[논문]증강현실을 이용한 3D 헤어스타일 시뮬레이터의 개발

김성호

doi:10.14400/jdc.2015.13.1.249

초록
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최근 증강현실에 대한 관심이 증가하면서 최신 증가현실 기술을 이용한 다양한 응용 프로그램들이 연구 및 개발되어지고 있다. 특히 고객의 취향에 맞는 다양한 헤어스타일을 실시간으로 체험해볼 수 있는 헤어스타일 시뮬레이터에 대한 연구들이 오랫동안 진행되어져 왔으며 서비스를 진행하고 있는 업체도 있다. 그러나 현재 서비스되고 있는 제품들은 증강현실 기술을 적용하지 않은 2D 헤어스타일 시뮬레이터가 대부분이고, 증강현실 기술이 적용된 3D 헤어스타일 시뮬레이터일지라도 NUI의 기능이 미흡한 상태이다. 그러므로 본 논문에서는 증강현실 기술의 핵심인 NUI와 EHCI 기반의 3D 헤어스타일 시뮬레이터를 개발한다. 그리고 10명의 사용자로 하여금 체험하게 하고 3D 헤어스타일 시뮬레이터의 효율성을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recent, there is increasing interest in AR(Augmented Reality). And various AR application programs using the latest Augmented Reality technology have been developed. In particular, researches about hair style simulator have been conducted for a long time. It can experience real-time a variety of hai...

Recent, there is increasing interest in AR(Augmented Reality). And various AR application programs using the latest Augmented Reality technology have been developed. In particular, researches about hair style simulator have been conducted for a long time. It can experience real-time a variety of hair styles to fit the taste of the customer. And some company has conducted the hair style simulator services. However, the most service products are the 2D hair style simulator did not apply the AR technology. Even though 3D hair style simulator has applied AR technology, a function of the NUI was lack. Therefore, in this paper have developed the 3D hair style simulator based on the core technology of AR like NUI as well as EHCI. 10 people was experienced the 3D hair style simulator. Finally, in this paper verifies the effectiveness of the 3D hair style simulator.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 웹캠으로 실시간 캡처한 얼굴 영상에 3D 헤어스타일 모델을 사용자의 머리에 시뮬레이션해볼 수 있는 시스템을 개발하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 논문의 결과물인 헤어스타일 시뮬레이터는 웹캠이 설치된 PC가 있는 곳이면 언제 어느 곳에서든지 다양한 2D 및 3D 헤어스타일을 사용자의 머리에 맞게 직접 시뮬레이션해볼 수 있도록 하기 위한 시스템이다. [Fig.

제안 방법

1]은 본 논문에서 제안하는 전체 시스템의 구성도이다. 3D 헤어스타일 모델은 3D Studio MAX를 사용하여 모델링하고, 모델링한 헤어스타일은 Wavefront OBJ 파일(*.obj, 이하 OBJ 파일)로 저장하여 사용하도록 한다. 이때 Obj 파일은 객체의 Material 파일(*.
본 논문에서 제안하는 3D 헤어스타일 시뮬레이터는 2D 및 3D 환경을 기본적으로 제공한다. 그러므로 본 논문에서는 2D 헤어스타일 및 3D 헤어스타일 시뮬레이션을 각각 체험해볼 수 있도록 구분한다. 그래서 2D 헤어스타일 모델은 [Fig.
본 논문에서 제안하는 헤어스타일 시뮬레이터는 웹캠이 설치된 PC에서 쉽게 시뮬레이션해볼 수 있도록 한다. 본 논문에서 설계한 사용자 인터페이스는 NUI를 기반으로 하고 있으며, 대표적인 기능으로는 헤어스타일을 선택할 수 있도록 하기 위한 좌우 이동, 축소 및 확대, 카메라 사진 촬영 및 동영상 촬영 등이 있다. [Fig.
본 논문에서 제안하는 3D 헤어스타일 시뮬레이터는 2D 및 3D 환경을 기본적으로 제공한다. 그러므로 본 논문에서는 2D 헤어스타일 및 3D 헤어스타일 시뮬레이션을 각각 체험해볼 수 있도록 구분한다.
본 논문에서 제안하는 헤어스타일 시뮬레이터는 웹캠이 설치된 PC에서 쉽게 시뮬레이션해볼 수 있도록 한다. 본 논문에서 설계한 사용자 인터페이스는 NUI를 기반으로 하고 있으며, 대표적인 기능으로는 헤어스타일을 선택할 수 있도록 하기 위한 좌우 이동, 축소 및 확대, 카메라 사진 촬영 및 동영상 촬영 등이 있다.

