[논문]가상 아바타의 각막면에 비친 반사영상의 시각적 실재감에 대한 실감표현 요소

원명주; 이의철; 황민철

doi:10.5392/jkca.2013.13.07.009

초록
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최근 가상환경에서는 실재감 있는 인간의 얼굴 모델을 설계하기 위하여 얼굴의 형태나 근육의 움직임과 같이 단순히 일반적인 표현요소를 중심으로 모델링 되고 있다. 하지만, 이러한 얼굴 자체의 외형적 요소 이외에도 외적 요소에 의한 얼굴 부분의 변화 인자는 가상 아바타를 효과적으로 표현하기 위한 중요한 요소이다. 따라서 본 연구에서는 가상 아바타의 각막면에 비친 반사영상(eye reflection)을 기반으로 사용자의 시각적 실재감에 대한 반응을 평가한다. 실험결과, 각막면의 반사율을 크게 하여 반사영상이 뚜렷하게 나타난 경우 높은 실감을 느끼는 것으로 나타났다. 이 결과는 새로운 시각적 실감표현요소를 제안하고, 제안된 실감표현요소의 구체적인 표현 범위를 제시함으로써 사실적인 가상 아바타를 설계하기 위한 기초 연구로써 활용 가능할 것으로 사료된다.

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In the VnR (Virtual and Real Worlds) of recent virtual reality convergence, the modelling of realistic human face is focused on the facial appearance such as the shape of facial parts and muscle movement. However, the facial changing parameters caused by environmental factors beyond the facial appea...

In the VnR (Virtual and Real Worlds) of recent virtual reality convergence, the modelling of realistic human face is focused on the facial appearance such as the shape of facial parts and muscle movement. However, the facial changing parameters caused by environmental factors beyond the facial appearance factors can be regarded as important ones in terms of effectively representing virtual avatar. Therefore, this study evaluates user's visual feeling response according to the opacity variation of eye reflection of virtual avatar which is considered as a new parameter for reprenting realistic avatar. Experimental result showed that more clear eye reflection induced more realistic visual feeling of subjects. This result can be regarded as a basis for designing realistic virtual avatar by supporting a new visual realistic representing factor (eye reflection) and its degree of representation (reflectance ratio).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 눈 표현을 중심으로 가상 아바타의 각막면에 비친 반사영상(eye reflection) 차이에 따른 실재 시각적 실재감에 대한 사용자 반응에 영향을 주는지 평가하고자 한다.
본 연구에서는 눈 표현을 중심으로 가상 아바타의 각막면에 비친 반사영상(eye reflection) 표현에 따라서 시각적 실감표현에 의해 사용자가 느끼는 가상 실감화 정도의 차이가 있는지 확인하고자 하였다. 또한 가상 아바타의 실재감을 표현할 수 있는 새로운 매개 변수의 가능성을 확인하고자 하였으며, 동시에 좀 더 정교한 실감 표현 범위를 규명하고자 하였다. 이를 통해 가상 실감화를 표현하기 위한 디지털 실감 표현이 적용될수록 사용자가 느끼는 가상 실감화 정도에 차이가 있다는 결론을 도출 하였다.
따라서 본 연구에서는 눈 표현을 중심으로 가상 아바타의 각막면에 비친 반사영상(eye reflection) 차이에 따른 실재 시각적 실재감에 대한 사용자 반응에 영향을 주는지 평가하고자 한다. 또한 가상 아바타의 실재감을 표현할 수 있는 새로운 매개 변수의 가능성을 확인하고자 하였으며, 동시에 좀 더 정교한 실감 표현 범위를 규명하고자 한다.
본 연구는 가상현실 아바타의 시각적 실감화를 높이기 위한 새로운 실감표현요소 및 세부 범위를 제안하였으며, 사용자의 주관적 실감화 평가를 통하여 실재감 여부를 평가한 연구로서 그 의의가 있을 것으로 생각한다.
본 연구에서는 각막면에 비친 반사영상 차이에 따른 디지털 실감표현을 기반으로 새로운 표현요소에 대한 사용자 반응을 평가한 점에 큰 의미를 갖는다. 또한 구체적인 표현 범위를 제시함으로써 사실적인 가상현실 아바타를 설계할 수 있는 기초 연구로 활용이 가능할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 눈 표현을 중심으로 가상 아바타의 각막면에 비친 반사영상(eye reflection) 표현에 따라서 시각적 실감표현에 의해 사용자가 느끼는 가상 실감화 정도의 차이가 있는지 확인하고자 하였다.

