KR20210070747A - 가상 공간을 생성하기 위한 모바일 단말 및 방법과 시스템 - Google Patents

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KR20210070747A
KR20210070747A KR1020190160849A KR20190160849A KR20210070747A KR 20210070747 A KR20210070747 A KR 20210070747A KR 1020190160849 A KR1020190160849 A KR 1020190160849A KR 20190160849 A KR20190160849 A KR 20190160849A KR 20210070747 A KR20210070747 A KR 20210070747A
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박종경
이주철
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주식회사 케이티
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Abstract

모바일 환경에서 실내의 물리적 공간에 대응하는 가상 공간을 손쉽고 정교하게 생성할 수 있는 모바일 단말 및 방법과 시스템이 개시된다. 일 실시예에 따른 물리적 공간에 대응하는 가상 공간을 생성하는 모바일 단말은, 상기 물리적 공간을 촬영하는 카메라부; 상기 카메라부에서 촬영된 영상에 가상 다면체를 생성하는 다면체 생성부; 상기 영상 내에서 상기 가상 다면체의 방향 및 크기를 조절하여 상기 물리적 공간에 피팅시키는 피팅부; 및 상기 물리적 공간에 피팅된 상기 가상 다면체를 이용하여 가상 공간을 생성하는 가상 공간 생성부를 포함한다.

Description

가상 공간을 생성하기 위한 모바일 단말 및 방법과 시스템{MOBILE TERMINAL, METHOD AND SYSTEM FOR GENERATING VIRTUAL SPACE}
본 발명은 모바일 환경에서 가상 공간을 생성하는 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 모바일 환경에서 물리적 공간에 대응하는 가상 공간을 생성하기 위한 모바일 단말 및 방법과 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 증강 현실(AR:Augment Reality) 서비스를 위한 가상 공간을 생성하기 위해서는 Lidar와 같은 센서를 이용해 물리적인 실내 공간 자체를 오랜 시간 동안 스캔하는 방법이나, 모델링을 통해 기 설계된 모델을 물리적인 실내 공간에 정합해 가상 공간을 생성한다. 전자의 경우, 고가의 장비를 사용해야 하며, 스캔 과정에서 오랜 시간이 소모되고, 후자의 경우 물리적인 실내 공간과 동일한 3차원 모델을 설계하는 수작업 과정이 동반된다.
모바일 단말 기반의 공간 분석 방법으로 구글의 ARCore나 애플의 ARKit 등이 있다. 그러나 이러한 기술은 바닥이나 테이블 등의 단순 평면을 인식하는 것으로 룸(Room) 등을 인식하여 가상 공간을 생성하기에는 한계가 있다. 즉, 사물(object) 크기나 테이블 정도 범위에서 증강 현실을 구현하기에는 적합하지만 실내(indoor)와 같이 룸 스케일의 물리적 공간을 분석하고 가상 공간을 생성하기에는 사용자 편의성 측면 및 공간 구축 과정에서 한계가 있다. 그 구체적인 이유는 다음과 같다.
첫째로, 실내 공간을 구성하는 각 평면을 인지하기 위한 특징점 수집 과정에서 사용자는 특징을 가지고 있는 평면을 모바일 단말에 장착된 카메라로 일정 시간 이상 움직이며 촬영해야 한다. 그래야, 평면을 생성하기에 충분한 특징점을 수집할 수 있다. 이와 같은 방식으로 실내 공간을 구성하는 각 평면별로 모든 특징을 인식해야 하므로 가상 공간 생성에 오랜 시간이 걸리거나, 비교적 큰 실내 공간은 이미지 해상도로 인해 충분한 특징 수집이 어렵다.
둘째로, 모바일 단말로 평면 정보를 수집하는 과정에서 인식된 평면이 실내 공간을 구성하는 바닥, 벽면이 아닌 경우 이를 유효한 평면인지 아닌지 판단하는 기준이 모호하다.
셋째로, 모바일 단말로 평면을 인식하였다 하더라도 다수의 특징점들에 아웃라이어 혹은 노이즈가 심한 경우에는 실제 공간과 다르게 가상 공간의 평면이 구성되어 가상 공간 자체가 틀어지는(misalign) 결과를 초래할 수 있으며, 노이즈 및 아웃라이어 제거에도 많은 시간과 노력이 소모된다.
이와 같은 한계점을 갖는 방법으로 가상 공간을 구축하여 가상 현실 서비스를 제공할 경우, 가상 객체와 실제 공간 간의 인터랙션, 몰입감, 현실감이 떨어진다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 모바일 환경에서 실내의 물리적 공간에 대응하는 가상 공간을 손쉽고 정교하게 생성할 수 있는 모바일 단말 및 방법과 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
일 실시예에 따른 물리적 공간에 대응하는 가상 공간을 생성하는 모바일 단말은, 상기 물리적 공간을 촬영하는 카메라부; 상기 카메라부에서 촬영된 영상에 가상 다면체를 생성하는 다면체 생성부; 상기 영상 내에서 상기 가상 다면체의 방향 및 크기를 조절하여 상기 물리적 공간에 피팅시키는 피팅부; 및 상기 물리적 공간에 피팅된 상기 가상 다면체를 이용하여 가상 공간을 생성하는 가상 공간 생성부를 포함한다.
