[논문]혼합형 협업을 지원하는 타일드 디스플레이 프레임워크 기술 개발

김민영; 조용주

doi:10.6109/jkiice.2010.14.12.2698

초록
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기존 타일드 디스플레이 시스템들이 주로 사람들이 함께 모여 작업하는 공용 작업 모델을 지원한 것과 다르게 본 연구에서는 대형 타일드 디스플레이 시스템에서 혼합형 협업 응용프로그램의 개발을 쉽게 도와주는 ICE 디스플레이 프레임워크 기술을 개발하였다. 혼합형 협업이란 다중 사용자들의 공동 작업과 개인 작업이 동시에 자연스럽게 전환 가능한 협력 모델이다. 본 프레임워크를 사용하면 공동작업 뿐만 아니라 다른 사용자들을 방해하지 않는 개인 작업을 위한 콘텐츠를 제공할 수 있는 프로그램의 개발이 가능하다. 본 논문에서는 ICE 디스플레이 프레임워크를 기존의 연구와 비교하고, 세부 구현 내용을 설명한다. 그리고 이를 적용시켜 개발한 응용 프로그램을 소개하고 프레임워크의 성능을 평가 및 분석한 결과를 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

Most tiled display systems supported a public workspace model where multiple users share the contents and work together on a large public screen. In this research, we developed ICE Display Framework, designed for supporting easy construction of tiled display applications allowing mixed-focus collabo...

Most tiled display systems supported a public workspace model where multiple users share the contents and work together on a large public screen. In this research, we developed ICE Display Framework, designed for supporting easy construction of tiled display applications allowing mixed-focus collaboration. Mixed-focus collaboration is a model that allows a number of users to work together as a group or individually on the large workspace. ICE Framework allows users to add personal contents on the tiled display without interrupting other users as well as to put shared works. In this paper, we compare ICE framework with previous research and explain the detail implementation. Then, we introduce the applications built with this framework and discuss the evaluation and analysis of the performance of the new framework.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 타일드 디스플레이에서 이처럼 개인 작업과 그룹의 공동 작업 간에 자연스러운 전환이 가능한 3차원 그래픽 응용프로그램의 개발을 지원하기 위하여 ICE 디스플레이 (Interactive, Collaborative, and Extensible Display) 프레임워크를 개발하였다. 이 프레임워크는 분산 컴퓨팅 시스템에서 타일드 디스플레이의 개수나 크기, 다양한 해상도, 사용자 수와 그들의 동시적인 인터랙션을 고려하여 확장 가능하도록 구현되었다.
본 연구에서는 ICE 디스플레이 프레임워크를 활용하여 타일드 디스플레이에서 전 지구에서 발생한 지진들을 관찰하고 분석할 수 있도록 3차원 지진 과학적 가시화 프로그램을 개발하였다. 본 응용프로그램은 기후 및 지진 등의 데이터를 수집 관리하는 미국 지질 조사국(U.
본 연구에서는 ICE 프레임워크의 확장성 및 다중 사용자의 상호작용 지원에 대한 성능 평가를 위하여 실험을 진행하였다. 먼저 타일드 디스플레이의 개수를 두 개씩 늘려가면서 그래픽스 렌더링 성능(즉, Frame rate)을 비교하였다.
ICE 디스플레이 프레임워크는 다중 사용자의 개별 콘텐츠에 대한 동시 작업을 지원하는데, 본 평가에서는 이러한 사용자의 상호작용에 대한 확장성을 실험하였다. 여기서는 6대의 슬레이브 뷰어로 구성된 4×3 규모의 타일드 디스플레이와 191,532 개의 폴리곤으로 구성된 응용프로그램을 사용하였다.
본 연구에서는 공동 작업과 개인 작업을 동시에 지원하는 혼합형 협업 모델 기반의 타일드 디스플레이 응용프로그램의 구축을 돕는 ICE 디스플레이 프레임워크 기술을 개발하였다. ICE 디스플레이 프레임워크는 다수의 사용자들이 동시에 고해상도 대형 화면에서 협업 콘텐츠와 개인용 콘텐츠를 구성한 후에 각자의 모바일 장치나 키보드 등을 통해 서로의 간섭 없이 독립적으로 상호작용하는 것을 가능하게 한다.
본 논문에서는 이러한 프레임워크 기술ㄱ을 기존의 타일드 디스플레이 기술들과 비교하고 세부 모듈 구성 및 기능 구현에 대하여 설명하였다. 그리고 본 프레임워크를 활용해서 개발한 타일드 디스플레이 통합 뷰어와 3차원 지진 과학적 가시화 프로그램에 대해 소개하였다.
본 논문에서는 이러한 프레임워크 기술ㄱ을 기존의 타일드 디스플레이 기술들과 비교하고 세부 모듈 구성 및 기능 구현에 대하여 설명하였다. 그리고 본 프레임워크를 활용해서 개발한 타일드 디스플레이 통합 뷰어와 3차원 지진 과학적 가시화 프로그램에 대해 소개하였다. 또한 시스템의 규모적인 확장성 및 다중 사용자의 동시적 입력 증가에 따른 실험을 바탕으로 본 프레임워크의 성능 평가 및 분석 결과를 기술하였다.
그리고 본 프레임워크를 활용해서 개발한 타일드 디스플레이 통합 뷰어와 3차원 지진 과학적 가시화 프로그램에 대해 소개하였다. 또한 시스템의 규모적인 확장성 및 다중 사용자의 동시적 입력 증가에 따른 실험을 바탕으로 본 프레임워크의 성능 평가 및 분석 결과를 기술하였다.

