KR20170090600A

KR20170090600A - 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20170090600A
Application number: KR1020160011138A
Authority: KR
Inventors: 허상훈
Original assignee: 허상훈
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-08-08

Abstract

개시된 내용은 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 3차원 모형과, 상부가 개방되어 있고, 하부에 수용공간이 형성되되 수용공간 상부에 고무판이 구비되며, 고무판 상부에 3차원 모형이 수납되는 테이블과, 테이블에 수납된 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라와, 3차원 모형에 사전에 설정되어 있는 영상을 투사하는 프로젝터와, 장치 구동시 3차원 카메라를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL(Open Graphics Library)을 초기화하여 프로젝터와 동기화하고, 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스(vertex) 데이터를 생성한 후 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하고, 3차원 카메라에서 촬영한 촬영 데이터와 3차원 모형 정보를 토대로 3차원 모형에 투사될 영상과 3차원 모형의 현재 위치가 일치되는지를 분석하여 3차원 모형의 높낮이를 변경시켜야 하는지를 판단하고, 판단결과 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하면 높낮이 변경지점 및 높이를 결정한 후 결정된 높낮이 변경지점 및 높이를 토대로 3차원 모형의 높낮이 변경을 제어함과 동시에 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사하도록 제어하며, 판단결과 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하지 않으면 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사하도록 제어하는 제어 컴퓨터, 그리고 테이블의 하부 수용공간에 구비되며, 제어 컴퓨터의 제어를 토대로 3차원 모형의 높낮이 변경지점에서 테이블에 구비된 고무판을 승강시켜 고무판 상부에 구비된 3차원 모형의 높낮이를 변경시키는 높낮이 변경모듈로 구성된다.
따라서, 본 발명은 입체형상 구동모듈을 통해 영상의 진행상황에 따라 증강현실이 구현되는 3차원 모형의 형상이 자동으로 변화되기 때문에 사용자들이 직접 증강현실이 구현되는 3차원 모형을 변형하지 않고도 실제 지형이 융기하거나 하강하는 상황과 같이 정밀한 증강현실 환경을 구현할 수 있다.

Description

증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치 및 그 방법{Apparatus for constructing three-dimensional structure for realizing augmented reality and method thereof}

본 발명은 영상 컨텐츠의 스토리 진행에 따라 테이블에 위치한 3차원 모형의 형상을 자유롭게 변화시켜 입체감 있는 영상을 증강현실로 구현하도록 하는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 들어 영상산업의 비약적 발전으로 인해 3차원 영상을 이용한 기술의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 즉 텔레비전이나 스크린을 통한 2차원 평면이 아닌 3차원으로 영상을 확인할 수 있게 된 것이다.

3차원 영상을 위한 장치로는 홀로그래피, 3차원 디스플레이 장치(예를 들어, 3D 안경), 증강현실(Augmented Reality) 등이 대표적이다.

홀로그래피는 위상이 갖추어진 레이저 광선을 이용하여 렌즈 없이 한 장의 사진으로 입체상을 촬영, 재생하는 방법 또는 이것을 응용한 광학 기술이고, 3차원 디스플레이 장치는 인간의 양안 시차를 이용하여 3차원 영상을 감상하도록 하는 장치이며, 증강 현실은 실제환경과 가상의 객체가 혼합되어 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술로서 가상현실 기술에 비하여 보다 나은 현실감과 부가 정보를 제공한다.

이 중에서 홀로그래피나 3차원 디스플레이 장치는 영상이 표시되는 영역의 깊이, 모양 등의 지형정보를 참조하여 영상을 입체적으로 표시하는 기술이 아니기 때문에 사용자가 자유롭게 영상이 표시되는 3차원 영역을 생성하고, 이렇게 생성된 3차원 영역에 원하는 영상을 투사하여 표시하는 형태의 3차원 영상 구현방식을 얻을 수 없었다.

또한, 실제환경과 가상의 객체가 혼합된 증강현실 기술은 사용자가 실제환경을 볼 수 있게 하여 홀로그래피나 3차원 디스플레이 장치에서 얻을 수 없는 현실감을 제공할 수 있지만, 증강현실로 구현되는 영상을 확인하는 사용자들은 영상의 스토리 진행에 따라 지형이 바뀐다거나 높낮이가 변화되는 등의 상황에 맞는 영상을 즉시 확인하는데 한계가 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1299191호 대한민국 공개특허공보 제10-1998-0050467호 대한민국 등록특허공보 제10-0912010호

본 발명은, 영상 컨텐츠의 스토리 진행에 따라 테이블에 위치한 3차원 모형의 형상을 자유롭게 변화시켜 입체감 있는 영상을 증강현실로 구현하도록 하는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치 및 그 방법을 제공한다.