상기 피팅부는, 상기 영상 내에서 특징점을 이용하여 평면을 인식하고, 인식된 평면 중 어느 한 수평 평면에 상기 가상 다면체의 어느 한 수평 평면을 피팅시킨 후, 나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시킬 수 있다.
상기 피팅부는, 사용자의 선택 순서에 따라 상기 나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시킬 수 있다.
상기 장치는, 상기 영상 내에서 수직 평면의 일부분이 불완전 인식될 경우, 해당 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 면을 연장하여 연장 공간을 생성하고, 연장 공간 내에 일정한 간격으로 피커 UI(User Interface)를 표시하며, 사용자로부터 선택된 피커 UI까지 상기 가상 다면체를 확장하는 확장부를 더 포함할 수 있다.
상기 확장부는, 상기 연장 공간 내의 특징점들 중에서 상기 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 면의 모서리로부터 가장 먼 거리의 특징점까지 상기 피커 UI를 일정한 거리로 표시할 수 있다.
상기 다면체 생성부는, 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿 중 하나를 사용자로부터 선택받을 수 있다.
일 실시예에 따른 모바일 단말에서 물리적 공간에 대응하는 가상 공간을 생성하는 방법은, 상기 물리적 공간을 촬영하는 단계; 촬영된 영상에 가상 다면체를 생성하는 단계; 상기 영상 내에서 상기 가상 다면체의 방향 및 크기를 조절하여 상기 물리적 공간에 피팅시키는 단계; 및 상기 물리적 공간에 피팅된 상기 가상 다면체를 이용하여 가상 공간을 생성하는 단계를 포함한다.
상기 피팅시키는 단계는, 상기 영상 내에서 특징점을 이용하여 평면을 인식하는 단계; 인식된 평면 중 어느 한 수평 평면에 상기 가상 다면체의 어느 한 수평 면을 피팅시키는 단계; 및 나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시키는 단계를 포함한다.
상기 나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시키는 단계는, 사용자의 선택 순서에 따라 상기 나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시킬 수 있다.
상기 방법은, 상기 영상 내에서 수직 평면의 일부분이 불완전 인식될 경우, 해당 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 면을 연장하여 연장 공간을 생성하는 단계; 연장 공간 내에 일정한 간격으로 피커 UI(User Interface)를 표시하는 단계; 및 사용자로부터 선택된 피커 UI까지 상기 가상 다면체를 확장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 피커 UI를 표시하는 단계는, 상기 연장 공간 내의 특징점들 중에서 상기 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 면의 모서리로부터 가장 먼 거리의 특징점까지 상기 피커 UI를 일정한 거리로 표시할 수 있다.
상기 가상 다면체를 생성하는 단계는, 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿 중 하나를 사용자로부터 선택받을 수 있다.
일 실시예에 따른 물리적 공간에 대응하는 가상 공간을 생성하는 시스템은, 상기 물리적 공간을 촬영한 영상에 사용자에 의해 선택된 가상 다면체를 생성하고 상기 영상 내에서 상기 가상 다면체의 방향 및 크기를 조절하여 상기 물리적 공간에 피팅시킨 후 상기 가상 다면체를 이용하여 가상 공간을 생성하는 모바일 단말; 및 템플릿 저장부에서 사용자에 의해 선택될 수 있는 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿을 검색하여 상기 모바일 단말로 전송하고, 상기 모바일 단말로부터 상기 가상 공간의 형상 정보를 수신하여 상기 템플릿 저장부에 추가하는 서비스 서버를 포함한다.
상기 서비스 서버는, 복수의 모바일 단말로부터 수신된 상기 물리적 공간에 대한 복수의 가상 공간의 형상 정보 및 특징점 정보를 공간 정보 저장부에 저장하고 상기 물리적 공간에 대한 가상 공간을 재구성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 물리적 공간을 스캔하거나 미리 모델링하는 과정 없이 가상 다면체 구조를 이용하여 쉽고 빠르게 룸 스케일의 가상 공간을 생성할 수 있다. 특히, 가상 다면체 구조를 이용함으로써 고성능 연산 장치가 없는 모바일 환경에서도 가상 공간을 생성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 복수의 모바일 단말에서 생성된 가상 공간의 정보를 서버에서 수집하여 누적하고 정교화함으로써 모바일 환경에서 생성된 가상 공간의 부족한 점을 보완하고 몰입감 있는 가상 현실 서비스를 제공할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 단말의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 내에서 물리적 공간에 가상 다면체를 피팅하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 다면체의 측면을 연장하여 연장 공간을 생성한 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 다면체에서 연장된 연장 공간 내에 피커 UI를 표시한 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 단말에서 물리적 공간에 대한 가상 공간을 생성하는 방법을 설명하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 공간을 생성하는 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 시스템에서 가상 공간을 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 단말의 구성을 나타낸 도면이다. 모바일 단말은, 이동 중 통신이 가능한 기기로서, 메모리, 메모리 제어기, 하나 이상의 프로세서(CPU), 주변 인터페이스, 입출력(I/O) 서브시스템, 디스플레이 장치, 입력 장치 및 통신 회로를 포함한다. 이러한 구성요소는 하나 이상의 통신 버스 또는 신호선을 통하여 통신한다. 여러 구성요소는 하나 이상의 신호 처리 및/또는 애플리케이션 전용 집적 회로(application specific integrated circuit)를 포함하여, 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어 둘의 조합으로 구현될 수 있다.
