A Bridge Technique of Heterogeneous Smart Platform supporting Social Immersive Game

소셜 실감 게임을 위한 이기종 스마트 플랫폼 브릿지 기술

Abstract

Recently, the concept of mobile content service has changed from providing unilaterally contents for single-device to providing same contents for multi-device. This service should be able to provide diverse contents for multi-devices without platform and specification of multi-device. In this study, we propose a bridge technique of heterogeneous smart platform supporting social immersive game. It is possible to access social immersive game by using a multi-platform bridge. To achieve this, we explain techniques of device connection and data transmission between heterogeneous devices using server-client structure and UPnP. It provides an immersive game environment for multi-user, which is able to play in a public place using big screen.

1. 서 론

본 연구에서는 다중 디바이스 환경에서 여러 유형의 플랫폼을 가지는 다중 기기를 활용하여 실감 게임 콘텐츠에 접근할 수 있도록 한다. 즉, 실감 게임 콘텐츠를 통하여 다중 사용자가 협력하거나 동시에 여러 콘텐츠를 공유하도록 해야 한다.

그러나 이기종 간의 콘텐츠를 공유하는 연구가 부족하며[1,2], 특히 공공장소에서 다중 참여자가 동시에 접근하는 연구와 기술은 아직 기초 단계이다[3,4].

본 논문에서는 다중 디바이스 사이에서 각 장치의 특성과 속성에 따라 자연스럽게 실감 콘텐츠를 공유하도록 한다. 이를 위해 여러 유형의 플랫폼과 특성을 가진 장치 사이를 연결하도록 하여야 함은 물론 소셜 상호작용을 통하여 공공장소에서 여러 사용자가 동시에 실감 콘텐츠에 ‘참여’하여 콘텐츠를 공유하도록 게임 서비스에 활용 하는 기술을 개발한다.

이는 소셜 실감 게임을 위한 이기종 스마트 플랫폼 브릿지 기술로 다중 디바이스를 가진 사용자 간에 자연스럽게 상호작용이 가능하여 공공장소에 있는 대형화면을 이용한 다중 참여형 실시간 게임 환경이 지원된다.

제 2절에서는 이기종 스마트 플랫폼 브릿지 기술에 대해 간단히 소개한다. 제 3절에서는 UPnP[5] 및 C/S구조를 이용하여 각 디바이스의 발견 및 연동 그리고 정보 전송 및 콘텐츠 공유 기술에 대하여 기술한다. 제 4절에서는 이를 활용하여 실감 게임 콘텐츠에 적용하는 방안을 설명한다. 제 5절에서는 개발 결과 및 평가, 제 6절에 결론이 있다.

 

2. 이기종 스마트 플랫폼 브릿지 기술

최근 서로 다른 플랫폼을 가진 스마트 기기는 많이 출시되고 있으며, 단일 기기에서 일방적으로 제공되던 콘텐츠 서비스에서 다중 기기에서의 동일 콘텐츠를 제공하는 개념으로 발전하고 있다. 이를 위해서는 소프트웨어나 하드웨어 등이 다른 환경의 운영체계(OS)에서 공통으로 사용되는 시스템이 필요한데 이를 크로스 플랫폼(Cross Platform)이라 한다. 국내외 업체와 통신사들이 각각 다른 스마트 플랫폼을 채택하며 사용함으로 인해 개발자들은 각각의 스마트 플랫폼의 특징에 맞춰 콘텐츠를 개발하거나 변화를 해야 한다. 하지만 이런 작업은 많은 시간과 비용이 소모되기 때문에 플랫폼의 제한 없이 여러 복수 환경에서 콘텐츠 서비스를 제공하는 것이 크로스 플랫폼이다. 또한 현재 연구되어지고 있는 크로스 플랫폼 기술은 대부분 웹 기반 플랫폼으로, 인터넷이 가능한 환경이어야 하며, 자연적으로 인터넷 상태에 따라 사용자 이용 환경에 영향을 끼친다. 또한 오프라인 앱에서 로컬 스토리지 데이터 동기화 문제 등 몇가지 문제점을 가진다.

그림 1은 웹 기반 크로스 플랫폼의 예이다.

