KR20120007131A

KR20120007131A - 증강현실 응용을 위한 트리인덱스에서 삼각형 필터링

Info

Publication number: KR20120007131A
Application number: KR1020100067711A
Authority: KR
Inventors: 박장유; 양평우; 정용희; 하태석; 정해춘; 남광우
Original assignee: 남광우
Priority date: 2010-07-14
Filing date: 2010-07-14
Publication date: 2012-01-20

Abstract

본 발명은 모바일 증강현실에서 검색 영역을 특징짓고, 공간 검색의 응답 속도를 단축시켜 모바일 증강현실 응용 시스템의 성능 향상 방법을 제공하는 데에 목적이 있다. 그 특징은 증강현실의 특성상 나타나는 삼각형 형태의 질의를 파악하고 기존의 공간 검색에 사용되었던 최소 경계 사각형을 이용한 검색과의 사이에 발생하는 데드 스페이스 영역을 공간 검색에서 배제하여 공간 검색 시간을 단축시키는 것이다.

Description

증강현실 응용을 위한 트리인덱스에서 삼각형 필터링{TRIANGLE FILTERING IN TREE INDEX FOR AR applications}

본 발명은 증강현실의 특성상 나타나는 삼각형 형태의 질의를 기존의 최소 경계 사각형 검색보다 효율적으로 처리하기 위한 방법으로 공간 정보 기술인 GIS(Geometry Information System)나 LBS(Location Based Service)에서 사용하는 공간색인 효율적인 공간데이터를 처리하기 위한 방법에 관한 것이다.

최근 모바일과 관련한 정보통신 기술의 발전과 다양한 모바일 단말의 보급으로, 국내 인구 80% 이상이 카메라가 달린 모바일 단말을 사용하고 있다. 또한 모바일 컴퓨팅 환경의 발달로 기존의 기술과 첨단 기술을 융합하여 새로운 서비스를 제공하려는 시도가 계속되고 있다. 특히, 스마트폰의 보급으로 전통적인 모바일 서비스와 스마트폰에서 제공될 수 있는 높은 CPU성능을 기반으로 하는 기술들이 결합하여 다양한 콘텐츠들이 생산되고 있다. 공간 정보 기술인 GIS(Geometry Information System)는 GPS(Global Positioning System)를 사용하는 단말과 결합하여 LBS(Location Based Service)를 제공할 수 있게 되었다. 증강현실(Augmented Reality)은 현실의 정보와 가상의 정보를 실시간으로 결합하여 더 많은 정보를 제공하는 기술이다. 모바일 컴퓨팅 환경에서의 예를 들면 카메라가 음식점의 간판을 보고 있을 때 증강현실은 음식점의 간판 위에 음식점의 평가, 별점 등의 정보를 제공 하는 것이다. 증강현실은 카메라, 높은 그래픽 처리 능력, 빠른 무선 통신, GPS 등의 기능을 갖춘 단말기의 발달로 모바일 환경으로 진입하였다. 증강현실은 사용자의 정확한 위치, 바라보고 있는 방향, 자세, 동작 등을 파악하기 위하여 GPS와 센서가 필요하다. 또한, 현재 위치 주변의 정보도 필요하다. 이러한 증강현실의 필요조건 때문에 기존의 GIS, LBS와의 결합은 필수가 되었다.

지리 정보 시스템(Geographic Information System)은 2차원 공간상의 점, 선, 면 등의 객체들과 같은 지리적인 데이터를 효과적으로 저장, 갱신, 조정하여 지도의 형태로 데이터를 표현한다.

공간 객체를 표현하는 대표적인 색인 구조는 R-tree 계열이 있다. R-tree계열에는 대표적으로 R⁺-tree와 R^*-tree등이 많이 쓰이고 있다.

R-tree는 B-tree 계열의 균형 트리이다. 모든 단말 노드는 같은 레벨에 존재한다. 트리의 중간 노드는 하위 노드들의 영역을 포함하는 최소 경계 사각형(Minimum Bounding Rectangle)으로 구성된다. 단말노드에는 공간 객체가 저장되고 비 단말 노드에는 자식 노드에 대한 포인터와 자식 노드들의 영역을 포함하는 MBR이 저장된다. 비 단말 노드의 형태는 (pointer, MBR)로 나타낸다. 단말 노드의 형태는 공간 객체에 대한 포인터와 공간 객체의 MBR의 형태로 나타내고 (oid, MBR)로 표현한다. oid는 공간 객체가 저장된 디스크 페이지에 대한 포인터이다. R-tree에서는 비 단말 노드 MBR의 겹침이 생긴고 R-tree에서 검색 수행 시 접근해야하는 노드의 수는 MBR의 겹침이 많을수록 증가하게 된다. 접근하는 노드가 많을수록 검색 효율은 떨어진다. 이러한 겹침으로 인해 증가된 검색 비용을 줄이기 위해 R^*-tree, R⁺-tree등의 색인 구조가 제안되었다.

