[논문]발향장치를 이용한 가상현실에서의 향 미디어 서비스

유옥환; 김민구; 김정도

doi:10.5369/jsst.2018.27.6.414

발향장치를 이용한 가상현실에서의 향 미디어 서비스
Study on Scent Media Service in Virtual Reality 원문보기

Journal of sensor science and technology = 센서학회지, v.27 no.6, 2018년, pp.414 - 420

유옥환 (호서대학교 전자공학과) , 김민구 (호서대학교 전자공학과) , 김정도 (호서대학교 전자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

To augment emotion and immersion in virtual reality (VR), technological research based on scent displays have increased in recent years. The results of extensive studies have enabled the development of methods to interface head mounted displays (HMDs) with scent devices, and the possibility of VR applications of this development was identified via several demonstrations in actual VR environments. Despite all these efforts, more practical methods and conditions for scent display in VR environments are yet to be developed. To efficiently interface VR and scent, this study proposes three ways to set the position for scent display and scent conditions. The first is scent display using local positioning in the VR engine, the second is scent display using the relative distance and orientation between user and object in VR environments, and the third is scent display using time setting. In this study, we developed scent devices using a piezo actuator to validate the proposed method and successfully conducted demonstrations and experiments.

주제어

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Scent device attached to HMD
그림 Fig. 2. Inner structure of scent device
그림 Fig. 3. Structure of piezo liquid pump
그림 Fig. 4. Position for scent display determined by box collider
그림 Fig. 5. Scent positioning box determined by box collider
그림 Fig. 6. Sphere collider for determination of relative distance and orientation
그림 Fig. 7. Object for scent display determined by sphere collider
그림 Fig. 8. Structure diagram of scent display using real time
그림 Fig. 9. Structure diagram of scent display using time delay
그림 Fig. 10. Scent condition and scent position pre-established by local position (a) The first position, (b) The second position
그림 Fig. 11. Scent display of scent position in virtual reality (a) The first scent position, (b) The second position,
그림 Fig. 12. Scent condition pre-established by relative distance and orientation between user and sphere collider (a) a close distance and proper orientation, (b) a long distance, (c) a close distance, but improper orientation
그림 Fig. 13. Scent display by relative distance and orientation in virtual reality (a) a close distance and proper orientation, (b) a long distance (c) a close distance, but improper orientation
그림 Fig 14. Scent condition pre-established by time (a) The forest, (b) The flower garden
그림 Fig. 15. Scent display by time setting (a) After 10 sec, (b) After 70 sec

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. 여러 기술적 진보에 의해 가상공간에서의 몰입감과 현실감이 점점 좋아지고 있으나, 대부분 시각 및 음향 기술의 진보에 의존하고 있다.
즉, 사용자와 발향을 원하는 사물과의 위치가 가깝다 하더라도 사용자가 사물을 바라보는 방향이 다르다면 향의 발향이 제한되어야 한다. 본 연구에서는 가상현실 시스템에서 발향을 위한 세 가지의 방법을 제안한다.
본 연구에서는 발향 장치를 효과적으로 가상현실 콘텐츠에 적용하기 위하여 가상현실 내 위치를 기준으로 한 발향 방법, 사용자와 발향을 원하는 사물과의 거리와 방향을 고려한 발향 방법, 가상환경에서의 시간 설정을 통한 발향방법, 마지막으로 외부 입력 및 사용자의 조작에 의한 발향 방법을 제안하였다. 발향 장치의 기구적 설계를 통하여 향의 농도조절을 할 수 있는 마이크로 다공성 압전 진동자를 이용한 테이블 설치형 발향 장치를 개발하였으며, HMD에 부착하여 사용할 수 있는 초소형 압전 펌프와 팬, 히터를 이용한 HMD 부착형 발향 장치를 개발하였다.