본 발명은, 사용자들이 직접 증강현실이 구현되는 3차원 모형을 변형하지 않고도 증강현실로 구현되는 영상을 편리하게 확인할 수 있도록 하는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치 및 그 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치는, 3차원 모형과, 상부가 개방되어 있고, 하부에 수용공간이 형성되되 수용공간 상부에 고무판이 구비되며, 고무판 상부에 3차원 모형이 수납되는 테이블과, 테이블에 수납된 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라와, 3차원 모형에 사전에 설정되어 있는 영상을 투사하는 프로젝터와, 장치 구동시 3차원 카메라를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL(Open Graphics Library)을 초기화하여 프로젝터와 동기화하고, 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스(vertex) 데이터를 생성한 후 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하고, 3차원 카메라에서 촬영한 촬영 데이터와 3차원 모형 정보를 토대로 3차원 모형에 투사될 영상과 3차원 모형의 현재 위치가 일치되는지를 분석하여 3차원 모형의 높낮이를 변경시켜야 하는지를 판단하고, 판단결과 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하면 높낮이 변경지점 및 높이를 결정한 후 결정된 높낮이 변경지점 및 높이를 토대로 3차원 모형의 높낮이 변경을 제어함과 동시에 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사하도록 제어하며, 판단결과 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하지 않으면 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사하도록 제어하는 제어 컴퓨터, 그리고 테이블의 하부 수용공간에 구비되며, 제어 컴퓨터의 제어를 토대로 3차원 모형의 높낮이 변경지점에서 테이블에 구비된 고무판을 승강시켜 고무판 상부에 구비된 3차원 모형의 높낮이를 변경시키는 높낮이 변경모듈을 포함할 수 있다.

이때 상술한 제어 컴퓨터는, 3차원 카메라 및 OpenGL 초기화를 처리하고, 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터와 3차원 카메라의 시야각, 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성하고, 생성된 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하며, 렌더링될 색상 및 밝기정보를 토대로 3차원 모형에 투사될 영상을 렌더링하여 프로젝터로 출력하는 영상 처리부와, 테이블에 구비된 고무판 상부에 수납되는 3차원 모형에 대한 정보, 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사되는 다수 개의 영상 컨텐츠, 높낮이 변경모듈의 구동프로그램 정보를 저장하고 있는 데이터베이스와, 3차원 카메라에서 촬영한 촬영 데이터와 데이터베이스에 저장된 3차원 모형 정보를 토대로 3차원 모형에 투사될 영상과 3차원 모형의 현재 위치가 오차범위 이내에서 일치되는지를 분석하고, 분석결과를 토대로 3차원 모형의 높낮이를 변경시켜야 하는지를 판단하고, 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하면 데이터베이스에 저장된 3차원 모형 정보를 토대로 높낮이 변경지점 및 높이를 결정한 후 결정된 높낮이 변경지점의 높이 변경을 위한 구동제어신호를 생성하며, 생성된 구동제어신호를 높낮이 변경모듈로 출력하여 3차원 모형의 높낮이 변경지점에서 고무판을 승강시켜 3차원 모형의 높낮이를 변경시키는 높낮이 변경처리부, 그리고 영상 처리부에서의 3차원 카메라 및 OpenGL 초기화 처리, 3차원 카메라로 촬영한 촬영 데이터를 토대로 한 3차원 버텍스 데이터 생성, 3차원 버텍스 데이터를 토대로 한 렌더링될 색상 및 밝기의 결정, 3차원 모형에 투사될 영상의 렌더링을 제어하며, 높낮이 변경처리부에서의 3차원 모형에 투사될 영상과 3차원 모형의 현재 위치 분석, 분석결과에 따른 3차원 모형의 높낮이 변경 판단, 3차원 모형의 높낮이 변경지점 및 높이 결정, 높낮이 변경지점의 높이 변경을 위한 구동제어신호 생성과 높낮이 변경모듈로의 출력을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

그리고 3차원 모형은, 모래를 포함한 입상물로서 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 프로젝터를 통해 변화되는 영상이 투사되는 것이 바람직하다.

그리고 제어 컴퓨터에서 수행하는 OpenGL 초기화는, 시야각(field of view), 광축의 위치를 포함한 내부 파라미터, 및 3차원 카메라로부터의 상대적 위치, 회전을 포함한 외부 파라미터의 초기화를 토대로 한 프로젝터와의 동기화이다.

