[논문]VRSMS: 가상현실 기반 센서 관리 시스템

김한수; 김형석

doi:10.17210/jhsk.2008.11.3.2.1

[국내논문] VRSMS: 가상현실 기반 센서 관리 시스템
VRSMS: VR-based Sensor Management System 원문보기

한국HCI학회논문지 = Journal of the HCI Society of Korea, v.3 no.2 = no.6, 2008년, pp.1 - 8

김한수 (건국대학교 컴퓨터 정보통신공학) , 김형석 (건국대학교 인터넷 미디어 공학부)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 미세 규모 대기 환경 모니터링 시스템 Airscope[3]의 가상현실 기반 시각화 시스템인 VRSMS(VR-based Sensor Management System)을 소개 한다. 가상현실 기반 시각화 방법을 이용해 대기 환경 정보를 시각화함으로써 시민 등의 비전문가들이 직관적으로 대기 환경 정보를 인지할 수 있고 사용자가 원하는 정보를 보다 쉽게 취득할 수 있도록 가상공간 내부에 설치된 센서를 직접 조작할 수도 있다. 사용자 요구에 맞춘 동적 시각화를 위해 대기 환경 데이터와 조작 및 시각화 기법을 분리하였고 이는 시스템 내부 데이터에 대한 일관된 접근 방법을 제공하여 새로운 시각화 기법의 추가가 용이하다. 동적 시각화 기법 중의 하나로 복수의 소형 디스플레이를 연결하여 대형 디스플레이 시스템을 구축하였으며 이는 단일 대형 디스플레이 시스템에 비해 저렴한 비용으로 공공장소 등에서 다수의 사용자가 보다 쉽게 대기 환경 정보를 취득할 수 있게 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

We introduce VRSMS(VR-based sensor management system) which is the visualization system of micro-scale air quality monitoring system Airscope[3]. By adopting VR-based visualization method, casual users can get insight of air quality data intuitively. Users can also manipulate sensors in VR space to get specific data they needed. For adaptive visualization, we separated visualization and interaction methods from air quality data. By separation, we can get consistent way for data access so new visualization and interaction methods are easily attached. As one of the adaptive visualization method, we constructed large display system which consists of several small displays. This system can provide accessibility for air quality data to people one public space.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이 때 가상공간 내부의 센서를 직접 조작하는 것으로 사용자가 필요한 정보를 직관적으로 취사선택 하는 데 도움을 줄 수 있다. 따라서 본 논문에서는 가상현실 기반의 센서 데이터 시각화 및 관리 시스템을 제안한다. 시스템을 통하여 사용자는 현실 세계와 유사하게 구축된 가상 공간을 이동하며 센서의 정보를 실시간으로 확인할 수 있고 필요에 따라 센서를 조작할 수도 있다.
본 연구에서는 USN기반 미세 규모 대기 환경 센서의 정보를 가상현실 기법을 이용하여 시각화하고 사용자 인터페이스를 통해 가상 공간 탐색과 센서 조작 기능을 제공하는 센서 관리 시스템을 제안한다.
본 연구에서는 이 중, 시각화 시스템인 VRSMS (VR-based Sensor Management System)를 다룬다.
본 연구에서는 USN 기반 미세규모 대기 환경 관리 시스템 Airscope의 시각화 시스템인 VRSMS를 제안하였다. VRSMS는 가상현실 기반의 탐색을 제공하며 사용자는 기존 대기 환경 정보 시스템에서 제공하지 못했던 가상현실 기반 방법에 의한 직관적인 대기 환경 정보를 취득할 수 있다.

