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[국내논문] 가속도 센서를 이용한 지휘 동작 인식 시스템
The Conducting Motion Recognizing System Using Acceleration Sensors for the Virtual Orchestra 원문보기

한국HCI학회 2006년도 학술대회 1부, 2006 Feb. 13, 2006년, pp.124 - 129  

손동관 (KAIST 문화기술학제) ,  이희승 (KAIST 전기및전자공학) ,  노영해 (KAIST 인문사회과학부) ,  원광연 (KAIST 문화기술대학원) ,  구본철 (KAIST 문화기술대학원)

초록
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음악은 소리를 즐긴다는 뜻을 담고 있다. 감상자에게 단순한 청각적 자극을 넘어 즐거움을 주기 위해선 음악적인 경험이 뒷받침되어야 한다. 가상 현실을 이용한 사용자와 시스템 간의 상호작용을 음악 경험 제공에 접목하려는 시도는, 새로운 경험을 통해 일반인들이 보다 쉽게 음악을 접하고 체험함으로써 음악을 통해 즐거움을 얻을 수 있도록 도움을 주는 데에 그 목적이 있다. 가상 오케스트라를 구현하고 지휘 동작을 재현하는 것은 이러한 가능성을 극대화하는 연구이다. 본 논문에서는 가상 오케스트라를 구현하기 위해 필수적인 중간 단계로, 사용자의 지휘 동작을 감지하여 연주의 박자(속도)를 제어하는 지휘 시뮬레이션 시스템을 제시한다. 실제의 지휘 동작을 분석하고, 동작의 변화를 인식하기 위하여 가속도 센서를 이용, 공간상에서 지휘봉의 움직임을 가속도 정보로 수집하여 이에 상응하는 박자의 제어를 구현한다. 사용자의 박자 명시에 따라 변화하는 상하 방향의 가속도를 센서를 통해 전압 신호로 입력 받고, DSPA/D conversion 모듈에서 디지털 신호로 변환, 일정 수준 이상의 신호를 박자 정보로 직렬통신을 통해 컴퓨터에 전달한다. 컴퓨터에서는 Max/MSP를 이용하여 각 박자 사이의 시간 간격을 측정하고 상응하는 MIDI 음악을 재생하는 방식으로 시스템이 구현된다. 기존 연구에서 사용된 CCD 카메라에 의한 Motion Tracking 을 보완하여 동작의 크기에 따라 음량을 조절한다. 본 논문에서 제시되는 시스템은 지휘 동작에서 가장 특징적으로 나타나는 상하 방향의 급격한 가속도 변화를 직접 입력 받기 때문에 기존 시스템에 비해 지휘 동작의 인식 성공률을 높일 수 있으며, 화상 처리 및 계산에 의한 지연을 최소화할 수 있다. 또한, 장치의 규모를 소형화하여 보다 지휘봉의 형태에 가까운 인터페이스를 제공하며, 적합한 응용 콘텐츠를 접목할 경우 게임 컨트롤러로의 발전 가능성이 있다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 컴퓨터는 가상 현실을 통해 현실을 모사하거나 오히려 더욱 이상적인 현실을 창조하여 실제보다 더 아날로그적인 경험을 인류에게 제시하고자 한다. 컴퓨터에 의해 창조된 세계는 단순히 그 자체만으로 존재하기도 하지만, 무엇보다도 인간과의 상호작용을 통해 작동하고 의미를 부여 받게된다.
  • 가상 현실에서 벌어지는 사용자와 System 간의 상호작용은, 키보드나 마우스에 그치지 않고, 직관적이고 실제적인 사용자의 직접 입력에 반응하는 것을 목표로 한다. 이러한 System 은 수동적으로 콘텐츠를 수용해야 하는 System 에 비해 새로운 경험에의 몰입도를 높일 수 있다.
  • 본 연구에서는 가상현실 환경에서 실재감 있는 Virtual Orchestra 를 구현하기 위한 중간 단계로, 사용자의 지휘 동작을 감지하여 연주의 Tempo 와 Volume 을 제어하는 Conducting Simulation System을 설계 및 구현한다. 이를 통해 일반인들의 음악에 대한 이해를 돕고 흥미를 유발하며, 새로운 몰입 경험을 통해 보다 쉽게 음악 경험을 할 수 있도록 도움을 줄 수 있는 가능성에 대해 고찰하고자 한다.