그리고 상술한 높낮이 변경모듈은, 테이블의 하단부에 간격을 두고 평행하게 배치되는 제 1 레일과, 제 1 레일 사이에 배치되는 제 2 레일과, 제 1 레일과 제 2 레일의 연결 부분에 구비되어 제 2 레일을 제 1 레일을 따라 이동시키는 제 1 구동부와, 제 2 레일 상에 구비되는 제 2 구동부, 그리고 제 2 구동부와 고무판의 저면 사이에 구비되고 제 2 구동부의 구동을 토대로 제 2 레일을 따라 이동되며, 고무판 상부에 구비된 3차원 모형의 높낮이 변경을 위해 승강되는 제 3 구동부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축방법은, (1) 제어 컴퓨터는, 장치의 구동이 이루어지면 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화하여 3차원 모형에 영상을 투사하는 프로젝터를 동기화하는 단계와, (2) 제어 컴퓨터는, 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스 데이터를 생성하고, 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하는 단계와, (3) 제어 컴퓨터는, 3차원 카메라에서 촬영한 촬영 데이터와 3차원 모형 정보를 토대로 3차원 모형에 투사될 영상과 3차원 모형의 현재 위치가 일치되는지를 분석하여 3차원 모형의 높낮이를 변경시켜야 하는지를 판단하는 단계와, (4) (3) 단계의 판단결과 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하면, 제어 컴퓨터는 높낮이 변경지점 및 높이를 결정한 후 결정된 높낮이 변경지점 및 높이를 토대로 높낮이 변경모듈을 구동시켜 테이블에 구비된 고무판 승강을 통해 고무판 상부에 구비된 3차원 모형의 높낮이를 변경함과 동시에 (2) 단계에서 결정된 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사하는 단계와, (5) (3) 단계의 판단결과 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하지 않으면, 제어 컴퓨터는 (2) 단계에서 결정된 렌더링될 색상 및 밝기에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사하는 단계, 그리고 (6) 제어 컴퓨터는, 3차원 모형에 투사중인 영상 컨텐츠가 종료될 때까지 (2) 단계 이후를 반복 처리하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고 (1) 단계는, (1-1) 장치가 구동되면, 제어 컴퓨터는 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라를 초기화하는 단계와, (1-2) 제어 컴퓨터는, 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화하는 단계와, (1-3) 제어 컴퓨터는, 시야각, 광축의 위치를 포함한 OpenGL의 내부 파라미터를 초기화하는 단계, 그리고 (1-4) 제어 컴퓨터는, 3차원 카메라로부터의 상대적 위치, 회전을 포함한 OpenGL의 외부 파라미터를 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고 (2) 단계는, (2-1) 제어 컴퓨터는, 3차원 카메라로부터 3차원 모형을 촬영한 촬영 데이터를 수신하는 단계와, (2-2) 제어 컴퓨터는, (2-1) 단계를 통해 수신한 3차원 카메라의 촬영 데이터와 3차원 카메라의 시야각, 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성하는 단계, 그리고 (2-3) 제어 컴퓨터는, (2-2) 단계에서 생성된 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고 (4) 단계는, (4-1) (3) 단계의 판단결과 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하면, 제어 컴퓨터는 3차원 모형의 높낮이 변경지점 및 높이를 결정하는 단계와, (4-2) 제어 컴퓨터는, (4-1) 단계에서 결정된 높낮이 변경지점 및 높이를 토대로 높낮이 변경모듈을 구동하기 위한 구동제어신호를 생성하는 단계와, (4-3) 제어 컴퓨터는, (4-2) 단계에서 생성된 구동제어신호를 높낮이 변경모듈로 출력하여 3차원 모형의 높낮이 변경지점에서 테이블에 구비된 고무판을 승강시켜 고무판 상부에 구비된 3차원 모형의 높낮이를 변경시키는 단계, 그리고 (4-4) 제어 컴퓨터는, (2) 단계에서 결정된 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사하는 단계를 포함할 수 있다.

그리고 (4) 단계 또는 (5) 단계에서 프로젝터를 통해 영상이 투사되는 3차원 모형은, 모래를 포함한 입상물로서 사용자의 조작에 따른 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 프로젝터를 통해 변화되는 영상이 투사될 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치 및 그 방법에 따르면, 영상 컨텐츠의 스토리 진행에 따라 테이블에 위치한 3차원 모형의 형상이 자동으로 변화되어 입체감 있는 영상이 증강현실로 구현되기 때문에 영상 컨텐츠의 진행에 따라 실제 지형이 융기하거나 하강하는 상황과 같이 정밀한 증강현실 환경을 구현할 수 있다.

또한, 영상의 진행상황에 따라 테이블에 위치한 3차원 모형의 형태가 자동으로 변화되기 때문에 사용자들이 직접 증강현실이 구현되는 3차원 모형을 변형하지 않고도 증강현실로 구현되는 영상을 편리하게 확인할 수 있다.

또한, 증강현실을 통해 영상을 확인하는 사용자들이 정밀하고 입체적인 영상을 확인할 수 있게 되어 집중도가 크게 높아지고, 이로 인한 교육 효과 등을 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 제어 컴퓨터의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 높낮이 변경모듈의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축방법의 동작과정을 나타낸 순서도이다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 각 서브루틴의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치 및 그 방법을 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 장치는, 3차원 모형(100), 테이블(200), 3차원 카메라(300), 프로젝터(400), 제어 컴퓨터(500), 입체형상 구동모듈(600) 등으로 구성된다.