제안 방법

특히 여기서는 공동 작업 중에 필요 시 개인적으로 원하는 콘텐츠를 선택하여 개별 조작하는 것이 가능하다. 그리고 공용 및 개인 작업을 위한 상호작용은 키보드나 마우스 외에 위모트나 스마트폰 같은 휴대 장치를 이용해서도 가능하며, 또한 컴퓨터나 디스플레이의 개수가 늘어나더라도 프로그램의 수정 없이 사용할 수 있도록 확장성을 염두에 두고 구현하였다.
또한 여기에는 타일드 디스플레이 시스템을 구성하는 여러 개의 디스플레이들을 관리하고, 응용프로그램의 데이터 공유, 화면 동기화 기능 등을 제공하는 모듈들도 존재한다. ICE 디스플레이 프레임워크는 화면 렌더링을 위한 OSG와 동영상 처리를 위한 마이크로소프트의 DirectShow을 내부적으로 사용하였으며, 네트워킹 모듈은 자체적으로 개발한 ICENet 라이브러리를 활용하였다.
본 응용프로그램은 주로 고해상도 이미지나 동영상을 함께 보면서 관찰하고 실물 크기의 제품을 3차원 모델로 만들어서 시연하고 평가하는 용도로 개발되었다. 여기서는 여러 사용자들이 함께 이미지와 모델, 동영상 등을 움직이거나 회전시키면서 서로 확인하고 관찰할 수 있도록 위모트 입력 컨트롤러의 사용을 지원한다.
본 응용프로그램에서는 ICE 디스플레이 프레임워크의 기본 데스크톱 입력 컨트롤러의 기능을 상속받아 제공하며 사용자가 위도와 경도의 범위를 지정하여 특정 지역의 지진 데이터만을 가시화시킬 수 있도록 추가적인 상호작용 기능을 새롭게 확장 개발하였다. 이러한 기능을 통해서 사용자들은 원하는 지역의 지진 정보를 실시간으로 구성해서 타일드 디스플레이에 추가적으로 나타낼 수 있다.
본 연구에서는 ICE 프레임워크의 확장성 및 다중 사용자의 상호작용 지원에 대한 성능 평가를 위하여 실험을 진행하였다. 먼저 타일드 디스플레이의 개수를 두 개씩 늘려가면서 그래픽스 렌더링 성능(즉, Frame rate)을 비교하였다. 그리고 본 프레임워크에서 허용하는 다중 사용자의 상호작용 기술을 평가하기 위해서 입력 컨트롤러의 개수와 상호작용의 횟수를 늘려가면서 그래픽스 렌더링 성능을 측정하였다.
먼저 타일드 디스플레이의 개수를 두 개씩 늘려가면서 그래픽스 렌더링 성능(즉, Frame rate)을 비교하였다. 그리고 본 프레임워크에서 허용하는 다중 사용자의 상호작용 기술을 평가하기 위해서 입력 컨트롤러의 개수와 상호작용의 횟수를 늘려가면서 그래픽스 렌더링 성능을 측정하였다.
프레임워크의 시스템 확장성을 평가하기 위하여, 슬레이브 뷰어의 개수를 4, 8, 12, 16로 늘려가면서 3개의 다른 응용프로그램을 사용하여 타일드 디스플레이 시스템에서 렌더링 속도(Frame rate)를 비교하였다. 평가에 사용된 응용프로그램은 가각 5,804개, 37,145,600개, 그리고 58,040,000개의 폴리곤을 보여주는 3차원 그래픽스 모델 뷰어이다.