대상 데이터

또한 머리의 크기, 웹캠으로부터 머리까지의 거리 및 위치 등은 Calibration에 의해 자동으로 조정되어 별도의 작업이 필요하지 않다. 본 논문에서는 3D 헤어스타일 시뮬레이터를 10명의 학생들을 대상으로 체험 및 평가를 실시하였으며, 체험과 평가 항목 및 결과는 [Table 1]과 같다.

이론/모형

2]와 같이 헤어스타일 사진을 Photoshop에서 헤어스타일 시뮬레이션에 맞게 편집하고 투명도를 위해 PNG 파일로 저장하여 사용한다. 또한 [Fig. 3]과 같은 3D 헤어스타일 모델은 3D Studio MAX를 사용하여 모델링한다. 약 10,000개 내외의 정점들로 구성되어진 3D 헤어스타일 모델은 OBJ 파일로 저장하며, Material 파일(*.
그러나 3D Virtual Hair Style Simulator는 아직도 키보드나 마우스를 기본적으로 사용하면서 부분적으로 NUI를 사용하고 있는 단점이 있다. 본 논문에서는 웹캠을 사용한 증강현실 기술기반의 3D 헤어스타일 시뮬레이터를 설계하고 구현하기 위해 OpenCV[3] 및 EHCI[2]를 사용한다. EHCI(Enhanced human computer interface through webcam image processing library)는 인간의 머리, 손 및 전신 등의 움직임으로부터 이벤트를 생성하기 위한 OpenCV 기반의 웹캠 이미지 처리 라이브러리이다.

성능/효과

그 결과 3D 헤어스타일 시뮬레이터가 2D 헤어스타일 시뮬레이션보다 훨씬 더 직감적이고 입체적이어서 성능 및 효율성 부분에 대한 긍정적인 평가를 보였다. 그러나 [Table 2]와 같이 상하좌우로 머리를 각각 회전시킬 때 3D 헤어스타일 모델이 제대로 따라가지 못하는 현상이 발생하는 단점이 있어 향후 보완할 사항으로 나타났다.
본 논문에서 제안하는 시스템과 가장 유사한 연구결과로는 3D 헤어스타일 시뮬레이션 시스템[8], Optimus Prime, Virtual hairdresser[9] 및 HairART[10] 등이 있는데, [8, 9]는 사업성이 가능한 결과들이며, [10]은 이미 기업체에서 제품화하여 상업용으로 사용하고 있는 좋은 사례이다. 그러나 증강현실 기술을 사용하는 비중이 본 논문과 비교하면 다소 약하며 기존의 HCI와 같이 키보드와 마우스를 함께 사용해야하기 때문에 NUI의 기능이 불편하다. 추가적으로 증강현실 기술을 이용한 3D 가상 피팅룸 시뮬레이터의 개발[11]에 대한 연구가 있었는데, 웹캠 영상의 가운데에 의상을 고정시켜놓고 고객이 본인의 신체에 맞게 조절해보는 불편함을 가지고 있다.
여기서 성공률이 낮은 것은 머리를 상하좌우로 회전할수록 웹캠으로부터 얼굴 특징점이 제대로 인식되지 못하는 것 때문에 발생하는 문제로서 알고리즘의 개선 및 향상된 알고리즘의 개발이 필요하다. 본 논문에서 개발한 3D 헤어스타일 시뮬레이션의 적정 실행 환경은 Windows XP/7/8, 2GB 이상의 RAM이 설치된 PC에 웹캠이 설치되어 있어야 하는데, 웹캠은 720p 이상 급의 고화질일수록 좋다.
그러므로 모니터만 보면서 손동작으로 모든 메뉴들을 사용할 수가 있다. 본 논문에서는 2D 헤어스타일 시뮬레이터를 10명의 학생들로 하여금 체험을 시켜본 결과, NUI 기반의 메뉴들을 손동작으로 선택하였을 때 그 기능들이 매우 직감적이고 편리하다고 하였다. 또한 웹캠을 기반으로 하는 NUI 방식으로 모든 메뉴들이 사용되어지기 때문에 모니터로부터 1∼3M 정도 적당히 떨어진 거리에서도 충분히 사용할 수 있어 의상과 함께 헤어스타일 코디를 위해서도 매우 유익하다고 하였다.
본 논문의 결과물은 3D 헤어스타일 시뮬레이터로서 720p 이상의 해상도를 지원하는 웹캠이 설치된 PC에서 언제 어디서든지 시뮬레이션해볼 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 논문의 결과물을 인터넷, 스마트폰 등과 연동하면 실시간으로 본인의 머리에 잘 맞는 각종 헤어스타일을 2D 및 3D로 직접 체험해볼 수 있는 매우 효율적인 장점 때문에 미용 분야 업계에 매우 유용하게 사용될 수 있다고 기대된다.

