 전시 시스템들은 개별적인 전시보다 유사 물품들에 대한 전반적인 구성과 각각의 안내가 필요할 경우가 일반적인데, 관람자가 전시물품에 대한 정보를 취득하기 위하여 각각의 전시물을 관찰하고 전시공간과 별도로 마련되어 있는 게시물에서 해당 정보를 찾아보기란 적지 않은 시간이 소요되며 쉽지 않은 일이다. 특히 단체 관람 시 관찰자 각자가 원하는 정보를 획득하지 못하고 이동해야 하는 경우도 많이 볼 수 있다.

이러한 기존의 한계점들을 해결하고자 음성 안내 시스템이 구축되어 있지만 전시관 내부 여러 곳에서 동시에 음성 안내 시스템을 작동할 경우 관찰자는 본인에게 필요한 음성 안내를 듣기가 힘들며 원하는 정보를 지나쳤을 경우 많은 시간을 들여서 다시 음성 안내를 들어야 한다는 문제가 발생한다. 또한, 어린이들이 패널에 적힌 내용을 노트에 필기하느라 전시 부스 앞에 모여 있어 다른 관람객에게 방해가 되는 경우도 있으며 전시물의 명칭만 영어로 표시되어 있어 전문가가 아닌 일반 외국인의 경우 전시물이 어떤 것인지 상세한 내용을 알 수 없는 문제가 발생한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내 공개 특허 제10-2005-0071114호(무선 단말기를 이용한 유물 안내 서비스 시스템 및 그 방법)와, 국내 공개 특허 제10-2002-0059150호(전시물 상세정보 안내 서비스 방법)와, 국내 공개 특허 제 10-2003-0055236호(전시물 현장 안내 서비스 제공 방법 및 시스템)와, 국내 공개 특허 출원된 제10-2003-0057053호(이동통신을 이용한 관광 및 전시물 관람 정보제공 서비스 방법)에서와 같이 전시물 또는 전시물의 주변에 태그 장치를 설치하고, 관람객 단말기(PDA, 핸드폰 등)를 이용하여 전시물에 근접하면 태그 장치를 통해 전시물의 안내를 제공하는 시스템이 개발되었다.

종래 기술은 이동통신 단말기를 이용하여 전시물의 정보를 제공함으로써 막대한 초기 비용과 단순한 정보만을 제공하였다. 이에 따라 관람자의 몰입감을 극대화하기 위한 최근의 가상현실 기술을 접목한 전시 환경 구성의 경우 거대한 설치 공간, 막대한 비용 초래로 특수한 형태의 일부 전시물에 대한 표현이라는 한계를 지니고 있으며, 특히 소수의 관람자를 대상으로 HMD(Head Mount Display) 등과 같은 고가의 부가적인 장비 착용이 필요하여 몰입감의 극대화에는 한계를 지니고 있다.

상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 관람객의 호기심을 자극하며 전시되는 콘텐츠에 대한 관심을 유도하고 해당 정보를 간편하게 얻을 수 있도록 하는 방안으로 몰입형 디스플레이 기술인 공간 증강현실 기술을 활용하여 부가적인 장비 없이, 비교적 좁은 공간에서도 시연 가능한 첨단 전시물 안내 시스템을 제공함에 있다. 본 발명은 음성 안내 시스템과 같이 다른 전시물을 관람중인 타인에게 피해를 주지 않으며, 단체 관람 시 모든 관찰자가 자신이 원하는 정보를 획득하는데 불편함이 없는 시스템을 구축함으로써 기존의 문제점을 해결하려 한다.

또한 전시공간상에 고정된 사물이나 유동적인 사물에 안내 게시물을 출력하 는 형태로 구성하여 관찰자가 전시물을 관람하는 것만으로 해당 전시물의 정보를 획득하며 한 공간상에 존재하는 다량의 객체에 대해서 안내한다. 이를 위해 카메라 입력 영상을 기반으로 전시되어 있는 피사체의 위치 정보를 실시간으로 계산한다. 즉, 카메라 입력 영상 중 피사체의 앞면에 해당하는 영상을 통하여 피사체의 x, y좌표를 계산하며, 입력 영상 중 피사체의 윗면에 해당하는 영상으로 피사체의 z좌표를 계산한다. 이와 같이 계산되어진 실시간 위치 좌표를 기반으로 관람객이 보기에 이질감 없는 자연스러운 영상을 만들기 위하여 중심점 기준 영상 출력 및 병렬처리를 통한 유연한 추적 기법을 개발하며, 그 결과 생성된 영상에 반사 변환 행렬을 접목하여 기울어진 거울로 인한 왜곡을 보정하여 반투영 거울에 투영시킴으로써 공간 증강현실 환경의 안내문 출력 시스템을 제작하는 것에 특징이 있다.

또, 본 발명은 단순히 전시물에 대한 안내를 하는 것에 그치지 않고, 관람객의 흥미를 유발시키며 그와 더불어서 사용자가 직접 참여하여 시스템과 상호작용을 통한 진행으로 학습할 수 있는 형태의 교육용 플랫폼을 제공하는데 그 목적을 두고 있다.

