[논문]가상세계 구축을 위한 환경 모델링

김노순; 박정용; 이은희; 박종희

가상세계 구축을 위한 환경 모델링
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김노순 (경북대학교 전자공학과) , 박정용 (경북대학교 전자공학과) , 이은희 (경북대학교 전자공학과) , 박종희 (경북대학교 전자공학과)

본 논문에서는 가상세계를 구축하는데 기반이 되는 가상환경을 설계하고 구현한다. 가상환경의 설계는 지금까지는 체계화된 구조화 방법이 없이 이루어져 왔다. 하지만 본 논문에서는 실세계를 구성하는 환경변수의 분류를 바탕으로, 가상환경을 기능과 범위에 따라 6개의 계층으로 구조화한다. 이 구분된 각 계층들은 각기 독립적으로 동작하며, 주기적으로 정보를 교환하여 전체환경을 구성하게 된다. 설계된 가상환경은 실세계 환경과 같이 다양한 상황을 보여주며 확장에 있어서도 유연함을 보여 준다. 마지막으로 제안된 가상환경의 구조화 방안을 바탕으로 가상세계를 구현하여 시험함으로써 그 가능성을 보였다.

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문제 정의

이는 많은 VR system들이 환경의 논리적 처리보다는 사용자 인터페이스나 시각적인 그래픽 렌더링에 치중한 결과이다. 따라서 본 논문에서는 VR system의 설계시 환경의 외부적인 요소와 더불어 내부의 논리적 구조설계에도 중점을 둘 것이고, 이를 위해 기상학[4]이나 물리학 등의 연구 결과를 참조하여 실세계와 유사하면서 범용적이고 일반화된 환경을 구현할 것이다.
본 논문에서는 가상 환경외 계층화된 구조화를 통해 실세계와 유사한 다양한 가상 환경의 구축을 시도하였다. 제시한 이러한 방법들을 사용하여 구축한 가상환경은 다음과 같은 몇 가지 장점을 가진다.

제안 방법

그래서 본 논문에서는 환경을 공간이 가지는 특성이라 보고, 공간객체를 도입하여 이들을 공간의 기능과 범위에 따라 6개의 계충으로 분류하여 설계한다. 그리고 그 중 최하위 계층에서는 장이론을 이용해서 소리, 빛, 냄새 등의 정보를 파동객체로 모델링하고 에이전트와의 관계도 정의하게 된다.
본 논문에서는 실세계 환경 중 지구환경을 이루는 요소 변수들을 각 변수가 발생하는 원리에 따라 3가지로 나누었다. 첫째, 객체 특성은 지구라는 질량을 가진 물질이 존재함으로써 인해 생기는 특성으로 중력, 지자기, 대기 둥올 들 수 있고, 둘째, 동적 특성은 지구의 자전과 공전으로 인해 발생하는 특성으로 밤낮의 변화, 기온의 일 변화, 연 변화 등을 들 수 있다.
즉 도시의 semantic 정보를 이용하여 각각의 ENV (Environment Entities)를 트리형식으로 계층화하고, 각 ENV를 장애물의 역할을 하는 obstacle과 에이전트와의 상호작용을 하는 smart object로 구분하고. 이를 바탕으로 에이전트의 도시 내의 행동들을 시뮬레이션하였다. 하지만 LIG City에서 보여주는 환경은 주로 에이전트의 이동을 위한 지리적인 정보만을 제공해 줄 뿐 환경 자체가 다양한 동적인 환경을 보여주거나 에이전트에 영향을 주지는 못한다[1].
Farenc의 LIG City는 가상도시를 구현하기 위해 정형화된 GIS 데이터베이스를 이용하였다. 즉 도시의 semantic 정보를 이용하여 각각의 ENV (Environment Entities)를 트리형식으로 계층화하고, 각 ENV를 장애물의 역할을 하는 obstacle과 에이전트와의 상호작용을 하는 smart object로 구분하고. 이를 바탕으로 에이전트의 도시 내의 행동들을 시뮬레이션하였다.