제안 방법

또한 시각적 실재감 3문항, 시각적 몰입감 7문항, 시각적 상호작용 4문항으로 총 18문항으로 구성되었다.
반사율 100%의 경우는 홍채와 동공이 보이지 않을 정도의 전반사에 해당되어 실험에서 고려하지 않았다. 이때 적용된 각막면에 비친 반사영상의 이미지의 경우, 사용자 간 상호작용을 하는 모습의 이미지를 기반으로 표현하였다. 적용된 가상 아바타는 다음 [그림 1]과 같다.
이를 위해 미디어 영상 및 시각디자인 관련 분야 전분가 7 명(여 4, 평균나이 29.14±1.64)을 대상으로 FGD (Focus Group Discussion)를 시행하였다.
이때 각막면에 비친 반사영상 정도는 반사율 0%부터 5% 단위로 증가시켜 표현 강도를 확인하였으며, 최소 반사율 25%가 변경됐을 때 실감 표현 차이를 느끼는 것으로 확인하였다. 이에 따라 반사율 25% 차이를 기준으로 4단계(반사율 75%, 반사율 50%, 반사율 25%, 반사율 0%)로 구분하여 가상 아바타에 적용하였다. 반사율 100%의 경우는 홍채와 동공이 보이지 않을 정도의 전반사에 해당되어 실험에서 고려하지 않았다.
이는 가상 실감화의 질적 평가도구로서 가상 환경을 실제로 받아들이는 정도를 측정하는 주요 요인으로 사용되고 있다[13].이에 따라 본 연구에서는 선행 연구를 기반으로 시각적 실재감(visual presence), 시각적 몰입감(visual immersion), 시각적 상호작용(visual interaction)의 세 개의 요인으로 구성된 주관평가 모델을 사용하여 실재감을 평가하였다[14]. 이때 시각적 실재감이란 사용자에게 주어진 가상 오브젝트가 어떻게 지각되는지에 대한 정도를 의미하며, 시각적 몰입감의 경우 표현 방식이 시각적으로 얼마나 극사실적인지에 대한 몰입 정도를 말하며, 마지막으로 시각적 상호작용의 경우 매개 환경의 형태나 내용에 의하여 사용자가 상호 영향을 받는 정도를 뜻한다.

대상 데이터

본 연구에 참여한 피실험자는 미디어 영상과 시각디자인 분야의 대학생과 대학원생 70명과(여 32, 평균나이 24.94±3.68) 일반인 80명(여 40, 평균나이 25.08±3.64)으로 총 150명(여 72, 평균나이 25.02±3.66)을 대상으로 하였다.
본 연구에서 사용된 가상 아바타는 3D Studio Max (Autodesk, 2010)와 Photoshop CS3 (Adobe, 2007)를 기반으로 모델링하였다.

데이터처리

0K를 이용하였다. 이때 해당 데이터에 한 정규성 검정을 실시 후, 비모수 추정인 Kruskal Wallis test를 수행하였다. 또한 다중의 종속변수에 대한 통계적인 1종 오류의 증가를 통제 하기 위해 본페로니 교정법 (Bonfferroni crrection)을 용하여 유의 수준을 설정하였다.
상기 세 가지 요인에 대해 주관평가 모델을 기반으로 가상 실감화 정도를 평가한 결과 실감 표현요소가 고려될수록 높은 결과 값을 나타내었다. 이를 기반으로 네 가지 경우의 집단 간 통계 유의차를 비교하기 하여 SPSS 17.0K를 이용하였다. 이때 해당 데이터에 한 정규성 검정을 실시 후, 비모수 추정인 Kruskal Wallis test를 수행하였다.
피실험자는 제시된 각막면에 비친 반사영상 차이에 따른 가상 아바타 이미지를 본 후, 실감 정도를 측정하기 위한 주관평가를 5점 척도로 보고하였다. 제시된 이미지는 피험자가 예측할 수 없도록 무작위로 구성하여 순서효과를 제거하였으며, 각각의 이미지(반사율 75%, 반사율 50%, 반사율 25%, 반사율 0%)에 대하여 주관평가를 기록하였다. 본 실험에 이용된 실험 절차는 [그림 2]와 같다.

이론/모형

이때 해당 데이터에 한 정규성 검정을 실시 후, 비모수 추정인 Kruskal Wallis test를 수행하였다. 또한 다중의 종속변수에 대한 통계적인 1종 오류의 증가를 통제 하기 위해 본페로니 교정법 (Bonfferroni crrection)을 용하여 유의 수준을 설정하였다.