R⁺-tree는 R-tree의 비 단말노드의 MBR 겹침으로 인한 성능 저하 문제를 해결하려했다. R⁺-tree에서는 단말 노드를 제외한 모든 비 단말 노드들의 MBR은 겹침이 발생하지 않는다. 같은 레벨에서의 겹침이 없으므로 점질의 시 트리의 레벨만큼의 노드만 접근하면 된다. 하지만 하나의 객체가 여러 노드에 중복 저장될 수 있고, 새로운 객체의 삽입으로 확장된 자식 레벨의 MBR을 부모 레벨의 MBR에 반영할 때 겹침 없이 MBR을 확장하지 못할 수도 있다. R⁺-tree는 겹침을 없애는 대신 트리의 높이를 증가시켜 공간 사용률을 증가시켰다. R⁺-tree는 tree 구성 시 MBR의 겹침을 제거함으로써 R-tree 보다 검색 효율을 높였다.

R-tree의 또 다른 변형인 R^*-tree는 R-tree와 기본적인 구조와 연산은 거의 동일하다. R-tree는 색인 구조를 최적화하기 위해 MBR의 넓이만을 최소화 하는 최적화 기준을 제시한 반면 R^*-tree는 중간 노드의 MBR간에 겹치는 영역의 크기의 최소화, MBR의 확장 시 넓이의 최소화, MBR의 둘레의 합의 최소화, 기억 장소 이용률의 최적화 하는 4가지의 최적화 기준을 적용한다. R^*-tree는 R-tree에 비해 검색 효율이 높기 때문에 검색 속도가 빠르지만 객체의 삽입이나 삭제 시 MBR 노드의 재구성이 이루어지기 때문에 업데이트 속도는 느리다.

R-tree 계열의 색인구조는 MBR로 공간 객체를 근사하는 과정에서 빈 공간이 많이 발생할 수 있다. 이러한 문제는 특히 GIS 데이터에서 중요한 문제가 된다. 왜냐하면 GIS에 쓰이는 데이터에는 도로, 수도관, 가스관 등 한 쪽 방향으로 긴 Line이나 LineString 형태의 객체가 많이 존재하기 때문이다. 이렇게 빈 공간이 많이 발생되어서 생기는 문제는 노드들 간의 겹침 영역을 증가시켜 결과적으로 트리의 검색 성능을 저하시킨다.

기존 공간 색인들의 구조는 최소 경계 사각형을 기반으로 되어 있다. 이러한 구조에서의 검색 또한 질의 영역을 최소 경계 사각형으로 변환하여 검색하기 때문에 검색이 용이하지만 데드 스페이스로 인해 공간 효율성이 낮다. 특히 증강현실과 같은 삼각형 형태의 질의는 최소 경계 사각형을 구성했을 경우 데드 스페이스가 많이 발생할 가능성이 크다. 기존 공간 색인들의 구조는 최소 경계 사각형을 기반으로 되어 있다. 이러한 구조에서의 검색 또한 질의 영역을 최소 경계 사각형으로 변환하여 검색하기 때문에 검색이 용이하지만 데드 스페이스로 인해 공간 효율성이 낮다. 특히 증강현실과 같은 삼각형 형태의 질의는 최소 경계 사각형을 구성했을 경우 데드 스페이스가 많이 발생할 가능성이 크다.

증강현실은 사용자가 바라보는 방향에 위치한 지리 정보 객체에 덧입혀 부가적인 정보를 제공한다. 따라서 증강현실은 사용자의 정확한 위치정보와 함께 사용자의 시선 방향에 따라 질의를 요청하게 된다.

초기의 증강현실을 이용한 위치 기반 서비스들에서는 사용자의 위치에서 검색 반경의 공간 객체 정보를 가져온다. 가져온 공간 객체 정보를 3D 구의 형태로 사용자 화면에 표시하게 되어 사용자의 시선 방향에 따라 어떤 공간 객체가 있는지 알려주었다. 하지만 이 방식의 공간검색은 두 가지 단점이 있다. 첫 째로, 검색 반경이 넓을수록 가져와야 하는 공간 객체의 정보가 많아진다. 모바일 단말기에서는 화면에 표시할 수 있는 객체 정보의 양이 적기 때문에 필요한 만큼의 공간객체만을 가져오는 것이 좋다. 둘째로, 검색 반경이 넓거나 찾고자 하는 공간객체가 한 곳에 밀집해 있을 때 공간 검색의 효율성이 낮아질 수 있다. 이는 공간검색의 속도를 저하시키는 요인이 된다. 따라서 증강현실에서의 공간 질의는 사용자의 위치와 사용자가 바라보는 방향을 함께 정해주어야 한다.