3차원 모형(100)은 모래를 포함한 입상물로서, 사용자의 조작에 따라 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 프로젝터(400)를 통해 변화되는 영상이 투사된다.

테이블(200)은 상부가 개방되어 있고, 하부에 수용공간이 형성되되 수용공간 상부에 고무판(210)이 구비되며, 고무판(210) 상부에 3차원 모형(100)이 수납된다.

3차원 카메라(300)는 테이블(200)에 수납된 3차원 모형(100)을 촬영하고, 촬영 데이터를 제어 컴퓨터(500)로 출력한다.

프로젝터(400)는 제어 컴퓨터(500)의 제어를 토대로 3차원 모형(100)에 사전에 설정되어 있는 영상을 투사한다.

제어 컴퓨터(500)는 장치 구동시 3차원 카메라(300)를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화하여 프로젝터(400)와 동기화한다. 그리고 3차원 카메라(300)로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스 데이터를 생성한 후 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라(300)와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정(예를 들어, 촬영 데이터를 각 픽셀별로 사전에 정해진 영상 데이터에 따라 깊이, 모양, 색상 등으로 치환하는 작업)한다.

그리고 3차원 카메라(300)로부터 입력되는 촬영 데이터와 기 저장되어 있는 3차원 모형(100) 정보를 토대로 3차원 모형(100)에 투사될 영상과 3차원 모형(100)의 현재 위치가 일치되는지를 분석하여 영상의 스토리 진행에 따라 3차원 모형(100)의 높낮이를 변경시켜야 하는지를 판단하고, 판단결과 3차원 모형(100)의 높낮이 변경이 필요하면, 높낮이 변경지점 및 높이를 결정한 후 결정된 높낮이 변경지점 및 높이를 토대로 3차원 모형(100)의 높낮이 변경을 제어함과 동시에 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터(400)를 통해 3차원 모형(100)에 투사하도록 제어한다.

또한, 제어 컴퓨터(500)는 3차원 모형(100)의 높낮이 변경이 필요하지 않으면, 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터(400)를 통해 3차원 모형(100)에 투사하도록 제어한다.

이때 제어 컴퓨터(500)에서 수행하는 OpenGL 초기화는, 시야각, 광축의 위치를 포함한 내부 파라미터, 및 3차원 카메라로부터의 상대적 위치, 회전을 포함한 외부 파라미터의 초기화를 토대로 한 프로젝터(400)와의 동기화이다. 이와 같이 OpenGL 초기화를 수행하는 이유는 프로젝터(400)의 광축이 3차원 카메라(300)의 광축에 대비하여 뒤틀려 있기 때문이다. 즉 프로젝터(400)는 수평방향의 광축을 기준으로 할 때 상부 방향으로 치우쳐 영상을 투사하는 반면, 3차원 카메라(300)는 수평방향의 광축을 기준으로 상하 일정한 폭으로 영상을 촬영하기 때문에 광축의 차이가 발생되어 이를 조정하기 위함이다.

높낮이 변경모듈(600)은 테이블(200)의 하부 수용공간에 구비되며, 제어 컴퓨터(500)의 제어를 토대로 3차원 모형(100)의 높낮이 변경지점에서 테이블(200)에 구비된 고무판(210)을 승강시켜 고무판(210) 상부에 구비된 3차원 모형(100)의 높낮이를 변경시킨다.

한편, 본 발명은 상술한 기재와 달리 3차원 모형(100)을 별도로 사용하지 않고 고무판(210)만을 사용하여 구현할 수 있다.

또한, 고무판(210)은 하나의 판 형상으로 된 것을 예로 하여 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 그 이외에 봉 형태로 형성하여 상하좌우로 여러 개를 결합하여 사용할 수도 있다.

도 2는 상술한 도 1의 제어 컴퓨터(500)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 제어 컴퓨터(500)는, 영상 처리부(510), 입체형상 처리부(520), 데이터베이스(530), 제어부(540) 등으로 구성된다.

영상 처리부(510)는 3차원 카메라(300) 및 OpenGL 초기화를 처리하고, 3차원 카메라(300)로부터 입력되는 촬영 데이터와 3차원 카메라(300)의 시야각, 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성한다. 그리고 생성된 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라(300)로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하며, 렌더링될 색상 및 밝기정보를 토대로 3차원 모형(100)에 투사될 영상을 렌더링하여 프로젝터(400)로 출력한다.