제안 방법

발향 장치는 2장에서 설명된 HMD 부착형 발향 장치가 이용되지만 육안으로 발향이 되는 모습을 확인 할 수가 없다. 따라서 발향이 되는 모습을 나타내기 위하여 발향 시 두 발향 장치에 동시에 발향명령을 하여 HMD 부착형 발향장치 뿐만 아니라 향의 시각적 확인이 가능한 마이크로 다공성 압전 엑추에이터를 이용한 발향장치에서도 함께 발향될 수 있도록 하였다.
25씩 늘어날 때마다 1단계씩 낮추어 발향하도록 설정하였다. 또한 본 연구에서 사용된 HMD에 존재하는 위치감지 센서를 이용하여 사용자의 가상현실 내의 위치를 변화시켰다.
본 연구에서는 발향 장치를 효과적으로 가상현실 콘텐츠에 적용하기 위하여 가상현실 내 위치를 기준으로 한 발향 방법, 사용자와 발향을 원하는 사물과의 거리와 방향을 고려한 발향 방법, 가상환경에서의 시간 설정을 통한 발향방법, 마지막으로 외부 입력 및 사용자의 조작에 의한 발향 방법을 제안하였다. 발향 장치의 기구적 설계를 통하여 향의 농도조절을 할 수 있는 마이크로 다공성 압전 진동자를 이용한 테이블 설치형 발향 장치를 개발하였으며, HMD에 부착하여 사용할 수 있는 초소형 압전 펌프와 팬, 히터를 이용한 HMD 부착형 발향 장치를 개발하였다. 본 연구에서 사용된 발향 장치 뿐만 아니라 다양한 발향 장치를 가상현실 콘텐츠에 적용할 수 있도록 표준 플랫폼과 API 함수를 개발하여 가상현실 미디어 콘텐츠에 적용하였다.
발향 장치의 기구적 설계를 통하여 향의 농도조절을 할 수 있는 마이크로 다공성 압전 진동자를 이용한 테이블 설치형 발향 장치를 개발하였으며, HMD에 부착하여 사용할 수 있는 초소형 압전 펌프와 팬, 히터를 이용한 HMD 부착형 발향 장치를 개발하였다. 본 연구에서 사용된 발향 장치 뿐만 아니라 다양한 발향 장치를 가상현실 콘텐츠에 적용할 수 있도록 표준 플랫폼과 API 함수를 개발하여 가상현실 미디어 콘텐츠에 적용하였다.
본 연구에서 설계된 HMD 부착형 발향 장치는 초소형 압전 액체펌프를 이용하여 향 카트리지 속의 향액을 히터로 배출하여 기화시킨 후에 초소형 팬(fan)을 이용하여 사용자의 코로 전달하는 방법을 사용하며, 블루투스 통신을 통해 가상현실 시스템과 연동된다. Fig.
본 연구에서는 가상현실 시스템에서 발향을 위한 3가지의 방법을 제안한다. 첫 번째는 가상환경에서 절대위치를 기준으로 한 발향 방법, 두 번째는 사용자와 발향을 원하는 사물과의 거리와 방향을 고려한 발향 방법, 세 번째는 가상환경에서의 시간 설정을 통한 발향 방법을 제안한다.
본 연구에서는 가상현실 환경에서의 실감 미디어 서비스를 직접 구현하기 위하여, 2장에서 설명한 발향 장치를 직접 제작하였으며, 3장에서 제안하는 절대위치에 따른 발향, 거리에 따른 발향, 시간에 따른 발향방법을 서비스 함수와 함께 각각 적용하였다. 사용된 플랫폼은 Unity이며, Oculus DK2 HMD가 사용되었다.
가상현실 환경에서의 절대위치(이하 월드좌표) 범위에 사용자가 들어오게 되면 발향을 하는 방법이다. 본 연구에서는 발향의 월드좌표를 결정하기 위해, collider를 충돌하여 이벤트를 발생시키는 방법을 사용한다.
가상현실 환경에서 특정 대상과 사용자간에 거리 및 사용자가 바라보는 방향(orientation)에 따라서 발향여부와 발향 농도를 결정하는 방법이다. 본 연구에서는 상대거리와 방향을 결정하기 위해 collider의 범위를 이용하는 방법을 사용한다. 사용자는 어떤 형태의 collider를 사용하여도 무방하지만, 일정한 범위를 정하기 위해서는 구 형태의 sphere collider를 사용하는 것이 가장 적절하다.
본 연구에서는 향의 미세 농도 제어를 위해, Max14514 Lamp Driver를 이용하여 액체펌프의 주파수와 진폭을 동시에 제어한다.
본 연구에서는 가상현실 시스템에서 발향을 위한 3가지의 방법을 제안한다. 첫 번째는 가상환경에서 절대위치를 기준으로 한 발향 방법, 두 번째는 사용자와 발향을 원하는 사물과의 거리와 방향을 고려한 발향 방법, 세 번째는 가상환경에서의 시간 설정을 통한 발향 방법을 제안한다.

