올해 구글, 애플, 페이스북 등 글로벌 IT 기업들은 모바일 증강현실 플랫폼을 연이어 출시하였다. 기존 증강현실 기술은 AR글래스 또는 탱고폰과 같은 전용 디바이스가 필요하였으나, 이제는 일반 안드로이드폰과 아이폰에서도 쉽게 증강현실을 경험할 수 있게 되었다. 포켓몬고 게임 이후 관심이 높아진 모바일 증강현실 게임 시장도 더욱 활성화될 전망이다. 본 고에서는 모바일 증강현실 게임을 위한 증강현실 플랫폼 기술과 ETRI 프로토타입을 포함한 모바일 증강현실 게임 개발 사례를 사용자 인터페이스를 중심으로 소개한다.
증강현실은 1960년대 중반부터 시작된 기술이지만 그동안은 제한된 범위의 응용을 중심으로 고성능 고정 단말 상에서 기능을 구현하여 왔다. 그러나 최근 5년 사이 카메라와 GPS 등의 다양한 센서를 내장한 모바일 단말과 스마트폰의 보급이 확산이 되고, 빠른 모바일 인터넷을 이용한 인터넷서비스들과 융합된 다양한 기능들이 선보이면서, 모바일 증강현실 분야는 급속히 확산되고 있다. 초기의 증강현실 서비스는 가상객체를 효과적으로 보여주기 위한 관점이었다면, 최근의 모바일 증강현실 서비스들은 다양한 인터넷 서비스와 정보들을 효과적으로 브라우징하거나 센서 정보 등을 기반으로 모바일 단말을 이용해 편리한 증강 인터페이스를 사용하도록 하는 것에 보다 많은 초점을 맞추고 있다. 본 고에서는 이러한 모바일 증강현실 기술 동향과 관련 표준화 동향을 고찰함으로써 미래 모바일 증강현실 기술의 진화 방향과 그 의미를 살피고자 하였다.
프로젝션 기반의 증강현실(AR, augmented reality) 시스템이란, 고화질의 가상 정보를 프로젝터를 통하여 정해진 공간에 정확하게 표시해 주는 시스템을 말한다. 대부분의 증강현실 시스템은 사용자의 몰입감을 높이기 위해 고화질, 대 화면을 제공하기 위한 디스플레이 장치를 사용하며, 영상처리의 복잡도에 따른 고성능의 프로세스 장치를 요구하기 때문에 데스크탑 환경에서 이루어졌다. 그러나, 데스크탑 환경에서의 증강현실 시스템은 휴대가 불편하다는 단점을 가진다. 최근 프로젝터의 소형화와 모바일 프로세서의 성능 향상은 휴대가 편리한 모바일 증강현실 시스템의 등장을 가능하게 하였다. 그러나, 모바일 증강현실 시스템은 작은 디스플레이를 이용하여 영상 정보를 표시해 주기 때문에 높은 해상도를 지원할 수 없으며, 사용자의 몰입감을 감소시킨다는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 기존의 증강현실 시스템의 단점을 보완하기 위하여 PDA와 소형 프로젝터를 결합하여 프로젝션 기반의 휴대용 멀티미디어 플레이어($PMP^2$ : Portable Multimedia Player using Projection-Based augmented reality)라는 모바일 증강현실 시스템을 제안한다. $PMP^2$는 모바일 프로세서의 대표격이라 할 수 있는 PDA와 휴대용 소형 프로젝터를 이용함으로써 고화질, 대화면의 증강현실 영상을 다수의 사용자가 원하는 장소와 시간에 즐길 수 있도록 해 준다. $PMP^2$는 스크린의 기하 및 컬러에 따른 왜곡을 보상해 줌으로써, 특정한 스크린 없이도 언제 어디서나 사용자에게 정확한 영상을 제공해 준다. 본 논문에서는 다양한 시나리오에 대해 $PMP^2$의 유용성을 검증함으로써 모바일 환경에서의 프로젝션 기반의 증강 현실 시스템의 활용 가능성을 제시한다.