후속연구

그 결과 3D 헤어스타일 시뮬레이터가 2D 헤어스타일 시뮬레이션보다 훨씬 더 직감적이고 입체적이어서 성능 및 효율성 부분에 대한 긍정적인 평가를 보였다. 그러나 [Table 2]와 같이 상하좌우로 머리를 각각 회전시킬 때 3D 헤어스타일 모델이 제대로 따라가지 못하는 현상이 발생하는 단점이 있어 향후 보완할 사항으로 나타났다.
왜냐하면 3D 헤어스타일을 모델링하는 과정에서 머리카락을 한 올씩 모델링하는 것이 아니라 덩어리 형식으로 모델링하고 Texture Map을 사용하여 Mapping하기 때문이다. 그러므로 향후 연구에서는 3D 헤어스타일 모델이 2D헤어스타일 모델처럼 자연스럽게 보일 수 있도록 하기 위한 방법에 대해서도 연구 및 개발이 필요하다. 또한 사용자의 머리의 크기와 형태에 맞게 헤어스타일 모델이 자동적으로 맞도록 조정되도록 개선할 필요도 있다.
본 논문의 결과물은 3D 헤어스타일 시뮬레이터로서 720p 이상의 해상도를 지원하는 웹캠이 설치된 PC에서 언제 어디서든지 시뮬레이션해볼 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 논문의 결과물을 인터넷, 스마트폰 등과 연동하면 실시간으로 본인의 머리에 잘 맞는 각종 헤어스타일을 2D 및 3D로 직접 체험해볼 수 있는 매우 효율적인 장점 때문에 미용 분야 업계에 매우 유용하게 사용될 수 있다고 기대된다. 본 논문에서 개발한 헤어스타일 시뮬레이터는 헤어스타일뿐만 아니라 가발, 수염 및 모자 등과 같이 머리에 쓰고, 각종 액세서리 등과 같이 귀에 걸고, 안경 등과 같이 눈에 쓰는 등의 다양한 시뮬레이션 분야에서 활용 가능하기 때문에 향후 추가적으로 연구 및 개발해야할 분야이기도 하다.
또한 본 논문의 결과물을 인터넷, 스마트폰 등과 연동하면 실시간으로 본인의 머리에 잘 맞는 각종 헤어스타일을 2D 및 3D로 직접 체험해볼 수 있는 매우 효율적인 장점 때문에 미용 분야 업계에 매우 유용하게 사용될 수 있다고 기대된다. 본 논문에서 개발한 헤어스타일 시뮬레이터는 헤어스타일뿐만 아니라 가발, 수염 및 모자 등과 같이 머리에 쓰고, 각종 액세서리 등과 같이 귀에 걸고, 안경 등과 같이 눈에 쓰는 등의 다양한 시뮬레이션 분야에서 활용 가능하기 때문에 향후 추가적으로 연구 및 개발해야할 분야이기도 하다. 3D 헤어스타일 시뮬레이터에서 사용하고 있는 3D 헤어스타일 모델은 2D 헤어스타일 모델에 비하면 매우 부자연스러운 것이 사실이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	3D Virtual Hair Style Simulator의 단점은 무엇인가?	최근 3D Virtual Fitting Room[4] 및 3D Virtual Hair Style Simulator 등과 같이 NUI를 사용한 응용 프로그램들이 출시되었다. 그러나 3D Virtual Hair Style Simulator는 아직도 키보드나 마우스를 기본적으로 사용하면서 부분적으로 NUI를 사용하고 있는 단점이 있다. 본 논문에서는 웹캠을 사용한 증강현실 기술기반의 3D 헤어스타일 시뮬레이터를 설계하고 구현하기 위해 OpenCV[3] 및 EHCI[2]를 사용한다.
	EHCI란 무엇인가?	본 논문에서는 웹캠을 사용한 증강현실 기술기반의 3D 헤어스타일 시뮬레이터를 설계하고 구현하기 위해 OpenCV[3] 및 EHCI[2]를 사용한다. EHCI(Enhanced human computer interface through webcam image processing library)는 인간의 머리, 손 및 전신 등의 움직임으로부터 이벤트를 생성하기 위한 OpenCV 기반의 웹캠 이미지 처리 라이브러리이다.
	본 논문에서 제안한 헤어스타일 시뮬레이터의 대표적인 기능에는 무엇이 있는가?	본 논문에서 제안하는 헤어스타일 시뮬레이터는 웹캠이 설치된 PC에서 쉽게 시뮬레이션해볼 수 있도록 한다. 본 논문에서 설계한 사용자 인터페이스는 NUI를 기반으로 하고 있으며, 대표적인 기능으로는 헤어스타일을 선택할 수 있도록 하기 위한 좌우 이동, 축소 및 확대, 카메라 사진 촬영 및 동영상 촬영 등이 있다. [Fig.

