KR20220077014A - 가상현실(vr) 기술 기반의 360도 돔 영상관 상영 방법 - Google Patents

가상현실(vr) 기술 기반의 360도 돔 영상관 상영 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 돔 스크린용 영상 프로젝션 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 프로젝션 대상이 되는 영상을 돔 스크린에 맞게 역와핑(Reverse Warping)하고 그 와핑된 영상 간의 중첩 부분을 엣지 블렌딩 알고리즘으로 돔 스크린에 프로젝션함으로써, VR 360 영상을 돔 스크린을 통해 용이하게 프로젝션할 수 있으며 더 나아가 사용자에게 현실감을 증대시킬 수 있게 하는, 가상현실(VR) 기술을 이용한 돔 스크린용 영상 프로젝션 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 가상현실 영상을 돔영상관에 투영하는 방법은 360도 가상현실 영상 정보를 수신하는 단계, 상기 360 가상현실 동영상의 다수의 프로젝션에 분할하여 칼리브레이션하는 단계, 상기 칼리브레이션 된 다수의 프로젝션 영상을 돔 영상관의 스크린에 마스킹과 역와핑 처리하여 매칭하는 단계, 분할된 6개 영상을 엣지블랜딩 소프트웨어를 이용하여 돔영상관에 1개의 영상으로 프로젝션하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가상현실(VR) 기술 기반의 360도 돔 영상관 상영 방법{360-degree dome screening method based on virtual reality technology}
본 발명은 360도 가상현실(VR) 영상을 실제 돔 영상관의 스크린에 프로젝션하여 자연스러운 돔 영상을 구현하기 위해 와핑(Warpping), 마스킹(Masking), 엣지블렌딩(edge blending) 알고리즘을 이용하여 칼리브레이션(calibration)하는 방법에 관한 것이다.
360도 가상현실 영상은 가상 현실(virtual reality, VR) 시스템을 제공하기 위해 필요한, 동시에 모든 방향(360도)으로 캡처되거나 재생되는 가상현실 영상 내지 이미지 콘텐츠를 의미할 수 있다. 예를 들어 360도 가상현실 영상은 3차원 구형면 (Spherical surface) 상에 나타내어질 수 있다. 360도 가상현실 영상은 하나 이상의 카메라를 통하여 복수개의 시점 각 각에 대한 이미지 또는 가상현실 영상이 캡처되고, 이 캡처된 복수개의 이미지/가상현실 영상들을 연결하여 하나의 파노라마 이미지/가상현실 영상 또는 구형의 동영상으로 만들어 프로젝션하고, 프로젝션된 동영상을 돔영상관에 다수의 프로젝터를 통하여 돔스크린에 프로젝션되어 시청할 수 있다.360도 가상현실 영상을 돔 영상관에서 상영하기 위해서는 6대 이상의 프로젝터에 영상을 나누어 돔스크린에서 1개의 영상으로 구현해야 되는데 이를 위해서는 6개 영상의 영역 구분과 와핑(Warpping), 마스킹(Masking), 엣지블렌딩(edge blending)을 통한 영상 과정이 수행되어야만 된다.
따라서 상기와 같은 종래 기술은 3차원 영상(콘텐츠)을 돔 스크린에 맞게 획득해서 프로젝션하거나 입력 영상을 돔 스크린에 맞게 왜곡 없이 프로젝션함에 따라 사용자에게 몰임감, 임장감 및 현실감을 제공하기 곤란하다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.
따라서 본 발명은 프로젝션 대상이 되는 영상을 돔 스크린에 맞게 역와핑(Reverse Warping)하고 그 역와핑된 영상 간의 중첩 부분이 엣지 블랜딩(Edge Blending)하여 돔 스크린에 프로젝션함으로써, 3차원 영상을 돔 스크린을 통해 평면 영상과 같이 용이하게 프로젝션할 수 있으며 더 나아가 사용자에게 현실감을 증대시킬 수 있게 하는, 돔 스크린용 영상 프로젝션 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들 은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 프로젝션 대상이 되는 영상을 돔 스크린에 맞게 역와핑하고 그 역와핑된 영상을 돔 스크린에 프로젝션하는 것을 특징으로 한다.
