[논문]모바일 증강현실에서 스마트 오브젝트 인식 및 트래킹을 위한 임베디드 마커 시스템

김혜진; 우운택

모바일 증강현실에서 스마트 오브젝트 인식 및 트래킹을 위한 임베디드 마커 시스템
Embedded Marker System for Smart Object Recognition and Tracking in Mobile Augmented Reality 원문보기

한국HCI학회 2007년도 학술대회 1부, 2007 Feb. 05, 2007년, pp.131 - 136

김혜진 (광주과학기술원, U-VR 연구실) , 우운택 (광주과학기술원, U-VR 연구실)

초록
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본 논문에서는 모바일 증강현실에서 스마트 오브젝트 인식 및 트래킹을 위한 임베디드 마커 시스템을 제안한다. 기존의 증강 현실 연구에서 주로 사용하는 마커는 임의의 패턴을 포함하고 대상 오브젝트와는 분리되어 있다. 이는 부자연스러운 시각적 장애 요인으로 작용한다. 또한 특정한 마커를 사용하기 위해 학습 과정을 거친 후 그 결과를 인식 모듈에서 일일이 등록해야 하는 번거로움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 제안하는 임베디드 마커는 디스플레이 장치의 유무에 따라 고정형 또는 가변 형으로 분류된 스마트 오브젝트의 특성을 고려하여 오브젝트와 마커를 결합한다. 또한 통합된 학습과 인식 모듈을 통해 오브젝트의 추가 및 시스템 확장을 용이하게 한다. 제안된 시스템은 스마트 홈 테스트베드인 ubiHome 에 적용되었다. 또한 사용 성 평가를 통해 그 효용성을 분석하였다. 이러한 임베디드 마커를 사용하면 사용자는 보다 직관적으로 마커의 용도를 예측할 수 있고 대상물과의 시선을 일치시켜 자연스러운 증강현실을 경험할 수 있을 것으로 기대된다.

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 기존 마커의 시각적 장애 요인을 줄이기 위해 해당 오브젝트와 마커를 결합하는 임베디드 마커 시스템을 제안한다. 임베디드 마커 시스템은 다음과 같은 세가지 장점을 지닌다.
본 논문에서는 모바일 증강현실에서 스마트 오브젝트를 인식할 때 마커의 시각적 방해요인을 줄이고자 마커와 오브젝트를 결합하는 임베디드 마커 시스템을 제안하였다. 제안된 임베디드 마커는 디스플레이 장치의 유무에 따라고정형 또는 가변 형으로 분류된 스마트 오브젝트의 특성을 고려하여 오브젝트와 마커를 결합한다.
심층 면접은 기존의 증강현실 분야에서 쓰이는 마커에 대한 감성적 측면을 이끌어 내어 부족한 점을 파악하고 임베디드 마커의 유용함의 근거를 찾고, 향후 연구에서 필요한 점을 찾을 목적으로 실시하였다.
질문 2는 마커의 위치에 따른 사용 성 효율을 알아보기 위해 수행되었다. 질문에 대한 답으로 임베디드 마커의 사용을 선호하는 사람은 70%였다.

가설 설정

(a)) 고정형 임계 값을 적용했을 때보다 (그림 5. (b)) 마커 영역이 조명에 비교적 강건하게 얻어짐을 알 수 있다. 그러나 오브젝트 자체의 패턴의 경우는 (그림 5.