여기서는 6대의 슬레이브 뷰어로 구성된 4×3 규모의 타일드 디스플레이와 191,532 개의 폴리곤으로 구성된 응용프로그램을 사용하였다. 그리고 입력 컨트롤러의 개수를 1, 2, 4, 8, 16개로 증가시키면서 각각에 대해서 다시 1초당 상호작용 횟수를 10부터 60회까지 늘려가면서 그래픽 성능을 측정하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 ICE 디스플레이 프레임워크를 활용하여 타일드 디스플레이에서 전 지구에서 발생한 지진들을 관찰하고 분석할 수 있도록 3차원 지진 과학적 가시화 프로그램을 개발하였다. 본 응용프로그램은 기후 및 지진 등의 데이터를 수집 관리하는 미국 지질 조사국(U.S. Geological Survey)[10] 사이트의 검색 기능을 활용하여 1970년도부터 2000년도까지 강도 3 이상으로 나타났던 전 세계의 지진 데이터들을 가시화시킨다. 이것은 지진이 일어난 위치에 지진의 발생 강도에 따라 다른 모양의 3차원 개체를 구성하여 대량의 정보를 표현한다.
각 슬레이브 컴퓨터는 1920×1200 해상도의 24인치 LCD 2대와 연결되며, 총 12대의 모니터를 이용한 초고해상도 타일드 디스플레이가 구축되었다.
여기서는 6대의 슬레이브 뷰어로 구성된 4×3 규모의 타일드 디스플레이와 191,532 개의 폴리곤으로 구성된 응용프로그램을 사용하였다.
평가 실험을 위해 사용된 타일드 디스플레이 시스템은 인텔 i7 920 CPU와 NVIDIA GTS250 그래픽 카드를 사용한 마스터 컴퓨터 1대와 인텔 Q6600 CPU와 GTS250 그래픽 카드를 장착한 슬레이브 컴퓨터 6대로 구성되었다. 각 슬레이브 컴퓨터는 1920×1200 해상도의 24인치 LCD 2대와 연결되며, 총 12대의 모니터를 이용한 초고해상도 타일드 디스플레이가 구축되었다.
각 슬레이브 컴퓨터는 1920×1200 해상도의 24인치 LCD 2대와 연결되며, 총 12대의 모니터를 이용한 초고해상도 타일드 디스플레이가 구축되었다. 그리고 시스템 확장성 평가를 위하여 Q6600 CPU와 NVIDIA Quadro FX3500를 장착한 컴퓨터 1대, Q6600 CPU와 GeForce 7900GS를 장착한 컴퓨터 1대 및 모니터 4대를 추가적으로 더 사용하였다.
프레임워크의 시스템 확장성을 평가하기 위하여, 슬레이브 뷰어의 개수를 4, 8, 12, 16로 늘려가면서 3개의 다른 응용프로그램을 사용하여 타일드 디스플레이 시스템에서 렌더링 속도(Frame rate)를 비교하였다. 평가에 사용된 응용프로그램은 가각 5,804개, 37,145,600개, 그리고 58,040,000개의 폴리곤을 보여주는 3차원 그래픽스 모델 뷰어이다. 표 1과 그림 7에서 보인 것처럼 ICE 디스플레이 프레임워크는 슬레이브의 개수가 늘어나더라도 프레임율에 큰 변화가 나타나지 않았다.