본 발명에서 개발한 전시물 안내 시스템은 종래의 전시관의 안내 시스템에 차세대 디스플레이 기술을 접목 시킨 시스템으로 개발되었다. 이를 통해 고정된 사물에만 적용하던 공간 증강 현실 기술을 동적인 사물에 적용함으로써 다양한 3차원 콘텐츠 제작에 효율적으로 사용될 수 있다. 이는 단순 관람형태의 수족관에서 빠르 고 정확한 정보를 얻을 수 있는 교육적인 면에서도 효과적이다.

개발한 시스템은 공간 증강 현실기반 입체 영상 디스플레이 시스템의 국산화로 고비용의 수입을 대체하여 시장 원가를 절감하고 해외 수출 및 해외 시장 선점에 기여할 것이다.

또한, 본 발명을 이용하여 다양하고 효율적인 메시지 전달이 가능한 전시 및 광고 시스템으로 활용이 가능하며 관련 유관 콘텐츠 시장(미래형 게임 등)으로의 응용력이 높아 다양한 형태의 사업으로 발전이 가능하다.

본 발명에 따른 전시물 안내 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서는 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 없다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 증강 현실을 기반으로 한 전시물 안내 시스템의 구성을 나타낸 개요도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공간 증간현실을 이용한 전시안내 시스템에 의해 구현된 내부 순서도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 증강 현실 기반의 전시물 안내 시스템은, 영상 출력 장치(A), 반투영 거울(B), CCD 카메라(C), 실제 전시 공간(d)으로 구성된다.

먼저, 영상 출력 장치인 LCD 판넬(A)에서는 계산되어진 영상을 최종으로 출력하게 된다. 이때, 계산되어지는 영상은 도 2의 과정을 통해 연산된다. 다음으로 기울어진 상태로 설치되어 있는 반투영 거울(B)은 LCD 판넬에서 출력된 영상이 투영되는 면으로써, 거울의 특성상 반사되어진 영상과 함께 거울 뒷면의 실제 공간의 모습을 관람자가 동시에 볼 수 있도록 한다.

그리고, 시스템의 천장에 설치되어 있는 카메라(C)는 실제 공간의 모습을 실시간으로 촬영을 하여 움직이는 물체의 위치 정보를 계산하기 위한 영상을 제공한다. 마지막으로 거울 뒷면의 실제 전시 공간(D)에 움직이는 피사체를 위한 공간으로 할당하여 전시를 위한 유동 객체를 배치한다. 즉, 본 발명은 거울 뒷면의 실제 공간(D)상에 유동 객체를 전시할 공간과 유동 객체를 전시하고, 전시 공간의 윗면과 앞면을 전장에 설치되어 있는 카메라(C)로 실시간 영상을 입력받으며, 내부의 계산에 의해 생성된 영상을 LCD디스플레이 장치(A)로 출력하여, 반투영 거울(B)에 투영함으로써 전시물을 안내하게 된다.

또한, 전시물 안내 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 내부적인 계산을 통해 LCD 판넬에 영상을 출력하게 된다. 카메라를 통해 입력받은 영상에서 수족관의 앞면 영역을 기반으로, 실시간으로 객체의 위치 좌표를 계산한다. 이와 동시에 입력받은 영상의 수족관 윗면에 해당하는 수면의 영역만을 기반으로 객체의 깊이 정보 를 계산한다.

이러한 방법으로 계산된 객체의 위치 좌표인 x, y, z값을 사용하여 대상에 알맞은 안내 영상을 출력하게 되는데, 이때 이동하는 피사체의 방향에 알맞은 변화를 주게 되어 더욱 자연스러운 결과를 얻게 된다. 이러한 과정에서 발생할 수 있는 프레임 저하로 인한 출력 영상의 끊김 현상을 방지하기 위하여 병렬처리를 통한 유연한 움직임의 추적 기법으로 영상을 출력하여 더욱 자연스러운 움직임의 결과를 확인 할 수 있다.

이러한 과정을 통하여 생성되는 영상을 기울어져 설치되어 있는 거울에 바로 투영을 할 경우, 거울의 기울기에 따른 왜곡이 발생하게 된다. 이처럼 거울의 기울기에 따라 발생하는 왜곡은 반사 변환 행렬을 이용하면 해당 기울기에 따라 알맞은 값으로 보정이 가능하다.

마지막으로 반사 변환 행렬을 통하여 보정된 영상을 설치되어 있는 반투영 거울에 투영을 시키면, 관찰자는 거울 뒷면에 설치되어 있는 실제 공간에서 움직이는 피사체에 대한 정보를 공간 증강되어 나타나는 안내문에 의해 쉽게 얻는다.

