[논문]전자책 속의 마커를 이용한 증강현실 구현

이종혁

doi:10.6109/jkiice.2011.15.10.2279

초록
AI-Helper

최근 증강현실(Augmented Reality)에 대한 관심이 증대되고, 이와 관련된 기술들이 발전함에 따라서 증강현실이 다양한 분야에 적용하려는 시도가 늘어나고 이에 대한 활용에도 기대가 모아지고 있다. 본 논문에서는 기존의 전자책과 모바일 기기 기반 증강현실 기술을 접목할 수 있는 방안을 제안하였다. PC 상에서 구현된 증강현실 콘텐츠가 pITX 임베디드 계열(CPU Intel ATOM Z530)에서 대부분 잘 동작함을 실험을 통해서 확인하였으며, 이를 바탕으로 전자책 속의 마커를 이용한 증강현실을 pITX 임베디드 계열에서 구현하였다. 그 결과 전자책에서 표현하기 어려운 콘텐츠를 동시에 제시할 수 있으며, 기존의 증강현실 콘텐츠를 그대로 이용할 수 있으므로 사용자가 현실 세계에서 가상의 콘텐츠 또는 서비스와 직접적이고 직관적인 상호작용을 손쉽게 할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently as AR(Augmented Reality) is focus of attention, AR is applied to various fields and is expected its valuable use. In this paper, we suggested the method to combine existing e_Book with augmented reality technology based on mobile equipment. We ascertained that augmented reality contents imp...

Recently as AR(Augmented Reality) is focus of attention, AR is applied to various fields and is expected its valuable use. In this paper, we suggested the method to combine existing e_Book with augmented reality technology based on mobile equipment. We ascertained that augmented reality contents implemented on PC work well in pITX embedded lines (CPU Intel ATOM Z530) and we implemented augmented reality using marker in e_ Book in pITX embedded lines through these experiments. As the result of it, we could show the contents at the same time which had difficulty to be expressed on e_Book before. Also the existing augmented reality contents could be used as it is. Finally we expected that the user could interact with virtual contents or services directly and intuitively in the real world.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 기존의 전자책과 모바일 기기 기반 증강현실 기술을 접목할 수 있는 방안을 제안하였다.
본 논문에서는 기존의 전자책과 모바일 기기 기반 증강현실 기술을 접목할 수 있는 방안을 제안한다. 그 결과 전자책에서 표현하기 어려운 콘텐츠를 동시에 제시할 수 있으며, 기존의 증강현실 콘텐츠를 그대로 이용할 수 있으므로 사용자가 현실 세계에서 가상의 콘텐츠 또는 서비스와 직접적이고 직관적인 상호작용을 손쉽게 할 수 있을 것으로 기대된다.

제안 방법

PC와 같은 운영체제를 사용하는 모바일 기기의 최소한 장비는 테블릿 PC로 알 수 있으며, 사이즈나 성능을 고려하여 모바일 기기의 주요사양은 pITX를 베이스로 하였다.
마커 인식 후 음성 출력을 위해 마커 패턴에 따른 영상출력을 하고 출력된 영상에 따른 음성을 출력한다. 그 후 마커에 따른 영상을 출력을 위해 검출된 패턴 좌표 받아오고 가상객체 좌표를 계산한 후 가상객체의 좌표를 패턴좌표로 이동하고 해당 좌표에 가상객체를 출력한다. 이를 그림 3에 나타내었다.
이를 출력하기 위해서는 원하는 모델 형식의 파일을 해당 프로젝트의 Content폴더와 프로젝트의 Content영역에도 추가한다. 그리고 모델을 로드하여서 크기설정, 위치설정, 모델이 향하는 방향 및 각도 설정 등을 하여준다. 마지막으로 마커에 모델파일을 연결하여 준다.
데스크 탑 PC 환경에서 동작하는 증강현실 콘텐츠가 아톰 PC 환경에서 어떻게 동작하는지를 확인하였다.
증강현실은 다음과 같은 과정을 통해 구현되어진다. 우선 웹캠을 Goblin XNA에 포함 된 Direct Show Library를 사용하여 영상을 읽은 후 읽어온 영상에서 마커를 인식한다. Goblin XNA에서는 마커 인식을 위해 미리 저장된 마커 패턴 파일을 우선 읽고 검출된 마커 패턴과 저장된 마커 패턴 파일 비교하여 검출된 패턴에 상대적인 카메라 변환 계산(좌표계산)하는 과정을 거친다.
증강현실 콘텐츠의 변환작업, 사이즈나 성능을 고려하여 모바일 기기는 pITX를 베이스로 하는 아톰 PC로 하였다. 두 기기에서 출력 되는 모델에 대해서 시각적으로 큰 차이를 보이지 않았지만 그러나 그 모델들이 나타나고, 움직이고, 발생하는 이벤트에 대해서 3D 구형 물체는 스틸 컷 기법처럼 움직임이 매우 부자연스러웠으며, 그리고 두 기기의 FPS는 약 10배정도의 차이가 있었다.