대상 데이터

HMD 부착용 발향 장치에서 사용된 압전 액체 펌프는 Fig. 3에서 것처럼, 2개의 압전 진동자를 이용한 바텔(Bartels)사의 다이어프램(diaphragm)형 펌프인 mp6이다.
거리에 따른 발향을 구현하기 위하여 약 2분간의 동작시간동안 360도 카메라로 촬영된 가상현실 콘텐츠를 사용하였으며, 콘텐츠 안에 존재하는 꽃을 대상으로 범위 2.5의 sphere collider 가 존재하며 방향 범위는 기준 방향으로부터 ±28로 설정하였다.
본 연구에서 제안된 가상환경에서의 발향 방법의 유용성을 입증하기 위해 Unity 엔진을 이용한 실제 실험이 이루어졌으며, 자체 제작한 발향장치가 사용되었다.
본 연구에서는 가상현실 환경에서의 실감 미디어 서비스를 직접 구현하기 위하여, 2장에서 설명한 발향 장치를 직접 제작하였으며, 3장에서 제안하는 절대위치에 따른 발향, 거리에 따른 발향, 시간에 따른 발향방법을 서비스 함수와 함께 각각 적용하였다. 사용된 플랫폼은 Unity이며, Oculus DK2 HMD가 사용되었다. 발향 장치는 2장에서 설명된 HMD 부착형 발향 장치가 이용되지만 육안으로 발향이 되는 모습을 확인 할 수가 없다.

성능/효과

본 연구에서는 상대거리와 방향을 결정하기 위해 collider의 범위를 이용하는 방법을 사용한다. 사용자는 어떤 형태의 collider를 사용하여도 무방하지만, 일정한 범위를 정하기 위해서는 구 형태의 sphere collider를 사용하는 것이 가장 적절하다. 가상현실 환경에서 사용자가 collider 범위 내에 들어오게 되면 특정 대상의 월드좌표와, 사용자의 월드좌표 및 시선(rotation) 정보를 가져온 후 대상의 월드좌표와 사용자의 월드좌표와의 연산을 통해 거리와 방향 정보를 얻을 수 있다.

후속연구

본 연구에서 HMD를 이용한 가상현실 콘텐츠에 앞에서 제안한 4가지의 방법을 적용한 실험을 통하여 사용자에게 보다 증대된 몰입감을 제공하는 것을 확인하였으며, 앞으로 다양한 가상현실 콘텐츠에 향 디스플레이 기술이 적용될 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가상현실의 목표는?	가상공간에서 인간의 상상력을 구현하는 가상현실은 사용자가 가상공간 안에 있음을 잊을 정도의 몰입감과 현실감을 제공하는 것을 목표로 한다. 여러 기술적 진보에 의해 가상공간에서의 몰입감과 현실감이 점점 좋아지고 있으나, 대부분 시각 및 음향 기술의 진보에 의존하고 있다.
	가상현실 시스템에서 발향을 위한 3가지의 방법은 무엇인가?	본 연구에서는 가상현실 시스템에서 발향을 위한 3가지의 방법을 제안한다. 첫 번째는 가상환경에서 절대위치를 기준으로 한 발향 방법, 두 번째는 사용자와 발향을 원하는 사물과의 거리와 방향을 고려한 발향 방법, 세 번째는 가상환경에서의 시간 설정을 통한 발향 방법을 제안한다. 본 연구에서 제안된 가상환경에서의 발향 방법의 유용성을 입증하기 위해 Unity 엔진을 이용한 실제 실험이 이루어졌으며, 자체 제작한 발향장치가 사용되었다.
	가상현실 환경에서 향을 발향하기 위한 조건은?	가상현실 환경에서 향을 발향하기 위해서는 사용자의 위치뿐만 아니라, 사용자와 사물간의 거리와 방향 등이 고려되어야 하는 등, 다양한 조건들이 필요하다. 즉, 사용자와 발향을 원하는 사물과의 위치가 가깝다 하더라도 사용자가 사물을 바라보는 방향이 다르다면 향의 발향이 제한되어야 한다.

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상세보기
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ISO/IEC 23005-5:2016, Information technology - Media context and control - Part 5: Data formats for interaction devices, Mar. 2016.

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