대상 데이터

가상세계를 구축하기 위해서 그래픽 분야에서는 많은 연구가 진행되고 있다. 그 중 환경을 모델링한 것으로 N. Farenc의 LIG City는 가상도시를 구현하기 위해 정형화된 GIS 데이터베이스를 이용하였다. 즉 도시의 semantic 정보를 이용하여 각각의 ENV (Environment Entities)를 트리형식으로 계층화하고, 각 ENV를 장애물의 역할을 하는 obstacle과 에이전트와의 상호작용을 하는 smart object로 구분하고.

성능/효과

'위어兩 제시한 환경구조를 바탕으로 대표적인 환경변수인 빛, 기온, 바람 등의 몇몇 요소를 구현하고, 이들에 의해 영향을 받은 에이전트가 다양한 행동을 나타냄으로써 그 가능성을 보였다. 시스템은 Desktop VR 방식으로 Window 환경에서 Visual C++을 사용하여 구현하였다.
첫째, 환경을 독립적인 6개의 layer로 구성함으로써 다양성의 극대화를 이룰 수 있다. 둘째, 가상환경에서 지리정보, 날씨, 빛 등의 정보를 처리하고 에이전트와의 간단한 인터페이스를 유지함으로써 에이전토의 설계, 구현이 단순해진다. 마지막으로, 유연한 확장성을 가진다.
셋째, 국지적 특성은 실제 가상세계를 구성할 때 배경이 되 공간의 특성을 나타낸 것으로, 가상현실의 맵을 제작할 때 지형별로 특성변수를 설정함으로써 구현이 가능하다. 그리 또 국지적 특성은 각 지형별 특성 이외에도 한 지역 내의 인접과 공간객체에 의해서도 영향을 받게 된다.
마지막으로, 유연한 확장성을 가진다. 여기서 제안된 환경은 계층 구조를 기본 구조로 하고 있어서 필요에 따라 변수나 기능을 추가함으로써 필요한 가상시스템을 효과적으로 구현할 수 있다.
본 논문에서는 실세계 환경 중 지구환경을 이루는 요소 변수들을 각 변수가 발생하는 원리에 따라 3가지로 나누었다. 첫째, 객체 특성은 지구라는 질량을 가진 물질이 존재함으로써 인해 생기는 특성으로 중력, 지자기, 대기 둥올 들 수 있고, 둘째, 동적 특성은 지구의 자전과 공전으로 인해 발생하는 특성으로 밤낮의 변화, 기온의 일 변화, 연 변화 등을 들 수 있다. 마지막으로 국지적 특성은 지구 표면의 국지적인 지형지물이나 동식물 생태계에 의해 발생할 수 있는 비, 눈, 바람 등의 현상을 말한다.

후속연구

여기서는 기온에 대해서만 언급하였지만 기타 환경변수들도 적설한 수치화 모델만 가능하면 이 방법의 적용이 가능할 것이다. 그리고 마스크도 지역의 크기나 대기의 흐름의 세기에 따라 5X5나 그 이상으로 확장하여 적용할 수 있을 것이다.
앞으로의 연구 방향은 특성공간객체의 정의시 생기는 경계문제를, 명확히 처리하고, 또 이들 공간 객체들이 현재 하나의 시스템에서 처리되는 것을 네트워크를 통한 분산 처리가 가능하도록 하여야 할 것이다.
계산된 결과, 아래의 오른쪽 셀을 살펴보면 (3, 3) 지역은 서쪽의 영향을 받아서 온도가 230로 낮아졌음을 볼 수 있다. 여기서는 기온에 대해서만 언급하였지만 기타 환경변수들도 적설한 수치화 모델만 가능하면 이 방법의 적용이 가능할 것이다. 그리고 마스크도 지역의 크기나 대기의 흐름의 세기에 따라 5X5나 그 이상으로 확장하여 적용할 수 있을 것이다.

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