본 논문에서 3DARModeler 라는 증강현실 환경에서의 3D 모델링 시스템에 대해서 제시 한다. 이 시스템은 3D 객체(모델)를 만들기 위해 객체 호출, 텍스쳐 적용, 애니메이션, 광원추정, 그림자 등의 기능들이 포함된 간단한 3D Studio Max라고 볼 수 있다. 3DARModeler는 3D 모델을 만들기 위한 효과적이고 편리한 상호작용 방법들을 제시한다. 3DARModeler 시스템의 주사용자는 컴퓨터 그래픽, 모델링 기술에 관한 많은 지식을 갖추지 않은 비전문가들을 대상으로 한다. 사용자들은 기본 객체를 선택, 객체들의 속성 부여, 여러 객체들의 결합을 통하는 방법으로 사용자가 실세계에서 직접 모델링을 하는 것과 같이 간단하고 직관적인 방법의 모델링을 가능하도록 한다.
본 논문에서 3DARModeler 라는 증강현실 환경에서의 3D 모델링 시스템에 대해서 제시 한다. 이 시스템은 3D 객체(모델)를 만들기 위해 객체 호출, 텍스쳐 적용, 애니메이션, 광원추정, 그림자 등의 기능들이 포함된 간단한 3D Studio Max라고 볼 수 있다. 3DARModeler는 3D 모델을 만들기 위한 효과적이고 편리한 상호작용 방법들을 제시한다. 3DARModeler 시스템의 주사용자는 컴퓨터 그래픽, 모델링 기술에 관한 많은 지식을 갖추지 않은 비전문가들을 대상으로 한다. 사용자들은 기본 객체를 선택, 객체들의 속성 부여, 여러 객체들의 결합을 통하는 방법으로 사용자가 실세계에서 직접 모델링을 하는 것과 같이 간단하고 직관적인 방법의 모델링을 가능하도록 한다.
This paper describes a 3D modeling system in Augmented Reality environment, named 3DARModeler. It can be considered a simple version of 3D Studio Max with necessary functions for a modeling system such as creating objects, applying texture, adding animation, estimating real light sources and casting...
This paper describes a 3D modeling system in Augmented Reality environment, named 3DARModeler. It can be considered a simple version of 3D Studio Max with necessary functions for a modeling system such as creating objects, applying texture, adding animation, estimating real light sources and casting shadows. The 3DARModeler introduces convenient, and effective human-computer interaction to build 3D models. The 3DARModeler targets nontechnical users. As such, they do not need much knowledge of computer graphics and modeling techniques. All they have to do is select basic objects, customize their attributes, and put them together to build a 3D model in a simple and intuitive way as if they were doing in the real world.
This paper describes a 3D modeling system in Augmented Reality environment, named 3DARModeler. It can be considered a simple version of 3D Studio Max with necessary functions for a modeling system such as creating objects, applying texture, adding animation, estimating real light sources and casting shadows. The 3DARModeler introduces convenient, and effective human-computer interaction to build 3D models. The 3DARModeler targets nontechnical users. As such, they do not need much knowledge of computer graphics and modeling techniques. All they have to do is select basic objects, customize their attributes, and put them together to build a 3D model in a simple and intuitive way as if they were doing in the real world.
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문제 정의
3DARModeler시스템 테스트 환경은 Intel® Core2 Quad CPU 2.4GHz, 1GB RAM, NVIDIA GeForce 8600GTS 에 L3M의 USB카메라를 사용하였다' 이 3DARModeler가 3D Studio MAX의 비해 얼마나 더 쉽고 효과적으로 사용할 수 있는지를 테스트하는 것을 주된 목적하였다. 사용자 테스트의 방법은 아래의 3단계로 실시하였다'
선택적 인터페이스를 제공한다. 본 논문에서는 이러한 선택적인 인터페이스의 사용을 통해 탠저블(Tangible) 인터페이스에만 의존한 시스템에서 일반적으로 발생하는 과도한 탠저블 인터페이스 요구문제를 해결하였다.
방법에 대한 연구가 주가 된다. 본 논문에서는 증강현실 환경에서 직접 모델을 손쉽게 제작할 수 있는 방법에 대하여 연구하였다.
본 시스템은 3D 모델링과 컴퓨터 그래픽에 대해 전문적이 지식이 없는 사용자가 유연한 인터페이스를 통해 3D 모델을 쉽게 빠르게 만들 수 있도록 하는 데에 목적이 있다' 이러한 까닭에 일반적인 데스크 탑 컴퓨터에서 USB 카메라와 마커를 사용하여 모델링이 가능하다 물론 HMD(Head Mounted Display)의 사용이 가능하며 이를 사용한다면 조금 더 편리하게 작업이 가능하지만, 충분 요소일 뿐 필요 요소는 아니다.
이 논문에서 증강현실에서 3D모델링 시스템을 개발 하는 것에 다양한 기술과 접근 방법들을 제시하였다. 이 시스템의 가장 큰 장점으로는 사용자가 마치 실제로 물체의 방향과 위치를 손으로 돌려가며 모델링을 함으로써 실제 세계에서 모델링을 하는 것처럼 느낄 수 있다는 점이다.
[그림 3](C). 이러한 기하도형들을 사용한 방법 외에도 VRML / 3DS에서 만든 파일을 불러 들여 수정 및 재 모델링이 가능하도록 하였다';
가설 설정
3. 조작 마커를 사용하여 가상 광원의 위치를 실제로 드리워진 그림자와 같아 질 때까지 조정하여 일치 시킨다. [그림 8](C)
주어야 한다. 본 시스템에서는 카메라의 움직임이 없는 상태에서 모델링을 진행함을 가정하기 때문에 카메라 좌표계를 기준으로 하여 계산해 주었다. (물론 전역 혹은 마커의 좌표계로 의 변환도 가능하다)
제안 방법
OpenGL 렌더링 기반의 ARToolkit 2.7L3[1]을 사용하여 AR환경을 구축하였다. 본 시스템은 하나의 메인보드 마커와 4개의 조작 마커로 이루어져 있다.