입체형상 처리부(520)는 3차원 카메라(300)에서 촬영한 촬영 데이터와 데이터베이스(530)에 저장된 3차원 모형 정보를 토대로 3차원 모형(100)에 투사될 영상과 3차원 모형(100)의 현재 위치가 오차범위 이내에서 일치되는지를 분석하고, 분석결과를 토대로 3차원 모형(100)의 높낮이를 변경시켜야 하는지를 판단한다. 그리고 3차원 모형(100)의 높낮이 변경이 필요하면, 데이터베이스(530)에 저장된 3차원 모형 정보를 토대로 높낮이 변경지점 및 높이를 결정하고, 결정된 높낮이 변경지점의 높이 변경을 위한 구동제어신호를 생성하며, 생성된 구동제어신호를 높낮이 변경모듈(600)로 출력하여 3차원 모형(100)의 높낮이 변경지점에서 고무판(210)을 승강시켜 3차원 모형(100)의 높낮이를 변경시키도록 한다.

데이터베이스(530)는 테이블(200)에 구비된 고무판(210) 상부에 수납되는 3차원 모형(100)에 대한 정보(예를 들어, X축, Y축, Z축 좌표 등), 프로젝터(400)를 통해 3차원 모형(100)에 투사되는 다수 개의 영상 컨텐츠, 높낮이 변경모듈(600)의 구동프로그램 정보를 저장하고 있다.

제어부(540)는 영상 처리부(510)에서의 3차원 카메라(300) 및 OpenGL 초기화 처리, 3차원 카메라(300)로 촬영한 촬영 데이터를 토대로 한 3차원 버텍스 데이터 생성, 3차원 버텍스 데이터를 토대로 한 렌더링될 색상 및 밝기의 결정, 3차원 모형(100)에 투사될 영상의 렌더링을 제어한다.

또한, 제어부(540)는 높낮이 변경처리부(520)에서의 3차원 모형(100)에 투사될 영상과 3차원 모형(100)의 현재 위치 분석, 분석결과에 따른 3차원 모형(100)의 높낮이 변경 판단, 3차원 모형(100)의 높낮이 변경지점 및 높이 결정, 높낮이 변경지점의 높이 변경을 위한 구동제어신호 생성과 높낮이 변경모듈(600)로의 출력을 제어한다.

도 3은 상술한 도 1의 높낮이 변경모듈(600)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 높낮이 변경모듈(600)은, 제 1 레일(610), 제 2 레일(620), 제 1 구동부(630), 제 2 구동부(640), 제 3 구동부(650) 등으로 구성된다.

제 1 레일(610)은 테이블(200)의 하단부에 간격을 두고 평행하게 배치된다.

제 2 레일(620)은 제 1 레일(610) 사이에 배치된다.

제 1 구동부(630)는 제 1 레일(610)과 제 2 레일(620)의 연결 부분에 구비되어 제 2 레일(620)을 제 1 레일(610)을 따라 이동시킨다.

제 2 구동부(640)는 제 2 레일(620) 상에 구비되어 제 3 구동부(650)를 제 2 레일(620)을 따라 이동시킨다.

제 3 구동부(650)는 제 2 구동부(640)와 고무판(210)의 저면 사이에 구비되고, 제 2 구동부(640)의 구동을 토대로 제 2 레일(620)을 따라 이동되며, 제어 컴퓨터(500)로부터 입력되는 구동제어신호를 토대로 고무판(210)의 상부에 구비된 3차원 모형(100)의 높낮이 변경을 위해 승강된다.

즉 제 1 구동부(630) 및 제 2 구동부(640)는 제 3 구동부(650)가 3차원 모형(100)의 높낮이 변경지점의 X축, Y축 좌표로 이동되도록 구동하고, 제 3 구동부(650)는 3차원 모형(100)의 높낮이 변경을 위한 Z축 좌표가 변경되도록 구동하는 것이다.

이때 제 1 구동부(630)와 제 2 구동부(640)는 리니어 모터를 포함하여 구성할 수 있으며, 제 3 구동부(650)는 리니어 액추에이터를 포함하여 구성할 수 있다.

다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축방법의 일 실시예를 도 4 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다. 이때 본 발명의 방법에 따른 각 단계는 사용 환경이나 당업자에 의해 순서가 변경될 수 있다.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.

우선, 제어 컴퓨터(500)는 장치의 구동이 이루어지면 3차원 모형(100)을 촬영하는 3차원 카메라(300)를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화하여 3차원 모형(100)에 영상을 투사하는 프로젝터(400)를 동기화한다(S100).

이를 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하면, 전원공급을 토대로 장치가 구동을 시작하면 제어 컴퓨터(500)는 3차원 모형(100)을 촬영하는 3차원 카메라(300)를 초기화한다(S110).

그리고 제어 컴퓨터(500)는 기 저장되어 있는 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화한다(S120).

OpenGL을 초기화할 때 제어 컴퓨터(500)는 시야각, 광축의 위치를 포함한 OpenGL의 내부 파라미터를 초기화한 후(S130), 3차원 카메라(300)로부터의 상대적 위치, 회전을 포함한 OpenGL의 외부 파라미터를 초기화한다(S140).