또한, 전시물 안내 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이 공간 증강 현실형 교육용 콘텐츠 전시 시스템 내의 공간에 설치되어, 테이블 탑 스크린(Table-Top Screen) 결합하여 사용자가 직접 시스템과 상호작용을 한다. 여기에서, 공간 증강현실 기반의 전시물 안내 시스템의 전면에 아크릴판과 리어스크린(5), 빔 프로젝터(10)를 이용한 제 2의 디스플레이 공간(1)을 만들고, 아크릴판의 옆면을 향하여 적외선 LED(8)를 설치하여 사용자가 빔 프로젝터(10)에서 나오는 영상이 리어스크 린(5)에 투영된 영상을 볼 때는 전혀 인식하지 못하게 하였으며, 내부에 설치되어 있는 적외선 촬영이 가능한 카메라(7)를 통하여 스크린의 전면을 촬영 한다.

도1 시스템 하드웨어 구성도

도2 시스템 내부 알고리즘 흐름도

도3 공간 증강 현실형 교육용 콘텐츠 전시 시스템

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 공간 증강현실 디스플레이

2 : LCD판넬

3 : 테이블 탑 터치 스크린

4 : 반투영 거울

5 : 리어스크린

6 : 전반사거울

7 : 적외선 카메라

8 : 가변저항을 이용한 밝기 조절 가능한 LED

9 : 수직 이동장치

10 : (테이블 탑 터치스크린을 위한) 빔프로젝터

11 : 제어PC

Claims (5)

1. 전시관이나 박물관, 수족관의 전시물에 대한 정보를 관람객에게 쉽고 직관적으로 제공하기 위한 시스템에 있어서,

   상기 실제 공간의 모습을 실시간으로 촬영을 위한 카메라를 구비하고, 전시물의 정보를 출력하기 위한 LCD 디스플레이 장치, 최종적인 전시물 안내 정보를 투영하기 위한 반투영 거울과;

   상기 공간 증강 현실형 교육용 콘텐츠 전시 시스템 내의 공간에 설치되어, 테이블 탑 스크린(Table-Top Screen) 결합하여 사용자가 직접 시스템과 상호작용을 하고;

   상기 결합 시스템에서, 공간 증강현실 기반의 전시물 안내 시스템의 전면에 아크릴판과 리어스크린, 빔 프로젝터를 이용하여 제 2의 디스플레이 공간을 만들고, 아크릴판의 옆면을 향하여 적외선 LED를 설치하고, 내부에 설치되어 있는 적외선 촬영 카메라;

   공간 증강현실 기법을 이용한 전시물 안내 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관찰자가 전시되어 있는 사물을 보는 것만으로도 해당 사물에 대한 정보를 쉽게 획득할 수 있도록, 각각의 사물에 대한 정보를 전시되어 있는 사물의 측면에 출력해 주는 공간 증강 현실 기반 전시물 안내 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전시물의 위치 정보를 출력하는 LCD 디스플레이 장치는,

   전시공간상에 고정된 사물이나 유동적인 사물에 안내 게시물을 출력하는 형태로 구성하여 관찰자가 전시물을 관람하는 것만으로 해당 전시물의 정보를 획득하며 한 공간상에 존재하는 다량의 객체에 대해서 안내하는 것을 특징으로 하는 공간 증강 현실기반 전시물 안내 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전시물의 위치 정보를 출력하기 위한 내부 알고리즘은,

   또한 전시공간상에 고정된 사물이나 유동적인 사물에 안내 게시물을 출력하는 형태로 구성하여 관찰자가 전시물을 관람하는 것만으로 해당 전시물의 정보를 획득하며 한 공간상에 존재하는 다량의 객체에 대해서 안내한다. 이를 위해 카메라 입력 영상을 기반으로 전시되어 있는 피사체의 위치 정보를 실시간으로 계산한다. 즉, 카메라 입력 영상 중 피사체의 앞면에 해당하는 영상을 통하여 피사체의 x, y좌표를 계산하며, 입력 영상 중 피사체의 윗면에 해당하는 영상으로 피사체의 z좌표를 계산한다. 이와 같이 계산되어진 실시간 위치 좌표를 기반으로 관람객이 보기에 이질감 없는 자연스러운 영상을 만들기 위하여 중심점 기준 영상 출력 및 병렬처리를 통한 유연한 추적 기법을 개발하며, 그 결과 생성된 영상에 반사 변환 행렬을 접목하여 기울어진 거울로 인한 왜곡을 보정하여 반투영 거울에 투영하는 것을 특징으로 하는 공간 증강 현실기반 전시물 안내 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 전시물 시스템과 테이블 탑 스크린 사이에는,

   사용자가 직접 참여하여 시스템과 상호작용을 통한 진행으로 학습할 수 있는 형태의 교육용 플랫폼을 제공하는 것을 특징으로 하는 공간 증간 현실기반 전시물 안내 시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 안내 정보는,

   전시물 안내에 따른 영상, 음성, 문자, 그래픽 이미지, 사용자의 입력 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 증간 현실기반 전시물 안내 시스템.

Images