KR20170064026A - 가상현실, 증강현실 기반의 3차원 실감형 천체교육용 스마트 교육서비스 제공방법 - Google Patents

가상현실, 증강현실 기반의 3차원 실감형 천체교육용 스마트 교육서비스 제공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발명자가 제작한 천체 3D 콘텐츠를 이용한 3차원 실감형 스마트 교육시스템에 관한 것으로, 세부적으로 교육 또는 학습을 위한 천체 이미지 교재부(100), 천체 이미지를 촬영하고 인식하는 단말기(200) 또는 서버부(300), 인식된 천체이미지의 대응되는 3차원 가상현실, 증강현실 콘텐츠를 보여주는 콘텐츠 학습부(400)으로 구성된 교육시스템 서비스이다. 또한 3D 콘텐츠의 현실성을 높이기 위해 투명-개방형 양안(Side-by-side) 방식 3D 안경을 개발, 제공함으로써 현실속에 콘텐츠가 마치 살아 있는 경험을 제공하는 서비스 방법 및 시스템에 관한 것이다.

Description

가상현실, 증강현실 기반의 3차원 실감형 천체교육용 스마트 교육서비스 제공방법 { The way of a smart education services for 3D astronomical educational services, using virtual reality, augmented reality-based immersive interface }
본 발명은 가상현실, 증강현실 기반의 3차원 실감형 교육시스템 기술에 관한 것으로, 특히 천체 교육용 학습 시스템에서 3차원 실감형 증강현실 및 가상현실 서비스 제공 방법 및 시스템에 관한 것이다.
정보 통신 기술의 발달 및 컴퓨터, 스마트폰의 대중화에 따라, 종래의 대면 교육이 여러 가지 형태의 이러닝(e-Learning)으로 대체되고 있다.
초창기의 이러닝에서는 교과서와 같은 텍스트 기반 매체에 담긴 내용들을 단순히 디지털 콘텐츠로 옮기는 것과 같은 접근 방법이 많이 사용되었지만, 단순한 텍스트, 동영상 또는 플래시 기반의 일방형 교육 콘텐츠로 얻을수 있는 교육 효과에는 여러 가지 한계점이 존재한다. 마찬가지로 현재까지 학습현장에 행해지는 스마트 교육방식도 보통 컴퓨터를 이용한 학습교재를 활용하는 경우가 대부분이며, 학습교재도 여전히 텍스트, 이미지등 이차원적인 형태이다.
가상현실(Virtual Reality, VR)은 현실과 유사하지만 현실이 아닌 컴퓨터상에서 만들어진 특정 환경이나 상황속에서 콘텐츠를 보여주는 기술이며, 증강현실(Augmented Reality, AR)은 현실의 이미지나 배경에 가상 이미지를 겹쳐서 하나의 영상으로 보여주는 기술이다.
하지만 대부분의 교육용 가상현실 또는 증강현실 콘텐츠들은 사용자가 스마트폰 등의 내장 카메라로 특정 사물을 비추면 정보가 단말기에 보여지지만, 단말기 화면을 통해 콘텐츠가 보여주는 형태가 되므로 이차원 형태가 정보가 보여주고 있다.
이처럼 현재 스마트 교육 콘텐츠들은 특정공간에서만 이용할 수 있는 콘텐츠 활용의 공간 제약성, 2차원 형태의 콘텐츠 제공방식, 사용자들에게 제한적인 체험을 제공하고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 교육용 실감적인 학습콘텐츠를 제공하기 위하여, 3차원 형태의 가상현실 및 증강현실 서비스를 개시하고 있다. 본 발명을 학습 콘텐츠에 적용할 경우, 3차원 실감형 콘텐츠를 통한 학습 활동이 학습자의 학습 경험을 증진시킬 수 있으며, 실제 교육에서는 시각을 통한 직관적인 학습이 이루어지기 때문에, 이와 같은 체험 또는 학습을 할 수 있는 환경을 만들어 주는 것이 중요하다.
2차원적인 학습콘텐츠의 한계인 몰입감 제한을 극복하기 위해서 3차원 콘텐츠를 제공을 제공하고 이를 2차원 콘텐츠와 3차원 콘텐츠 전환을 통하여 사용자는 필요에 따라 자신이 원하는 콘텐츠를 통해 학습을 받을 수 있다.
또한 가상현실과 증강현실의 전환을 통해 가상현실속에서의 콘텐츠 학습 및 실제 사용자에 있는 환경에서 콘텐츠 학습을 받을 수 있다.