S100 단계를 통해 3차원 카메라(300) 및 OpenGL을 초기화한 이후, 제어 컴퓨터(500)는 3차원 카메라(300)로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스 데이터를 생성하고, 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라(300)와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정한다(S200).

이를 도 6을 참조하여 구체적으로 설명하면, 제어 컴퓨터(500)는 3차원 카메라(300)로부터 3차원 모형(100)을 촬영한 촬영 데이터를 수신하고(S210), S210 단계를 통해 수신한 3차원 카메라(300)의 촬영 데이터와 3차원 카메라(300)의 시야각, 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성한다(S220).

이후 제어 컴퓨터(500)는 S220 단계에서 생성된 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라(300)로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정한다(S230).

S200 단계를 통해 3차원 버텍스 데이터의 생성 및 렌더링될 색상/밝기를 결정한 이후, 제어 컴퓨터(500)는 3차원 카메라(300)에서 촬영한 촬영 데이터와 3차원 모형(100) 정보를 토대로 3차원 모형(100)에 투사될 영상과 3차원 모형(100)의 현재 위치가 일치되는지를 분석하고(S300), 분석 결과를 토대로 3차원 모형(100)의 높낮이를 변경시켜야 하는지를 판단한다(S400).

S400 단계의 판단결과 3차원 모형(100)의 높낮이 변경이 필요하면, 제어 컴퓨터(500)는 높낮이 변경지점 및 높이를 결정하고, 결정된 높낮이 변경지점 및 높이를 토대로 높낮이 변경모듈(600)의 구동을 제어하여 테이블(200)에 구비된 고무판(210) 승강을 통해 고무판(210) 상부에 구비된 3차원 모형(100)의 높낮이를 변경시킨다(S500).

이를 도 7을 참조하여 구체적으로 설명하면, S400 단계의 판단결과 3차원 모형(100)의 높낮이 변경이 필요하면, 제어 컴퓨터(500)는 3차원 모형(100)의 높낮이 변경지점 및 높이를 결정하고(S510), S510 단계에서 결정된 높낮이 변경지점 및 높이를 토대로 높낮이 변경모듈(600)을 구동하기 위한 구동제어신호를 생성한다(S520).

그리고 제어 컴퓨터(500)는 S520 단계에서 생성된 구동제어신호를 높낮이 변경모듈(600)로 출력하여 3차원 모형(100)의 높낮이 변경지점에서 테이블(200)에 구비된 고무판(210)을 승강시켜 고무판(210) 상부에 구비된 3차원 모형(100)의 높낮이를 변경시킨다(S530).

S500 단계를 통해 고무판(210) 상부에 구비된 3차원 모형(100)의 높낮이를 변경시킨 이후, 또는 S400 단계의 판단결과 3차원 모형(100)의 높낮이 변경이 필요하지 않으면, 제어 컴퓨터(500)는 S200 단계에서 결정된 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터(400)를 통해 3차원 모형(100)에 투사한다(S600).

이때 S600 단계에서 프로젝터(400)를 통해 영상이 투사되는 3차원 모형(100)은, 모래를 포함한 입상물로서 사용자의 조작에 따른 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 프로젝터를 통해 변화되는 영상이 투사될 수 있다.

마지막으로, 제어 컴퓨터(500)는 3차원 모형(100)에 투사중인 영상 컨텐츠가 종료될 때까지 S200 단계 이후를 반복 처리한다(S700).

이처럼, 본 발명은 증강현실로 3차원 모형에 구현되고 있는 영상의 진행상황에 따라 테이블에 위치한 3차원 모형의 형상이 자동으로 변화되어 입체감 있는 영상이 증강현실로 구현되기 때문에 사용자들이 직접 증강현실이 구현되는 3차원 모형을 변형하지 않고도 실제 지형이 융기하거나 하강하는 상황과 같이 정밀한 증강현실 환경을 구현할 수 있다.

여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 3차원 모형
200 : 테이블
210 : 고무판
300 : 3차원 카메라
400 : 프로젝터
500 : 제어 컴퓨터
510 : 영상 처리부
520 : 높낮이 변경처리부
530 : 데이터베이스
540 : 제어부
600 : 높낮이 변경모듈
610 : 제 1 레일
620 : 제 2 레일
630 : 제 1 구동부
640 : 제 2 구동부
650 : 제 3 구동부