더욱 구체적으로, 본 발명은, 영상 프로젝션 장치에 있어서, 프로젝션 대상이 되는 입력 영상으로부터 돔 스크린의 곡률 값을 이용하여 역와핑(Reverse Warping)하기 위한 영상 처리 수단; 및 상기 와핑한 영상 간의 중첩 부분을 서로 직교시켜 상기 돔 스크린에 각각 프로젝션하기 위한 영상 프로젝션 수단을 포함한다.
또한, 본 발명은, 영상 프로젝션 방법에 있어서, 프로젝션 대상이 되는 360도 가상현실 입력 영상으로부터 프로젝션용 영상 획득 단계; 상기 획득한 영상을 돔 스크린의 곡률 값을 이용하여 역와핑(Reverse Warping) 하는 영상 처리 단계; 및 상기 와핑한 영상 간의 중첩 부분을 서로 직교시켜 상기 돔 스크린에 각각 프로젝션하는 영상 프로젝션 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 영상 장치로부터 입력된 영상을 돔 스크린에 맞게 와핑하고 그 와핑된 영상 간의 중첩 부분을 서로 직교시켜 돔 스크린에 프로젝션함으로써, 3차원 입체 영상을 돔 스크린을 통해 용이하게 프로젝션할 수 있으며, 더 나아가 사용자의 현실감을 증대시킬 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 일반적인 카메라 또는 컴퓨터 그래픽에 의해 만들어진 3차원 입체 영상을 비롯한 2차원 영상을 프로젝션 렌즈 및 돔 스크린의 특성에 맞게 와핑시킴으로써, 사용자가 돔 극장에서 편안한 자세로 3차원 입 체 영상을 관찰할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 360도 돔 영상 제공을 위한 전체 아키텍처를 도시한 도면이다.
도 2는 360도 돔 영상 제공을 위한 역와핑 가이드 이미지를 매핑하는 방법을 도시한 도면이다.
도 3는 360도 돔 영상 제공을 위한 "360Dome Server"프로그램에서 매핑 이미지를 조정하기 위한 기능을 도시한 도면이다.
본 발명에서 설명되는 도면상의 각 구성들은 서로 다른 특징적인 기능들에 관한 설명의 편의를 위해 독립적으로 도시된 것으로서, 각 구성들이 서로 별개의 하드웨어나 별개의 소프트웨어로 구현된다는 것을 의미하지는 않는다. 예컨대, 각 구성 중 두 개 이상의 구성이 합쳐져 하나의 구성을 이룰 수도 있고, 하나의 구성이 복 수의 구성으로 나뉘어질 수도 있다. 각 구성이 통합 및/또는 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상 의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성 요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 명세서에서 동영상(picture)은 일반적으로 특정 시간대의 하나의 영상을 나타내는 단위를 의미 한다.
도 1은 본 발명에 따른 360도 돔 영상 제공을 위한 전체 아키텍처를 도시한 도면이다.
본 발명은 사용자에게 가상현실 (Virtual Reality, VR)기술을 이용하여 360 돔 영상관에 콘텐츠를 제공하는 방안을 제안한다. VR이란 실제 또는 가상의 환경을 복제(replicates) 하기 위한 기술 내지는 그 환경을 의미할 수 있다. VR은 인공적으로 사용자에게 감각적 경험을 제공하며, 이를 통해 사용자는 360도 돔 영상관에서 VR환경과 동일하거나 더욱더 임장감있게 영상을 경험을 할 수 있다.
360 콘텐츠는 VR을 구현, 제공하기 위한 콘텐츠 전반을 의미하며, 360도 가상현실 영상 및/또는 360 오디오를 포함할 수 있다. 360도 가상현실 영상은 VR을 제공하기 위해 필요한, 동시에 모든 방향(360도)으로 캡처되거나 재생되는 비디오 내지 이미지 콘텐츠를 의미할 수 있다. 이하, 360도 가상현실 영상이라 함은 360도 가상현실 영상을 의미할 수 있다. 360도 가상현실 영상은 3D 모델에 따라 다양한 형태의 3D 공간 상에 나타내어지는 가상현실 영상 내지 이미지를 의미할 수 있으며, 예를 들어 360도 가상현실 영상은 구형면(spherical surface) 상에 나타내어질 수 있다. 360 오디오 역시 VR을 제공하기 위한 오디오 콘텐츠로서, 음향 발생지가 3차원의 특정 공간상에 위치하는 것으로 인지될 수 있는, 공간적 (Spatial) 오디오 콘텐츠를 의미할 수 있다. 360 콘텐츠는 생성, 처리되어 사용자들로 전송될 수 있으며, 사용 자들은 360 콘텐츠를 이용하여 VR 경험을 소비할 수 있다.
