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[국내논문] 눈동자 시선 추적에 의한 3차원 1인칭 슈팅 게임
3D First Person Shooting Game by Using Eye Gaze Tracking 원문보기

정보처리학회논문지. The KIPS transactions. Part B. Part B, v.12B no.4 = no.100, 2005년, pp.465 - 472  

이의철 (상명대학교 일반대학원 컴퓨터과학과) ,  박강령 (상명대학교 소프트웨어대학 미디어학부)

초록
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본 논문에서는 HMD(Head Mounted Display) 하단에 눈동자의 움직임 영상을 취득할 수 있는 USB 카메라를 부착한 후, 3차원 1인칭 슈팅(First Person Shooting) 게임에서 게임 캐릭터의 시선방향을 눈동자 움직임에 의해 조작하는 방법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 방법은 다음과 같은 3부분으로 이루어져 있다. 첫 번째는 입력 영상으로부터 눈동자의 중심 위치를 실시간 영상 처리 방법으로 추출하는 부분, 두번째는 HMD 모니터상의 임의 지점을 쳐다볼 때 추출된 눈동자의 위치 정보와 모니터상의 응시 지점사이의 기하학적인 연관관계를 결정하는 캘리브레이션 부분, 그리고 마지막은 캘리브레이션 정보를 기반으로 모니터 상의 최종적인 응시 위치를 결정하고 이 정보에 의해 게임상의 3차원 뷰 방향을 조정하는 부분으로 구성되어 있다. 실험 결과 본 논문의 방법에 의해 손이 불편한 사용자에게 게임을 즐길 수 있는 기회를 제공하고, 게임 캐릭터와 게임 사용자의 시선 방향을 일치시킴으로서 게임의 흥미와 몰입감을 증가시킬 수 있는 결과를 얻음을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose the method of manipulating the gaze direction of 3D FPS game's character by using eye gaze detection from the successive images captured by USB camera, which is attached beneath HMB. The proposed method is composed of 3 parts. At first, we detect user's pupil center by real...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 HMD(Head Mounted Display) 하단에 눈동자의 움직임 영상을 취득할 수 있는 USB 카메라를 부착한 毛 3차원 1인칭 슈팅(First Person Shooting) 게임에서 게임 캐릭터의 시선방향을 눈동자 움직임에 의해 조작하는 방법을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 방법은 다음과 같은 3부분으로 이루어져 있다.
  • 본 연구에서는 시선 추적 인터페이스를 이용하여 게임의 주인공을 움직이게 하기보다는 '게임 사용자가 바라보는 곳을 게임 캐릭터가 바라본다'라는 장점을 부각시켜서 몰입감을 증대시키고, 사용자가 직접 임의의 목적달성을 위한 게임의 주인공이 되기에 적당한 1인칭 게임을 적용 장르로 선택하고자 한다.
  • 기존에 눈동자 움직임 추적 기술을 게임과 접목시킨 연구는 조사된 바 없으나, 가상현실 시스템과는 접목되어 많은 연구가 진행되었다[5][7]. 이 연구에서는 양 눈의 움직임을 양안 카메라(stereo camera)에 의해 추적함으로써, 비행기내 의 짐칸(cargo bay)에서 존재하는 결함을 검사하는 시뮬레이션 훈련 목적으로 개발되었다. 특히 이 연구에서는 눈동자 움직임을 추적하기 위한 영상처리 전용 컴퓨터와 상세한 3D 그래픽의 표현을 위한 고가, 고사양의 그래픽 전용 하드 웨어 플랫폼(SGI Onyx2 InfiniteReality™[8])< 동시에 사용 하였다.
  • 이밖에도 3차원적인 접근 방법에서는 카메라, 모니터, 눈동자 좌표계 사이의 3차원 관계 및 눈동자의 3차원 구조, 3차원 위치 정보 등을 같이 모델링함으로 써 모니터상의 시선 위치를 추출하는 연구를 수행하였다 [12-14], 일반적으로 3차원적인 방법이 시선 위치의 정확도가 우수하며, 초기 캘리브레이션이 쉽다는 장점이 있으나, 2 차원적인 방법에 비해 계산량이 많이 소요되고 처리시간이 오래 걸리는 문제점이 있다. 이에 본 논문에서는 일반적인 게임환경을 고려할 때 눈동자 시선 추적 및 게임 렌더링이 일반적인 하나의 컴퓨터에서 동작되어야 하므로, 2차원적인 방법에 의해 시선 추적하는 방안을 사용하고자 한다.
  • 전술한 바와 같이 본 논문에서는 입력영상에서 동공의 중심 위치를 추출함으로써 사용자의 시선 위치를 파악하였다. 동공 위치를 추출하기 위하여 다음과 같은 과정을 거치게 된다.
  • 실험 결과 본 논문의 방법에 의해 손이 불편한 사용자에게 게임을 즐길 수 있는 기회를 제공하고, 게임 캐릭터와 게임 사용자의 시선 방향을 일치시킴으로서 게임의 흥미와 몰입감을 증가시킬 수 있는 결과를 얻음을 알 수 있었다. 특히 본 논문에서는 눈동자의 움직임을 통해 캐릭터의 시선방향을 바꾸는 것을 한 대의 PC에서 실행할 수 있을 만큼 저 연산으로 구현하였다. 비교적 적은 비용으로 시선 추적 인터페이스를 구현하고, 이를 통해 흥미롭고 몰입감이 높은 실감나는 게임을 즐길 수 있는 것 또한 큰 장점이다.
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참고문헌 (17)