  • 본 연구에서는 가상현실 환경에서 실재감 있는 Virtual Orchestra 를 구현하기 위한 중간 단계로, 사용자의 지휘 동작을 감지하여 연주의 Tempo 와 Volume 을 제어하는 Conducting Simulation System을 설계 및 구현한다. 이를 통해 일반인들의 음악에 대한 이해를 돕고 흥미를 유발하며, 새로운 몰입 경험을 통해 보다 쉽게 음악 경험을 할 수 있도록 도움을 줄 수 있는 가능성에 대해 고찰하고자 한다. 특히 본 연구에서는 사용자의 행동을 인식하는 부분에 중점을 둔다.
  • 호스트 컴퓨터에서는 간단한 계산으로 지휘봉의 속도를 계산하고, 여기에 약간의 보정을 더해 연주 데이터의 tempo 를 결정한다. 연주가 지나치게 빨라지거나 느려져서 부자연스러운 소리가 재생되는 것을 방지하기 위해 보정을 가한다. 또한 X 나 Y 값의 변화가 없으면 급격히 tempo 를 0 으로 감소시킨다.
  • 2004 년 July-September IEEE MultiMedia 에 발표된 이 시스템의 목적은 음악 교육이나 경험이 적은 사람들이 가상의 연주자를 직접 지휘해볼 기회를 제공하고 새로운 멀티미디어 경험을 체험하게끔 하는 데에 있다. 이 연구에서 주안점으로 둔 것은 3D Virtual Reality 를 극대화하기 위한 visual 요소의 개발 및 배치와 3D sound 의 구현이다.
  • 전환된 신호는 Virtual Performer Model 로 전달되어 음악을 재생하고 오케스트라의 영상을 출력한다. 본 연구에서는 가속도 센서를 사용하여 박 beat 의 신호를 받아들여 tempo 를 제어하는 시스템을 제시한다.
  • 이상적인 Virtual Orchestra 모델의 완성을 위해서는 고려되고 사용되어야 할 기술의 종류가 다양하고 그 수준 또한 높은 정도를 요구하기 때문에 보다 많은 분야의 지식 및 인력과 기간이 필요할 것이다. 본 논문에서는 효과적인 Virtual Orchestra의 재현을 위해서 무엇보다도 우선시 되어야 할 박 beat 를 명시하는 동작의 인식 정확도를 향상시키는 데에 집중하였다. 이에 따라 결과적으로 지휘 동작의 인식률은 향상되었으나, 이에 상응하는 청각적, 시각적 제공에 대한 부분에 대한 심도 있는 연구가 뒷받침되지 못하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현대의 오케스트라란? 현대의 오케스트라는 합주의 한 형태로서 현악기와 관악기, 타악기 등으로 조직된 합주이다. 오늘날 오케스트라는 악단의 핵심적인 역할을 하고 있으며, 음악의 최고 형식이라 할 수 있는 교향곡은 오케스트라가 바로 그 주체이다.
오케스트라 공연을 통해서 감상자들이 얻을수 있는 것은? 오늘날 오케스트라는 악단의 핵심적인 역할을 하고 있으며, 음악의 최고 형식이라 할 수 있는 교향곡은 오케스트라가 바로 그 주체이다. 오케스트라 공연을 통해서 감상자들은 다양한 악기와 형식에 대한 폭넓은 이해와 인상적인 음악 경험을 하게 된다.
Virtual Orchestra의 재현을 위해서 박 beat 를 명시하는 동작의 인식 정확도를 향상시킨 결과는? 본 논문에서는 효과적인 Virtual Orchestra의 재현을 위해서 무엇보다도 우선시 되어야 할 박 beat 를 명시하는 동작의 인식 정확도를 향상시키는 데에 집중하였다. 이에 따라 결과적으로 지휘 동작의 인식률은 향상되었으나, 이에 상응하는 청각적, 시각적 제공에 대한 부분에 대한 심도 있는 연구가 뒷받침되지 못하였다. 향후 본 논문에서 제시된 시스템을 개선시키기 위해 3 번째 박 beat 의 인식에서 주로 발생하는 error 의 정정, 여러 가지 음악 정보의 전달 지원, 고품질의 청각적, 시각적 feedback 제공 등이 이루어져야 한다.
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