그리고 화면에서의 메뉴, 툴바, 그리고 음성 명령어 인식의 기능을 사용하여 조금 더 유연하고 편리한 사용자 인터페이스를 제공한다.
본 시스템은 기하 도형들의 결합을 통하여 자연적이고 일상적인 방법으로 모델링이 가능.
본 시스템은 데스크 탑에서 AR마커를 기반으로 구현되었다. OpenGL 렌더링 기반의 ARToolkit 2.
수 있었다. 설문의 항목으로는 F1-직관적, F2-편의성, F3-간단한 모델을 제작에 대한 적합성, F4- 복잡한 모델을 제작에 대한 적합성, F5-건물의 프로토타입을 빠르게 만드는 것에 대한 적합성, F6- 물체를 배치하는 방법에 대한 적합성, F7- 초보자 및 비전공자들의 사용에 대한 적합성의 7가지 질문을 받았다.
된다. 이 메인보드 마커는 작업 중에 마커의 일부가 가려져도 작업에 아무런 영향을 주지 않을 수 있도록 하기 위해 멀티 마커로 만들었다.
역할을 한다. 이 시스템에서 텍스쳐 매핑을 일반적으로 널리 쓰이는 JPG, BMP, TGA와 같은 다양한 이미지 포맷을 지원하도록 하여 사용자가 직접 선택하여 적용 할 수 있도록 하였다';
대상 데이터
사용자 테스트는 37명의 지원자를 받아 테스트가 진행 되었으며 이들은 모두 증강현실에 대해서 전혀 몰랐거나 일부 들어만 본 사람들이었다' 그리고 이들 중 14명의 참여자 들이 한번 즈음 3D Studio Max의 사용 경험이 있는 사람들 이었다. 평가 결과는 모든 부문에서 40이상을 받았으나 선택 마커를 사용하여 물체를 선택 하는 부분에서는 3.
이론/모형
이 계층적 모델링 방법을 3DARModeler 시스템의 기본적인 모델링 방법으로 사용한다. 이 시스템에서 만들어 지는 모델들은 각각 일부분의 그룹으로 구성되어 있으며 각 그룹들은 최종적으로 하나의 그룹으로 통합되어 만들어 지게 된다.
이러한 문제의 해결을 위해 관련 연구들 중에 iaTAR[3] 에서 제시된 AR 마커 기반의 선택 마커를 사용한 탠저블 인터페이스 방법을 사용한다' 증강되는 모든 물체에 zHot Spot, 이라는 원형의 범위를 두고 그림5과 같이 선택마커의 선택 지점(Select Point)이 Hot Spot 에 위치를 하게 되면 객체를 선택하는 것으로 인식하도록 한다.
성능/효과
5분 정도를 소모 간단한 UFO을 만들 수 있었다. 그리고 인터페이스와 관련된 결과로는 Tangible 마커와 키보드 / 마우스를 같이 사용하는 것이 편리하다는 결과를 확인할 수 있었다. 모델링 시스템의 증강현실 환경에 대한 질문에서는 대부분의 사람들이 실제 손으로 메인보드 마커를 들고 움직여 가면서 확인할 수 있는 점이 모델의 정확도 및 물체의 위치를 확인하는 점이 매우 유용하며 효과적 이라고 말하였다'
후속연구
많다. 앞으로 사용자 테스트 결과의 문제점들과 다양한 부분들에 대해서 연구 / 개선하고 수정한다면 3D Studio Max의 증강현실 버전으로의 발전이 가능할 것이라고 생각된다.
참고문헌 (10)
http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/
R. Azuma, "A survey of augmented reality", In Presence: Teleoperators and Virtual Environments 6, 4 (August 1997), 355-385.
Gun A. Lee, Claudia Nelles, Mark Billinghurst, Gerard Jounghyun Kim, Immersive Authoring of Tangible Augmented Reality Applications', Proceedings of the Third IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR 2004)
Peter Fiala, Nicoletta Adamo-Villani, "ARpm: an Augmented Reality Interface for Polygonal Modeling", Proceedings of the Fourteh IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR 2005)
Wayne Piekarski and Bruce H. Thomas, "Developing Interactive Augmented Reality Modelling Applications", International workshop on software technology for Augmented Reality
Hirokazu Kato, Keihachiro Tachibana, Masaaki Tanabe, Takeaki Nakajima, Yumiko Fukuda, "A City-Planning System based on Augmented Reality with a Tangible interface", Proceedings of the Second IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR 2003)
Michae O'Rourke, "Principles of Three - Dimensional Computer Animation: Modeling, Rendering, and Animating With 3d Computer Graphics", New York Norton Publisher, pp.53-60.
Katrien Jacobs, Cameron Angus, Celine Loscos, Jean-Daniel Nahmias, Alex Reche, Anthony Steed, "Automatic generation of consistent shadows for Augmented Reality", Proceedings of Graphics Interface 2005
Natsuki Sugano, Hirokazu Kato and Keihachiro Tachibana, "The Effects of Shadow Representation of Virtual Objects in Augmented Reality", Proceedings of the Second IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR 2003)
Masayuki Kanbara and Naokazu Yokoya, "Real-time Estimation on Light Source Environment for Photorealistic Augmented Reality", Proceedings of the 17th International Conference on Pattern Recognition (ICPR'04)
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