성능/효과

그림 5. Results of visual interaction

상기 세 가지 요인에 대해 주관평가 모델을 기반으로 가상 실감화 정도를 평가한 결과 실감 표현요소가 고려될수록 높은 결과 값을 나타내었다. 이를 기반으로 네 가지 경우의 집단 간 통계 유의차를 비교하기 하여 SPSS 17.
이를 통해 가상 실감화를 표현하기 위한 디지털 실감 표현이 적용될수록 사용자가 느끼는 가상 실감화 정도에 차이가 있다는 결론을 도출 하였다. 또한 시각적 실재감(visual presence), 시각적 몰입감(visual immersion), 시각적 상호작용(visual interaction)에 대하여 반사율 75%로 실감 표현이 적용된 경우에서 모두 실감화 평가 점수가 높은 결과를 나타냈다.
64)을 대상으로 FGD (Focus Group Discussion)를 시행하였다. 이때 각막면에 비친 반사영상 정도는 반사율 0%부터 5% 단위로 증가시켜 표현 강도를 확인하였으며, 최소 반사율 25%가 변경됐을 때 실감 표현 차이를 느끼는 것으로 확인하였다. 이에 따라 반사율 25% 차이를 기준으로 4단계(반사율 75%, 반사율 50%, 반사율 25%, 반사율 0%)로 구분하여 가상 아바타에 적용하였다.
또한 가상 아바타의 실재감을 표현할 수 있는 새로운 매개 변수의 가능성을 확인하고자 하였으며, 동시에 좀 더 정교한 실감 표현 범위를 규명하고자 하였다. 이를 통해 가상 실감화를 표현하기 위한 디지털 실감 표현이 적용될수록 사용자가 느끼는 가상 실감화 정도에 차이가 있다는 결론을 도출 하였다. 또한 시각적 실재감(visual presence), 시각적 몰입감(visual immersion), 시각적 상호작용(visual interaction)에 대하여 반사율 75%로 실감 표현이 적용된 경우에서 모두 실감화 평가 점수가 높은 결과를 나타냈다.
통계 검증결과 네 가지 경우의 그룹에 하여 ‘시각적 실재감’과 ‘시각적 몰입감’에서는 각막면에 비친 반사영상 표현 정도에 따라 유의미한 차이가 있음을 확인할 수 있었으나(p = .000), ‘시각적 상호작용’에서 반사율 50%와 반사율 25% 사이에는 유의미한 차이가 나타 나지 않았다(p = .520).

후속연구

또한, 가상 아바타의 실감표현요소에 따른 시각적 실재감을 평가하는 것으로 가상공간에서 아바타를 사용한 경험이 있는 20 대에서 30 대까지의 연령층으로 모집단을 제한하였기에 다양한 연령층에 따른 실재감의 차이를 확인해 볼 필요성이 있으며, 상대적으로 전문가와 비전문가 집단 간의 실재감을 느끼는 정도도 다를 수 있으므로 다양한 사용자를 대상으로 평가가 이루어져야 할 것이다. 따라서 추후 연구에서는 이러한 한계점을 보완하여 다양한 사용자를 대상으로 실제 가상 아바타가 사용자를 바라보는 실시간 영상을 적용한 후, 사용자와 가상 아바타 사이의 감정표현을 적용하기 위한 평가를 진행하고자 한다.
본 연구에서는 각막면에 비친 반사영상 차이에 따른 디지털 실감표현을 기반으로 새로운 표현요소에 대한 사용자 반응을 평가한 점에 큰 의미를 갖는다. 또한 구체적인 표현 범위를 제시함으로써 사실적인 가상현실 아바타를 설계할 수 있는 기초 연구로 활용이 가능할 것으로 사료된다. 단, 각막면에 비친 반사영상의 경우 임의의 2차원 이미지를 적용하여 평가가 이루어진 한계점이 있다.
또한, 가상 아바타의 각막면에 비친 반사영상(eye reflection)을 표현하기 위해서는 각막면에 비친 반사영상을 최대로 표현할 수 있는 범위와 실재 사용자가 반사 정도를 구별할 수 있는 가능 범위를 확인하는 것이 선행되어야 한다. 이를 위해 미디어 영상 및 시각디자인 관련 분야 전분가 7 명(여 4, 평균나이 29.
단, 각막면에 비친 반사영상의 경우 임의의 2차원 이미지를 적용하여 평가가 이루어진 한계점이 있다. 또한, 가상 아바타의 실감표현요소에 따른 시각적 실재감을 평가하는 것으로 가상공간에서 아바타를 사용한 경험이 있는 20 대에서 30 대까지의 연령층으로 모집단을 제한하였기에 다양한 연령층에 따른 실재감의 차이를 확인해 볼 필요성이 있으며, 상대적으로 전문가와 비전문가 집단 간의 실재감을 느끼는 정도도 다를 수 있으므로 다양한 사용자를 대상으로 평가가 이루어져야 할 것이다. 따라서 추후 연구에서는 이러한 한계점을 보완하여 다양한 사용자를 대상으로 실제 가상 아바타가 사용자를 바라보는 실시간 영상을 적용한 후, 사용자와 가상 아바타 사이의 감정표현을 적용하기 위한 평가를 진행하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	실감 표현요소가 고려된 가상아바타는 어떤 분야에서 응용되고 있는가?	또한 가상 아바타의 음성, 감성표현, 행동 등 미래의 새로운 인터렉션 표현의 가능성은 HCI (Human Computer Interaction)의 주요 이슈 중 하나로 미래의 상호작용에 대한 주요 실감 표현기술의 필요성을 강조하고 있다. 이에 따라 실감 표현요소가 고려된 가상아바타는 광고, 영화제작, 게임디자인, 원격회의 등 다양하게 응용되고 있다[5][6].
	VnR은 어떤 기술인가?	최근 가상과 실의 융합을 의미하는 VnR(Virtual and Real Worlds)은 가상 혹은 현실 세계의 환경이나 상황을 현실 또는 가상 환경에 투영하거나, 가상 또는 다른 가상으로 구현하는 상호작용기술을 의미한다. 이러한 VnR 기술에서 다양한 각 분야에 따라 가상현실로 구현된 환경을 사용자가 실재처럼 느끼고 그 내용을 받아들이도록 하는 것은 중요한 목표로 대두되고 있다 [1-3].
	가상 환경에서 실재감을 표현하는 시각적 요소는 어떻게 구성되어 있는가?	이처럼 일반적으로 가상 환경의 실재감은 시각적 요소가 거의 필수적인 것으로 보고되고 있다. 실재감을 표현하는 구체적인 시각적 요소에는 질감(texture), 면의 개수(number of polygons), 시야각(visual field of view) 등으로 구성되어 표현되어 진다. 이는 더 자세한 시각적인 사실감과 현실감을 찾고자 하는 시각적 표현에 사용되고 있다[7].