Claims

3차원 모형,
상부가 개방되어 있고, 하부에 수용공간이 형성되되 상기 수용공간 상부에 고무판이 구비되며, 상기 고무판 상부에 상기 3차원 모형이 수납되는 테이블,
상기 테이블에 수납된 상기 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라,
상기 3차원 모형에 사전에 설정되어 있는 영상을 투사하는 프로젝터,
장치 구동시 상기 3차원 카메라를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL(Open Graphics Library)을 초기화하여 상기 프로젝터와 동기화하고, 상기 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스(vertex) 데이터를 생성한 후 상기 3차원 버텍스 데이터와 상기 3차원 카메라와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하고, 상기 3차원 카메라에서 촬영한 촬영 데이터와 상기 3차원 모형 정보를 토대로 상기 3차원 모형에 투사될 영상과 상기 3차원 모형의 현재 위치가 일치되는지를 분석하여 상기 3차원 모형의 높낮이를 변경시켜야 하는지를 판단하고, 판단결과 상기 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하면 높낮이 변경지점 및 높이를 결정한 후 결정된 높낮이 변경지점 및 높이를 토대로 상기 3차원 모형의 높낮이 변경을 제어함과 동시에 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 상기 프로젝터를 통해 상기 3차원 모형에 투사하도록 제어하며, 판단결과 상기 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하지 않으면 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 상기 프로젝터를 통해 상기 3차원 모형에 투사하도록 제어하는 제어 컴퓨터, 그리고
상기 테이블의 하부 수용공간에 구비되며, 상기 제어 컴퓨터의 제어를 토대로 상기 3차원 모형의 높낮이 변경지점에서 상기 테이블에 구비된 상기 고무판을 승강시켜 상기 고무판 상부에 구비된 상기 3차원 모형의 높낮이를 변경시키는 높낮이 변경모듈
을 포함하는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 컴퓨터는,
상기 3차원 카메라 및 OpenGL 초기화를 처리하고, 상기 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터와 상기 3차원 카메라의 시야각, 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성하고, 생성된 상기 3차원 버텍스 데이터와 상기 3차원 카메라로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하며, 렌더링될 색상 및 밝기정보를 토대로 상기 3차원 모형에 투사될 영상을 렌더링하여 상기 프로젝터로 출력하는 영상 처리부,
상기 테이블에 구비된 상기 고무판 상부에 수납되는 상기 3차원 모형에 대한 정보, 상기 프로젝터를 통해 상기 3차원 모형에 투사되는 다수 개의 영상 컨텐츠, 상기 높낮이 변경모듈의 구동프로그램 정보를 저장하고 있는 데이터베이스,
상기 3차원 카메라에서 촬영한 촬영 데이터와 상기 데이터베이스에 저장된 3차원 모형 정보를 토대로 상기 3차원 모형에 투사될 영상과 상기 3차원 모형의 현재 위치가 오차범위 이내에서 일치되는지를 분석하고, 분석결과를 토대로 상기 3차원 모형의 높낮이를 변경시켜야 하는지를 판단하고, 상기 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하면 상기 데이터베이스에 저장된 상기 3차원 모형 정보를 토대로 높낮이 변경지점 및 높이를 결정한 후 결정된 높낮이 변경지점의 높이 변경을 위한 구동제어신호를 생성하며, 생성된 구동제어신호를 상기 높낮이 변경모듈로 출력하여 상기 3차원 모형의 높낮이 변경지점에서 상기 고무판을 승강시켜 상기 3차원 모형의 높낮이를 변경시키는 높낮이 변경처리부, 그리고
상기 영상 처리부에서의 상기 3차원 카메라 및 OpenGL 초기화 처리, 상기 3차원 카메라로 촬영한 촬영 데이터를 토대로 한 3차원 버텍스 데이터 생성, 3차원 버텍스 데이터를 토대로 한 렌더링될 색상 및 밝기의 결정, 상기 3차원 모형에 투사될 영상의 렌더링을 제어하며, 상기 높낮이 변경처리부에서의 상기 3차원 모형에 투사될 영상과 상기 3차원 모형의 현재 위치 분석, 분석결과에 따른 상기 3차원 모형의 높낮이 변경 판단, 상기 3차원 모형의 높낮이 변경지점 및 높이 결정, 높낮이 변경지점의 높이 변경을 위한 구동제어신호 생성과 상기 높낮이 변경모듈로의 출력을 제어하는 제어부
를 포함하는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치.
제 1 항에 있어서,
상기 3차원 모형은,
모래를 포함한 입상물로서 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 상기 프로젝터를 통해 변화되는 영상이 투사되는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 컴퓨터에서 수행하는 OpenGL 초기화는,
시야각(field of view), 광축의 위치를 포함한 내부 파라미터, 및 3차원 카메라로부터의 상대적 위치, 회전을 포함한 외부 파라미터의 초기화를 토대로 상기 프로젝터와 동기화하는 것임을 특징으로 하는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치.
제 1 항에 있어서,
상기 높낮이 변경모듈은,
상기 테이블의 하단부에 간격을 두고 평행하게 배치되는 제 1 레일,
상기 제 1 레일 사이에 배치되는 제 2 레일,
상기 제 1 레일과 상기 제 2 레일의 연결 부분에 구비되어 상기 제 2 레일을 상기 제 1 레일을 따라 이동시키는 제 1 구동부,
상기 제 2 레일 상에 구비되는 제 2 구동부, 그리고
상기 제 2 구동부와 상기 고무판의 저면 사이에 구비되고 상기 제 2 구동부의 구동을 토대로 상기 제 2 레일을 따라 이동되며, 상기 고무판 상부에 구비된 상기 3차원 모형의 높낮이 변경을 위해 승강되는 제 3 구동부