메모리는 고속 랜덤 액세스 메모리를 포함할 수 있고, 또한 하나 이상의 자기 디스크 저장 장치, 플래시 메모리 장치와 같은 불휘발성 메모리, 또는 다른 불휘발성 반도체 메모리 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 메모리는 하나 이상의 프로세서로부터 멀리 떨어져 위치하는 저장 장치, 예를 들어 통신 회로와, 인터넷, 인트라넷, LAN(Local Area Network), WLAN(Wide LAN), SAN(Storage Area Network) 등, 또는 이들의 적절한 조합과 같은 통신 네트워크(도시하지 않음)를 통하여 액세스되는 네트워크 부착형(attached) 저장 장치를 더 포함할 수 있다. 프로세서 및 주변 인터페이스와 같은 모바일 단말의 다른 구성요소에 의한 메모리로의 액세스는 메모리 제어기에 의하여 제어될 수 있다.
주변 인터페이스는 모바일 단말의 입출력 주변 장치를 프로세서 및 메모리와 연결한다. 하나 이상의 프로세서는 다양한 소프트웨어 프로그램 및/또는 메모리에 저장되어 있는 명령어 세트를 실행하여 모바일 단말을 위한 여러 기능을 수행하고 데이터를 처리한다. 일부 실시예에서, 주변 인터페이스, 프로세서 및 메모리 제어기는 칩과 같은 단일 칩 상에서 구현될 수 있다. 다른 실시예에서, 이들은 별개의 칩으로 구현될 수 있다.
I/O 서브시스템은 디스플레이 장치, 입력 장치와 같은 모바일 단말의 입출력 주변장치와 주변 인터페이스 사이에 인터페이스를 제공한다.
디스플레이 장치는 LCD(liquid crystal display) 기술 또는 LPD(light emitting polymer display) 기술, OLED 기술 등을 사용할 수 있고, 이러한 디스플레이 장치는 용량형, 저항형, 적외선형 등의 터치 디스플레이일 수 있다. 터치 디스플레이는 단말과 사용자 사이에 출력 인터페이스 및 입력 인터페이스를 제공한다. 터치 디스플레이는 사용자에게 시각적인 출력을 표시한다. 시각적 출력은 텍스트, 그래픽, 비디오와 이들의 조합을 포함할 수 있다. 시각적 출력의 일부 또는 전부는 사용자 인터페이스 대상에 대응할 수 있다. 터치 디스플레이는 사용자 입력을 수용하는 터치 감지면을 형성한다.
프로세서는 모바일 단말에 연관된 동작을 수행하고 명령어들을 수행하도록 구성된 프로세서로서, 예를 들어, 메모리로부터 검색된 명령어들을 이용하여, 모바일 단말의 컴포넌트 간의 입력 및 출력 데이터의 수신과 조작을 제어할 수 있다.
일부 실시예에서, 소프트웨어 구성요소는 운영 체제, 그래픽 모듈(명령어 세트) 및, 어플리케이션(명령어 세트)가 메모리에 탑재(설치)된다. 운영 체제는, 예를 들어, 다윈(Darwin), RTXC, LINUX, UNIX, OS X, WINDOWS 또는 VxWorks, 안드로이드 등과 같은 내장 운영체제일 수 있고, 일반적인 시스템 태스크(task)(예를 들어, 메모리 관리, 저장 장치 제어, 전력 관리 등)를 제어 및 관리하는 다양한 소프트웨어 구성요소 및/또는 장치를 포함하고, 다양한 하드웨어와 소프트웨어 구성요소 사이의 통신을 촉진시킨다. 그래픽 모듈은 디스플레이 장치 상에 그래픽을 제공하고 표시하기 위한 주지의 여러 소프트웨어 구성요소를 포함한다. "그래픽(graphics)"이란 용어는 텍스트, 웹 페이지, 아이콘(예컨대, 소프트 키를 포함하는 사용자 인터페이스 대상), 디지털 이미지, 비디오, 애니메이션 등을 제한 없이 포함하여, 사용자에게 표시될 수 있는 모든 대상을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모바일 단말(100)은 카메라부(110), 다면체 생성부(120), 피팅부(130), 확장부(140) 및 가상 공간 생성부(150)를 포함할 수 있고, 이들은 프로그램으로 구현되어 메모리에 저장되고 프로세서에 의해 실행될 수 있고, 또는 상술한 하드웨어 및 소프트웨어의 조합으로 구현될 수 있다.