참고문헌 (15)

http://t9t9.com/459
http://code.google.com/p/ehci/
https://github.com/MasteringOpenCV/code
http://www.virtualfitting.co.kr/
http://www.youtube.com/watch?v6LbTN3hWEx4
http://www.youtube.com/watch?vRjFZBE3aCqo
http://www.youtube.com/watch?vi_bZNVmhJ2o
http://vimeo.com/43180037
http://urbaninteractives.nl/en/2012/08/augmentedreality-ready-for-the-next-level/#.U88r_LnlqM8
http://arhunt.com/new/-HairART
Sung-Ho Kim, Development of the 3D Virtual Fitting Room Simulator using Augmented Reality, Journal of Digital Convergence, Vol. 11, No. 11, pp. 449-454, 2013.

원문보기 상세보기
Yun Hwangbo, Kyu Soo Ha, Gyoo Soon Chang, Application Case Study of Computer Simulation on Hairdressing Industry, Proceedings of the Korea Contents Association, Vol. 7, No. 1, pp. 191-196, 2009.
Taejin Kim, Seongah Chin, Users" Rating Analysis and Evaluation for an Augmented Reality based Hair Style App 'Hair Style Magic Mirror App', Proceeding of the Institute of Electronice and Information Engineers, Vol. 35, No. 1, pp. 883-884, 2012.
Taejin Kim, Seongah Chin, Analysis and Evaluation of Users' Rating Targeted on Virtual experienced App, 'Hair Style Magic Mirror App', Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 13, No. 12, pp. 6105-6110, 2012.

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Kang, Nam-Soon, A study of Real-Time Face Recognition using Web CAM and Ideal Hair style Adaption Method, Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 11, No. 2, pp. 532-539, 2010.

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