제안 방법

이러한 요구를 충족시키고 보다 나은 공공 정보 서비스 제공을 위해 Airscope[3] 와 같은 미세 규모 대기 환경 모니터링 시스템이 제안 되었다. 이 시스템은 건물 단위 이하의 미세 규모 공간을 대상으로 USN(Ubiquitous Sensor Network)을 이용하여 대기 환경 정보를 수집하고 그것을 사용자에게 시각화 하여 보여준다.
Norihisa등[4]은 교토 대학에서 개발한 KVS(Kyoto Visualization System)을 이용하여 센서 네트워크를 시각화하였다. 이 프레임워크는 센서 데이터 수집, 보간(interpolation), 시각화의 3단계로 구성되며 건물 내부의 센서 데이터를 수집하고 센서 사이의 빈 공간에 해당하는 데이터를 보간법을 이용하여 생성한 후, 시각화 모듈을 이용해서 보여준다. 이 때 시각화 기법은 건물 내부를 표현하는 삼차원 볼륨 데이터 상에 isosurface extraction기법을 사용하여 사용자가 원하는 특정 값이 위치하는 공간을 추출하여 보여준다.
네트워크 관리 모듈은 센서 데이터 저장소와의 모든 통신을 관리한다. 사전 정의된 통신 규약에 맞춰 전송되는 센서 데이터를 해독하여 시스템 내부에서 사용할 수 있도록 변환하고 사용자가 센서를 조작했을 때 발생되는 제어 신호를 전송한다.
사용자는 3D 가상공간을 이동하며 센서 정보를 취득할 수 있으며 그것을 조작할수도 있다. 보다 직관적인 대기 환경 정보 제공을 위해 전통적인 수치 형태에 더하여 파티클 시스템[5] 기반 시각화 기법을 제공한다. 이는 상세한 수치 자료가 필요 없고 개략적인 대기 환경 상태의 빠른 인식을 요구하는 일반 사용자를 위한 것으로, 기존의 대기 환경 정보 시스템에서는 제공하지 않는 기능이다.
전송된 데이터의 관리를 위해 가상 센서(virtual sensor)를 구축하였다. 가상 센서는 센서 데이터 저장소에 등록된 센서와 동일한 정보를 가지는 시스템 내부의 자료 구조이다.
사용자가 높은 정확도의 센서 데이터를 요구할 경우를 대비 하기 위해 수치 정보를 함께 제공 한다. 수치 정보는 파티클 시스템과 독립적으로 화면에 표시 되며 VRSMS 내부 가상 센서 값이 변하게 되면 동시에 갱신 된다.
데이터와 기법의 분리로 인한 사용자 수요 적응형 시각화의 일환으로 대형 디스플레이 시스템을 구축했다. 이는 공공장소 등 다수의 대중이 모이는 곳에서 보다 쉽게 사용자가 대기 환경 정보를 취득할 수 있게 한다.
마스터 머신과 DCM은 이더넷을 통해 연결되어 있고 신속한 제어 신호 전달을 위하여 UDP broadcast 를 채택 했다. UDP 프로토콜은 확실한 패킷 전달을 보장하지 않기 때문에 통신 에러를 방지하기 위해 마스터 머신에서 DCM으로 전달 되는 제어 신호는 항상 2회 전송 된다.
Airscope 실내 테스트베드에 설치된 대기환경 및 화상 센서를 이용하여 센서 관리 시스템을 구축하였다. 시각화 출력장치로 2560 x 1600 해상도를 가지는 총 6대의 32인치 LCD 패널을 연결한 대형 디스플레이와 화면 출력 및 제어를 담당하는 4대의 렌더링 머신을 사용하였다.
VRSMS는 가상현실 기반의 탐색을 제공하며 사용자는 기존 대기 환경 정보 시스템에서 제공하지 못했던 가상현실 기반 방법에 의한 직관적인 대기 환경 정보를 취득할 수 있다. 또한 가상공간 속의 센서를 조작함으로써 실제 환경을 직접확인 하거나 설치된 센서를 조작할 수 있는 기능을 제시하였다.
처리될 데이터와 그것의 표현 및 조작 기법을 분리하여 새로운 기법의 적용을 용이하게 하였고 특수한 출력 환경의 한 예로서 다중 LCD패널을 사용한 대형 디스플레이를 구축하였다. 이는 앞으로 Airscope시스템이 설치 될 주민 센터 등의 공공 장소에서 시민들이 쉽게 대기 환경 정보 서비스에 접근하는 데 도움을 줄 수 있다.