카메라부(110)는, 모바일 단말(100)에 구비된 카메라로 물리적 공간을 촬영한다. 카메라는 단일 카메라일 수 있고, 또는 듀얼 카메라 또는 그 이상의 카메라를 포함할 수 있다.
다면체 생성부(120)는, 상기 카메라부(110)에서 촬영된 영상에 가상 다면체를 생성한다. 메모리에 형상이 다른 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿이 저장되고, 다면체 생성부(120)는, 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿을 디스플레이 장치에 표시하고, 그 중 사용자로부터 하나를 선택받을 수 있다. 또는 다면체 생성부(120)는, 온라인 상의 서버로부터 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿을 수신하고 그 중 사용자로부터 하나를 선택받을 수 있다. 또는, 다면체 생성부(120)는, 상기 영상에서 특징점들을 검출하고 특징점들을 이용하여 평면들을 인식하고 인식된 평면에 기초하여 가상 다면체를 생성할 수 있다. 평면 인식은 소실점 분석 등의 공지된 기술을 이용할 수 있다.
피팅부(130)는, 상기 영상 내에서 상기 가상 다면체의 방향 및 크기를 조절하여 상기 물리적 공간에 피팅시킨다. 여기서 피팅(Fitting)은 영상 내 물리적 공간의 형상에 상기 가상 다면체의 형상을 일치시키는 것을 의미한다. 보다 구체적으로, 피팅부(130)는, 상기 영상 내에서 특징점을 이용하여 평면을 인식하고, 인식된 평면 중 어느 한 수평 평면에 상기 가상 다면체의 어느 한 수평 평면을 피팅시킨 후, 나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시킨다.
예를 들어, 피팅부(130)는, 영상 내의 바닥면에 가상 다면체의 바닥면을 위치시킨다. 이때 영상 내 물리적 공간과 가상 다면체는 바닥면만 일치할 뿐 물리적 공간의 벽면과 가상 다면체의 벽면의 방향과 크기는 불일치할 수 있고 또한 물리적 공간의 천장면과 가상 다면체의 윗면은 높이가 달라 불일치할 수 있다. 피팅부(130)는, 사용자가 영상 내에서 물리적 공간의 우측 벽면을 선택하면, 그 선택된 우측 벽면과 가장 가까운 가상 다면체의 우측면을 그 우측 벽면의 형상에 맞게 방향 및 크기를 조절하여 우측 벽면에 붙인다. 피팅부(130)는, 이와 같은 방식으로 사용자가 선택하는 물리적 공간의 각 평면에 대해 가상 다면체의 가장 가까운 면의 방향 및 크기를 조절하여 맞춤으로써 최종적으로 가상 다면체를 영상 내 물리적 공간에 피팅시킨다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 내에서 물리적 공간에 가상 다면체를 피팅하는 과정을 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)는 가장 일반적인 육면체 형태의 가상 다면체를 나타낸다. 육면체 형태의 가상 다면체는, 예를 들어 1×1×1m를 기준으로 6개의 면으로 구성되고, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, Ptop은 위쪽면, Pbottom은 바닥면, Pleft는 왼쪽 벽면, Pright는 오른쪽 벽면, Pback은 뒷면, Pforward는 앞면을 나타낸다. 육면체의 바닥면의 중심을 3차원 직교 좌표계의 원점(0, 0, 0)으로 하여 X 축, Y 축, Z 축을 정의한다. 도 2의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 육면체의 바닥면을 영상 내의 물리적 공간의 바닥면(④)에 위치시켰을 때, 물리적 공간의 좌우 벽면과 천장면은 가상 다면체와 일치하지 않는다. 사용자가 물리적 공간의 우측 벽면(⑤)을 선택하면 이에 가장 가까운 가상 다면체의 우측면의 크기와 방향을 조절하여 물리적 공간의 우측 벽면에 일치시킨다. 이와 같은 방식으로 나머지 좌측 벽면(⑤')과 정면 벽면 그리고 천정면(⑥)에 대해 피팅을 한다. 피팅이 완료되면, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 영상 내의 물리적 공간은 가상 다면체로 채워진다.
가상 물체와 달리 물리적 공간은 수평 평면과 수직 평면이 가지는 특징이 다르다. 특히 수직 평면의 경우 패턴이 명확하지 않아 바닥이나 천장 등의 수평 평면에 비해 특징점이 적은 경우가 많다. 따라서, 영상 내의 물리적 공간에 가상 다면체를 피팅하는 과정에서 물리적 공간의 바닥면 및 천장면에 가상 다면체의 바닥면 및 윗면은 명확하게 피팅되는 반면, 물리적 공간의 벽면에 가상 다면체의 측면은 명확하게 피팅되지 않는다. 이 경우, 피팅부(130)는 물리적 공간의 벽면에 가상 다면체의 측면을 피팅할 때 명확하게 인식되는 벽면까지만 가상 다면체의 측면을 피팅한다. 즉 불완전하게 피팅을 한다. 예를 들어, 물리적 공간이 복도라면, 복도의 끝까지 가상 다면체를 피팅하지 않고 일정한 거리까지만 가상 다면체의 측면을 피팅한다.
