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문제 정의
- 포맷인 VRML의 노드에서 추출하였다. VRML에서 노드는 장면을 구성하는 기술 표현 요소로서 이를 바탕으로 게임엔진 기반의 레벨 에디터가 이를 얼마나 지원할 수 있는 가로 그 가능성을 평가하였다.
- 일부 게임의 경우 레벨에디터를 게임패키지에 포함시켜 공개하기도 하는데, 이는 고가의 가상현실엔진에 비해 초저가로 구매가 가능하다. 게임엔진은 게임의 장르에 따라 FPS, RTS, MM0G등으로 분류되며 본 연구에서는 공간시뮬레이션으로 의미가 있는 1인칭 시점의 가상체험을 위해 FPS게임엔진을 대상으로 기존의 가상현실 표준포맷과의 호환성검토, 가상공간에 대한 정성적 평가, 화면갱신율의 측정을 통한 플랫폼 적용 가능성에 대해 연구하였다.
- 적용하기에 미흡한 점이 많았다. 이에 본 연구에서는 FPS게임엔진 기반의 레벨에디터를 응용한 공간가상현실 시뮬레이션을 대안으로 제시하였다. 이상으로 게임엔진에 대한고찰과 공신력 있는 2개의 레벨에디터를 분석하고 기존의 웹 기반 클라이언트의 성능과 비교한 결과 다음과 같은 이유로 게임엔 진기 반의 가상현실 이 향후 공간시 뮬레 이 션분야에 적 합하다는결론을 얻게 되었다.
제안 방법
- 3차 실험은 체험성 평가로 피실험자에 대한 인터뷰를 병행한 관찰조사를 실시하였다. 평가는 2차 실험과 동일한 가상공간을 VRML과 언리얼엔진 뷰어로 피실험자에게 체험하도록 하였으며 체험과정 관찰과 인터뷰를 통한 분석을 실시하였다.
- FPS 측정 방법은 건축가 르꼬르뷔제의빌라사보아를 가상공간 내에 구축하고 이를 가상 체험하는 과정에서 발생하는 직선주행, 좌측주행, 우측주행, 상하 시점전환네 가지 유형의 네비게이션의 시작지점의 FPS와 종착지점의 FPS를 측정하였으며, 측정결과는과 같다.
- 게임엔진의 표현에 대한 호환성 평가 요소는 공간 시뮬레이션 측면에서 정의된 가상현실 세 가지 특성을 바탕으로 하여 표준 포맷인 VRML의 노드에서 추출하였다. VRML에서 노드는 장면을 구성하는 기술 표현 요소로서 이를 바탕으로 게임엔진 기반의 레벨 에디터가 이를 얼마나 지원할 수 있는 가로 그 가능성을 평가하였다.
- 다만 퀘이크의 경우는 LOD노드와 같은 기능은 제공하지 않고 있었다.<표 5>는 퀘이크 엔진과 언리얼 엔진의 기능을 좀 더 세부적으로 비교한 것으로, 기능 비교의 기준은 3D 게임엔진의 품질 평가 기준의 내용에서 공간 시뮬레이션에 관한 기본 사항만을 선정하여 평가하였다.14)<표 6>은 체험성과 화면갱신률 측정을 위한 실험모델을 제작하면서 퀘이크 엔진의 GTK-Radiant와 언리얼 엔진의 UnrealED의 제작성, 호환성, 전문성 영역의 비교로서 언리얼 엔진의 효율이 좋은 것으로 판단되어 이후 체험성과화면갱신률 측정실험은 언리얼 엔진으로 수행하였다.
- 디자인 분야에서의 적용성 평가요소는 가상현실 컨텐츠의제작성, 호환성, 전문성 세 부분으로 분류하여 평가하였으며, 세부적으로 제작성 부분은 객체 생성에 대한 과정, 재질, 광원의 설정에 따른 작업 프로세스 전반에 대하여, 호환성 부분은 생성 파일의 범용성과 확장성에 대하여, 전문성 부분은 툴 프로그래머 중심의 작업을 반드시 거쳐야 하는가의 문제와 디자이너 중심의 전문성에 대하여 각각 평가하였다.(2)
- 분석은 공간표현을 위한 VRML노드를 지표로 하여 퀘이크와 언리얼의 레벨에디터인 GTK Radiant, UnrealED의 기능을 직접적으로 분석하였다.<표 4>는 애니메이션 기능을 제외한 VRML의 공간 표현 기술 노드와 선정된 2개의 게임 레벨 에디터의 비교평가 결과로서 VRML 공간 표현 기술이 퀘이크, 언리얼 레벨에디터로도 대부분 구현이 가능함을 알 수 있다.
