모바일 환경에서의 하이브리드 방식을 이용한 증강현실 시스템

Abstract

모바일 폰, PDA 및 노트북과 같은 모바일 처리 장치들은 현대 사회인에게 없어서는 안될 매우 중요한 필수품이 되었다. 이에 따라 모바일 장치의 성능 향상뿐만 아니라 모바일 장치를 이용한 다양한 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 모바일 장치를 이용한 새로운 서비스로서 증강현실 기술은 매우 적합한 연구분야로 떠오르고 있다. 증강현실이란, 사용자가 보고 있는 현실세계에 3차원의 가상물체를 합쳐 하나의 영상으로 보여주는 기술로서 정보전달을 위한 보다 효과적인 수단으로 활용될 수 있다. 증강현실을 구현하기 위해서는 기본적으로 객체를 추적함으로써 카메라의 위치와 자세를 계산하는 기술이 필요하다. 일반적으로 객체를 추적하는 방법에는 물리적인 센서를 이용하는 방법, 카메라 영상을 이용하는 방법, 두 가지 방법을 모두 이용하거나 더 많은 정보를 활용하는 하이브리드 방법이 있다. 최근 객체 추적 기술들은 기존 기술들의 장점을 결합함으로써 정확도를 높일 수 있는 하이브리드 방식이 주를 이루고 있다. 물리적인 센서는 정밀하지는 않지만 복잡한 처리 없이 대략적인 객체 추적 정보를 제공할 수 있고, 에지와 특징점 같은 영상 정보를 이용한 객체 추적은 복잡하지만 정확한 객체 추적을 수행할 수 있다. 따라서 센서와 영상 정보의 장점과 단점을 결합한 하이브리드 방식은 객체 추적의 처리 속도와 정확도를 향상 시킬 수 있다. 이러한 하이브리드 방식을 이용한 증강현실 시스템은 UMPC와 같은 모바일 처리 장치에서도 충분히 수행될 수 있다. 본 논문에서는 모바일 환경에서의 하이브리드 방식을 이용한 증강현실 시스템을 제안하고, 제안된 시스템을 박물관의 전시물 가이드 시스템에 적용해 봄으로써 실제 활용 가능한 서비스 모델을 제시하고 다양한 시스템으로의 유용성과 활용 가능성을 검증하여 보일 것이다.; Mobile devices such as mobile phone, PDA, and laptop computer, have been necessities in our everyday life. In this regard, there have been endeavors for not only improving their computing power but also providing various services utilizing them. Many people says that Augmented Reality (AR), which a technique that overlays 3D virtual objects onto real scene, is quite an interesting research field for providing a new service using mobile devices. The main focus of this thesis is also to develop an augmented reality application (or service) in a mobile platform. For implementing an augmented reality system, it is prerequisite to calculate the pose of a camera by tracking identified objects (or features). There have been many kinds of methods for tracking objects including physical sensor-based methods, camera image-based methods, and hybrid methods. Physical sensors such as ultra sound sensors and gyro sensors can provide the pose data of a camera in real-time while being less influenced by environmental conditions. However, it is well-known that the accuracy of physical sensor-based methods is worse than that of image-based methods. Image-based methods (usually using edge and corner points in image) can guarantee high accuracy in computing the pose data of a camera (generally in well-controlled environments). However, they are usually based on complicated processes and thus sometimes slow. Currently, hybrid methods are preferred because they can guarantee accuracy and reliability simultaneously by merging the advantages of sensor-based methods and those of image-based methods. In hybrid method, because the pose data obtained by sensor-based methods is used as initial values of image-based methods, the finally computed pose data is considerably accurate and can be obtained fast. Also in this thesis, a hybrid method is used because all the accuracy, reliability, and speed should be considered in developing an AR application in mobile platform. Consequently, this thesis proposes a mobile hybrid augmented reality system that uses the sensor and image information on the mobile platform, i.e. Ultra Mobile Personal Computer (UMPC) and its related algorithms. Throughout this thesis, the feasibility and potentiality of the mobile hybrid augmented reality system will be shown. And this thesis presents a service model of mobile AR system, i.e. an exhibition guidance system using the proposed system.