이와 같이 영상 내에서 물리적 공간의 수직 명면의 일부분이 불완전 인식될 경우, 확장부(140)는, 물리적 공간의 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 측면을 연장하여 연장 공간을 생성하고, 연장 공간 내에 일정한 간격으로 적어도 하나 이상의 피커 UI(User Interface)를 표시하며, 사용자로부터 선택된 피커 UI까지 상기 가상 다면체를 확장한다. 바람직하게, 확장부(140)는, 상기 연장 공간 내의 특징점들 중에서 물리적 공간의 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 측면의 모서리로부터 가장 먼 거리의 특징점까지 상기 피커 UI를 일정한 거리로 표시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 다면체의 측면을 연장하여 연장 공간을 생성한 예를 나타낸다. 도 3에서 참조번호 310은 가상 다면체이고 참조번호 320은 가상 다면체(310)에서 연장된 연장 공간을 나타낸다. 영상 내의 물리적 공간에서 바닥면과 천장면을 가상 다면체(310)의 바닥면과 윗면을 피팅하고 물리적 공간에서 정상적으로 인식되는 벽면 부분만 가상 다면체(310)의 측면을 피팅한다. 그리고 가상 다면체(310)의 측면을 기준으로 그 측면과 평행하고 높이가 같은 연장 공간(320)을 도 3에 도시된 바와 같이 생성한다. 일반적으로 이러한 연장 공간(320)을 3D 프로그램에서 박스 콜라이더(Box Collider)라 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 다면체에서 연장된 연장 공간 내에 피커 UI를 표시한 예를 나타낸 도면이다. 확장부(140)는 연장 공간 내에 있는 특징점들을 찾고 그 찾아진 특징점들 중에서 연장 공간이 연결된 가상 다면체(310)의 측면 모서리로부터 거리가 가장 먼 특징점을 선별한다. 확장부(140)는, 가상 다면체(310)의 측면 모서리와 상기 가장 거리가 먼 특징점 사이에 일정한 간격, 예를 들어 1m 간격으로 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 피커 UI(410)를 표시하고, 그 중에서 하나를 사용자로부터 선택받는다. 확장부(140)는 그 선택된 피커 UI(410)까지 가상 다면체(310)를 연장한다.
가상 공간 생성부(150)는, 확장하지 않은 가상 다면체 또는 확장된 가상 다면체를 이용하여 가상 공간을 생성한다. 가상 공간 생성부(140)는, 가상 다면체의 면들을 렌더링하여 그래픽화함으로써 3D 가상 공간을 생성할 수 있다. 이 가상 공간에는 모바일 단말(100)의 위치 그리고 모바일 단말(100)의 카메라가 향하는 방향에 따라 가상 객체가 표시되고, 사용자와 상호 인터랙션할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모바일 단말에서 물리적 공간에 대한 가상 공간을 생성하는 방법을 설명하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 단계 S501에서, 모바일 단말(100)은, 모바일 단말(100)에 구비된 카메라로 물리적 공간을 촬영한다. 카메라는 단일 카메라일 수 있고, 또는 듀얼 카메라 또는 그 이상의 카메라를 포함할 수 있다.
단계 S502에서, 모바일 단말(100)은, 촬영된 영상에 가상 다면체를 생성한다. 메모리에 형상이 다른 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿이 저장되고, 모바일 단말(100)은, 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿을 디스플레이 장치에 표시하고, 그 중 사용자로부터 하나를 선택받을 수 있다. 또는 모바일 단말(100)은, 온라인 상의 서버로부터 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿을 수신하고 그 중 사용자로부터 하나를 선택받을 수 있다. 또는, 모바일 단말(100)은, 상기 영상에서 특징점들을 검출하고 특징점들을 이용하여 평면들을 인식하고 인식된 평면에 기초하여 가상 다면체를 생성할 수 있다. 평면 인식은 소실점 분석 등의 공지된 기술을 이용할 수 있다.
단계 S503에서, 모바일 단말(100)은, 상기 영상 내에서 상기 가상 다면체의 방향 및 크기를 조절하여 상기 물리적 공간에 피팅시킨다. 보다 구체적으로, 모바일 단말(100)은, 상기 영상 내에서 특징점을 이용하여 평면을 인식하고, 인식된 평면 중 어느 한 수평 평면에 상기 가상 다면체의 어느 한 수평 평면을 피팅시킨 후, 나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시킨다.
예를 들어, 모바일 단말(100)은, 영상 내의 바닥면에 가상 다면체의 바닥면을 위치시킨다. 모바일 단말(100)은, 사용자가 영상 내에서 물리적 공간의 어느 한 벽면을 선택하면, 그 선택된 벽면과 가장 가까운 가상 다면체의 측면을 해당 벽면의 형상에 맞게 방향 및 크기를 조절하여 벽면에 붙인다. 모바일 단말(100)은, 이와 같은 방식으로 사용자가 선택하는 물리적 공간의 각 평면에 대해 가상 다면체의 가장 가까운 면의 방향 및 크기를 조절하여 맞춤으로써 최종적으로 가상 다면체를 영상 내 물리적 공간에 피팅시킨다.