Fig. 1.Cross-Platform (Spaceport)

따라서 본 논문에서는 UPnP와 C/S를 활용한 크로스 플랫폼인 이기종 스마트 (멀티) 플랫폼 브릿지 기술을 제안한다. UPnP를 활용하면 인터넷이 없이도 오프라인에서 자동접속 가능하며, 사용자 디바이스에 내장되어 있는 하드웨어 및 센서를 활용할 수 있어 멀티모달 인터랙션이 지원된다. 또한 이기종 스마트 플랫폼 브릿지 기술은 다중 디바이스 환경에서 각 기기 특성의 차이를 고려하여 동일한 콘텐츠에 실시간 접근이 가능하며, 사용자 간 상호작용을 통해 콘텐츠를 공유하는 목적을 가진다. 그림 2와 같이 공공장소에서 다양한 플랫폼의 스마트 기기를 가진 다수의 사용자가 대형 화면의 콘텐츠나 파사드를 대상으로 게임에 참여하거나 콘텐츠를 공유할 수 있다.

Fig. 2.Immersive Game Environment for Multiplex Participation to Public Space.

이기종 스마트 플랫폼 브릿지 기술은 기본적으로 통신 프로토콜 이용하여 여러 가지 다중 플랫폼을 지원하며 그림 3과 같이 각 디바이스 플랫폼에 상관없이 같은 서비스를 제공한다. 이를 통해 여러 형태의 콘텐츠 지원이 가능하다. 예를 들어 사용자들이 게임에 참여시 입력 하는 모든 정보가 실시간으로 공공화면에 동시에 나타날 수 있다. 기기 수에 상관없이 많은 사람이 참여 할 수 있어 이러한 상호작용 환경은 사용자 간 소셜 관계에 영향을 줄 수 있다.

Fig. 3.Overview of Platform Bridge Technology.

본 연구에서는 UPnP와 C/S를 활용하여 각 디바이스의 연결 및 정보 전송 그리고 콘텐츠를 공유하는 기술과 실감 콘텐츠에 접근하는 인터랙션 방안을 연구한다. 이를 위해 다중 사용자가 참여하고 콘텐츠를 공유할 수 있는 실감 게임 콘텐츠를 적용한다.

 

3. UPnP와 C/S를 활용한 플랫폼 브릿지 기술

여러 사람이 참여하고 소셜 콘텐츠를 공유할 수 있도록 하기 위해서는 이기종 플랫폼 간 연결이 필요하다. 본 절에서는 UPnP를 이용한 주변 기기 자동탐색 기술과 클라이언트와 서버 구축을 통해 탐색된 기기 간 연결 과정을 기술한다.

3.1 UPnP를 이용한 주변 기기탐색

UPnP(Universal Plug and Play)란 로컬 네트워크에서 호스트의 위치나 장치의 사용을 허가하는 서비스로 여러 기기나 장치들을 네트워크에 접속시켰을시, 인터넷과 웹 프로토콜을 이용하여 서로를 자동으로 인식할 수 있도록 해준다. UPnP의 경우 실내의 로컬 네트워크 환경에서 자동으로 스마트 및 정보기기를 탐색하기 때문에 인터넷이 필요 없으며[5], 사용자 등록을 통해 이용 가능한 다른 디바이스가 자동으로 검색된다. 즉, 사용자의 디바이스 기기를 네트워크에 추가했을 시 그 장치는 스스로 구성을 완료하며, 손쉽게 추가 설치 및 운용할 수 있는 환경을 지원함으로서 사용자의 편의를 제공한다. UPnP 프로토콜 구조는 그림 4와 같다.

Fig. 4.UPnP Protocol Stack.

‧ 게임 UPnP 서비스 모듈 구축

먼저 UPnP가 가능한 게임을 지원하기 위해서는 게임 서비스 모듈을 구축하여야 한다. 이를 통해 게임 서비스는 HTTP 방식으로 다른 디바이스의 사용자에게 서비스 ID를 알려줄 수 있으며, 디바이스를 구별할 수 있다.

‧ UPnP 디바이스 구축

게임 서비스가 가능한 UPnP 디바이스는 디바이스 속성 정보와 게임 서비스를 포함한다. 디바이스의 속성 정보는 디바이스 유형, 서버식별 ID, 플랫폼 정보, 스크린 정보 그 외에도 여러 가지 부가적인 정보가 포함되어있다.

‧ UPnP 디바이스 자동 발견

모든 디바이스는 광고/수신방식으로 자신의 존재를 다른 디바이스에게 알릴 수 있으며, UPnP를 통해 다른 디바이스의 존재를 검색할 수 있다. 이는 그림 5와 같다.

Fig. 5.Auto-detecting Devices using UPnP.

‧ UPnP 디바이스 사용자 등록

사용자는 UPnP 디바이스에 자신의 ID를 등록하고, 등록된 사용자 이름을 통해 디바이스 간 검색이 가능하다. 그림 6은 UPnP 디바이스 사용자 등록 및 UPnP 디바이스 자동 발견 화면이다.