대상 데이터

CitySense[2]는 미국의 하버드 대학과 BBN Technologies사의 협동 연구로 개발된 도시 규모 센서 네트워크 테스트베드이다. 100여개의 무선 센서를 도시 내부에 설치하여 대기 환경 상태를 실시간으로 보고받으며 이를 웹사이트를 통해 공개한다. 시각화에는 Google Earth를 이용하였고 사용자는 지도상의 특정 표시 지점을 클릭하여 설치된 센서의 현재 값을 알아볼 수 있다.
본 연구는 미세규모 대기 환경 모니터링 시스템인 Airscope의 시각화 시스템으로서 개발되었으며, Airscope 시스템은 그림 4와 같이 3가지의 세부 시스템으로 구성되어 있다. 대기 환경 측정 시스템(USN) 에서는 유·무선으로 연결된 환경 센서들의 정보를 수집하여 데이터 관리 시스템으로 전송한다.
각 머신은 모두 동일한 VRSMS를 탑재하고 있지만 역할에 따라 구동 방식이 달라 진다. 마스터 머신은 센서 데이터 저장소와 직접 통신하여 시각화에 필요한 데이터를 수집한다. 수집된 데이터는 각 DCM으로 전송되고 DCM은 자신이 담당하는 대형 디스플레이 시스템 상의 위치를 고려하여 필요한 부분만을 화면에 출력한다.
Airscope 실내 테스트베드에 설치된 대기환경 및 화상 센서를 이용하여 센서 관리 시스템을 구축하였다. 시각화 출력장치로 2560 x 1600 해상도를 가지는 총 6대의 32인치 LCD 패널을 연결한 대형 디스플레이와 화면 출력 및 제어를 담당하는 4대의 렌더링 머신을 사용하였다. 상세 사양은 표1과 같다.

이론/모형

이러한 작업을 수행하는 화상 센서는 기본적으로 대기 환경 센서와 동일하게 취급 되지만 출력 되는 데이터의 형태가 화상 정보라는 점이 다르다. 센서 데이터 저장소에서는 수집된 화상 정보를 각 프레임 별로 VRSMS에 전송하며 네트워크 전송량을 줄이기 위하여 JPEG2000방법을 사용하여 압축된 형태로 전송한다.

후속연구

향후 과제는 현재 대형 디스플레이 시스템에서 필요한 wand-type 인터페이스, 테이블탑 인터페이스 등의 추가를 통한 다중 모드의 구현과 보다 상세한 정보를 요구하는 전문가를 위한 isosurface extraction 기법의 추가, 마지막으로 보다 높은 접근성을 위한 모바일 장치로의 이식 등이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	VRSMS의 구조는 어떻게 되어 있는가?	시각화 시스템인 VRSMS의 구조는 그림 5와 같이 네트워크 관리 모듈, 리소스 관리 모듈, 시각화 모듈로 구성되어 있다.
	리소스 관리 모듈은 무엇을 관리하는가?	리소스 관리 모듈은 VRSMS 내부에서 사용되는 모든 데이터를 관리한다. 네트워크 관리 모듈이 받아 온 센서 정보를 가상 센서 구축을 통해 내부에 저장하며 시각화 모듈은이 정보를 직접적으로 참조한다.
	시각화 모듈의 사용자는 어떻게 센서정보를 취득할 수 있는가?	시각화 모듈은 시스템 내부에 저장된 센서 정보를 VR 기법을 이용하여 사용자에게 보여준다. 사용자는 3D 가상공간을 이동하며 센서 정보를 취득할 수 있으며 그것을 조작할수도 있다. 보다 직관적인 대기 환경 정보 제공을 위해 전통적인 수치 형태에 더하여 파티클 시스템[5] 기반 시각화 기법을 제공한다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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