제안 방법

이 오브젝트 역시 디스플레이 장치를 가지고 있으므로 가변 형이다. 따라서 평상시에 화면에 테이블 보의 무늬를 띄울 때 테이블 보 안에 마커를 삽입하도록 하였다. 그림 4 (c)는 ARTable에 적용된 임베디드 마커를 보여준다.
먼저 기존 마커의 보완될 사항을 찾기 위해 표 1의 질문 1과 같이 패턴과 임의 형태의 로고에 대한 선호도를 질문하였다. 이에 90%가 임의 형태의 로고를 선택하였다.
학습과 인식모듈에서 임베디드 마커의 영역과 패턴 정보를 얻는 과정은 공통으로 처리된다. 먼저, 카메라로 임베디드 마커가 포함된 입력 영상이 들어오면 이진화 과정을 거치고 사각형 검사를 한 뒤 이를 바탕으로 마커의 후보 영역을 추출한다. 이때 이진화는 적응 형 임계 값으로 수행하는데 고정된 임계 값을 사용하는 것보다 조명에 강건하게 마커영역을 찾을 수 있다.
MRWindow는 사용자에 따른 개인화된 콘텐츠를 제공하는 창문으로 가상 문화 유적지를 경험해 볼 수 있도록 내비게이션 기능을 제공한다 [14]. 역시 디스플레이 장치를 가지고 있으므로 가변 형 오브젝트이고 따라서 ubiTV 처럼 평상시에는 벽지와 같은 형태로 윈도우를 드러내지 않다가 사용자가 사용거리 안에 들어오면 마커로 변하는 화면보호기를 구현하였다. 특히, 가상 문화 유적지 내비게이션에서는 화면 내에 포함된 마커를 이용하여 모바일 장치를 움직이면서 동작할 수 있도록 하였다.
이 이미지를 순서대로 모델 파일에 저장한다. 인식 모듈에서는 현재 입력영상에 존재하는 모든 마커들의 정규화된 패턴이미지를 추출한 후 템플릿 매칭 방법을 통해 이전에 등록되었던 패턴 모델 파일들과 비교한다. 그 결과 상관계수가 특정 임계 값 이상이면 최대값인지 검사한 후 방향, 위치 그리고 증강할 모델과 같은 정보를 얻게 된다.
본 논문에서는 모바일 증강현실에서 스마트 오브젝트를 인식할 때 마커의 시각적 방해요인을 줄이고자 마커와 오브젝트를 결합하는 임베디드 마커 시스템을 제안하였다. 제안된 임베디드 마커는 디스플레이 장치의 유무에 따라고정형 또는 가변 형으로 분류된 스마트 오브젝트의 특성을 고려하여 오브젝트와 마커를 결합한다. 이러한 방법으로 제작된 임베디드 마커는 의미 있는 시각적 정보를 담고 있는 패턴을 가지고 있어 사용자가 마커의 용도를 쉽게 인지할 수 있다.
임베디드 마커의 효용성을 검증하기 위하여 증강현실과 유비쿼터스 컴퓨팅 분야에서 경력이 1년 이상 되는 전문가 10명을 대상으로 사용자 평가를 하였다. 평가는 그림 6과 같이 임베디드 마커가 적용된 스마트 홈 환경에서 사용자들이 직접 테스트 해 본 후 심층 면접을 하는 순서로 진행하였다.

대상 데이터

이 공간에는 ubiLight, ubiTV [11], ARTable [13], 그리고 MRWindow [14]와 같은 스마트 오브젝트들이 존재한다. 사용자의 모바일 장치로는 Sony VAIO의 VGNUX17LP UMPC를 사용하였다.
임베디드 마커의 구현 및 실험은 거실형태의 스마트 홈 테스트베드인 ubiHome [4] (약 3.0m×4.5m)에서 진행하였다.
임베디드 마커의 효용성을 검증하기 위하여 증강현실과 유비쿼터스 컴퓨팅 분야에서 경력이 1년 이상 되는 전문가 10명을 대상으로 사용자 평가를 하였다. 평가는 그림 6과 같이 임베디드 마커가 적용된 스마트 홈 환경에서 사용자들이 직접 테스트 해 본 후 심층 면접을 하는 순서로 진행하였다.