단계 S503에서, 모바일 단말(100)은, 영상 내 물리적 공간에 가상 다면체를 피팅한 후 물리적 공간의 수직 평면이 불완전 인식되었는지 확인한다. 만약 물리적 공간의 수직 평면이 완전하게 인식되었다면, 단계 S508에서, 모바일 단말(100)은, 피팅된 가상 다면체를 이용하여 가상 공간을 생성한다.
물리적 공간의 수직 평면이 완전하게 인식되지 않았다면, 단계 S505에서, 모바일 단말(100)은, 물리적 공간의 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 측면을 연장하여 연장 공간을 생성한다. 단계 S506에서, 모바일 단말(100)은, 연장 공간 내에 일정한 간격으로 적어도 하나 이상의 피커 UI(User Interface)를 표시한다. 바람직하게, 모바일 단말(100)은, 상기 연장 공간 내의 특징점들 중에서 물리적 공간의 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 측면의 모서리로부터 가장 먼 거리의 특징점을 찾은 후 상기 측면 모서리와 상기 가장 먼 거리의 특징점 사이에 일정한 간격으로 피커 UI를 표시한다.
단계 S507에서, 모바일 단말(100)은, 영상 내에 일정한 간격으로 표시된 복수의 피커 UI 중 사용자가 특정 피커 UI를 선택하면, 그 선택된 피커 UI까지 가상 다면체를 확장한다. 그리고 단계 S508에서, 모바일 단말(100)은, 확장된 가상 다면체를 이용하여 가상 공간을 생성한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 공간을 생성하는 시스템을 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 시스템은 복수의 모바일 단말(100), 서비스 서버(600) 및 이들을 연결하는 통신망(690)을 포함한다. 여기서 통신망(690)은 이동통신망으로서, 예컨대 LTE 통신망, 5G 통신망 등을 포함하나 여기에 한정되는 것은 아니며 차세대 통신망을 포함할 수 있다.
모바일 단말(100)은 앞서 설명한 기능 및 동작을 포함한다. 본 실시예에서 각 모바일 단말(100)은 동일한 물리적 공간에 대해 각각 가상 공간을 생성할 수 있다. 다만 각 모바일 단말(100)은 동일한 물리적 공간에서 각각 위치는 서로 다를 수 있다. 모바일 단말(100)은 물리적 공간에 대해 가상 공간을 생성할 때 서비스 서버(600)로부터 형상이 다른 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿을 수신할 수 있고 이중에서 사용자로부터 하나의 가상 다면체를 선택받아 가상 공간을 생성하고 생성된 가상 공간의 정보를 서비스 서버(600)로 전송한다. 여기서 가상 공간의 정보는 형상 정보와 특징점 정보를 포함한다.
서비스 서버(600)는, 템플릿 전송부(610), 템플릿 저장부(620), 공간 정보 수신부(630), 공간 정보 저장부(640), 공간 정합부(650), AR 서비스부(670), AR 객체 저장부(660)를 포함한다. 이들 구성요소는 프로그램으로 구현되어 메모리에 저장되어 프로세서에 의해 실행될 수 있고, 또는 하드웨어와 소프트웨어로 구현될 수 있다. 저장부(620, 640, 660)는 데이터베이스 형태로 구현될 수 있다. 서비스 서버(600)는 5G 네트워크의 엣지(edge) 클라우드 서버일 수 있다.
템플릿 전송부(610)는, 템플릿 저장부(620)에 저장된 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿을 모바일 단말(100)로 전송한다. 템플릿 전송부(610)는, 모바일 단말(100)로부터 수신된 키워드에 따라 가상 다면체의 템플릿을 검색하여 제공할 수 있다.
공간 정보 수신부(630)는, 복수의 모바일 단말(100)로부터 물리적 공간에 대해 생성된 가상 공간의 정보를 수신한다. 가상 공간의 정보는 형상 정보, 특징점 정보 및 텍스쳐(texture) 정보를 포함할 수 있다. 공간 정보 수신부(630)는 각 모바일 단말(100)로부터 수신된 가상 공간의 정보 중 형상 정보는 템플릿 저장부(620)에 저장하고, 형상 정보와 특징점 정보 및 텍스쳐 정보를 공간 정보 저장부(640)에 저장한다. 가상 공간을 생성하는 사용자가 늘어날수록 지속적으로 가상 공간의 템플릿은 템플릿 저장부(620)에 누적되고 다양한 가상 다면체가 모바일 단말(100)로 지원된다.