증강현실에서의 가장 특징적인 질의 유형은 사용자가 바라보는 방향을 가진 삼각형 형태의 질의가 된다. 삼각형 형태의 증강 현실 질의는 기존 공간색인 기법으로 많이 사용되고 있는 R-tree 계열의 MBR 기반 검색에서는 데드 스페이스가 발생하여 검색 효율성의 저하를 가져 왔다. 증강현실에서 질의하는 질의 영역은 R-tree와 같은 공간 색인에서 사용하는 MBR 기반의 검색 영역과의 사이에 필연적으로 데드 스페이스가 발생하게 된다. 이러한 데드 스페이스는 비 단말 노드의 MBR과 겹침이 발생하게 되어 하위 노드로의 검색 횟수와 단말 노드의 디스크 접근 횟수를 증가 시키게 된다.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 제안된 것으로서, MBR 기반의 검색 영역과 실제 질의하는 질의 영역사이에서 발생하는 데드 스페이스를 제거하여 증강현실의 특징을 가진 질의에 대한 효율적인 검색을 지원하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에서 제안하는 방법인 arR-Tree는 세 가지 판별식으로 구성되어 있다. 질의 영역과 비 단말 노드의 MBR이 서로 교차하는지에 대한 판별식, MBR에 질의 영역이 포함되는지에 대한 판별식, 질의 영역이 MBR을 포함 하는지에 대한 판별식이 있다. 세 가지의 판별식 중 어느 하나라도 참이라면 해당 노드에 대한 검색을 수행하여야 한다. 그렇지 않은 경우 최소 경계 사각형에서 데드 스페이스의 경우 이거나 질의 영역을 포함하지 않는 노드이다.

증강현실 질의에서 질의 영역과 검색 영역 사이에서 발생하는 데드 스페이스를 줄여 데드 스페이스와 겹침이 발생하는 비 단말 노드에 대한 검색을 수행하지 않는다면 검색 효율은 좋아질 것이다.

본 발명의 arR-tree방법에 의한 공간 검색 수행은 기존에 제안된 MBR기반 공간 검색 수행보다 데드 스페이스를 줄여서 공간 검색을 수행하게 되므로 공간 검색의 효율성이 증가되었고, 또한 질의의 개수가 증가하거나, 질의 거리가 증가할수록 기존에 제안된 방법들보다 공간 검색 질의의 응답 시간이 더 짧다.

도면 1은 본 발명에 따른 공간 검색 방법의 흐름도.
도면 2는 발명이 적용되는 공간 데이터베이스 시스템의 구성 예시도.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 방법으로 공간 데이터베이스 시스템에 적용되는 R-tree 계열의 공간색인 구조에서 본 발명을 통한 공간 검색 연산을 수행하는 단계를 포함한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도면 1은 본 발명에 따른 공간 검색 방법의 일실시예 흐름도이다.

도면에 표시된 바와 같이 공간 객체를 검색하기 위하여 공간색인 구조의 최상위 노드인 루트 노드로부터 시작하여 노드 id를 가지고 공간색인의 노드를 가져와서(100), 단말노드인지의 여부를 확인하여(101), 단말노드이면 단말노드를 결과에 저장하고(103), 단말노드가 아니라면 해당 노드의 자식 노드를 가져온다(102).

이후, 가져온 자식노드의 MBR과 질의 영역의 MBR이 겹침이 있는지를 판단하여(104), 겹침이 없다면 현재 자식노드가 부모노드에 속해있는 자식노드들 중에 마지막 자식노드인지를 확인하여(106), 마지막이라면 알고리즘을 끝내고 마지막이 아니라면 다음 자식 노드 id로 공간 색인의 노드를 가져온다(100). 질의 영역과 자식노드 MBR의 겹침이 있다면 질의 영역이 삼각형 인지를 확인하여(105), 질의 영역이 삼각형이 아니라면 자식 노드 id로 공간 색인의 노드를 가져오고(100), 질의 영역이 삼각형이라면 질의 영역이 자식 노드의 MBR과 겹침이 있는지의 여부를 판단해(107), 겹침이 있다면 자식 노드 id로 공간 색인의 노드를 가져오고(100), 겹침이 없다면 현재 자식노드가 부모노드에 속해있는 자식노드들 중에 마지막 자식노드인지를 확인하여(106), 마지막이라면 알고리즘을 끝내고 마지막이 아니라면 다음 자식 노드 id로 공간 색인의 노드를 가져온다(100).

도면 2는 본 발명이 적용되는 공간 데이터베이스 시스템의 구성예시도이다. 증강현실 응용 서비스를 수행하고 있는 스마트폰 혹은 단말은(200) 공간 데이터를 가지고 있는 서버에 질의 요청을 하고 질의 처리기(201)은 공간 검색 요청에 대하여 공간색인 구조(202)를 검색한다. 공간색인 구조에서 단말 노드의 결과를 얻어 단말노드와 매핑되는 페이지를 디스크(203)에서 읽어온다. 디스크에서 읽어온 질의 결과를 질의 요청자에게 넘겨준다.

MBR(Minimum Bounding Region) : 영역에 대한 최소한의 경계로써 영역의 최대x, y좌표와 최소 x,y좌표를 이용하여 구할 수 있다.

Claims

공간 데이터베이스 시스템에 적용되는 R-tree 계열의 공간 색인의 공간 검색 방법에 있어서 삼각형 형태의 질의를 파악하는 제 1단계,;
삼각형 형태의 질의를 비 단말 노드의 MBR과의 겹침을 판단하여 겹침이 발생하지 않는 비 단말 노드를 이후의 검색에서 배제하는 제 2단계;