- 역으로 해석한다면 화면갱신율이 높은 뷰어일수록 좀 더 넓고 정밀한 모델을 수용할 수 있는 것이다. 이에 기존의 방식인 VRML과 언리얼 엔진을 이용해 실험을 위해 제작된 가상공간의 FPS 측정을 실시하였다. 측정에 사용된 프로그램은 GRAPS로서 OpenGL이나 DirectX를 모두 지원하는 그래픽 카드에 대해 화면 출력 프레임의 초 단위 측정이 가능하다.
- 첫 번째 게임엔진 기반의 가상현실콘텐츠가 기존에 실내디자인 분야에서 사용되던 WDV田을 충분히 대체할 수 있는가에 대한 호환성 평가이며, 두 번째 CPU에 주로 의존하고 있는 的RV와 게임엔진의 화면갱신률 향상에 대한 정량화된 상대평가, 세 번째 게임엔진에 의해 구축된 가상공간의 체험감이 MEVR에 비해 얼마나 성능이 향상될 수 있는가를 실시간 상호작용, 몰입, 실존감, 3가지 척도에 의해 정성적으로 평가하였다. 평가대상으로는 기술 난이도와 3D 그래픽 기술이 우수한 FPS엔진 2종을 선택하였다.
- 평가는 2차 실험과 동일한 가상공간을 VRML과 언리얼엔진 뷰어로 피실험자에게 체험하도록 하였으며 체험과정 관찰과 인터뷰를 통한 분석을 실시하였다. 평가 항목은 상호작용성, 몰입감, 실존감으로 3개의 카테고리를 9개의 항목으로 나누어 수행하였다.
- 관찰조사를 실시하였다. 평가는 2차 실험과 동일한 가상공간을 VRML과 언리얼엔진 뷰어로 피실험자에게 체험하도록 하였으며 체험과정 관찰과 인터뷰를 통한 분석을 실시하였다. 평가 항목은 상호작용성, 몰입감, 실존감으로 3개의 카테고리를 9개의 항목으로 나누어 수행하였다.
대상 데이터
- 평가대상으로는 기술 난이도와 3D 그래픽 기술이 우수한 FPS엔진 2종을 선택하였다. 대상게임엔진의 선정은 국내 게임 평가 포털 사이트의 평가 자료11)를 토대로 FPS게임 엔진의 양대 주축을 이루고 있는 id Soft사의 퀘이크 3엔진과 Epic game 사의 언리얼 2004엔진을 대상으로 하였다. 이 어플리케이션들은 개인의 연구 이용과 학교 및 연구소에서 비영리적으로 이용이 가능한 실시간 3차원 게임엔진이며, 두 게임 모두 게임 환경 제작에 대해 실시간으로 확인이 가능한 레벨에디터를 제공하고 있어 디자이너에게 별도의 프로그래밍 능력을 요구하지 않고 즉시 활용이 가능하여 디자인 과정에 적용시키기 유리한 이점이 있다.
- 0을 사용하였으며, CPU기반의 환경에서의 측정을 위해 렌더링 환경을 R98 Render로 설정하여 비교평가를 수행하였다. 평가단은 공간디자인분야 대학원이상의 학력을 가진 전문가그룹 5인으로 선정하였으며 시뮬레이션 평가의 결과가 폭넓은 플랫폼에 적용될 수 있도록 하기 위해 실험에 사용된 PC는 게임의 최소 PC 사양을 수준으로 설정하였다.
- 평가하였다. 평가대상으로는 기술 난이도와 3D 그래픽 기술이 우수한 FPS엔진 2종을 선택하였다. 대상게임엔진의 선정은 국내 게임 평가 포털 사이트의 평가 자료11)를 토대로 FPS게임 엔진의 양대 주축을 이루고 있는 id Soft사의 퀘이크 3엔진과 Epic game 사의 언리얼 2004엔진을 대상으로 하였다.
데이터처리
- 이 어플리케이션들은 개인의 연구 이용과 학교 및 연구소에서 비영리적으로 이용이 가능한 실시간 3차원 게임엔진이며, 두 게임 모두 게임 환경 제작에 대해 실시간으로 확인이 가능한 레벨에디터를 제공하고 있어 디자이너에게 별도의 프로그래밍 능력을 요구하지 않고 즉시 활용이 가능하여 디자인 과정에 적용시키기 유리한 이점이 있다. 표준 VRML 클라이언트는 패러럴그래픽스의 Cortona v3.0을 사용하였으며, CPU기반의 환경에서의 측정을 위해 렌더링 환경을 R98 Render로 설정하여 비교평가를 수행하였다. 평가단은 공간디자인분야 대학원이상의 학력을 가진 전문가그룹 5인으로 선정하였으며 시뮬레이션 평가의 결과가 폭넓은 플랫폼에 적용될 수 있도록 하기 위해 실험에 사용된 PC는 게임의 최소 PC 사양을 수준으로 설정하였다.