Fig. 6.UPnP Devices User Registration.

로컬 네트워크 환경에서 UPnP는 주변에 있는 디바이스를 자동 발견하므로 디바이스 간 연결 및 정보를 공유 할 수 있어 사용자에게 편리를 제공한다.

3.2. C/S를 이용한 기기 간 연결 및 정보전송

UPnP가 지원되지 않는 실외환경에서는 클라이언트와 서버 방식으로 기기 연결 및 다중 사용자 간 콘텐츠 공유 그리고 실시간 게임 정보 전송이 이루어진다. 서버를 통해 게임 가능한 디바이스가 검색되며 공공장소에서 대형화면을 대상으로 하는 게임 환경을 구성할 수 있다.

UPnP가 로컬 네트워크 환경에서 다른 디바이스를 자동 발견하고 검색하기 위한 단계라면, 서버 및 클라이언트 구축을 통해서는 디바이스 연결은 물론 다중 사용자 간 콘텐츠 공유 및 연동 그리고 실시간 게임 정보 전송이 이루어진다. 클라이언트 및 서버의 구조는 그림 7과 같다.

Fig. 7.C/S System Architecture.

서버는 다음과 같이 6개의 모듈로 구성된다.

‧User Manager : 사용자와 관련된 정보를 관리한다. 예를 들어 사용자 ID, 사용자 가진 디바이스 정보 등이 있다.

‧Content Manager : 게임 콘텐츠를 관리하는 모듈이다. 게임 관련한 모든 정보를 저장 하며 실시간 동기화 한다.

‧Interaction Manager : 클라이언트에서 일어나는 모든 Interaction Event를 관리하며 공용 디스플레이에 재생된다.

‧Device Manager : 디바이스 관련된 서비스 및 정보 관리하는 모듈로 디바이스의 IP주소, 사용자 ID, 디바이스의 속성을 저장한다.

‧ UPnP : UPnP 프로토콜 지원하는 모듈이다.

‧ Connector: 클라이언트 기기와 연동되는 모듈이다.

클라이언트 경우 총 7개의 모듈로 구성된다.

‧ Adaption Manager : 클라이언트 디바이스의 특성에 따라 콘텐츠를 변환하는 모듈로 사용자 디바이스 환경에 맞게 콘텐츠 변환이 이루어져 편리성을 증대한다.

‧Motion Manager : 멀티모션 지원모듈로 여러 가지 모션을 지원하며 디바이스의 특성에 맞게끔 모션을 제공한다.

‧Content Manager : 게임 콘텐츠 관리하는 모듈로 사용자가 제어하는 콘텐츠 변화를 기록하며 게임 결과를 계산한다.

‧ Interaction Manager: 사용자 Interaction Event를 관리하는 모듈로 사용자의 Interaction 정보를 기록하여 서버에 전송한다.

‧Device Manager : 디바이스 관련된 서비스 및 정보 관리 모듈로 클라이언트 디바이스의 속성 및 특성을 검색하여 공유한다.

‧UPnP : UPnP 프로토콜 지원을 위해 설치된 모듈이다.

‧ Connector: 서버와 연동되는 모듈이다.

클라이언트는 UPnP 기능을 생성함과 동시에 서버에 접속된다. UPnP가 가능한 환경에서는 UPnP를 통해 게임 가능한 타 디바이스가 자동 검색된다면, UPnP가 지원되지 않는 환경에서는 서버를 통해 게임 가능한 디바이스가 자동 검색된다. 서버와 클라이언트 간 정보전송 과정은 그림 8과 같다. 각각의 이벤트 발생에 대한 데이터 흐름도이다. 먼저 UPnP 프로토콜을 통해 주변에 있는 클라이언트 디바이스 및 서버 검색을 시도한다.

Fig. 8.Sequence Diagram for C/S Information Transmission.

이때 로컬 네트워크 환경에서는 UPnP가 이용되며, 그 외 실외 환경에서는 서버를 통해 디바이스가 검색되고 게임을 시작할 수 있다. 사용자는 자동 검색된 디바이스 중 선택한 클라이언트와 연동되고 이와 동시에 서버에 자동 접속된다. 클라이언트 접속 결과화면은 그림 9와 같다.

Fig. 9.Result Screen of Client Access.