본 발명에서는 이미지 교재부를 단말기 또는 AR서버에 등록한 후, 해당 사용자가 스마트폰을 이용해 이미지를 촬영하여 단말기 또는 AR서버로 보내면, 촬영된 이미지에 대한 매칭정보 확인 작업후 이미지에 대한 매칭정보를 단말기에 전송하게되고, 단말기에서는 이에 대응되는 콘텐츠를 스마트폰 화면에 표시함으로써 가상현실 및 증강현실 서비스를 실현할 수 있도록 한, 또한 3D 콘텐츠의 현실성을 높이기 위해 투명-개방형 양안(Side-by-side) 방식 3D 안경을 개발, 제공함으로써 현실속에 콘텐츠가 마치 살아 있는 경험을 제공하는 서비스 방법 및 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
이와 같은 가상현실 및 증강현실 기반의 3차원 실감형 천체교육용 학습 교구는 3차원 형태의 학습 콘텐츠를 제공하므로써, 보다 입체적 콘텐츠 학습이 가능하고, 몰입감이 높은 학습도구로 활용될 수 있다.
또한 가상현실 및 증강현실 기반의 3차원 실감형 천체교육용 학습 교구는 단말기를 통해 학습자의 손동작과 음성을 인식하여 구동할 수 있도록 함으로써, 학습자 본인의 주도적인 학습을 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 가상현실, 증강현실을 기반의 3차원 실감형 천체교육용 콘텐츠는 사용자들에게 시간적, 공간적 제한없이 실감형 콘텐츠를 제공함으로써 학습능력을 배가하며 학습자의 호기심을 증대시키고 지속적인 흥미를 증진 시킬 수 있는 학습교구를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가상현실, 증강현실을 기반의 3차원 실감형 천체교육용 콘텐츠를 보여주는 도면;
도 2는 본 발명에 따른 사용자 단말기(200)의 기능구성을 나타내는 기능블록구성도;
도 3은 본 발명에 따른 AR 서버(300)의 기능구성을 나타내는 기능블록구성도;
도 4는 천체교육용 스마트 교육시스템에 대한 서비스 절차에 대한 구성도;
도 5는 기준 이미지 분석/등록 및 단말기에서 촬영된 이미지 분석 서비스 절차에 대한 구성도;
도 6은 사용자 인터페이스에 대한 서비스 절차에 대한 구성도;
도 7은 제품사용등록코드 관리 서비스 절차에 대한 구성도;
도 8은 단말기에서 2차원적인 가상현실 및 증강현실 콘텐츠를 보여주는 도면;
도 9는 단말기에서 3차원적인 가상현실 및 증강현실 콘텐츠를 보여주는 도면이다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가상현실, 증강현실 기반의 3차원 실감형 천체교육용 스마트 교육시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 시스템 구성은 이미지 교재부(100), 스마트폰과 같은 사용자 단말기(200), AR서버(300), 3차원 실감형 콘텐츠(400), 통3차원 안경(뷰어)(500), 필요에 따라 통신망(600)등을 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 사용자 단말기(200)의 기능구성을 나타내는 기능블록구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 사용자 단말기(200)는 카메라부(201), 영상출력부(202), 어플리케이션부(203), 데이터저장부(204), 입력부(205), 가상현실(VR)/증강현실(AR) 콘텐츠부(206)로 구성된다.
카메라부(201)는 이미지 교재부를 촬영하여 해당 이미지 정보를 획득한다.
영상출력부(202)는 어플리케이션의 제어를 받아 해당 콘텐츠를 스마트폰 화면상에 출력한다.
어플리케이션부(203)는 사용등록코드를 서버에 전송하고 이에 대한 사용등록 인증정보를 수신하며, 카메라부에서 획득된 이미지 정보를 AR서버(300)에 전송하고 전송된 이미지 정보에 대응되는 이미지 대칭정보를 받아, 영상출력부(203)를 통해 해당 콘텐츠를 출력하도록 요청한다.
데이터저장부(204)는 사용등록 인증정보, AR서버로부터 받은 콘텐츠 및 관련인증정보를 저장한다.
입력부(205)는 사용자 터치기반의 명령 또는 사용자 음성기반 명령을 받아, 어플리케이션부에 전송한다.
가상현실(VR)/증강현실(AR) 콘텐츠부(206)는 사용자 단말기(200)에서 수행될 가상현실(VR)/증강현실(AR) 콘텐츠를 제작한다. 제작되는 콘텐츠는 3차원 형태의 콘텐츠를 제작한다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 AR 서버(300)의 기능구성을 나타내는 기능블록구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 AR 서버(300)는 이미지등록부(301), 이미지매핑부(302), 사용등록코드발행부(303), 데이터DB부(304)로 구성된다.
