U-Space에서 증강현실(Augmented Reality)을 기반으로 하는 3D 디자인 시뮬레이션 연구

Abstract

20세기 후반 이후부터 오늘날에 이르는 시기를 디지털시대(The Digital Age)라 칭한다. 디지털 기술은 사회, 문화를 변동시킬 원동력으로 우리가 사는 시대를 앞선 시대와 구분하게 하는 뚜렷한 차이를 만들었다. 디지털의 발전은 인간의 라이프스타일과 문화, 산업, 인간 감각을 창조하는 기술 등의 융합과 소통을 통해서 인간의 활동 영역을 가상공간으로 확장을 가져왔다. 특히 유비쿼터스(Ubiquitous)환경의 돌입(突入)은 인간생활의 패러다임(Paradigm)을 총체적으로 바꾸어 놓은 대 전환적 동기가 되었다. 아날로그시대와 디지털 시대의 현물적(現物的)이고 가시적(可視的)인 디자인에서 유비쿼터스 시대는 가상과 현실이 혼합되어 현실과 가상의 간극(間隙)이 없어진 디자인을 요구한다. 현실세계를 복제한 시뮬라크르 공간인 가상현실은 현실과 단절된 가상의 공간에서 이루어기에 현실세계와의 틈이 발생한다. 이러한 가상세계와 현실세계의 간극(間隙)을 줄일 수 있는 환경이 증강현실이다. 유비쿼터스 공간(U-Space)에서 증강현실은 가상의 이미지를 현실세계의 정보에 오버레이 하여 출력하기 때문에 가상현실에 비해 실재성과 현실성을 높여준다. 본 논문은 융합과 소통의 신개념인 유비쿼터스 공간(U-Space)에서 충족되는 디자인 요구를 실현하기 위해 ARToolKit 프로그램을 이용하여 증강현실을 구현하였다. 이를 위해 본 연구에서는 크게 두 가지 연구 방향을 가지고 진행하였다. 그 첫 번째는 ARToolKit를 이용한 증강현실의 활용방안을 위하여 실제로 프로토타입을 통해 구현하고자 하였고 이를 위해 현실세계와 가상세계의 틈새 없는 구현을 시도하였다. 두 번째로 ARToolKit으로 제작한 프로토타입 패널테스트를 한 후 설문을 통해 증강현실을 기반으로 하는 3D 시뮬레이션에 관한 검증의 단계이다. 설문은 일반적인 인지적 측면과 본 연구에서 도출한 프로토타입을 중심으로 하는 설문 두 가지로 분류하여 분석하였다. 패널들이 지금까지 사용해오던 기존의 3D디자인 프로세스와 비교 했을 때 증강현실을 기반으로 하는 3D 시뮬레이션은 제작과정의 단축뿐만 아니라 비용의 절감, 디자인 개발, 시간의 단축을 장점으로 들었으며 여러 가지 형태의 디자인 구성이 가능하고 짧은 시간 안에 리뷰가 가능하며 수정이 용이함을 알 수 있었다. 또한 가장 큰 장점으로는 현실감이 뛰어나 실제 이미지를 사용하여 3D 시뮬레이션 한 경우보다 더 사실감을 느낄 수 있음을 알 수 있었다. 이러한 가능성이 이 논문의 프로토타입 구현 후 패널테스트 결과에서 나타나고 있으며 그 잠재력을 인식하고 지속적인 연구와 논의가 있어야 할 것이다. 세 번째, 가상현실에서 구현되어지던 기존의 3D 디자인 시뮬레이션의 경우 현실감과 현존감, 감각적 상호작용을 이룰 수 없었으나 증강현실을 기반으로 하는 3D 디자인 시뮬레이션의 경우 감각적 상호작용, 특히 촉각적 헵틱의 상호작용성을 구현 할 수 있기에 이에 대한 활발한 연구가 좀 더 진행 되어야 할 것으로 보인다. 넷째, 현재 증강현실을 기반으로 하는 3D 디자인 시뮬레이션의 방법이 다양화, 구체화 되어 있지 않으며 이에 대한 추가적인 연구와 노력이 필요할 것으로 보이며 오감을 만족 시키는 증강현실 시대가 올 것으로 보인다. 결론적으로 현재의 증강현실을 기반으로 하는 3D 디자인 시뮬레이션은 몇 가지 현실적인 문제를 가지고 있다. 개선되어야 할 부분으로는 사용 PC의 성능과 카메라의 해상도, 조명 등에 제약을 받는 것과 몰입감을 상승시키는 디스플레이기기인 고가의 HMD의 대체 기기의 발전, 촉각적 피드백의 지원 등이 필요한 것으로 분석 되었다. 또한 현 기술적인 상황에 의해 증강현실을 기반으로 하는 3D 디자인 시뮬레이션은 고가의 HMD나 다른 디스플레이 기기로 인해 접근성이 낮은 반면 모니터구조증강현실 시스템으로 구현되는 증강현실은 접근성이 높고 어디에서나 구현이 가능하고 협업도 고려 할 수 있지만 몰입감은 많이 떨어짐을 알 수 있었다. 그러나 이러한 단점들이 있음에도 불구하고 증강현실을 기반으로 하는 3D 디자인 시뮬레이션의 활용방안에 대한 연구 대상자들이 현실감, 조작의 간편성, 감각적 효과성, 사실감, 입체감, 시각적 존재감 등이 기존의 3D 시뮬레이션 시스템보다 높게 나타났다. 이는 증강현실을 기반으로 하는 3D 시뮬레이션이 현대사회의 복잡화, 인간 활동의 다양화, 정보전달의 신속화에 따른 보다 효율적 전달과 직감각적 어필(direct sensory appeal), 그리고 양방향(two-way) 대화형(interactive) 커뮤니케이션을 보여주고 있다. 