공간 정합부(650)는 공간 정보 저장부(640)에 저장된 복수의 가상 공간의 정보를 이용하여 동일한 물리적 공간에 대한 가상 공간의 정보를 확인하고 확인된 가상 공간의 정보를 정합하고 정교화하여 3차원 가상 공간을 재구성하고 공간 정보 저장부(640)에 저장한다. 공간 정합부(650)는 가상 공간의 정보 중 특징점 정보를 이용하여 동일한 물리적 공간에 대한 가상 공간의 정보를 확인한다. 특징점들의 거리가 특정 임계치 이하인 경우 동일한 물리적 공간에 대한 가상 공간의 정보로 판단된다. 동일한 물리적 공간에 대해 가상 공간을 생성한 사용자가 늘어날수록 가상 공간은 더욱 정교화된다.
공간 정합부(650)는 3차원 가상 공간을 재구성하는 과정에서 노이즈 및 아웃라이어를 제거하고 홀(hole) 등의 빈 공간을 복원하며, 부분 기하 모델 정렬(registration) 등의 작업을 수행하고, 또한 모바일 단말(100)의 카메라로부터 획득되어 얻어진 샘플 텍스쳐를 기반으로 기하 모델의 이미지 맵을 구성하는 텍스쳐링 과정을 수행할 수 있다.
AR 서비스부(670)는, 공간 정보 저장부(640)에 저장된 3차원 가상 공간을 모바일 단말(100)로 전송하고 또한 모바일 단말(100)의 위치 및 카메라의 방향을 기초로 AR 객체 저장부(660)에서 AR 객체를 검색하여 모바일 단말(100)의 3차원 가상 공간에 제공한다. AR 객체는 예를 들어 가구나 물건 또는 가상의 객체를 포함할 수 있다. 모바일 단말(100)의 위치는 모바일 단말(100)에 포함되는 센서, 예를 들어 관성 센서나, 가속도 센서, 또는 자이로 센서 등의 데이터를 이용하여 모바일 단말(100)의 위치 및 카메라의 방향을 추정할 수 있다.
도 7은 도 6의 시스템에서 가상 공간을 생성하는 방법을 설명하는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 단계 S701에서, 모바일 단말(100)은 카메라로 물리적 공간을 촬영하고 촬영 영상에 가상 다면체를 생성하기 위해 서비스 서버(600)로 가상 다면체의 템플릿을 요청한다. 서비스 서버(600)는 템플릿 저장부(620)에 저장된 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿을 모바일 단말(100)로 전송한다.
단계 S702에서, 모바일 단말(100)은 서비스 서버(600)로부터 수신된 복수의 가상 공간의 템플릿 중 상기 촬영 영상 내에 생성할 가상 다면체를 사용자로부터 선택받는다. 단계 S703에서, 모바일 단말(100)은 사용자로부터 선택된 가상 다면체를 이용하여 물리적 공간에 대응하는 가상 공간을 생성한다. 구체적인 가상 공간의 생성 방법은 앞서 설명한 바와 같다.
단계 S704에서, 모바일 단말(100)은 생성된 가상 공간의 정보를 서비스 서버(600)로 전송한다. 가상 공간의 정보는 형상 정보, 특징점 정보, 텍스쳐 정보를 포함할 수 있다. 단계 S705에서, 서비스 서버(600)는 모바일 단말(100)로부터 수신된 가상 공간의 정보 중 형상 정보는 가상 다면체의 템플릿으로서 템플릿 저장부(620)에 추가한다.
또한, 단계 S706에서, 서비스 서버(600)는, 모바일 단말(100)로부터 수신된 가상 공간의 정보를 공간 정보 저장부(640)에 저장하여 동일한 물리적 공간에 대한 가상 공간의 정보를 갱신한다. 동일한 물리적 공간에 대해 가상 공간을 생성한 사용자가 늘어날수록 공간 정보 저장부(640)에 가상 공간의 정보는 누적된다. 단계 S706에서, 서비스 서버(600)는, 동일한 물리적 공간에 대해 누적된 가상 공간의 정보를 이용하여 가상 공간을 정교화하여 3차원 가상 공간을 재구성한다. 서비스 서버(600)는, 3차원 공간을 재구성하는 과정에서 노이즈 및 아웃라이어를 제거하고 홀(hole) 등의 빈 공간을 복원하며, 부분 기하 모델 정렬(registration) 등의 작업을 수행하고, 또한 모바일 단말(100)의 카메라로부터 획득되어 얻어진 샘플 텍스쳐를 기반으로 기하 모델의 이미지 맵을 구성하는 텍스쳐링 과정을 수행할 수 있다.