이론/모형

System 구현을 위한 이미지처리와 증강현실 구현을 위한 개발 도구로는 높은 해상도의 모델 파일을 지원하고 보다 높은 AR을 위한 기술지원을 하는 Goblin XNA를 사용하였다.[12]

성능/효과

또한 기존 PC를 통해 지배적으로 활용되어 오던 그래픽 인터페이스 방식이 아닌 구체적인 실제 세계의 사물을 가지고 가상객체를 조작하는 실물형(tangible) 인터페이스를 제공한다.[3] 따라서 학생들은 새로운 정보통신 기술이 적용된 교육용 콘텐츠에 몰입(follow) 정도가 높은 신기효과(novelty effect)를 가지고 있으며, 유비쿼터스 학습 환경에서 적용될 모바일러닝(m-learning), 증강현실 콘텐츠 등 신기술에 대한 기대가 크다.[4]
아톰 PC와 데스크 탑 PC에서 출력 되는 모델에 대해서 시각적으로 큰 차이를 보이지 않았지만 그러나 그 모델들이 나타나고, 움직이고, 발생하는 이벤트에 대해서 3D 구형 물체는 스틸 컷 기법처럼 움직임이 매우 부자연스러웠으며, 키 이벤트가 있을 때 모델의 움직임도 부자연스러웠다. 그리고 아톰 PC의 평균 FPS(Frame Per Second)=5, 데스크 탑 PC의 평균 FPS=60 정도로 약 10배 정도의 차이가 있었다.
맵핑 효과에서 외부의 질감, 즉 다른 이미지파일을 갖고 와서 맵핑을 하기 위하여 추가되는 이미지 파일이 있었을 경우 데스크 탑 PC에서는 정상적으로 돌아가나, 아톰 PC에서는 맵핑할 때 추가되는 파일을 찾지를 못하는 문제점이 발생하거나, 그래픽카드가 이미지 형태의 크기를 지원하지 않는다는 문제점이 발생하였다. 이를 해결하기 위하여 기존 맵핑을 제거하고 기존 맵핑 이미지인 PNG를 JPEG로 변환하고 이를 3D-MAX에서 맵핑을 실시한 결과 정상적으로 동작함을 확인 할 수 있었다.

