[논문]위치기반 서비스 및 증강현실을 이용한 유비쿼터스 박물관(U-Seum)의 설계 및 구현

이선호; 이우식; 김남기; 전준철

doi:10.7472/jksii.2012.13.4.63

위치기반 서비스 및 증강현실을 이용한 유비쿼터스 박물관(U-Seum)의 설계 및 구현
A Design and Implementation of Ubiquitous Museum(U-Seum) Using Location Based Service and Augmented Reality 원문보기

인터넷정보학회논문지 = Journal of Korean Society for Internet Information, v.13 no.4, 2012년, pp.63 - 71

이선호 (경기대학교 컴퓨터과학과) , 이우식 (경기대학교 컴퓨터과학과) , 김남기 (경기대학교 컴퓨터과학과) , 전준철 (경기대학교 컴퓨터과학과)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 LBS(Location Based Service)와 모바일 증강현실 기술을 적용한 U-seum(유비쿼터스 박물관) 시스템의 설계 및 구현 결과를 제시하였다. 유비쿼터스 환경의 스마트 공간에서의 모바일 서비스는 다양한 분야로 확장되고 있다. 본 연구에서는 LBS 기반의 Wi-Fi를 이용한 위치 추적기술과 모바일 증강현실 기술을 활용한 모바일 기반 박물관 관람 서비스인 U-seum을 설계 개발하였다. 위치추적에 널리 사용되는 GPS 기술은 송신자와 수신자 사이에 Line-of-Sight를 요구하기 때문에 박물관과 같은 실내에서는 사용하기 어렵다는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 실내 위치추적에 적합한 Wi-Fi 신호의 세기를 이용한 거리를 측정을 적용하여 세계적인 유네스코 문화유산인 화성 박물관 내에서 실시간 체험형 관광 서비스를 개발하고 실제 필드에서 성능 테스트를 수행하였다. U-Seum은 박물관내에서 스마트폰 사용자가 특정 지점에 다다르면 AP를 통한 푸시 서비스를 통하여 박물관내 유물을 설명하는 모바일 증강현실 서비스, 게임 서비스 및 관광 통계정보 등을 제공한다. U-Seum은 화성문화재단의 협조를 받아 화성 박물관에서 실제 구현 실행되었으며 개발된 서비스의 우수성 및 확장성을 입증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents a design and implementation of U-Seum(Ubiquitous Museum) system based on the LBS(Location Based Service) and mobile augmented reality technique. The mobile services under the smart space of the ubiquitous environments have been expanded in the various fields. In this study, we introduce U-Seum which supports tourists in the museum. U-Seum is developed by use of the position tracking technique based on Wi-Fi and mobile augmented reality. The GPS which is widely used in the position tracking has a difficulty to be utilized in the inside of the building because it requires the Line-of-Sight between a sender and a receiver. Therefore, in this paper, we develop a realtime tour-supported service through experience and evaluate the performance of the system in the world