성능/효과
- FPS 측정결과 직선주행의 경우 게임엔진의 측정값이 VRML에 비해 시작지점에서는 평균 5배 이상, 종착 지점에서는 평균 2~3배이상 높게 나타났다. 좌측주행은 시작지점의 VRML 측정값이 직선주행에 비해 낮게 나타났으며 게임엔진의 측정값과의 차이는 6배 이상 차이를 보였다 15).
- 우수하다고 평가할 수 있다. VRML의 네비게이션과 조작은 거의 마우스만으로 진행하여야 하지만 게임엔진은 시점의 전환이나 상하좌우의 조작을 통해 시점 전환이 자유롭기 때문인 것으로 나타났다.
- 네 번째, DirectX는 Input/Output모듈을 가지고 있으므로 향후 전문가상현실 입출력디바이스에 연동시킬 수 있는 가능성을 가지고 있다.<그림 4>는 언리얼 엔진의 디스플레이를 개조하여 CAVE를 구축한 사례이다.
- 분석하였다.<표 4>는 애니메이션 기능을 제외한 VRML의 공간 표현 기술 노드와 선정된 2개의 게임 레벨 에디터의 비교평가 결과로서 VRML 공간 표현 기술이 퀘이크, 언리얼 레벨에디터로도 대부분 구현이 가능함을 알 수 있다. 다만 퀘이크의 경우는 LOD노드와 같은 기능은 제공하지 않고 있었다.
- 두 번째, 공학적 지식이 상대적으로 적은 디자이너들이 직접 제어할 수 있는 그래픽기반의 저작환경을 제공한다.
- 좌측주행은 시작지점의 VRML 측정값이 직선주행에 비해 낮게 나타났으며 게임엔진의 측정값과의 차이는 6배 이상 차이를 보였다 15). 또한 종착지점의 평균값 역시 게임엔진의 측정값이 VRML의 수치에 비해 5배 이상 높게 나타났다. 우측주행은 VRML의 측정값이 좌측주행의 측정값보다 평균적으로 높은 수치를 나타냈으며 게임엔진의 측정값은 우측주행이나 좌측주행의 측정값이 비슷한 수치를 보였다.
- 우측주행은 VRML의 측정값이 좌측주행의 측정값보다 평균적으로 높은 수치를 나타냈으며 게임엔진의 측정값은 우측주행이나 좌측주행의 측정값이 비슷한 수치를 보였다. 상하시점전환의 경우 VRML의 경우 상하시점전환에 따른 측정값의 변화가 비슷하였으며 게임엔진의 경우 VRML과는 달리 시점전환에 따른 수치도 변화하여 장면전환에 따른 화면 출력을 빠르게 연산하는 것을 보여주었다. 이상의 네 가지 네비게이션 유형에 따른 결과를 정리하면 게임엔진기반 가상현실이 큰 용량의 데이터 처리나 화면에 나타나는 장면의 폴리곤처리에 있어서 VRML에 비해 월등하게 우수함을 알 수 있다.
- 색상은 VRML이 우수하다는 응답이 많았으며 밝기는 게임엔진이 많은 것으로 나타났다. 색상은 VRML이 면의 구분이 뚜렷하게 나타난 것에 반해 게임엔진은 전체적으로 면의 구분이 뚜렷하지 않아 나타난 현상으로 파악되며, 별도의 측정을 통해 모델러와 뷰어의 색상오차도 게임엔진이 큰 것으로 파악되었다. 사실감의 경우 실험자의 시점에 따라 상하좌우의 조작과 네비게이션 과정의 항목 등이 이를 뒷받침하며 물리적 속성 또한 이러한 항목과 연관되어 게임엔진이 상대적으로 우수하다는 것을 의미한다.
- 그러나 대규모 공간이나 데이터 처리에 있어서는 응답자 대부분이 게임엔진이 우위에 있다고 평가하고 있었다. 색상은 VRML이 우수하다는 응답이 많았으며 밝기는 게임엔진이 많은 것으로 나타났다. 색상은 VRML이 면의 구분이 뚜렷하게 나타난 것에 반해 게임엔진은 전체적으로 면의 구분이 뚜렷하지 않아 나타난 현상으로 파악되며, 별도의 측정을 통해 모델러와 뷰어의 색상오차도 게임엔진이 큰 것으로 파악되었다.