이미지등록부(301)는 비교 기준인 이미지 교재부(100)에 대한 스캔이미지에 대한 색상분할 및 특징점 추출을 통해 해당 이미지에 대한 해쉬맵을 작성하고 이에 대한 매칭 ID를 부여한다. 또한 비교대상인 단말기(200)에서 촬영되어 보내온 이미지에 대해서도 색상분할 및 특징점 추출을 통해 해당 이미지에 대한 해쉬맵을 작성하여 기준 이미지와의 비교정보를 생성한다.
이미지매핑부(302)는 이미지 교재부(100)에 대한 이미지 정보와 단말기(200)에서 촬영되어 보내온 이미지 정보를 비교하여, 두 이미지 정보의 일치여부를 판별한다. 이미지 일치여부를 판별하기 위해서 이미지 등록부(301)의 색상분할, 특징점 추출을 통해 생성된 해쉬맵을 활용한다.
사용등록코드발행부(303)는 사용등록코드를 관리하는 곳으로, 등록된 이미지에 대한 사용등록코드를 생성하고 관리한다.
데이터DB부(304)는 AR서버에서 관리하는 이미지 정보, 사용등록코드 정보를 저장한다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 가상현실, 증강현실 기반의 3차원 실감형 천체교육용 스마트 교육시스템에 대한 서비스 절차에 대한 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 발명자는 사용자에게 인쇄된 형식의 이미지 교재부를 제공하고, 이미지 교재부에 있는 이미지를 AR 서버에 업로드하여 이미지에 대한 분석정보 및 매칭정보를 등록한다.
사용자는 사용자 단말기에서 이미지 교재부에 부여된 제품 고유번호 등록과정(도 7)을 실행하고 이를 통해 서비스를 사용하게 된다.
제품등록을 마친 사용자가 사용자 단말기(200)를 통해 이미지 교재부(100)를 촬영하여 AR 서버에 전송하면, AR서버(300)로부터 해당 이미지에 매칭되는 콘텐츠 매칭정보를 전송받아 해당 콘텐츠에 대한 가상현실 및 증강현실 서비스를 실행한다.
가상현실과 증강현실 서비스간 전환은 서비스 화면에 표시된 서비스 전환 아이콘를 클릭하거나 음성으로 전환명령을 내리면 가상현실과 증강현실 서비스간 전환이 실행된다.
증강현실의 실감적인 체험성을 높이기 위한 투명-개방형 3D 뷰어(안경)을 제공하여, 사용자는 원하는 형태의 2차원 및 3차원 콘텐츠를 제공받을 수 있다. 2차원과 3차원 콘텐츠 제공서비스 전환은 서비스 화면에 표시된 서비스 전환 아이콘을 클릭하거나 음성으로 전환명령을 내리면 2차원과 3차원 콘텐츠 서비스간 전환이 실행된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 비교기준 이미지 등록을 위해 이미지 교재부(100)에 대한 기준 이미지 분석/등록 및 단말기에서 촬영된 이미지 분석 서비스 절차에 대한 구성도이다.
도 5을 참조하면, 이미지 분석에 대한 기본적인 처리과정은 이미지를 서버 메모리에 로드하고, 컬러색상을 가진 이미지를 GrayScale 형태로 변환한 후, 회색색상의 대비차를 이용한다. 또한 이미지에 대한 Edge 분석을 통해 이미지가 가진 연결선의 교차점을 찾아내어 특징점을 추출한다. 이렇게 분석된 색상분할과 특징점들에 대한 해쉬맵을 작성하고 이에 대한 매칭 ID 부여하여 관리한다.
촬영된 위와 동일한 과정을 걸쳐 색상분할분석과 특징점 분석과정을 통해 촬영된 이미지에 대한 해쉬맵을 작성하고 임시 매칭 ID를 부여한 후, 이를 비교기준 이미지 매칭정보와 비교하여 이미지의 동일여부를 판단한다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 3차원 가상현실/증강현실 콘텐츠 사용자 인터페이스에 대한 서비스 절차에 대한 구성도이다.
도 6을 참조하면, 비교기준 이미지와 단말기 카메라 촬영 이미지가 매칭되는 경우, 해당 매칭이미지에 대한 콘텐츠를 단말기 화면상에 표시되어 진다.
사용자 인터페이스는 단말기 스크린 터치에 의해 처리되는 스크린 터치명령 방식과 사용자 음성인식을 통해 처리되는 사용자 음성명령 방식으로 구분되어 처리한다.