이와 같이 특정 물리적 공간에 대한 3차원 가상 공간이 재구성되면, 서비스 서버(600)는 해당 물리적 공간에 위치하는 모바일 단말(100)로 상기 3차원 가상 공간을 제공하고, 또한 AR 객체 저장부(660)에 저장된 AR 객체를 검색하여 모바일 단말(100)에 표시된 3차원 가상 공간에 제공한다. 따라서, 모바일 단말(100)은 정교화된 가상 공간에서 증강 현실 서비스를 이용할 수 있다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로, 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 환경에서 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 상술한 실시예에서 다양한 시스템 구성요소의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 프로그램 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품 또는 멀티플 소프트웨어 제품에 패키지로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(시디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100 : 모바일 단말
110 : 카메라부
120 : 다면체 생성부
130 : 피팅부
140 : 확장부
150 : 가상 공간 생성부
600 : 서비스 서버
610 : 템플릿 전송부
620 : 템플릿 저장부
630 : 공간 정보 수신부
640 : 공간 정보 저장부
650 : 공간 정합부
660 : AR 객체 저장부
670 : AR 서비스부

Claims (14)

  1. 물리적 공간에 대응하는 가상 공간을 생성하는 모바일 단말에 있어서,
    상기 물리적 공간을 촬영하는 카메라부;
    상기 카메라부에서 촬영된 영상에 가상 다면체를 생성하는 다면체 생성부;
    상기 영상 내에서 상기 가상 다면체의 방향 및 크기를 조절하여 상기 물리적 공간에 피팅시키는 피팅부; 및
    상기 물리적 공간에 피팅된 상기 가상 다면체를 이용하여 가상 공간을 생성하는 가상 공간 생성부를 포함하는 모바일 단말.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피팅부는,
    상기 영상 내에서 특징점을 이용하여 평면을 인식하고, 인식된 평면 중 어느 한 수평 평면에 상기 가상 다면체의 어느 한 수평 평면을 피팅시킨 후, 나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시키는 것을 특징으로 하는 모바일 단말.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 피팅부는,
    사용자의 선택 순서에 따라 상기 나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시키는 것을 특징으로 하는 모바일 단말.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 영상 내에서 수직 평면의 일부분이 불완전 인식될 경우, 해당 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 면을 연장하여 연장 공간을 생성하고, 연장 공간 내에 일정한 간격으로 피커 UI(User Interface)를 표시하며, 사용자로부터 선택된 피커 UI까지 상기 가상 다면체를 확장하는 확장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모바일 단말.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 확장부는,
    상기 연장 공간 내의 특징점들 중에서 상기 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 면의 모서리로부터 가장 먼 거리의 특징점까지 상기 피커 UI를 일정한 거리로 표시하는 것을 특징으로 하는 모바일 단말.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다면체 생성부는,
    복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿 중 하나를 사용자로부터 선택받는 것을 특징으로 하는 모바일 단말.
  7. 모바일 단말에서 물리적 공간에 대응하는 가상 공간을 생성하는 방법으로서,
    상기 물리적 공간을 촬영하는 단계;
    촬영된 영상에 가상 다면체를 생성하는 단계;
    상기 영상 내에서 상기 가상 다면체의 방향 및 크기를 조절하여 상기 물리적 공간에 피팅시키는 단계; 및
    상기 물리적 공간에 피팅된 상기 가상 다면체를 이용하여 가상 공간을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 피팅시키는 단계는,
    상기 영상 내에서 특징점을 이용하여 평면을 인식하는 단계;
    인식된 평면 중 어느 한 수평 평면에 상기 가상 다면체의 어느 한 수평 면을 피팅시키는 단계; 및
    나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시키는 단계는,
    사용자의 선택 순서에 따라 상기 나머지 각 평면마다 거리가 가장 가까운 상기 가상 다면체의 면을 피팅시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 영상 내에서 수직 평면의 일부분이 불완전 인식될 경우, 해당 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 면을 연장하여 연장 공간을 생성하는 단계;
    연장 공간 내에 일정한 간격으로 피커 UI(User Interface)를 표시하는 단계; 및
    사용자로부터 선택된 피커 UI까지 상기 가상 다면체를 확장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 피커 UI를 표시하는 단계는,
    상기 연장 공간 내의 특징점들 중에서 상기 수직 평면의 정상 인식된 부분에 대응하는 가상 다면체의 면의 모서리로부터 가장 먼 거리의 특징점까지 상기 피커 UI를 일정한 거리로 표시하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 가상 다면체를 생성하는 단계는,
    복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿 중 하나를 사용자로부터 선택받는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 물리적 공간에 대응하는 가상 공간을 생성하는 시스템에 있어서,
    상기 물리적 공간을 촬영한 영상에 사용자에 의해 선택된 가상 다면체를 생성하고 상기 영상 내에서 상기 가상 다면체의 방향 및 크기를 조절하여 상기 물리적 공간에 피팅시킨 후 상기 가상 다면체를 이용하여 가상 공간을 생성하는 모바일 단말; 및
    템플릿 저장부에서 사용자에 의해 선택될 수 있는 복수의 종류의 가상 다면체의 템플릿을 검색하여 상기 모바일 단말로 전송하고, 상기 모바일 단말로부터 상기 가상 공간의 형상 정보를 수신하여 상기 템플릿 저장부에 추가하는 서비스 서버를 포함하는 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 서비스 서버는,
    복수의 모바일 단말로부터 수신된 상기 물리적 공간에 대한 복수의 가상 공간의 형상 정보 및 특징점 정보를 공간 정보 저장부에 저장하고 상기 물리적 공간에 대한 가상 공간을 재구성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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