- 또한 종착지점의 평균값 역시 게임엔진의 측정값이 VRML의 수치에 비해 5배 이상 높게 나타났다. 우측주행은 VRML의 측정값이 좌측주행의 측정값보다 평균적으로 높은 수치를 나타냈으며 게임엔진의 측정값은 우측주행이나 좌측주행의 측정값이 비슷한 수치를 보였다. 상하시점전환의 경우 VRML의 경우 상하시점전환에 따른 측정값의 변화가 비슷하였으며 게임엔진의 경우 VRML과는 달리 시점전환에 따른 수치도 변화하여 장면전환에 따른 화면 출력을 빠르게 연산하는 것을 보여주었다.
- 이에 본 연구에서는 FPS게임엔진 기반의 레벨에디터를 응용한 공간가상현실 시뮬레이션을 대안으로 제시하였다. 이상으로 게임엔진에 대한고찰과 공신력 있는 2개의 레벨에디터를 분석하고 기존의 웹 기반 클라이언트의 성능과 비교한 결과 다음과 같은 이유로 게임엔 진기 반의 가상현실 이 향후 공간시 뮬레 이 션분야에 적 합하다는결론을 얻게 되었다.
- 상하시점전환의 경우 VRML의 경우 상하시점전환에 따른 측정값의 변화가 비슷하였으며 게임엔진의 경우 VRML과는 달리 시점전환에 따른 수치도 변화하여 장면전환에 따른 화면 출력을 빠르게 연산하는 것을 보여주었다. 이상의 네 가지 네비게이션 유형에 따른 결과를 정리하면 게임엔진기반 가상현실이 큰 용량의 데이터 처리나 화면에 나타나는 장면의 폴리곤처리에 있어서 VRML에 비해 월등하게 우수함을 알 수 있다.
- 장면전환의 경우 공간 시뮬레이션 목적 아래 제작된 콘텐츠는 게임에서와 같이 빠른 장면전환을 요구하는 것이 아니라 정확한 반응을 유도하는 것이 중요하다는 관점에서 VRML의 장면 전환을 선호하는 반응을 보였다. 그러나 대규모 공간이나 데이터 처리에 있어서는 응답자 대부분이 게임엔진이 우위에 있다고 평가하고 있었다.
- 첫 번째, 저가, 저사양의 저작도구와 플랫폼에서 구현이 가능하다. 다만 게임엔진의 BPS, PVS가상공간구조는 모델링 툴에서 다루는 3차원 모델과 차이가 있으므로 이에 대한 고려가 필요하다.
후속연구
- GPU는 과거 SGI의 GLZ보드와 같은 가상현실 전문 그래픽장치가 아닌 일반 개인용 PC를 겨냥한 것이기 때문에 전문 보드에 비하여 초저가이며, 소규모 PC에서 작동하는 3DSMax, Maya, Lightwave와 같은 모델러나 캐드시스템을 지원하므로 활용 방안과 적용방법만 연구된다면 실내디자인이나 건축설계 분야에서 상당히 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
- 화면 갱신율의 수치가 높다는 것은 그만큼 자연스러운 장면 전환이나 순간 데이터 처리 능력이 높음을 의미하며, 이것은 컨텐츠에 대한 몰입이나 실시간 상호작용과 연결되는 중요한 요소가 된다. 역으로 해석한다면 화면갱신율이 높은 뷰어일수록 좀 더 넓고 정밀한 모델을 수용할 수 있는 것이다. 이에 기존의 방식인 VRML과 언리얼 엔진을 이용해 실험을 위해 제작된 가상공간의 FPS 측정을 실시하였다.
- 연구과정에서 게임엔진에서는 모델링 툴과의 데이터변환 과정에서 색상의 오차가 발생하는 문제와 저작도구로 모델 데이터 변환 절차의 복잡성 등 디자인분야에 충분히 실용화되기 까지는 해결해야 할 몇 가지 문제가 제기되었으며, 지속적인 연구를 통해 머지않은 미래에 개선될 것이다.
- 최근 발표되고 있는 NVIDIA와 ATI사 등의 그래픽 프로세서들은 버텍스3) 쉐이더4)(Vertex Shader) 또는 픽셀 쉐이더(Pixel Shader)와 같은 프로그래밍이 가능한(Programmable) 쉐이더 기능을 지원하고 있다. 이렇듯 최근 영상 및 그래픽 처리 분야에서 CPU의 성능 발달 못지않게, 급속도로 발전되고 있는 GPU의 활용 방안 모색은 가상현실을 이용한 공간시뮬레이션 기법에 혁신적 방향 전환을 제시해 줄 것이다.
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