[논문]가상현실과 향 디스플레이 연동

임승주; 이해룡; 박준석; 김정도

doi:10.5369/jsst.2016.25.6.406

가상현실과 향 디스플레이 연동
Interoperability between Virtual Reality and Scent Display 원문보기

Journal of sensor science and technology = 센서학회지, v.25 no.6, 2016년, pp.406 - 411

임승주 (호서대학교 전자공학과) , 이해룡 (한국 전자통신 연구원) , 박준석 (한국 전자통신 연구원) , 김정도 (호서대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The application of visual and auditory senses into virtual reality is easily taken for granted, but the sense of smell has been largely ignored. But many researches have shown that olfactory stimulation in virtual environments can increase the immersion and reality. In practical virtual reality, the use of scents is not always able to increase the immersion and reality. An ill-matched scent can decrease the reality. To solve this problem, we developed scent devices that can adjustable scents and scent intensity in order to display a well-matched scents in virtual reality. And we propose simple and practical way to program specific location to display scents and developed API function to control a developed scent device at virtual reality software.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

가상공간에서 인간의 상상력을 구현하는 가상현실은 사용자가 가상공간 안에 있음을 잊을 정도의 몰입감과 현실감을 제공하는 것을 목표로 한다. 가상현실은 실시간으로 사용자의 움직임에 반응해야 하는데 고해상도를 사용하거나 렌더링 속도가 느리면 반응속도가 떨어지기 때문에 사용자의 움직임과 동기화되지 않는다는 문제가 존재한다.
본 연구에서는 발향 위치의 결정을 위해, 가상현실 엔진에서 흔히 사용하는 충돌감지 기능의 사용방법 제안한다. Unity 혹은 Unreal와 같은 대부분의 가상현실 엔진에서는 충돌감지를 위해 Box Collider와 Sphere Collider를 사용하게 되는데, Sphere Collider와 Box Collider의 사용방법은 거의 동일하기 때문에 Unity 엔진의 Box Collider를 중심으로 발향의 위치를 결정하는 방법을 설명한다.
본 연구에서는 발향장치를 효과적으로 가상현실 콘텐츠에 적용하기 위한 방법을 제시하였다. 발향 장치의 기구적 설계를 통하여 향의 농도 조절, 조합향 발향이 가능한 테이블 설치형 발향장치를 개발하였으며, HMD에 부착하여 사용할 수 있는 HMD 부착용 발향장치를 개발하였다.
본 연구에서는 조합향 발향이 가능한 테이블 설치형 발향장치와 소형으로 제작한 HMD부착용 발향장치를 개발하였으며, 펌프 제어를 통하여 향의 농도 조절이 가능하게 설계하였다. 또한, 발향 장치를 가상현실 콘텐츠에 보다 쉽게 적용할 수 있도록, 향의 분사 시점을 쉽게 지정할 수 있는 방법을 제시하였다.
솔레노이드 밸브, SAW, 그리고 초소형 펌프 등을 사용한 향 디스플레이 장치들이 개발 되었다[1-5]. 이러한 향 디스플레이 장치들은 주로 가상 전시장 혹은 가상 박물관 시스템에서 다양한 시각적 장비와 향 디스플레이 장치(발향장치)를 이용하여 사용자에게 극대화된 몰입감을 제공하기 위한 연구가 진행되었다. 그러나 이러한 대부분의 연구는 발향장치를 HMD와 연동시키는 방법을 중심으로 이루어졌으며, , 가상현실로의 적용은 그 가능성을 확인하는 수준에 그쳤다.