참고문헌 (14)

S. Mills and J. Noyes, "Virtual reality: an overview of user-related design issues revised paper for special issue on "Virtual reality: User Issues" in Interacting with Computers, May 1998," J. of Interacting with computers, Vol.11, No.4, pp.375-386, 1999.

상세보기
C. Greenhalgh and S. Benford, "Supporting rich and dynamic communication in large scale collaborative virtual environments," J. of In Presence:Teleoperators and Virtual Environments, Vol.8, No.1, pp.14-35, 1999.

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J. Jin, M. Park, H. Ko, and H. Byun, "Immersive Telemeeting with Virtual Studio and CAVE," J. of Proceedings of International Workshop on Advanced Image Technology, pp.15-20.
W. S. Bainbridge, "The scientific research potential of virtual worlds," J. of Science, Vol.317, No.5837, pp.472-476, 2007.

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S. Shirmohammadi and N. D. Georganas, "An end-to-end communication architecture for collaborative virtual environments," J. of Computer Networks, Vol.35, No.2, pp.351-367, 2001.

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M. Slater, D. Pertaub, and A. Steed, "Public speaking in virtual reality: Facing an audience of avatars," J. of Computer Graphics and Applications, IEEE, Vol.19, No.2, pp.6-9, 1999.
W. Barfield and C. Hendrix, "The effect of update rate on the sence of presence in virtual environment," J. of Virtual reality: Research, Development, Applications, Vol.1, No.1, pp.3-15, 1995.

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S. Gibbs, C. Arapis, C. Breiteneder, V. Lalioti, S. Mostatawy, and J. Speier, "Virtual studios: an overview," J. of IEEE Multimedia, Vol.5, No.1, pp.18-35, 1998.

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D. Decarlo, D. Metaxas, and M. Stone, "An anthropometric face model using variational techniques," J. of In Computer Graphics (SIGGRAPH '98 Proceedings), pp.67-74, 1998.
E. Petajan, "Very low bitrate face animation coding in MPEG-4," J. of In Encyclopedia of Telecommunications, Vol.17, pp.209-231, 1999.
Y. Lee, K. Waters, and D. Terzopoulos, "Realistic modeling for facial animation," J. of In Computer Graphics (SIGGRAPH '95 Proceedings), pp.55-62, 1995.
N. Adamo-Villani, G. Beni, and J. White, "3D simulator of ocular motion and expression," J. of ICIT 2005-International Conference on Information Technology, pp.122-127, 2005.
K. Mania and A. Chalmers, "The Effects of Levels of Immersion on Memory and Presence in Virtual Environments: A reality Centered Approach," J. of CyberPsychology & Behavior, Vol.4, No.2, pp.247-264, 2001.

상세보기
M. J. Won, S. Park, C. J. Kim, E. C. Lee, and M. Whang, "Visual factor Evaluation for the Measurement of Subjective Virtual Realization,"J. of the Science of Emotion & Sensibility, Vol.15, No.3, pp.389-398, 2012.

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