성능/효과

특히 폴리곤 개수가 적어서 그래픽 카드에 부하가 걸리지 않을 때에는 LCD의 재생율인 60Hz에 근접한 렌더링 성능을 보였다. 그리고 응용프로그램의 폴리곤 개수가 많아질수록 그래픽 성능 저하되었지만, 이 경우에는 디스플레이의 개수가 많아질수록 렌더링 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
특히 입력 컨트롤러의 개수가 증가하면서 초당 상호작용의 횟수가 많아지면 렌더링 속도가 더욱 감소하였다. 가령, 최소 1개의 컨트롤러에서 초당 10번의 상호작용을 할 때 58.42 frame rate이였던 반면, 최대 16개의 컨트롤러에서 1초 동안 각기 60번의 상호작용이 발생할 때는 32 frame rate 정도까지 재생율이 떨어지는 것을 관찰할 수 있었다. 이것은 사용자의 수와 상호작용의 횟수가 늘어남에 따라 성능의 하락이 불가피함을 알려준다.

후속연구

본 연구에서 제안하는 ICE 디스플레이 프레임워크는 다중 사용자의 개인 작업과 공용 작업이 동시에 자연스럽게 이루어 질 수 있도록 다양한 입력 장치를 추가할 수 있는 기능뿐만 아니라, 필요로 하는 다양한 상호작용 명령들을 각 응용프로그램에서 별도로 확장할 수 있는 기능들을 제공하고 있다. 따라서 다양한 응용프로그램들의 요구사항과 입력 장치들의 특성에 맞춰 특화된 기능들을 지원하는 것이 용이하다.
추후 연구에서는 본 프레임워크 기술을 확장하여 원격지 간의 협업 지원 모델에서도 활용할 수 있도록 개선할 것이다. 그리고 현재 개발 중인 원격 컴퓨팅을 지원하는 VNC(Virtual Network Computing) 기반 작업 화면에서 3차원 그래픽 환경뿐만이 아니라, 일반적인 컴퓨팅 환경을 제공할 수 있도록 계획하고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	혼합형 협업을 지원하는 타일드 디스플레이의 특징은 무엇인가?	이렇게 다수의 사용자들의 공동 작업과 개인적인 작업 간에 자연스러운 전환이 가능한 협력 방식을 일컬어 CSCW (Computer Supported Collaborative Work) 연구 분야에서는 혼합형 협업 (Mixed-focus Collaboration)[7]이라 부른다. 혼합형 협업을 지원하는 타일드 디스플레이는 확장이 용이하고 다중 사용자에게 개인 작업을 독립적으로 지원할 수 있으며 고품질의 대용량 정보를 효과적으로 표현할 수 있어야 한다.
	혼합형 협업이란 무엇인가?	기존 타일드 디스플레이 시스템들이 주로 사람들이 함께 모여 작업하는 공용 작업 모델을 지원한 것과 다르게 본 연구에서는 대형 타일드 디스플레이 시스템에서 혼합형 협업 응용프로그램의 개발을 쉽게 도와주는 ICE 디스플레이 프레임워크 기술을 개발하였다. 혼합형 협업이란 다중 사용자들의 공동 작업과 개인 작업이 동시에 자연스럽게 전환 가능한 협력 모델이다. 본 프레임워크를 사용하면 공동작업 뿐만 아니라 다른 사용자들을 방해하지 않는 개인 작업을 위한 콘텐츠를 제공할 수 있는 프로그램의 개발이 가능하다.
	ICE 디스플레이 프레임워크는 어떤 부분을 고려하여 구현되었나?	본 연구에서는 타일드 디스플레이에서 이처럼 개인 작업과 그룹의 공동 작업 간에 자연스러운 전환이 가능한 3차원 그래픽 응용프로그램의 개발을 지원하기 위하여 ICE 디스플레이 (Interactive, Collaborative, and Extensible Display) 프레임워크를 개발하였다. 이 프레임워크는 분산 컴퓨팅 시스템에서 타일드 디스플레이의 개수나 크기, 다양한 해상도, 사용자 수와 그들의 동시적인 인터랙션을 고려하여 확장 가능하도록 구현되었다. 특히 여기서는 공동 작업 중에 필요 시 개인적으로 원하는 콘텐츠를 선택하여 개별 조작하는 것이 가능하다.

참고문헌 (10)

G. Humphreys, M. Eldridge, I. Buck, G. Stoll, M. Everett, P. Hanrahan, "WireGL: A Scalable Graphics System for Clusters," In Proc. of the Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, pp. 129-140, 2001.
G. Humphreys, M. Houston, R. Ng, R. Frank, S. Ahern, P. D. Kirchner, J. T. Klosowski, "Chromium: a stream-processing framework for interactive rendering on clusters," In Proc. of the Conference on Computer graphics and Interactive techniques, pp. 693-702, 2002.
S. Eilemann, M. Makhinya, R. Pajarola, "Equalizer: A Scalable Parallel Rendering Framework," IEEE Trans. on Visualization and Computer Graphics, Vol. 15, No. 3, pp. 436-452, 2009.

상세보기
N. Harish, P. Narayanan, "Garuda: A Scalable Tiled Display Wall Using Commodity PCs, IEEE Trans. on Visualization and Computer Graphics," Vol. 13, No. 5, pp. 864-877, 2007.

상세보기
B. Jeong, J. Leigh, A. Jhonson, L. Renambot, M. Brown, R. Jagodic, S. Nam, H. Hur, "Ultrascale Collaborative Visualization Using a Display-Rich Global Cyberinfrastructure," Computer Graphics and Applications, Vol. 30, No. 3, 2010.
박경신, 서기영, 한석희, "모바일 인터페이스를 사용한 타일드 디스플레이 기반의 가상현실 게임 플랫폼 개발," 한국컴퓨터게임학회논문지, 제21호, pp. 79-88, 2010.
P. Dewan, P. Agarwal, G. Shroff, R. Hegde, "Mixed-focus collaboration without compro mising individual or group work," in Proc. of Symposium on Engineering Interactive Computing Systems, pp. 225-234, 2010.
Open Scene Graph, http://www.openscenegra ph.org (Accessed: Dec. 13, 2010).
김민영, 이빛나라, 조용주, "확장형 초고해상도 타일드 디스플레이 시스템에서 동작하는 협업용 뷰어 시스템 기술 개발," 한국해양정보통신학회논문지, 제 14권, 제4호, pp. 841-848, 2010.

원문보기 상세보기
U.S. Geological Survey, http://earthquake.usgs. gov (Accessed: Dec. 13, 2010).

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