를 포함하는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축장치.
(1) 제어 컴퓨터는, 장치의 구동이 이루어지면 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL(Open Graphics Library)을 초기화하여 상기 3차원 모형에 영상을 투사하는 프로젝터를 동기화하는 단계,
(2) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스 데이터를 생성하고, 상기 3차원 버텍스 데이터와 상기 3차원 카메라와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하는 단계,
(3) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 3차원 카메라에서 촬영한 촬영 데이터와 상기 3차원 모형 정보를 토대로 상기 3차원 모형에 투사될 영상과 상기 3차원 모형의 현재 위치가 일치되는지를 분석하여 상기 3차원 모형의 높낮이를 변경시켜야 하는지를 판단하는 단계,
(4) 상기 (3) 단계의 판단결과 상기 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하면, 상기 제어 컴퓨터는 높낮이 변경지점 및 높이를 결정한 후 결정된 높낮이 변경지점 및 높이를 토대로 상기 높낮이 변경모듈을 구동시켜 테이블에 구비된 고무판 승강을 통해 상기 고무판 상부에 구비된 상기 3차원 모형의 높낮이를 변경함과 동시에 상기 (2) 단계에서 결정된 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 상기 프로젝터를 통해 상기 3차원 모형에 투사하는 단계,
(5) 상기 (3) 단계의 판단결과 상기 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하지 않으면, 상기 제어 컴퓨터는 상기 (2) 단계에서 결정된 렌더링될 색상 및 밝기에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 상기 프로젝터를 통해 상기 3차원 모형에 투사하는 단계, 그리고
(6) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 3차원 모형에 투사중인 영상 컨텐츠가 종료될 때까지 상기 (2) 단계 이후를 반복 처리하는 단계
를 포함하는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축방법.
제 6 항에 있어서,
상기 (1) 단계는,
(1-1) 장치가 구동되면, 상기 제어 컴퓨터는 상기 3차원 모형을 촬영하는 상기 3차원 카메라를 초기화하는 단계,
(1-2) 상기 제어 컴퓨터는, 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화하는 단계,
(1-3) 상기 제어 컴퓨터는, 시야각(field of view), 광축의 위치를 포함한 OpenGL의 내부 파라미터를 초기화하는 단계, 그리고
(1-4) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 3차원 카메라로부터의 상대적 위치, 회전을 포함한 OpenGL의 외부 파라미터를 초기화하는 단계
를 포함하는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축방법.
제 6 항에 있어서,
상기 (2) 단계는,
(2-1) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 3차원 카메라로부터 상기 3차원 모형을 촬영한 촬영 데이터를 수신하는 단계,
(2-2) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 (2-1) 단계를 통해 수신한 상기 3차원 카메라의 촬영 데이터와 상기 3차원 카메라의 시야각, 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성하는 단계, 그리고
(2-3) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 (2-2) 단계에서 생성된 상기 3차원 버텍스 데이터와 상기 3차원 카메라로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하는 단계
를 포함하는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축방법.
제 6 항에 있어서,
상기 (4) 단계는,
(4-1) 상기 (3) 단계의 판단결과 상기 3차원 모형의 높낮이 변경이 필요하면, 상기 제어 컴퓨터는 상기 3차원 모형의 높낮이 변경지점 및 높이를 결정하는 단계,
(4-2) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 (4-1) 단계에서 결정된 높낮이 변경지점 및 높이를 토대로 상기 높낮이 변경모듈을 구동하기 위한 구동제어신호를 생성하는 단계,
(4-3) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 (4-2) 단계에서 생성된 구동제어신호를 상기 높낮이 변경모듈로 출력하여 상기 3차원 모형의 높낮이 변경지점에서 상기 테이블에 구비된 상기 고무판을 승강시켜 상기 고무판 상부에 구비된 상기 3차원 모형의 높낮이를 변경시키는 단계, 그리고
(4-4) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 (2) 단계에서 결정된 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 상기 프로젝터를 통해 상기 3차원 모형에 투사하는 단계
를 포함하는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축방법.
제 6 항에 있어서,
상기 (4) 단계 또는 상기 (5) 단계에서 상기 프로젝터를 통해 영상이 투사되는 상기 3차원 모형은,
모래를 포함한 입상물로서 사용자의 조작에 따른 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 상기 프로젝터를 통해 변화되는 영상이 투사되는 증강현실 구현을 위한 입체형상 구축방법.