제안 방법

밸브를 두 개 사용한 이유는 공기 출입구와 향 배출구를 공통으로 사용하기 때문에, 서로 다른 향들의 섞임과 새는 것을 방지하기 위함이다. 그리고 농도 조절 및 잔향 제거를 위하여 후면부의 공기 유입구에 펌프 1개와 3-way 밸브 2개를 추가로 구성하여 농도 조절과 잔향 제거를 할수 있도록 설계하였다. 발향장치의 전면부에는 사용자에게 향을 효과적으로 전달하기 위하여 향 배출구단에 블로워를 사용함으로써, 향의 전달 속도를 제어 할 수 있으며, 블로워 끝 단에는 테프론으로 배출구를 마감 처리하여 향이 배는 것을 방지할 수 있도록 하였다.
발향장치의 전면부에는 사용자에게 향을 효과적으로 전달하기 위하여 향 배출구단에 블로워를 사용함으로써, 향의 전달 속도를 제어 할 수 있으며, 블로워 끝 단에는 테프론으로 배출구를 마감 처리하여 향이 배는 것을 방지할 수 있도록 하였다. 그리고 두 개의 LED를 이용하여 전원 여부 및 구동 여부를 가시적으로 판단할 수 있도록 구성하였다[8].
농도와 지속성의 변화를 측정하기 위하여 두 개의 펌프를 펄스 폭 변조(PWM) 듀티 사이클(duty cycle)를 제어하였다. 펌프 1은 초당 향의 배출율을 제어하며, 펌프 2는 필터를 통과한 깨끗한 공기의 양을 조절하여 농도 조절을 할 수 있다.
가상현실에서 발향장치를 적용하기 위해서는 다양한 조건들을 충족시켜야 하며, 그 중에서도 농도 제어는 매우 중요하다. 따라서 테이블 설치형 발향장치를 통하여 향에 대한 농도 제어 가능여부를 측정하기 위해서 Fig. 7과 같이 밸브와 펌프 제어를 통하여 향의 농도를 변화시켰으며, 가스센서를 이용하여 향의 농도 변화를 측정하였다.
본 연구에서는 조합향 발향이 가능한 테이블 설치형 발향장치와 소형으로 제작한 HMD부착용 발향장치를 개발하였으며, 펌프 제어를 통하여 향의 농도 조절이 가능하게 설계하였다. 또한, 발향 장치를 가상현실 콘텐츠에 보다 쉽게 적용할 수 있도록, 향의 분사 시점을 쉽게 지정할 수 있는 방법을 제시하였다.
본 연구에서는 발향장치를 효과적으로 가상현실 콘텐츠에 적용하기 위한 방법을 제시하였다. 발향 장치의 기구적 설계를 통하여 향의 농도 조절, 조합향 발향이 가능한 테이블 설치형 발향장치를 개발하였으며, HMD에 부착하여 사용할 수 있는 HMD 부착용 발향장치를 개발하였다. 또한 가상현실 콘텐츠의 발향 시점을 쉽게 지정할 수 있는 방법을 제시함으로써 발향장치의 콘텐츠에 적용이 매우 용이함을 확인하였다.
그리고 농도 조절 및 잔향 제거를 위하여 후면부의 공기 유입구에 펌프 1개와 3-way 밸브 2개를 추가로 구성하여 농도 조절과 잔향 제거를 할수 있도록 설계하였다. 발향장치의 전면부에는 사용자에게 향을 효과적으로 전달하기 위하여 향 배출구단에 블로워를 사용함으로써, 향의 전달 속도를 제어 할 수 있으며, 블로워 끝 단에는 테프론으로 배출구를 마감 처리하여 향이 배는 것을 방지할 수 있도록 하였다. 그리고 두 개의 LED를 이용하여 전원 여부 및 구동 여부를 가시적으로 판단할 수 있도록 구성하였다[8].
Table 1은 펌프 1(향의 배출용) 과 펌프 2 (깨끗한 공기 배출 용)의 PWM 듀티 사이클 변화에 따른 향의 농도 변화를 측정한 것이다. 여기서, 플로워(Flow)는 향 배출구(블로워 제거 후)에서 유량계(Flow meter)를 이용하여 측정한 것이며, 향 배출량과 공기량의 비를 통하여 농도를 측정하기 위해 전체 유량은 분당 900 ml 로 고정하였다. 향의 농도 측정은 Figaro 사의 TGS 2600과 2611 가스센서를 이용하여 측정하였으며, 향의 농도 표현은 R_s / R₀로 나타내었다.
향 디스플레이와 연동하기 위해 구현된 가상현실 콘텐츠는 UNITY 소프트웨어를 사용하였으며, 약 7분간의 동작시간 동안 8개의 냄새를 발향한다. Fig.

대상 데이터

가상현실 콘텐츠와 발향장치와의 연동을 위해 2개의 발향장치가 설계되었는데, Fig. 4의 (a)는 테이블 설치형 발향장치로써, 총 20개의 향을 발향할 수 있으며, 밸브와 펌프를 통해 냄새의 브랜딩과 농도 조절이 가능하며 사용자의 약 50 cm 전방에 설치하였다. Fig.
본 연구에서 설계된 테이블 설치형 발향장치는 20개의 향을 발향 할 수 있으며, 각각의 단일 향들은 카트리지형태의 케이스에 채워지게 되어 향의 교체가 매우 용이하도록 설계되었으며, 발향장치의 사이즈는 300x250x100mm (L×W×H)이다.
본 연구에서 제작된 HMD 부착용 발향장치는 솔레노이드 밸브와 에어 펌프를 사용하기 때문에 기본적 구성이 Fig. 4의 테이블 설치형 발향장치와 같다. 단 초소형 설계를 목표로 하기 때문에 펌프 2를 제거하였고, 향마다 각각의 향 배출구를 갖기 때문에 조합형 발향은 불가능하다.
이 실험의 입증을 위해 43명이 실험에 참가하였다. 이 실험에서는 발향이 가능한 HMD가 사용되었는데, 7개의 병에 들어 있는 과자 냄새가 에어 펌프와 밸브를 통해 사용자의 코에 냄새를 전달하며, 부가적인 한 개의 펌프가 냄새를 희석시키기 위해 사용된다. 이 그룹의 마지막 연구자인 Narumi는싱가폴에서 열린 IEEE Virtual Reality conference에서 플라스틱 향병 대신에 잉크젯 기술을 이용하여 발향장치를 더 작게 설계함으로써 좀 더 쉽게 발향장치가 HMD에 부착될 수 있는 기술을 제시한 바 있다[8,12].
이 실험은 감각 모달리티의 영향에 의해 가상 미각 디스플레이가 가능함을 입증했다는 면에서 매우 중요한 의미를 가진다. 이 실험의 입증을 위해 43명이 실험에 참가하였다. 이 실험에서는 발향이 가능한 HMD가 사용되었는데, 7개의 병에 들어 있는 과자 냄새가 에어 펌프와 밸브를 통해 사용자의 코에 냄새를 전달하며, 부가적인 한 개의 펌프가 냄새를 희석시키기 위해 사용된다.

