[논문]증강현실을 이용한 유아용 학습 콘텐츠의 구현

이종혁; 조현욱

doi:10.6109/jkiice.2011.15.1.257

증강현실을 이용한 유아용 학습 콘텐츠의 구현
Implementation of Infant Learning Content using Augmented Reality 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.15 no.1, 2011년, pp.257 - 263

이종혁 (경성대학교) , 조현욱 (경성대학교 컴퓨터공학과)

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 높은 해상도의 모델파일을 지원하고 보다 높은 증강현실을 위한 기술지원을 하는 Goblin XNA 기반으로 시스템을 구현하였다. 마커의 개수, 위치 및 카메라와의 거리 변화에 따른 모델 출력의 관계를 실험을 통해서 확인하였으며, 이를 바탕으로 유아용 학습 콘텐츠를 제작하고 구현하였다. 구현한 콘텐츠에서 각 페이지에 있는 마커에 유아에게 친숙한 캐릭터를 띄우므로 집중력을 높임과 동시에 학습보조자가 원활하게 콘텐츠를 사용할 수 있도록 하였다. 또한 콘텐츠의 페이지마다 3개의 마커를 두어 일부분이 장애물에 의해 가려지더라도 원활한 인식을 할 수 있도록 하였다. 그리고 내용에 맞게 3D 모델이 증강되는 동시에 사운드가 재생되도록 하여 학습에서의 현존감과 몰입을 높여 학습효과를 극대화하도록 하였다.

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 implemented the system based on Goblin XNA which supports high resolution model file and higher AR. We confirmed the relation of model output among the number of marker, the location and changes of camera distance. And we produced the infantile studying contents using AR and embodied. In implemented contents, we showed the familiar character to infants on each page marker. As the result of it, we can raise their concentration and at a time studying supporters can use the contents easily as well. Also we put 3 marker on each page of contents to recognize it smoothly in case one part of it is hidden by any obstacle. Finally we maximized the learning effect such as presence and immersion in studying through reinforcing 3D models according to the every situation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 높은 해상도의 모델파일을 지원하고 보다 높은 증강현실을 위한 기술지원을 하는 Goblin XNA 기반으로 시스템을 구현하고자 한다. 마커의 개수, 위치 및 카메라와의 거리 변화에 따른 모델 출력의 관계를 실험을 통해서 확인하며, 이를 바탕으로 유아용 학습 콘텐츠를 제작하고 구현하고자 한다. 구현한 콘텐츠에서 각 페이지에 있는 마커(marker)에 유아에게 친숙한 캐릭터를 띄우므로 집중력을 높임과 동시에 학습보조자가 원활하게 콘텐츠를 사용할수 있도록 한다.
본 논문에서는 높은 해상도의 모델파일을 지원하고 보다 높은 증강현실을 위한 기술지원을 하는 Goblin XNA 기반으로 시스템을 구현하고자 한다. 마커의 개수, 위치 및 카메라와의 거리 변화에 따른 모델 출력의 관계를 실험을 통해서 확인하며, 이를 바탕으로 유아용 학습 콘텐츠를 제작하고 구현하고자 한다.
본 논문에서는 높은 해상도의 모델파일을 지원하고 보다 높은 증강현실을 위한 기술지원을 하는 Goblin XNA 기반으로 시스템을 구현하였다. 마커의개수, 위치 및 카메라와의 거리 변화에 따른 모델 출력의 관계를 실험을 통해서 확인하였으며, 이를 바탕으로 유아용 학습 콘텐츠를 제작하고 구현하였다.
본 연구에서는 알파벳 A~Z까지를 학습시키고자 하는 유아용 콘텐츠를 구현하기 위하여 각각의 알파벳에 해당하는 영어단어를 선정하였으며 이는 표 2와 같다.

가설 설정

즉, 실제환경에 가상 사물을 합성하여 원래의 환경에 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 컴퓨터그래픽 기법이다.[4] 가상현실과 증강현실은 모두 가상환경에 바탕을 두고 있다. 그러나 일반적으로 가상현실은 사용자가 상상할 수 있는 공간과 사물을 컴퓨터로 구현하고 이것들과의 상호작용을 통하여 실제와 같이 몰입할 수 있는 가상의 세계를 의미한다.