최근 증강현실에 대한 관심이 높아지면서 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 스마트폰과 같이 고성능 모바일 장치가 대중화됨에 따라 모바일 플랫폼 기반의 증강현실 어플리케이션이 급증하고 있다. 본 논문에서는 모바일 플랫폼 기반의 증강현실을 구현함에 있어 사용자에게 증강된 가상 모델과의 촉각적 상호작용을 제공하기 위한 효과적인 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 모바일 환경을 고려하여 손 위에 올려놓을 수 있는 패드 형태의 진동-촉감 전달 장치를 비주얼 마커와 결합하고 마커를 이용해 증강된 가상의 모델의 움직임에 맞춰 촉감 신호를 사용자에게 전달한다. 따라서 본 시스템은 증강된 가상 모델에 대한 사용자의 시각적 상호작용과 동시에 촉각적 상호작용을 통해 보다 실재감 있는 증강현실을 제공한다. 본 논문에서는 안드로이드 플랫폼 기반의 모바일 증강현실 시스템에 이를 구현하고 그 유용함을 보인다.
최근 깊이 카메라(Depth Camera)의 범용화에 따라 기존에 적용하기 힘들었던 기술들이 증강현실에 접목되어 변화하고 있다. 모바일 증강현실 또한 모바일 기기의 성능향상으로 센서를 이용한 위치기반의 모바일 증강현실 기술에서 영상기반의 증강현실 기술이 주목받고 있다. 본고에서는 앞으로 다가올 증강현실 2.0 기술에 초점을 맞춰 현황을 살펴보고, 향후 발전방향에 대해서 알아본다.
메타버스의 급부상에 따라 모바일 증강현실 시장이 빠르게 성장하고 있다. 하지만, 모바일 증강현실 환경에서의 사용자 경험 향상을 위한 연구가 부족한 실정이다. 본 연구는 증강현실 기반의 스마트폰 애플리케이션 사용성 원칙 개발을 목표로 한다. 연구 방법으로 1)모바일 증강현실의 특성을 파악하여 증강현실 애플리케이션의 사용성 요인을 파악했다. 2)증강현실의 사용성 사례 연구 분석을 통해 사용성 원칙을 수집 및 선별하고, 전문가 심층 인터뷰를 통해 사용성 원칙을 재범주화하여 14개의 사용성 원칙으로 개발했다. 3)개발된 사용성 원칙을 검증하기 위해 사용성 원칙을 바탕으로 평가 문항을 구성하여 사용성 평가 설문을 진행했다. 결과적으로 몰입성, 현존감, 효율성, 만족감, 유희성에서 유의미한 차이를 발견하였으며, 증강현실 기반 스마트폰 애플리케이션 개발에 유용한 사용성 원칙임을 검증했다. 본 연구는 증강현실 기반 모바일 사용성 원칙에 관한 기초연구라는 점에서 의의가 있다.
본 논문에서는 기존의 모바일 증강 현실의 한계점을 간단히 설명하고, 이를 극복할 수 있는 대안으로 맥락인식(Context-aware) 모바일 증강 현실 프레임워크인 CAMAR (Context-Aware Mobile Augmented Reality) Core 플랫폼을 제안한다. 최근 모바일 장치의 기능 향상과 증강 현실과 관련된 기술의 발전으로 모바일 증강 현실에 관한 많은 연구들이 진행 중에 있다. 그러나 유비쿼터스 컴퓨팅 환경에서 모바일 증강 현실을 활용하기 위해서는 다양한 컨텍스트 활용, 사용자에 따른 개인화된 콘텐츠 증강, 그리고 여러 사용자가 공유할 수 있는 기능들이 제공되어야 한다. 따라서 제안된 CAMAR Core플랫폼은 이와 같은 기능들을 개발자들이 쉽게 활용하여 맥락인식 모바일 증강 현실 시스템을 구현할 수 있는 프레임워크를 제공한다. 제안된 프레임워크의 유용성을 보이기 위해서 제안된 프레임워크로 구현된 시스템을 소개한다.