성능/효과

Fig. 5에서 볼 수 있는 것처럼, 각 향 케이스의 유입구와 배출구에 각각 2-way 밸브를 설치하여 평상시에 향이 외부로 새는 것을 방지하였다. 밸브를 두 개 사용한 이유는 공기 출입구와 향 배출구를 공통으로 사용하기 때문에, 서로 다른 향들의 섞임과 새는 것을 방지하기 위함이다.
발향 장치의 기구적 설계를 통하여 향의 농도 조절, 조합향 발향이 가능한 테이블 설치형 발향장치를 개발하였으며, HMD에 부착하여 사용할 수 있는 HMD 부착용 발향장치를 개발하였다. 또한 가상현실 콘텐츠의 발향 시점을 쉽게 지정할 수 있는 방법을 제시함으로써 발향장치의 콘텐츠에 적용이 매우 용이함을 확인하였다.

후속연구

본 연구에서 HMD를 이용한 가상현실 콘텐츠에 발향 장치를 적용한 실험을 통하여, 사용자에게 보다 증대된 몰입감을 제공하는 것을 확인하였으며, 앞으로 다양한 콘텐츠에 향 디스플레이 기술이 적용될 것으로 예상 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가상현실의 단점은 무엇인가?	가상공간에서 인간의 상상력을 구현하는 가상현실은 사용자가 가상공간 안에 있음을 잊을 정도의 몰입감과 현실감을 제공하는 것을 목표로 한다. 가상현실은 실시간으로 사용자의 움직임에 반응해야 하는데 고해상도를 사용하거나 렌더링 속도가 느리면 반응속도가 떨어지기 때문에 사용자의 움직임과 동기화되지 않는다는 문제가 존재한다. 시간 동기화에 실패할 경우 사용자가 가상공간에 몰입하지 못한다는 문제점을 가지게 된다. 느린 반응속도와 렌더링 속도 문제를 개선하기 위한 하드웨어 설계기술이 빠른 발전 속도를 보이고 있기 때문에 머지않아 고해상도를 지원하는 HMD를 사용할 수 있을 것으로 예상된다.
	가상현실의 목표는 무엇인가?	가상공간에서 인간의 상상력을 구현하는 가상현실은 사용자가 가상공간 안에 있음을 잊을 정도의 몰입감과 현실감을 제공하는 것을 목표로 한다. 가상현실은 실시간으로 사용자의 움직임에 반응해야 하는데 고해상도를 사용하거나 렌더링 속도가 느리면 반응속도가 떨어지기 때문에 사용자의 움직임과 동기화되지 않는다는 문제가 존재한다.
	가상현실 시스템에서 향을 발향하기 위한 기술적 연구로 개발된 장치에는 무엇인가?	가상현실 시스템에서 향을 발향하기 위한 기술적 연구가 2000년대 들어 급증하기 시작하였다. 솔레노이드 밸브, SAW, 그리고 초소형 펌프 등을 사용한 향 디스플레이 장치들이 개발 되 었다[1-5]. 이러한 향 디스플레이 장치들은 주로 가상 전시장 혹은 가상 박물관 시스템에서 다양한 시각적 장비와 향 디스플레이 장치(발향장치)를 이용하여 사용자에게 극대화된 몰입감을 제공하기 위한 연구가 진행되었다.

참고문헌 (15)

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원문보기 상세보기
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상세보기
Seung-ju Lim, 2016, " A Study on Scent Devices and SDK for Scent Display of Realistic Media", The Graduate School Hoseo Univ., Doctoral dissertation.
Mochizuki, A., Amada, T., Sawa, S., Takeda, T., Motoyashiki, S., Kohyama, K., Imura, M. and Chihara, K., "An olfactory display device linked with human gesture", Proc. SCI, Vol. 48 , pp. 531-532,2004.
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NICT, press release: Successful development of a multisensory interaction system combining four senses - Interactive experiences using 3D video, audio, touch and aroma, 4 November 2009. http://www.nict.go.jp/press/2009/11/04-1.html
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http://silvia.mn.ee.titech.ac.jp/English/MNL index.htm
http://www.gizmag.com/feelreal-vr-mask-nirvana-helmetsmell-feel-action/37256
Jeong Do Kim, Ji Hoon Choi, Seung Ju Lim, Sung Dae Park, Jung Ju Kim, and Chung Hyun Ahn, "Development of Scent Display and Its Authoring Tool", ETRI Journal, vol.37, No.1, pp. 88-96, 2015.

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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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