제안 방법

wav형식으로 저장한 후, XNA에서 기본적으로 제공하는‘Microsoft CrossPlatform Audio Creation Tool3’를 사용하여 xap 프로젝트 파일을 생성하였다.
마커의개수, 위치 및 카메라와의 거리 변화에 따른 모델 출력의 관계를 실험을 통해서 확인하였으며, 이를 바탕으로 유아용 학습 콘텐츠를 제작하고 구현하였다. 구현한 콘텐츠에서 각 페이지에 있는 마커에 유아에게 친숙한 캐릭터를 띄우므로 집중력을 높임과 동시에 학습 보조자가 원활하게 콘텐츠를 사용할 수 있도록 하였다. 또한 콘텐츠의 페이지마다 3개의 마커를 두어 일부분이 장애물에 의해 가려지더라도 원활한 인식을 할 수 있도록 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.
그러나 많은 개수의 마커를 사용하면 인식률이 더 높아지며 모델의 떨림은 적겠지만 좁은 공간에 많은 마커로 인하여 사용자에게 부자연스러움을 줄 수 있으므로 본 연구에서는 3개의 마커를 사용하여 3D 모델뿐만 아니라 텍스쳐, 동영상 및 사운드를 모두 지원할 수 있는 유아용 알파벳 콘텐츠를 구현하였으며, 이를 그림 8에 나타내었다.
또한 콘텐츠의 페이지마다 3개의 마커를 두어 일부분이 장애물에 의해 가려지더라도 원활한 인식을 할 수 있도록 하였다. 그리고 내용에 맞게 3D 모델이 증강되는 동시에 사운드가 재생되도록 하여 학습에서의 현존감과 몰입을 높여 학습효과를 극대화하도록 하였다.
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 하여 준다. 마지막으로 마커에 모델파일을 연결하여 준다.
구현한 콘텐츠에서 각 페이지에 있는 마커에 유아에게 친숙한 캐릭터를 띄우므로 집중력을 높임과 동시에 학습 보조자가 원활하게 콘텐츠를 사용할 수 있도록 하였다. 또한 콘텐츠의 페이지마다 3개의 마커를 두어 일부분이 장애물에 의해 가려지더라도 원활한 인식을 할 수 있도록 하였다. 그리고 내용에 맞게 3D 모델이 증강되는 동시에 사운드가 재생되도록 하여 학습에서의 현존감과 몰입을 높여 학습효과를 극대화하도록 하였다.
구현한 콘텐츠에서 각 페이지에 있는 마커(marker)에 유아에게 친숙한 캐릭터를 띄우므로 집중력을 높임과 동시에 학습보조자가 원활하게 콘텐츠를 사용할수 있도록 한다. 또한 콘텐츠의 페이지마다 3개의 마커를 두어 일부분이 장애물에 의해 가려지더라도 원활한 인식을 할 수 있도록 하며, 내용에 맞게 3D 모델이 증강되는 동시에 사운드가 재생되도록 한다.
본 논문에서는 높은 해상도의 모델파일을 지원하고 보다 높은 증강현실을 위한 기술지원을 하는 Goblin XNA 기반으로 시스템을 구현하였다. 마커의개수, 위치 및 카메라와의 거리 변화에 따른 모델 출력의 관계를 실험을 통해서 확인하였으며, 이를 바탕으로 유아용 학습 콘텐츠를 제작하고 구현하였다. 구현한 콘텐츠에서 각 페이지에 있는 마커에 유아에게 친숙한 캐릭터를 띄우므로 집중력을 높임과 동시에 학습 보조자가 원활하게 콘텐츠를 사용할 수 있도록 하였다.
wav형식으로 저장한 후, XNA에서 기본적으로 제공하는‘Microsoft CrossPlatform Audio Creation Tool3’를 사용하여 xap 프로젝트 파일을 생성하였다. 만들어진 xap파일을 프로젝트 Content에 추가한 후 소스를 프로젝트에 추가하고 xap파일의 cueBank에 저장하였다.
본 시스템은 다음과 같은 과정을 통해 구현되어진다. 우선 웹캠을 Goblin XNA에 포함 된 Direct Show Library 를 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.

대상 데이터

동영상 파일은 VC-1 표준을 사용하는 WMV-9 Main 설정으로 인코딩하였으며 이 동영상에 사용되는 Audio track은 single-pass CBR 포멧의 WMA 형태로 인코딩하고 *.wmv파일로 저장하여 사용하였다. 동영상의 출력을 위하여 원하는 동영상을 해당 프로젝트 폴더에 추가하고 또한 프로젝트에도 Content영역에 파일을 추가한다.

