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가상 환경에서의 손동작을 사용한 물체 조작에 대한 시각적 피드백 시스템
Visual Feedback System for Manipulating Objects Using Hand Motions in Virtual Reality Environment 원문보기

컴퓨터그래픽스학회논문지 = Journal of the Korea Computer Graphics Society, v.26 no.3, 2020년, pp.9 - 19  

서웅 (서강대학교 컴퓨터공학과) ,  권상모 (서강대학교 컴퓨터공학과) ,  임인성 (서강대학교 컴퓨터공학과)

초록
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최근 다양한 종류의 가상 현실 기기가 개발되면서 고전적인 사용자 입력 방식 이외에도 사용자의 신체 동작을 인식하여 현실감을 높이려는 기술에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이러한 장치 중의 하나인 립모션 컨트롤러는 사용자의 손동작을 인식하여 가상 현실 환경에서 사용자의 손 모양을 실시간으로 나타낼 수 있다. 하지만 인식한 사용자의 손을 사용하여 가상 현실의 물체를 조작하면 종종 손이 물체를 통과하게 되는데, 이러한 상호작용은 실제 현실과는 거리감이 있다. 본 연구에서는 가상 현실에서 사용자의 손과 물체 간의 상호작용 현실감을 높이기 위한 시각적 피드백 시스템의 구축 방법을 제시한다. 가상의 현실에서 사용자의 손과 가상 물체가 충돌하는지 광선 추적법을 활용하여 정밀하게 검사하고, 충돌하였을 때 부호 거리 장과 역기구학을 통해 물체 내부로 들어간 사용자의 손가락 말단의 위치를 물체 표면 밖으로 이동시켜 사용자의 손을 재구성하는 과정을 통해 시각적 피드백을 준다. 이를 통해 실시간으로 가상 현실에서 현실감 있는 상호작용을 할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

With the recent development of various kinds of virtual reality devices, there has been an active research effort to increase the sense of reality by recognizing the physical behavior of users rather than by classical user input methods. Among such devices, the Leap Motion controller recognizes the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 가상 현실에서 다양한 작업을 수행하기에 적합한 사용자의 손동작과 물체와의 상호작용을 기반으로 한 시각적 피드백 시스템을 제시한다. 이 시스템은립모션 컨트롤러로 사용자의 손을 인식한 가상의 손과 물체 사이의 충돌 검사를 수행하고, 이를 기반으로 추가적인 가상 손동작을 재구성하여 시각적으로 피드백한다.
  • 본 논문에서는 가상 현실에서 사용자의 몰입감과 현실감을 높이기 위하여 립모션 컨트롤러를 사용하는 사용자의 손을 사용한 물체 조작에 대한 시각적 피드백 시스템을 제시하였다. 시각적 피드백 시스템을 설계하기 위해 광선 추적법을 기반으로 한 물체 간의 충돌 검사를 수행하였고, 물체의 부호 거리 장을 사용하여 물체를 통과하여 들어온 손가락의 말단 부분의 위치에서 가장 가까운 물체 표면의 위치를 계산하였다.
  • 본 논문에서는 립모션 컨트롤러로 인식한 사용자의 손을 통해 물체를 조작할 시 발생하는 가상 손의 물체 통과 문제를 해결하기 위하여 추가적인 가상 손의 재구성으로 시각적인 피드백을 주어 현실감을 높이는 새로운 가상 물체 잡기(object grasping) 시스템을 제시한다. 시스템은 크게 두 부분으로 구성된다.
  • 하지만 모든 삼각형 쌍에 대해 충돌하는지 확인하는 것은 비효율적이다. 이런 문제를 보완하기 위해 octree, bvh, kd-트리 등 다양한 구조의 공간가속 자료구조[11]가 연구되어왔으며 본 논문에서는 이 중 비교적 성능이 높다고 알려진 kd-트리를 사용하여 충돌 검사 할 삼각형 쌍을 감소시켜 실시간으로 물체 간 충돌 검사를 수행하였다. 또한, 가상현실 환경에서 실시간의 성능을 위하여 공간 가속 자료구조의 탐색 및 광선-삼각형 교차검사에 CUDA 기반의 GPU 가속 기법을 적용하였다.
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참고문헌 (15)

  1. C. W. Borst and A. P. Indugula, "Realistic virtual grasping," in Proceedings of 2005 IEEE Conference on Virtual Reality(VR), pp. 91-98, March 2005. 

  2. J. Blake and H. B. Gurocak, "Haptic glove with MR brakes for virtual reality," IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 14, no. 5, pp. 606-615, 2009. 

  3. M. Prachyabrued and C. W. Borst, "Effects and optimization of visual-proprioceptive discrepancy reduction for virtual grasping," in Proceedings of 2013 IEEE Symposium on 3D User Interfaces (3DUI), pp. 11-14, 2013. 

  4. I. Choi, H. Culbertson, M. R. Miller, A. Olwal and S. Follmer, "Gravity: A Wearable Haptic Interface for Simulating Weight and Grasping in Virtual Reality," in Proceedings of the 30th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology(UIST '17), pp. 119-130, 2017. 

  5. Ultraleap Ltd., "Leap Motion Controller," Available: https://developer.leapmotion.com [Online accessed 24-Apr.-2020]. 

  6. Valve Corporation, "Valve Index Controllers," Available: https://store.steampowered.com/valveindex [Online accessed 24-Apr.-2020]. 

  7. M. Chessa, G. Maiello, L. K. Klein, V. C. Paulun, and F. Solari, "Grasping objects in immersive virtual reality," in Proceedings of 2019 IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR), pp. 1749-1754, March 2019. 

  8. K. Nasim, and Y. J. Kim, "Physics-based interactive virtual grasping," in Proceedings of HCI Korea 2016, pp. 114-120, Jan. 2016. 

  9. NVIDIA Corporation, "PhysX SDK," Available: https://developer.nvidia.com/physx-sdk [Online accessed 24-Apr.-2020]. 

  10. M. Holl, M. Oberweger, C. Arth, and V. Lepetit, "Efficient Physics-Based Implementation for Realistic Hand-Object Interaction in Virtual Reality," in Proceedings of 2018 IEEE Conference on Virtual Reality(VR), pp. 175-182, March 2018. 

  11. I. Wald, W. Mark, J. Gunther, S. Boulos, T. Ize, W. Hunt, S. Parker, and P. Shirley, "State of the art in ray tracing animated scene," STAR - State of The Art Report, Eurographics 2007, 2007. 

  12. B. Chang, D. Cha, and I. Ihm, "Computing Local Signed Distance Fields for Large Polygonal Models," Computer Graphics Forum (EuroVis 2008: Eurographics/IEEE Symposium on Visualization), Vol. 27, No. 3, pp. 799-806, May 2008. 

  13. S. R. Buss, "Introduction to inverse kinematics with jacobian transpose, pseudoinverse and damped least squares methods," Technical report, Dept. Math. Univ. of California, San Diego, CA, USA, 2004. 

  14. I. Wald, V. Havran, "On building fast kd-trees for ray tracing, and on doing that in O (N log N)," in Proceedings of the 2006 IEEE Symposium on Interactive Ray Tracing, pp. 61-69, 2006. 

  15. I. Wald, Realtime Ray Tracing and Interactive Global Illumination, PhD thesis, Saarland University, 2004. 

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