  1. Jacob, R. J. K, 'Eye Movement-Based Human-Computer Interaction Techniques: Toward Non-Command Interfaces', Advances in Human-Computer Interaction, H. R. Hartson and D. Hix, Editors., Ablex Publishing Co., pp.151-190, 1993 

  2. L. E. Sibert, R. J. K. Jacob, 'Evaluation of Eye Gaze Interaction', Proc. of the CHI, ACM in New York, pp.281-288, 2000 

  3. Ohno, T. 'Quick Menu Selection Task with Eye Mark', Transactions of Information Processing Society of Japan, Vol.40, No.2, pp.602-612, 1999 

  4. Yamato, M., Monden, A., Matsumoto, K., Inoue, K. and Torii, K, 'Quick Button Selection with Eye Gazing for General GUI Environments', International Conference on Software: Theory and Practice, August, 2000 

  5. Andrew T.Duchowski, Vinay Shivashankariah, Tim Rawls, Anand K.Gramopadhye, Brian J. Melloy, Barbara Kanki, 'Binocular Eye Tracking in Virtual Reality for Inspection Training', ACM Press New York, NY, USA, 2002 

  6. Jeong Jun Lee, Kang Ryoung Park, Jaihie Kim, 'Gaze detection system under HMD environment for user interface', the Joint Conference of lCANN/ICONIP, p.513, June, 2003 

  7. Anand K.Gramopadhye et al., 'Use of Computer Based Training for Aircraft Inspectors: Findings and Recommendations', In Proceedings of the HFES/IEA Annual Meeting (San Diego, CA, August, 2000) 

  8. http://www.sgi.com 

  9. Jie Zhu and Jie Yang, 'Subpixel Eye Gaze Tracking', in Proc. Fifth IEEE International Conference on Automatic Face and Gesture Recognition, pp.124-129, May, 2002 

  10. M. R. M. Mimica and C.H. Morimoto, 'A Computer Vision Framework for Eye Gaze Tracking', in Proc. XVI Brazilian Symposium on Computer Graphics and Image Processing, pp.406-412, Oct., 2003 

  11. D. H. Yoo, J. H. Kim, B. R. Lee and M. J. Chung, 'Non-contact Eye Gaze Tracking System by Mapping of Corneal Reflection', in Proc. Fifth IEEE International Conference on Automatic Face and Gesture Recognition, pp.101-106, May, 2002 

  12. J. G. Wang and E. Sung, 'Study on Eye Gaze Estimation', IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernatics, Part B, Vol.32, No.3, pp.332-350, June, 2002 

  13. S. W. Shih and J. Liu, 'A Novel Approach to 3D Gaze Tracking Using Stereo Cameras', IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernatics, Part B, Vol.34, No.1, pp.234-245, Feb., 2004 

  14. T. Ohno, N. Mukawa and A. Yoshikawa, 'FreeGaze: a Gaze Tracking System for Everyday Gaze Interaction', in Proc. Symposium on Eye Tracking Research and Applications, pp.125-132, 2002 

  15. http://www.serrata.com.au/iglassessvga.html#i-glasses%20SVGA%203D 

  16. http://www.alphacams.com 

  17. Gregory A. Baxes, 'Digital Image Processing-Principles and Application', Wiley 

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