후속연구

본 논문에서는 기존의 전자책과 모바일 기기 기반 증강현실 기술을 접목할 수 있는 방안을 제안한다. 그 결과 전자책에서 표현하기 어려운 콘텐츠를 동시에 제시할 수 있으며, 기존의 증강현실 콘텐츠를 그대로 이용할 수 있으므로 사용자가 현실 세계에서 가상의 콘텐츠 또는 서비스와 직접적이고 직관적인 상호작용을 손쉽게 할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	증강현실이란 무엇인가?	증강현실은 가상현실의 하나의 분야에서 파생된 기술이다. 증강현실은 현실세계와 가상의 체험을 결합하는 기술을 의미한다. 즉, 실제 환경에 가상사물을 합성하여 원래의 환경에 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 컴퓨터그래픽 기법이다.[5] 증강현실 기술은 일반 가상현실 기술의 부류라고도 할 수 있으나, 실시간으로 현실세계와 가상객체가 동시에 혼합해서 제공되는 점에서 다르다고 할 수 있다.
	e북의 장점은 무엇인가?	전자책(e북)이란 도서로 간행되었거나 간행될 수 있는 저작물의 내용이 디지털 데이터를 이용해 전자 기록매체·저장장치에 수록된 뒤, 유무선 정보통신망을 통해 컴퓨터나 휴대단말기로 그 내용을 읽고 보고 들을 수 있도록 한 디지털 도서를 총칭한다. 전자책은 종이책에 비해 가격이 훨씬 저렴하고, 온라인 구매를 통해 시간을 절약할 수 있으며, 필요한 부분만 별도로 구입할 수도 있다. 독서를 하면서 동영상 자료를 보거나 배경음악을 들을 수도 있고, PDA(Personal Digital Assistants)나 휴대용 단말기 등에 저장하여 언제 어디서나 쉽게 원하는 책을 찾아볼 수도 있다. 국내에서는 2013년 까지 모든 교과서를 전자책으로 전환하는 작업을 이미 시작하였고, 처음으로 전체 교과서를 CD롬으로 먼저 배포하는 작업을 진행하고 있다.
	전자책이란 무엇인가?	전자책(e북)이란 도서로 간행되었거나 간행될 수 있는 저작물의 내용이 디지털 데이터를 이용해 전자 기록매체·저장장치에 수록된 뒤, 유무선 정보통신망을 통해 컴퓨터나 휴대단말기로 그 내용을 읽고 보고 들을 수 있도록 한 디지털 도서를 총칭한다. 전자책은 종이책에 비해 가격이 훨씬 저렴하고, 온라인 구매를 통해 시간을 절약할 수 있으며, 필요한 부분만 별도로 구입할 수도 있다.

참고문헌 (12)

Banathy, B. H., Systems design of education, NJ: Educational Technology Publications, 1991.
김진각, 초중고교 2013년부터 디지털 교과서 도입, 한국일보 2007. 03.07
계보경, "증강현실 기반학습에서 매체특성 과 현존감 학습몰입 학습효과의 관계 규명," 이화여자대학교, 박사학위 청구논문, 2007.
장상현, 계보경, "u-러닝 환경에서의 에듀테인먼트 개발 및 적용," 정보과학회지, 제24권, 제2호, pp. 51-55, 2006.

원문보기 상세보기
방준성, 최은주, 증강현실 국.내외 기술동향과 발전전망, ISBN 978-89-6211-060-6, 한국과학기술정보연구원.
김준우, 맹준희, 주지영, 임광혁, "멀티터치 스크린과 실감형 인터페이스를 적용한 과학 실험 학습 시스템," 한국콘텐츠학회논문지, Vol. 10, No. 8, pp 461-471, 2010.

원문보기 상세보기
이종혁, 조현욱, "증강현실을 이용한 유아용 학습 콘텐츠의 구현," 한국해양정보통신학회, 제15권, 제1호, pp.257-263, 2011.
이지오, 석광호, 심재선, 김윤상, "증강현실을 이용한 PLC 기술교육 시스템 구현," 대한전기학회 하계학술대회 논문집, pp 1911-1912, 2009.
유재상, 조규성, 양현승, "증강 책을 위한 적응형 키프레임 기반 트래킹," 정보과학회 논문지, 제16권, 제4호, pp. 502-506, 2010.
장상현, 계보경, 증강현실 콘텐츠의 교육적 적용, 한국콘텐츠학회지, 제5권, 제2호. pp. 79-85.

원문보기 상세보기
www.kontron.com(pITX-SP User,s Guide)
http://goblinxna.codeplex.com

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