famous UNESCO's Hwa-Seong Museum by measuring the distance from the Wi-Fi signal which is suitable to track the position interior of the museum. U-Seum provides various push services such as mobile augmented reality service for explanation of the artifacts of the museum, game services and the statistics information of the tourist when the tourist approach a specific AP. U-Seum is developed in the Haw-Seong Museum by the support of the Swon Haw-Seong Cultural Foundation. With a field test, we prove that the excellence and expandability of the system.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 LBS와 모바일 증강현실 기술을 이용한 U-Seum(유비쿼터스 박물관) 시스템 개발하고 필드 테스트를 통하여 그 결과의 우수성과 활용 가능성을 입증하였다[19]. U-Seum은 LBS 기반의 Wi-Fi를 이용한 위치 추적기술과 모바일 증강현실을 통해 스마트폰을 지닌 박물관 관람자에게 실시간으로 체험형 박물관 광광서비스를 제공한다.
U-Seum은 LBS 기반의 Wi-Fi를 이용한 위치 추적기술과 모바일 증강현실을 통해 스마트폰을 지닌 박물관 관람자에게 실시간으로 체험형 박물관 광광서비스를 제공한다. 본 논문에서는 실내 위치추적에 적합한 Wi-Fi 신호 측위를 통해 스마트폰 사용자가 특정 이벤트 존에 위치한 AP에 접근하면 푸시 서비스를 통하여 박물관에 전시된 유물을 설명하는 모바일 증강현실 서비스, 박물관 유물관련 틀린 그림 찾기 그리고 그림 맞추기 퍼즐 게임 서비스 및 관광자의 게임 참여 등 개인의 관광 통계정보 등을 제공하여 향후 관람자들의 호감도에 따른 유물 배치 등 새로운 관광자원 관리에 활용할 수 있도록 하였다. 향후 전국의 유명 박물관에 적합한 관광 시나리오 개발을 통해 U-Seum의 콘텐츠 및 서비스 기능의 확대적용을 계획하고 있다.
본 논문은 스마트 공간에서 실내 위치추적 기술인 LBS 기술과 인간 컴퓨터 상호작용 기술인 증강현실 기술이 모바일 장치와 결합되어 효과적인 융합콘텐츠 및 서비스를 제공할 수 있는 사례를 제시하고 관광 산업의 활용 가능성을 확인하고자하였다. 이러한 목적을 위하여 유네스코 등재 문화유산인 화성의 박물관 관광객에게 체험형 서비스를 제공하는 U-seum을 설계 개발 하였다.
한편 위치기반 서비스의 하나인 모바일 증강 현실에 대한 관심도 증가되고 있다. 본 연구에서는 증강 현실 서비스가 제공될 서비스 존에 사용자의 접근 유무를 Wi-Fi 기술을 통해 인식하고 마커기반 증강현실 서비스를 제공하는 모바일 증강현실 서비스를 개발하였다. U-Seum 개발에 적용된 증강 현실 기술은 앞서 기술한 바와 같이 마커기반과 비 마커기반으로 구분된다.
본 논문은 스마트 공간에서 실내 위치추적 기술인 LBS 기술과 인간 컴퓨터 상호작용 기술인 증강현실 기술이 모바일 장치와 결합되어 효과적인 융합콘텐츠 및 서비스를 제공할 수 있는 사례를 제시하고 관광 산업의 활용 가능성을 확인하고자하였다. 이러한 목적을 위하여 유네스코 등재 문화유산인 화성의 박물관 관광객에게 체험형 서비스를 제공하는 U-seum을 설계 개발 하였다. 개발된 U-seum 엡(App)은 LBS를 이용하여 관람객이 화성박물관에 입장했을 때 효과적인 관광 코스의 안내 및 특정 유물이 위치한 영역에 접근 했을 때 해당 유물에 관한 이해도를 게임형식으로 제공하며, 증강현실 기법을 통하여 유물에 관한 이해를 높이는 콘텐츠를 제공한다.