본 발명은 특히 360도 가상현실 영상을 효과적으로 제공하는 방안을 제안한다. 360도 가상현실 영상을 제공하기 위하여, 먼저 하나 이상의 카메라를 통해 360도 가상현실 영상이 제작될 수 있다. 제작된 360도 가상현실 영상은 일련의 과정을 거쳐 전송되고, 수신측에서는 수신된 데이터를 다시 원래의 360도 가상현실 영상으로 가공하여 렌더링할 수 있다. 이를 통해 360도 가상현실 영상이 사용자에게 제공될 수 있다.
구체적으로 360도 가상현실 영상 제공을 위한 전체의 과정은 제작 과정(process), 준비 과정, 전송 과정, 프로세싱 과정, 렌더링 과정 및/또는 피드백 과정을 포함할 수 있다.
제작 과정은 하나 이상의 카메라를 통하여 복수개의 시점 각각에 대한 이미지 또는 가상현실 영상을 촬영하는 과정을 의미할 수 있다. 제작 과정에 의해 도시된 도 1의 (110)360도 카메라로 촬영한 영상 데이터를 의미한다. 도 1의(120)은 unity 3D 라는 3D 게임 저작 프로그램에서 가상의 반구형 돔 스크린을 생성해서 360VR 영상을 매핑한 후 역와핑 알고리즘으로 일반 동영상으로 렌더링하는 과정을 의미한다.
제작된 이미지/가상현실 영상은 이 준비 과정에서, 스티칭 과정, 프로젝션 과정 및 인코딩 과정 등을 수반한다.
먼저 각각의 이미지/가상현실 영상이 스티칭(Stitching) 과정을 거칠 수 있다. 스티칭 과정은 각각의 캡처된 이미지/비디오들을 연결하여 하나의 파노라마 이미지/가상현실 영상 또는 구형의 이미지/가상현실 영상을 만드는 과정일 수 있다.
이 후, 스티칭된 이미지/가상현실 영상은 프로젝션(Projection) 과정을 거칠 수 있다. 프로젝션 과정에서, 스티칭된 이 미지/가상현실 영상은 2D 이미지 상에 프로젝션될 수 있다. 이 2D 이미지는 문맥에 따라 2D 이미지 프레임 또는 프로젝션된 동영상(projected picture)로 불릴 수도 있다. 2D 이미지로 프로젝션하는 것을 2D 이미지로 맵핑한다고 표현할 수도 있다. 프로젝션된 이미지/가상현실 영상 데이터는 도시된 도 1의 (120)과 같은 2D 이미지/동영상의 형태가 될 수 있다.
프로세싱 과정은 수신한 데이터를 디코딩하고, 프로젝션되어 있는 이미지/가상현실 영상 데이터를 3D 모델상에 리-프로젝션(Re-projection) 하는 과정을 의미할 수 있다. 이 과정에서 2D 이미지들 상에 프로젝션되어 있는 가상현실 영상 데이터가 3D 공간 상으로 리-프로젝션될 수 있다. 이 과정을 문맥에 따라 맵핑, 프로젝션이라고 부를 수도 있다.
렌더링 과정은 3D 공간상에 리-프로젝션된 이미지/가상현실 영상 데이터를 렌더링하고 디스플레이하는 과정을 의미할 수 있다. 표현에 따라 리-프로젝션과 렌더링을 합쳐 3D 모델 상에 렌더링 한다고 표현할 수도 있다. Unity에서 역와핑된 이미지/동영상은 도시된 도 2의 (400)과 같은 형태이다. 도시된 도 2의 (410)은 구형(Sphere)의 돔 영상관 스크린에 프로젝션된 경우이다. 또한 사용자는 VR 디바이스(헤드셋, HMD)를 통하여 렌더링된 이미지/동영상을 볼 수 있다. 이 때 사용자가 보게 되는 영역은 도시된 도 1의 (310)과 같은 형태이다.