성능/효과

‘디지털 콘텐츠를 활용하면 교육력을 향상시켜 줄 것인가’라는 근원적인 질문이 최근에 들어와서 컴퓨터공학이 발달하면서 ‘공학이 교육의 모습을 어떻게 바꾸어 놓을 것인가’하는 것으로 보다 확장하게 되었다.[1] 학생들은 새로운 정보통신 기술이 적용된 교육용 콘텐츠에 몰입(follow) 정도가 높은 신기효과(novelty effect)를 가지고 있다. 유비쿼터스 학습 환경에서 적용될 모바일러닝(m-learning), 증강현실(Augmented Reality: AR) 콘덴츠 등 신기술에 대한 기대가 크다.
같은 마커를 사용하고 마커와 카메라와의 거리를 변화하였을 때 각 해상도별 모델 출력의 결과를 표 1에 나타내었다. 프레임 수를 올리기 위하여 해상도를 낮게 할 경우 마커와 카메라와의 거리가 멀면 모델 출력이 불안정 한다는 것을 알 수 있었다. 따라서 최대 프레임을 지원하는 해상도 640×480에서는 마커와 카메라와의 거리를 1m 내로 하여야 하였다.

후속연구

향후 연구로는 보다 인식률을 향상시킨 마커 인식시스템에 관한 연구와 사용자와 다양한 상호작용을 지원하는 증강현실을 할 수 있도록 하는 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	3차원 좌표를 얻어내기 위해서 2개의 카메라가 필요한 이유는 무엇인가?	[6] 따라서 문제는 카메라의 영상에서 현실 세계의 어떤 지점이나 물체에 대한 카메라 상대 3차원 좌표를 얻어내야 하는데, 3차원 좌표를 얻어내기 위해서는이론적으로 2개의 카메라가 필요하다. 이는 인간이 두 눈을 통하여 깊이를 인지하는 원리와 같다. 보통의 증강현실 시스템에서는 사용성을 위하여 한 개의 카메라만을 사용하는 경우가 많으므로 한 개의 카메라에서 현실세계의 3차원 위치를 파악 하는 것은 매우 어렵다.
	가상현실의 하나의 분야에서 파생된 증강현실은 어떤 기술을 의미하는가?	증강현실은 가상현실(Virtual Reality)의 하나의 분야에서 파생된 기술이다. 증강현실은 현실세계와 가상의 체험을 결합하는기술을 의미한다. 즉, 실제환경에 가상 사물을 합성하여 원래의 환경에 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 컴퓨터그래픽 기법이다.
	증강현실은 학습자에게 어떤 것을 제공하는가?	증강현실은 실제 현실세계에서 맥락성을 유지하며 3차원의 가상객체를 통한 증강된 정보를 학습자에게 제공한다. 또한기존 PC를통해지배적으로활용되어 오던 그래픽 인터페이스 방식이 아닌 구체적인 실제 세계의 사물을가지고 가상객체를조작하는실물형(tangible) 인터페이스를 제공한다.

참고문헌 (8)

Banathy, B. H., Systems design of education, NJ: Educational Technology Publications, 1991.
장상현, 계보경, u-러닝 환경에서의 에듀테인먼트 개발 및 적용, 정보과학회지, 제24권, 제2호, pp. 51-55, 2006.

원문보기 상세보기
계보경, 증강현실 기반학습에서 매체특성 과 현존감 학습몰입 학습효과의 관계 규명, 이화여자대학교, 박사학위 청구논문, 2007.
방준성, 최은주, 증강현실 국.내외 기술동향과 발전 전망, ISBN 978-89-6211-060-6, 한국과학기술정보연구원.
이혜선, 증강현실을 기반으로 한 교육용 게임 플랫폼에 관한 연구, 세종대학교 석사학위 청구논문, 2008.
Pausch, Randy, Thomas Crea, and Matthew Con- way, "A Literature Survey for Virtual Environments: Military Flight Simulator Visual Systems and Simu- lator Sickness," Presence: Teleoperators and Vir- tual Environments, Vol.1, No.3, Summer, pp. 344-363, 1992.

상세보기
장상현, 계보경, 증강현실 콘텐츠의 교육적 적용, 한국콘텐츠학회지, 제5권, 제2호. pp. 79-85.

원문보기 상세보기
http://goblinxna.codeplex.com

저자의 다른 논문 :

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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