본 논문에서는 모바일 휴대 장치의 증가에 따른 증강현실 기술 적용과 발전 전망을 나타내었다. 증강현실 기술 발전에 따른 대안을 몇 가지 나타내었다. 첫째는 모바일 증강현실 서비스 응용 개발 및 사용에 따른 국내외 소프트웨어 구조 기술 표준이 제정되어야 하며, 둘째는 중앙처리장치, 기억장치 및 해상도 등 H/W에 따른 이식성에 제한을 받지 않는 강건한 추적 기술이 개발되어야 하며, 셋째는 마커를 사용하지 않는 경우에 추적 속도와 정확도의 정보가 이루어지는 강건한 Markerless 2D, 3D 추적 기술이 개발되어야함을 나타내었다. 이밖에 증강현실 화상 처리를 위한 전용 DSP 또는 GPU의 성능 향상과 증강현실 특화에 따른 사용자 상호 작용 기술에 대한 연구 및 개발이 필요 됨을 나타내었다.
본 논문에서는 맥락 정보와 물리적 속성 부여가 가능한 모바일 증강 현실 콘텐츠 조작 방법을 제안한다. 유비쿼터스 컴퓨팅 개념의 확산과 더불어 센서와 모바일 장치의 급속한 발전은 고성능 PC에서만 가능했던 증강 현실 시스템들이 모바일 장치에서도 동작 가능하게 되었다. 또한, 최근에는 다양한 센서 정보를 활용하여 보다 현실 공간이나 사용자의 정보를 증강 현실 콘텐츠에 반영하는 증강 현실 시스템들이 소개되고 있다. 특히, 일반 사용자들이 모바일 장치를 이용하여 보다 사실적인 증강 현실 콘텐츠를 손쉽게 저작하기 위해서는 모바일 장치의 제한적인 사용자 인터페이스를 극대화하고, 센서 정보를 이용하여 사용자와 환경의 맥락 정보를 활용할 수 있는 방법이 요구된다. 따라서 제안된 방법은 모바일 증강 현실 저작 시스템에 있어서 콘텐츠 조작에 필요한 시각적 큐(cue)를 제공하여 사용자가 모바일 장치의 터치 스크린을 통해서 증강된 콘텐츠를 자유롭게 조작할 수 있도록 한다. 뿐만 아니라, 센서정보를 콘텐츠의 속성에 부여할 수 있도록 하여 사용자가 직접 센서 조작을 통해서 증강된 콘텐츠를 직접 조작하거나 환경 정보가 증강된 콘텐츠에 반영될 수 있도록 한다. 그리고 증강된 콘텐츠들 간의 사실적인 충돌을 위해서, 물리 속성 부여가 가능한 물리 콘텐츠 로더(physics contents loader)를 구현하고, 증강 현실 공간과 물리 공간 간의 좌표 일치를 통해서 증강된 콘테츠들 간의 물리 충돌이 가능하도록 한다. 제안된 방법의 유용함을 검증하기위해서 모바일 장치와 센서를 이용한 모바일 증강 현실 저작 시스템을 구현하였다. 따라서 제안된 방법은 향후 모바일 증강 현실 저작 시스템에 요구되는 맥락 정보와 물리 속성 부여가 가능한 콘텐츠 조작 방법으로 기대된다.
본 연구에서는 상용화되고 있는 모바일 시스템에 증강현실 기술을 적용한 어플리케이션을 구현하므로 생기는 콘텐츠의 한계를 해결하기 위하여 증강현실 지원을 위한 전용 모바일 시스템의 요구분석을 한 후 이를 기반으로 모바일 시스템을 설계하고 구현하였으며, 증강현실 기법을 지원하는 NyARToolkit 기반으로 증강현실 어플리케이션을 구현하였다. 구현한 콘텐츠를 설계한 시스템에서 실행시켜 봄으로 시스템의 적정성 및 타당성을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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