제안 방법

U-Seum의 모바일 증강현실 서비스에서 증강될 3차원 아바타 모델로 한복을 착용한 (그림 5)의 아바타 모델을 설계 하였다.
U-Seum의 서비스를 개발하기 위하여 화성 박물관 내부를 4개의 이벤트 존으로 분류하고 관람자가 해당 지역에 접근했을 때 서비스를 받도록 서비스 시나리오를 개발하였다. 일반적인 박물관 관람의 경우 관람객이 유물과 설명서를 읽어보는 단순한 관람 패턴을 보이고 있으나 본 연구에서 개발된 U-seum은 관람객이 박물관 관람을 하면서 실시간 게임 및 증강현실 서비스 등을 통하여 체험과 상호 작용을 수행하는 능동형 서비스를 제공받도록 설계되었다.
이러한 목적을 위하여 유네스코 등재 문화유산인 화성의 박물관 관광객에게 체험형 서비스를 제공하는 U-seum을 설계 개발 하였다. 개발된 U-seum 엡(App)은 LBS를 이용하여 관람객이 화성박물관에 입장했을 때 효과적인 관광 코스의 안내 및 특정 유물이 위치한 영역에 접근 했을 때 해당 유물에 관한 이해도를 게임형식으로 제공하며, 증강현실 기법을 통하여 유물에 관한 이해를 높이는 콘텐츠를 제공한다.
푸시 서비스란 기존에 존재하는 양방향 통신 개념에서 약간 변형된 형태의 서비스로 뉴스 방송처럼 특정 신호가 들어오면 서비스를 바로 제공 받을 수 있는 새로운 형태의 서비스라고 할 수 있다. 본 논문에서 개발된 U-Seum의 LBS는 화성 박물관 내에 설치되어 있는 Wi-Fi AP(Access Point)의 신호를 인하여 푸시 서비스에 의하여 사용자에게 팝업 형태로 서비스 된다.
사용자가 2번 존으로 이동하게 되면 화성 행궁의 설계 및 운영에 관련된 인물 찾기 푸시 서비스(push service)를 받는다. 사용자는 푸시 서비스로 들어온 인물찾기를 수락하여 실제 모형과 휴대폰 상의 그림을 비교해 가면서 틀린 그림을 찾는 그림 맞추기 게임을 수행한다. 퍼즐 놀이 장소인 3번 서비스 영역에서는 화성 행궁도를 보면서 실제 모형과 스마트 폰 상의 퍼즐의 내용을 비교하며 화성 행궁도를 바르게 맞추는 게임을 수행한다.
모바일 증강현실은 HTC Nexus Oner 스마트폰과 Samsung Galaxy Tab을 사용하여 카메라 영상을 입력받고, Windows XP와 Cygwin 환경에서 실험하였다. 시스템은 Android NDK에서 구현하였으며, OpenCV 라이브러리를 사용하여 JNI를 이용하여 네이티브 코드를 구현하였다.
U-Seum의 서비스를 개발하기 위하여 화성 박물관 내부를 4개의 이벤트 존으로 분류하고 관람자가 해당 지역에 접근했을 때 서비스를 받도록 서비스 시나리오를 개발하였다. 일반적인 박물관 관람의 경우 관람객이 유물과 설명서를 읽어보는 단순한 관람 패턴을 보이고 있으나 본 연구에서 개발된 U-seum은 관람객이 박물관 관람을 하면서 실시간 게임 및 증강현실 서비스 등을 통하여 체험과 상호 작용을 수행하는 능동형 서비스를 제공받도록 설계되었다. (그림 3)은 관람객의 이동 경로를 추적하여 사용자에게 체험형 관광 서비스를 제공하는 시나리오를 도식화한 그림이다.
마커기반 증강현실은 객체를 증강시키기 위한 좌표 계산을 쉽게 하기 위하여 특정 마커를 이용한다. 즉, 추적하기 쉬운 사각형의 마커를 이용하여 입력영상 내에서 마커를 인식하고 카메라의 위치와 자세를 계산한다. 이때 마커의 역할은 3차원 객체의 증강 위치를 선정할 뿐만 아니라 실제 세계와 효율적인 좌표계 생성을 쉽게 하기 위함이다[5,6].
마커기반 모바일 증강현실을 구현하기 위한 절차는 다음 (그림 4)와 같다. 카메라로부터 입력된 비디오 영상에서 마커 프레임을 인식한 후 카메라의 상대적 위치에 따른 마커의 3차원 위치와 방향을 획득하고 마커 내부의 모양을 메모리상의 템플릿과 비교하여 마커의 종류를 인식한 후 증강 객체를 마커에 정합시킨 후 렌더링을 통하여 증강 시킨다.

대상 데이터

본 논문에서 개발된 U-Seum 시스템의 구현 및 개발 환경은 다음의 (표 1)에 제시된 바와 같다. 모바일 증강현실은 HTC Nexus Oner 스마트폰과 Samsung Galaxy Tab을 사용하여 카메라 영상을 입력받고, Windows XP와 Cygwin 환경에서 실험하였다. 시스템은 Android NDK에서 구현하였으며, OpenCV 라이브러리를 사용하여 JNI를 이용하여 네이티브 코드를 구현하였다.

이론/모형

카메라 보정은 3차원 비전 처리를 위하여 카메라의 내부변수를 추출하는 과정을 의미하며, 일반적으로 주어진 패턴을 이용한 카메라 보정방법은 패턴의 치수가 미리 알려진 패턴인식이 수월한 대상물의 형태를 관찰함으로써 카메라의 내부 변수를 추정한다. 본 논문에서는 Zhang[20]이 제안한 카메라 보정방법을 이용하였다.