게임 진행 과정에서 일어나는 모든 이벤트는 서버에 전송되고, 서버에서는 전송받은 이벤트를 동시에 재생한다. 즉 클라이언트에서 일어난 모든 이벤트를 처리하고 다른 클라이언트 기기에 해당 이벤트를 전송한다. 본 연구에서는 안드로이드, ios, 윈도우 플랫폼 기반 디바이스를 대상으로 연구를 진행하였다.

 

4. 실감 게임 콘텐츠 적용

본 연구에서는 디바이스 발견 및 연동, 제어 기술에 게임 콘텐츠를 연동하여 이기종 크로스 플랫폼이 가능한 게임 환경을 구현하였다. 다양한 플랫폼 지원 및 연동 기술을 통해 다수의 사용자가 참여 가능하며, 실시간으로 게임 콘텐츠를 공유할 수 있어 사용자 상황에 따른 UI 환경을 제공한다.

본 절에서는 게임 콘텐츠 제작 및 멀티 플랫폼 연동, 사용자 디바이스 환경에서 게임 콘텐츠에 접근하는 인터랙션 방안을 설명한다. UPnP 및 C/S 구조를 적용한 게임 시스템 개념도는 그림 10과 같다.

Fig. 10.Overview of Game System.

본 연구에서는 테스트 과정에서 ios와 안드로이드 플랫폼 기반의 스마트 디바이스로 실험하였으며, 서버와 공용 디스플레이 컴퓨팅 환경은 윈도우 기반 플랫폼에서 진행하였다. 또한 게임 콘텐츠는 양궁 게임을 적용하여 실감적인 게임 경쟁 환경이 가능하도록 실험하였다.

각각의 디바이스에서는 사용자가 발생한 이벤트 정보를 서로 공유한다. 따라서 사용자가 컨트롤하는 게임 콘텐츠는 공용 디스플레이 화면에서 공유되며, 사용자 간 협업 및 경쟁 시스템이 가능하다. 게임에 참여하지 않는 제 3의 관전자들 또한 공용 디스플레이 화면을 통해 게임을 관전할 수 있다.

사용자 디바이스의 인터랙션 환경과 게임 콘텐츠 연동 과정은 다음과 같다.

‧ 사용자 터치를 통한 인터랙션 설계

게임에 참여하는 사용자는 자신의 디바이스를 통해 접속하며, 주변 디바이스 자동 검색과정에서 상대방을 선택하거나 결정할 수도 있다. 사용자 디바이스 인터랙션 환경은 그림 11과 같다. 사용자 터치 인터랙션을 위한 디바이스 UI계층 구조로 3개의 레이어로 이루어져 있으며, 사용자의 터치행위에 따라 3D 콘텐츠를 제어한다.

Fig. 11.UI Hierarchy of Client Device.

‧ 게임 객체 3D 제작 및 게임엔진 연동

실감적인 게임 환경을 제공하기 위해 게임 객체의 3D 모델링과 3D 게임 엔진 프로그램을 연동하였다. 그림 12는 3D 콘텐츠 제작과 이를 게임 엔진 연동을 통한 게임 플레이 테스트 화면이다. 게임 객체의 3D 모델링을 통해 실감적인 사용자 게임 환경을 제공하며, 3D 게임 엔진 프로그램의 연동으로 게임의 실시간 구동이 가능하다.

Fig. 12.3D Contents Design.

‧ 클라이언트 기기 UI 환경 설계

게임은 어플리케이션 실행으로 시작하거나 종료한다. 사용자가 터치 인터랙션을 통해 게임에 참여할 수 있는 클라이언트 디바이스 UI환경은 그림 13과 같다. 이기종 플랫폼 단말기기의 특성에 맞게 동일한 어플리케이션을 제공받을 수 있다. 사용자는 간단한 터치 인터랙션을 통해 게임을 쉽게 즐길 수 있다.

Fig. 13.UI Environment of Client Device.

‧ 디바이스 간 게임 연동 및 콘텐츠 구동

3D 게임 엔진에서 완성된 실시간 게임 환경은 각 기기의 플랫폼으로 변환하여 어플리케이션으로 제공된다. 클라이언트 기기에서 발생하는 각각의 이벤트는 게임 엔진을 통해 서버로 전송되어 기기 간 연결 및 정보전송이 가능하다. 그림 14는 안드로이드 기반의 디바이스를 통한 2D 게임 실행 테스트 환경이다. 3D 콘텐츠와 이기종 플랫폼 디바이스 연결기술에 실감 게임을 적용한 최종 결과 화면은 그림 15와 같다.

Fig. 14.Multi-Device Connection and Screen Sharing.

Fig. 15.3D Game Engine based Archery Game.