점으로 미루어 이에 관한 활발한 연구가 더 진행 되어야 할 것이다.; The development of digital technology has expanded some aspects of human life -life style, culture, business and even physical sensationinto a world of virtual reality. Especially the advent of 'ubiquitous environment' greatly changed the paradigm of human life. In the ubiquitous environment, a design is required to make the borderline between actual reality and virtual reality look as if it doesn't exist, which is obvious in digital and analogue space. A gap between an actual reality and a virtual reality is technically inevitable but the gap can be filled by a technology of augmented reality. With the augmented reality technology in U-space, an artificial image is overlaid on an object of actual reality, and so the result looks more 'actual' than virtual reality. In this study, using ARToolkit, an augmented reality is produced to meet the demand of design needed for the U-space which is a new concept of fusion and communication. The methodologies used in the study are; firstly, a protype of an augmented reality was produced using ARToolKit, where the gap between an actual reality and a virtual reality looks subtle. Secondly, a 3-D simulation based on a survey about an augmented reality was tested. The survey was done in two ways; in terms of general recognition, and focused on the prototype produced by this study. The 3-D simulation based on an augmented reality was not readily approachable for the reason of high cost equipments such as HMD and other display devices. An augmented reality produced by a monitor system is more approachable but can't seem to produce high level of immersion. As the 3-D simulation based on an augmented reality turns out better than the existing 3-D simulation in terms of sense of realness, easy operation, sensational effectiveness, 3-D sensation, optical solidity, further research of it should be encouraged. Thirdly, the 3-D simulation based on an augmented reality is also better than the existing 3-D simulation in terms of interactive sensation, especially touching sensation, and therefore further study on it would be necessary. Fourthly, the method for 3-D design simulation based on an augmented reality is not diversified or consolidated enough and therefore various efforts should be made for improvement. In conclusion, the 3-D design simulation based on an augmented reality faces with some practical problems; the capacity of PC used for simulation, the resolution and illumination of camera, high cost of HMD which is a special display device to increase the level of immersion, feedback support for touching sensation and the problem of practical application. Compared to existing design processes, the 3-D design simulation based on an augmented reality is superior in terms of time and cost effectiveness, versatility, easy adjustment and most importantly, high level of sense of realness. All these were proved in the panel test after a prototype was made. The potentiality of 3-D design simulation should be recognized and continuous research should be conducted.