스크린 터치명령 방식은 손에 의한 터치방식, 마우스에 의한 터치방식, 조이스틱에 의한 터치방식등의 터치방식을 포함할 수 있다.
사용자 인터페이스를 통해 사용자는 콘텐츠에 대한 확대, 축소, 설명보기, 동영상 감상등에 대한 기능을 수행할 수 있다.
또한, 서비스 전환 명령을 이용하여 현재 화면에 표시된 콘텐츠를 가상현실 또는 증강현실 콘텐츠 형태로 변경하거나, 2차원 형태 콘텐츠를 3차원 형태 콘텐츠로 변경하여 교육할 수 있도록 한다.
3차원 가상현실 또는 증강현실 콘텐츠의 경우에는 3D 콘텐츠의 현실성을 높이기 위해 본 발명자가 개발한 투명-개방형 양안(Side-by-side) 방식 3D 안경을 이용하여, 현실속에 콘텐츠가 마치 살아 있는 경험을 제공한다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 제품사용등록코드 관리 서비스 절차에 대한 구성도 이다.
도 7을 참조하면, 사용등록코드 관리자가 사전에 제품사용등록코드 DB상에 생성한 후, 이에 대한 사용등록코드를 사용자에게 부여하는 방식이다.
사용등록코드는 숫자, 알파벳 대문자/소문자등으로 구성되어지며, 대체적으로 24자, 36자, 48자, 64자형태로 생성된다. 등록코드 생성규칙은 DB상에 등록하여두는 방식이다.
생성규칙은 “N”는 숫자, “-”는 필드구별자, “A”는 대문자 알파벳, “a”는 소문자알파벳, “*”는 허용되는 특수문자를 의미한다. 예를 들면 24자 등록코드 생성규칙을 NaaaA-AaaaN- NNNNN-Na*ANN-NNN와 같이 등록한 경우, 1abcD-Hdxl6-13958-2a&S344-582와 같은 등록코드가 부여되어 진다. 등록코드의 중복생성 발생을 고려하여 중복체크 확인 후에 등록코드을 DB에 저장한다.
사용자에게서 최초 제품사용시 입력받은 등록코드는 데이타베이스에서 비교하여 존재하는 등록코드인지, 발급되었던 등록코드인지등을 확인하고 아무 이상이 없을 경우 등록코드 상태를 사용으로 상태를 변경하고 사용할수 있는 서비스 정보를 업데이트 합니다.
악의적인 사용자에 의한 등록코드 반복등록을 방지하기 위해 인터넷 IP당 일정시간내 특정횟수이상 넘지 못하게 하는 제한정책을 사용한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가상현실 및 증강현실 기반의 3차원 교육교구로 활용되는 예를 보여주는 도면으로써, 도 5는 단말기에서 2차원 형태의 가상현실 및 증강현실 콘텐츠를 보여주는 도면이고, 도 6은 단말기에서 3차원 형태의 가상현실 및 증강현실 콘텐츠를 보여주는 도면이다.
한편, 본 실시예의 사용자가 콘텐츠를 활용하기 위하여 사용되는 상세한 구동 시스템은 통상의 기술로 적용될 수 있을 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직할 실시예는 천체용 학습 교구를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시 하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들을 잘 이해할 수 있을 것이다.
100 : 이미지 교재부
200 : 단말기(스마트폰)
300 : 서버
400 : 3차원 실감형 콘텐츠
500 : 3차원 안경(뷰어)
201 : 사용자 단말기 카메라부
202 : 사용자 단말기 영상출력부
203 : 사용자 단말기 데이터저장부
204 : 사용자 단말기 어플리케이션부
205 : 사용자 단말기 입력부
206 : 사용자 단말기 VR/AR 콘텐츠부
301 : 서버 이미지분석부
302 : 서버 이미지매칭부
303 : 서버 사용등록코드관리부
304 : 서버 데이터DB부

Claims (1)

  1. 학습대상에 대한 천체 이미지 교재부(100)를 단말기(200) 또는 서버부(300)에 등록하는 과정과,
    단말기(200)로부터 학습대상에 대한 영상이 수집되면 상기 영상에 대응되는 3차원 가상현실, 증강현실 콘텐츠를 보여주기 위한 이미지 매칭정보 처리과정과,
    3차원 실감형 콘텐츠(400)를 선택하는 즉 가상현실과 증강현실을 선택하는 방식과
    증강현실의 실감적인 체험성을 높이기 위한 투명-개방형 3D 안경 제공방식을 포함하는 가상현실, 증강현실을 기반의 3차원 실감형 천체교육용 스마트 교육시스템 제공 방법.
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