도 1의 (100)은 인코딩 장치 및 디코딩 장치에서의 360도 가상현실 영상의 처리 과정을 예시적으로 나타낸다. 도 1의 (110)은 360도 카메라로 촬영된 360도 영상 데이터의 의미한다. 도 1의 (120)는 Unity 프로그램에서 3D 게임 방식으로 제작된 영상 데이터를 따라서 Unity 프로그램 가상공간에서 반원구를 생성하여 매핑한 영상을 의미한다. 이를 일반 영상으로 렌더링하면 도 2의 (400)과 같이 역와핑된 이미지 또는 동영상으로 출력된다. 상기 역와핑 영상 파일을 "360Dome Server"로 임포트(210)하여 각 각의 "360Dome Player"가 설치된 PC로 실시간 전송된 후 PC에 연결된 다수(3대 이하)의 프로젝터로 프로젝션 된다. 다수의 프로젝션된 매핑 가이드 이미지를 Geometric Pojection Calibration 과정 통해 실제 돔영상관의 스크린에 정합 시킨다. 상기 정합 과정을 거친 후 "360Dome Server"의 "Masking(230)", "Warping(240)", "Blending(250)" 기능을 이용하여 가이드 매핑 이미지(도 2의 410)를 다수의 프로젝션을 통해 하나의 영상으로 돔 스크린에 프로젝션한다. 상기 "360Dome Server"프로그램의 기능들은 도 3의 와핑(Wapping) 기능(500), 엣지블랜딩(Edge Blending) 기능(510), 마스킹(Masking) 기능(520)을 통해 사용자가 Geometric Pojection Calibration 과정을 수행하여 최종 돔 스크린에 정합하여 돔 영상 매핑을 완성한다.
상술한 실시예에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계 들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다.
본 발명에서 실시 기능들은 "360Dome Server"와 "360Dome Player"소프트웨어로 구현된다.
100 : 360 VR 영상 렌더링 모듈부 110 : 360도 카메라 촬영 소스 120 : Unity 3D 프로그램을 이용한 동영상 렌더링(역와핑 기법)
200 : 360 VR동영상 제어부
210 : '360DomeServer'프로그램에서 동영상 파일 임포트
220 : 'Geometric Pojection Calibration'기법을 이용한 돔 스크린 매칭 컨트롤
230 : '360DomePlayer'프로그램에서 '마스킹' 기능을 이용한 영상
240 : '360DomePlayer'프로그램에서 '와핑' 기능을 이용한 영상 조정
250 : '360DomePlayer'프로그램에서 '엣지블렌딩' 기능을 이용한 영상 조정
260 : '360DomePlayer'프로그램에서 최종 영상 디코딩
270 : '360DomePlayer'프로그램에서 최종 영상 플레이
280 : '360DomePlayer'프로그램에서 최종 다수 프로젝터로 영상 전송
300 : 360 VR동영상 출력부
310 : VR헤드셋 또는 HMD에 최종 영상 디스플레이
320 : 360 돔 영상관에 최종 영상 디스플레이
400 : 역와핑 매핑 가이드 이미지 예시 도면
410 : 돔 스크린에 매핑된 가이드 이미지 예시 도면
500 : '360DomeServer'프로그램의 와핑(Wapping) 기능 예시
510 : '360DomeServer'프로그램의 엣지블랜딩(Edge Blending) 기능 예시
520 : '360DomeServer'프로그램의 마스킹(Masking) 기능 예시

Claims (2)

  1. Unity 3D 프로그램에서 3D 반원구형 돔 모델에 매핑한 영상을 역와핑(Reverse Warping) 방식으로 한 렌더링 후 "360domServer"프로그램에서 임포트(Import)하여 360DomePlayer"가 설치된 다수의 PC로 실시간 송출하여 1프레임 단위로 싱크(Sync)가 가능하게 하나의 영상으로 매핑하여 상영하는 방법
  2. "360domServer"프로그램을 이용하여 돔 스크린에 다수의 프로젝션 영상을 투사하여 1개의 돔영상으로 칼리브레이션(calibration)할 수 있게 와핑(Warpping), 마스킹(Masking), 엣지블렌딩(edge blending) 기능을 이용하여 돔 스크린에 매핑하여 하나의 완성된 영상으로 조정하는 방법.
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