성능/효과

이상의 시나리오를 통해 사용자는 자칫 지루해 보일 수 있는 박물관에서 게임을 통해 전시된 유물과 관람 자체에 대해 관심과 흥미를 높이고, 직접 체험을 통하여 유물에 대한 이해도 높일 수 있다.

후속연구

본 논문에서는 실내 위치추적에 적합한 Wi-Fi 신호 측위를 통해 스마트폰 사용자가 특정 이벤트 존에 위치한 AP에 접근하면 푸시 서비스를 통하여 박물관에 전시된 유물을 설명하는 모바일 증강현실 서비스, 박물관 유물관련 틀린 그림 찾기 그리고 그림 맞추기 퍼즐 게임 서비스 및 관광자의 게임 참여 등 개인의 관광 통계정보 등을 제공하여 향후 관람자들의 호감도에 따른 유물 배치 등 새로운 관광자원 관리에 활용할 수 있도록 하였다. 향후 전국의 유명 박물관에 적합한 관광 시나리오 개발을 통해 U-Seum의 콘텐츠 및 서비스 기능의 확대적용을 계획하고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	GPS 기술은 어떤 단점을 지니고 있는가?	이처럼 스마트 폰에서 LBS를 이용하기 위해선 위치 정보의 획득 기술이 반드시 필요하며, GPS, 초음파, RFID, Wi-Fi 등 여러 방법이 존재한다. 일반적으로 위치정보의 대표적 측정기술인 GPS 기술은 송신자와 수신자 사이 장애물이 없어야 하는 Line-of-Sight를 요구하기 때문에 실내에서는 사용하기 어렵다는 단점을 지니고 있다. 따라서 실내에서는 Wi-Fi 같은 기술을 이용하여 신호의 세기 측정을 통한 거리를 계산하는 방법이 많이 사용된다.
	마커기반 증강현실은 무엇이며 어떤 장단점이 존재하는가?	증강현실 기술은 크게 마커기반 증강현실과 비 마커기반 증강현실로 구분된다. 마커 기반 증강현실은 미리 제공된 마커를 기반으로 입력 영상에 부가된 마커위에 가상의 3차원 객체를 증강시키는 방법으로 영상처리 및 인식에 소요되는 계산량이 적어 실시간 활용이 용이한 장점이 있으나, 항상 특정 마커가 존재해야 하며 다양한 객체의 증강을 위해서는 다양한 마커를 훈련시켜야 한다는 단점이 존재한다. 반면, 비 마커기반 증강 현실은 특정한 마커가 없이 입력영상의 특징을 분석하여 증강될 물체가 위치할 좌표계를 생성하고 가상물체와 영상간의 자연스러운 정합을 이루는 증강현실 기술로 증강된 물체와 몰입감을 높일 수 있으나 계산량이 많고, 구현이 힘든 단점이 있다.
	LBS란 무엇인가?	아울러 이러한 공간에서는 위치 정보를 중요한 요소로 하여 서비스를 제공하는 LBS(Location-based Service)기반의 콘텐츠 시장이 급속도록 확장되고 있다 [1-3]. LBS는 사용자의 위치 정보를 활용하여 해당지역의 날씨, 교통 정보, 네비게이션, 게임등 다양한 서비스를 제공해주는 새로운 패러다임이라고 할 수 있으며, 특히 LBS를 효율적으로 이용할 수 있는 스마트 폰 사용의 급증은 LBS가 현재와 미래의 킬러어플리케이션임을 예시하고 있다. 이처럼 스마트 폰에서 LBS를 이용하기 위해선 위치 정보의 획득 기술이 반드시 필요하며, GPS, 초음파, RFID, Wi-Fi 등 여러 방법이 존재한다.

참고문헌 (19)

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전준철, '모바일 증강현실 물체와 몰입형 상호작용을 위한 비전기반 동작제어' 인터넷정보학회논문지, Vol. 12, No. 3, pp.119-129, 2011.

원문보기 상세보기
Z. Zhang, 'A flexible new technique for camera calibration,' IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 22, No.11, pp. 1330-1334, 2000.

상세보기
경기대학교 지역협력연구센터, 화성 U-Seum 시연, http://www.kyeongin.com/news/articleView.html?idxno582400 [경인일보, Online Available]

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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