다중 플랫폼 디바이스 연동 및 화면 공유 기술 적용으로 사용자는 각각의 디바이스에서 게임에 참여할 수 있으며, 공용 디스플레이 화면에서 게임 콘텐츠를 공유할 수 있다.

 

5. 개발 결과 및 평가

본 연구에서는 이기종 스마트 플랫폼 브릿지 기술에 게임콘텐츠를 적용한 연구결과를 바탕으로 많은 사람들이 참여할 수 있는 게임 전시를 진행하였다. 2013년 10월 11일부터 13일까지 3일간 대구예술 발전소에서 열린 2013 e-Fun 게임문화축제의 일환으로 전시가 개최되었으며, 전시환경은 그림 16과 같다.

Fig. 16.Exhibition Environment of Archery Game.

본 연구에서는 실외 공공장소에서 대형 디스플레이를 대상으로 다수의 사용자가 참여할 수 있는 실감 콘텐츠 환경의 발전 방안을 모색하기 위하여 참여자를 대상으로 설문한 결과를 제시한다. 설문조사는 전시기간 3일 동안 전시 관람자 및 참여자 200여명을 대상으로 수행되었으며, 설문내용으로는 스마트 기기로 공공장소에서 대형화면을 공유하면서 실감게임에 참여하는 시스템에 관한 의견을 알아보았다. 본 전시공간의 하루 평균 관람자는 100여명으로 그 중 30%가 20세 이하의 아동·청소년이었으며, 나머지 70%는 20대부터 60대까지 다양한 연령층의 관람자가 방문하여 설문조사에 응답하였다. 또한 여성보다 남성의 참여비율이 조금 높았다. 본 연구의 게임 시스템은 배우기 쉽고, 조작하기 쉬워 많은 관람자가 쉽게 흥미를 느끼며 높은 참여도를 보여주었다. 가장 중요한 요소로 경쟁 시스템이라는 게임 환경의 특성상 더욱 몰입하는 양상을 띠었으며, 예상하지 못하는 인터랙션 결과에 만족감을 나타내었다. 설문 결과에 따르면 80%이상이 창의적이며 재미있다는 답변을 하여 대체적으로 긍정적인 결과를 얻을 수 있었다. 설문결과 관련 도표는 그림 17과 같다.

Fig. 17.Result of Question Investigation

이를 통해 여러 사람들이 함께 참여할 수 있는 게임에 많은 관심을 가지고 있으며, 특히 스마트 기기를 컨트롤러로 게임을 하는 것에 큰 흥미를 느끼는 것을 알 수 있다. 이기종 스마트 플랫폼 브릿지 시스템은 본 연구에서 적용한 양궁 게임 외에도 지능형 게임이나 정보 교환 게임 등 다양한 소셜 게임이 가능하다. 이 외에도 다양한 정보를 제어 및 공유할 수 있는 콘텐츠를 적용할 수 있다.

 

6. 결 론

본 논문에서는 UPnP와 C/S를 활용하여 각 디바이스의 연결 및 정보 전송 그리고 콘텐츠 공유기술을 설명하였다. 각각의 디바이스에서 사용자 인터랙션을 통해 입력받은 정보는 접속된 모든 디바이스로 실시간 전송 및 공유가 가능하며, 각 디바이스 특성에 적합한 콘텐츠를 실행한다. 또한 연구의 발전방안을 위해 전시와 함께 설문조사를 진행하였고, 이는 연구평가에 있어 중요한 지표가 되었다.

향후 연구에서는 클라이언트 환경에서 콘텐츠에 접근하는 인터랙션 방안을 확장하여 모바일 기기뿐만 아니라 음성, 제스처 등의 사용자 복합정보를 고려한 멀티모달 형태의 인터랙션 기술을 통해 사용자 만족도를 높이고자 한다. 또한 이기종 디바이스 적응 기술연구를 통해 기기별 특성이나 환경에 따라 적합한 콘텐츠 변환 및 디바이스 자동 동기화 등 몇 가지 개선사항이 보완되어야한다.

본 논문에서 제안하는 이기종 스마트 플랫폼 브릿지 기술은 실외 공공장소에서 대형 디스플레이를 대상으로 다수의 사용자가 참여할 수 있는 소셜 콘텐츠환경을 가능하게 하며, 사용자 간 협업 및 경쟁이 가능한 시스템으로 참여형 실감 게임 서비스에 활용할 수 있다. 이는 사용자 중심의 컨버젼스가 가능하며 상호작용 환경을 통해서 사용자 간 소셜 관계에 영향을 줄 수 있다.