성능/효과

구현된 시스템에서 인지성과 사용성은 사용자 테스트를 수행한 결과 만족감이 있음을 알 수 있었다. 그러나 여전히 색상이 흑백이어서 마커라는 인식을 없애기 어려웠다.
따라서 기존의 ARTag와 같은 마커는 인식의 오류를 줄이기 위해 패턴형태를 사용하였지만 심리적 측면에서의 효율성은 떨어짐을 알 수 있었다. 그리고 임베디드 마커는 기존 ARToolKit의 마커처럼 임의로 로고를 제작할 수도 있지만 제작이 필요 없는 경우에는 오브젝트 자체의 이미지를 사람이 이해하기 쉬운 패턴 정보로 사용하는 것도 심미적 측면에서 유용함을 알 수 있었다.
그 이유로는 “무늬를 보고 어떤 마커인지 이해 할 수 있었다”, “패턴이 기계어라 한다면 임의의 로고는 사람의 언어에 가깝다”라고 대답하였다. 따라서 기존의 ARTag와 같은 마커는 인식의 오류를 줄이기 위해 패턴형태를 사용하였지만 심리적 측면에서의 효율성은 떨어짐을 알 수 있었다. 그리고 임베디드 마커는 기존 ARToolKit의 마커처럼 임의로 로고를 제작할 수도 있지만 제작이 필요 없는 경우에는 오브젝트 자체의 이미지를 사람이 이해하기 쉬운 패턴 정보로 사용하는 것도 심미적 측면에서 유용함을 알 수 있었다.
둘째, 실제 오브젝트와 마커가 물리적으로 분리되지 않고 일치된 형태이기 때문에 사용자의 시선도 분산되지 않고 마커와 오브젝트에 집중된다. 셋째, 임베디드 마커 시스템은 통합된 학습과 인식 모듈을 통해 새로운 스마트 오브젝트의 추가 및 시스템 확장을 용이하게 한다.
임베디드 마커 시스템은 다음과 같은 세가지 장점을 지닌다. 첫째, 임베디드 마커의 패턴은 의미 있는 시각적 정보를 담고 있기 때문에 사용자가 마커의 용도를 쉽게 인지할 수 있다. 둘째, 실제 오브젝트와 마커가 물리적으로 분리되지 않고 일치된 형태이기 때문에 사용자의 시선도 분산되지 않고 마커와 오브젝트에 집중된다.

후속연구

그러나 여전히 색상이 흑백이어서 마커라는 인식을 없애기 어려웠다. 앞으로의 연구는 환경의 색상과 어울리도록 마커에 색상정보를 적용하는 것과 오브젝트의 인식 시 패턴 모델 파일을 데이터베이스에서 얻어오는 것이 아니라 스마트 오브젝트마다 인식을 위해 필요한 정보를 보내는 별도의 학습이 필요 없는 구조로 개선하는 것이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	임베디드 마커의 처리 과정은 어떻게 나뉘는가?	임베디드 마커의 처리 과정은 크게 학습모듈과 인식모듈로 나뉜다. 즉, 임베디드 마커를 통해 스마트 오브젝트를 인식하기 전에 사용하고자 하는 스마트 오브젝트의 임베디드 마커를 학습하는 과정이 필요하다.
	스마트 오브젝트는 디스플레이 장치의 유무에 따라 어떻게 분류되는가?	또한 특정한 마커를 사용하기 위해 학습 과정을 거친 후 그 결과를 인식 모듈에서 일일이 등록해야 하는 번거로움이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 제안하는 임베디드 마커는 디스플레이 장치의 유무에 따라 고정형 또는 가변 형으로 분류된 스마트 오브젝트의 특성을 고려하여 오브젝트와 마커를 결합한다. 또한 통합된 학습과 인식 모듈을 통해 오브젝트의 추가 및 시스템 확장을 용이하게 한다.
	오브젝트와 마커를 결합하는 임베디드 마커 시스템의 장점은?	임베디드 마커 시스템은 다음과 같은 세가지 장점을 지닌다. 첫째, 임베디드 마커의 패턴은 의미 있는 시각적 정보를 담고 있기 때문에 사용자가 마커의 용도를 쉽게 인지할 수 있다. 둘째, 실제 오브젝트와 마커가 물리적으로 분리되지 않고 일치된 형태이기 때문에 사용자의 시선도 분산되지 않고 마커와 오브젝트에 집중된다. 셋째, 임베디드 마커 시스템은 통합된 학습과 인식 모듈을 통해 새로운 스마트 오브젝트의 추가 및 시스템 확장을 용이하게 한다.

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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