초록 ▼

□ 연구개요
HMD 사용자가 물리 공간에서 자연스럽게 직접 보행하며 가상 공간을 탐험하는 방법은 다른 이동 기법들보다 높은 현존감을 보인다. 그러나 HMD 사용자의 물리 공간의 크기는 드넓은 가상 공간에 비해 한정적이다. 이것을 극복하고자 제안된 방향전환보행 (Redirected Walking, RDW) 기술은 물리 및 가상 공간 사이의 사용자 움직임 맵핑 비율을 조작하거나 가상 환경을 변형하여 물리 공간 제약을 해결한다.
이 때, 본 논문은 강화학습 접근법으로 최적의 방향전환보행 기술을 연구개발하여 무한공간탐험 방법을

□ 연구개요
HMD 사용자가 물리 공간에서 자연스럽게 직접 보행하며 가상 공간을 탐험하는 방법은 다른 이동 기법들보다 높은 현존감을 보인다. 그러나 HMD 사용자의 물리 공간의 크기는 드넓은 가상 공간에 비해 한정적이다. 이것을 극복하고자 제안된 방향전환보행 (Redirected Walking, RDW) 기술은 물리 및 가상 공간 사이의 사용자 움직임 맵핑 비율을 조작하거나 가상 환경을 변형하여 물리 공간 제약을 해결한다.
이 때, 본 논문은 강화학습 접근법으로 최적의 방향전환보행 기술을 연구개발하여 무한공간탐험 방법을 제안한다. 이는 HMD 사용자에게 더욱 향상된 몰입감 및 현존감 향상을 제공하기 위함이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 강화학습 기반의 방향전환보행 연구의 세부목표는 다음과 같다:
• 비정형 물리 공간 환경에서 강화학습을 이용한 무한공간탐험 알고리즘 최적화
• 무한공간탐험 중인 사용자간 가상/물리 동시 상호작용을 제공하는 알고리즘 개발
• 강화학습을 이용한 동적 공간분할을 통한 무한공간탐험 기법 최적화
• 미래 정보를 이용한 무한공간탐험 기술 성능 향상
• 최적의 재설정 방향과 최적의 RDW 기술을 적용하는 방법론 개발
본 연구팀이 달성한 결과의 요약은 다음과 같다 (국제저널 승인 11편, 국제학회 발표 3편, 국내학회 발표 15편 특허 출원 5개):
• (IEEE VR 2020 conference paper) Optimal Planning for Redirected Walking Based on Reinforcement Learning in Multi-user Environment with Irregularly Shaped Physical Space
• (IEEE VR 2020 conference paper) Shaking Hands in Virtual Space: Recovery in Redirected Walking for Direct Interaction between Two Users
• (IEEE VR 2021 conference paper) Walking Outside the Box: Estimation of Detection Thresholds for Non-Forward Steps
• (ISMAR 2022 conference paper) Infinite Virtual Space Exploration Using Space Tiling and Perceivable Reset at Fixed Positions
• (SIGGRAPH 2022 journal paper) Dynamic Optimal Space Partitioning for Redirected Walking in Multi-user Environment
• (IEEE TVCG 2024) MARR : A Multi-Agent Reinforcement Resetter for Redirected Walking
• (IEEE VR 2024 journal paper) Redirection Strategy Switching: Selective Redirection Controller for Dynamic Environment Adaptation
• (IEEE TVCG 2024) F-RDW: Redirected Walking With Forecasting Future Position

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
가상현실(VR) 및 메타버스 시장 규모는 2030년까지 연평균 48%씩 성장하여 1,770조 원으로 성장할 것으로 기대된다 (리처치앤마켓, ‘23). 그러나 현존감 및 몰입감 높은 콘텐츠의 부족 현상이 이를 저해하고 있고, 이것을 위해 여러 측면에서의 노력이 필요하며, 가상공간 이동 기법 측면에서는 RDW와 같이 현존감과 몰입감을 높일수 있는 가상현실 탐험 기법 필요하다. 하지만, RDW는 현실 공간의 장애물과 충돌을 회피하기 위한 재설정 기법(reset)이 필요하며 빈번한 reset의 발생은 오히려 몰입감과 현존감을 감소시킨다. 따라서 가상현실의 몰입감을 저하하는 reset의 사용 횟수를 줄이면서 사용자에게 높은 안정성을 보장하는 최적의 방향전환 보행 기술 연구가 필요하다. 이러한 reset 사용 횟수를 줄이고자 하는 연구 커뮤니티의 기존 이동 방법들 대비, 강화학습을 기반의 본 연구개발 성과는 최대 55% 성능이 개선되어 더 높은 몰입감과 현존감을 HMD 사용자에게 제공한다. 본 연구팀은 이를 통해 직접적인 창업화를 추진하면서도, 국내 VR업체들과 함께 후속 연구 및 사업화를 추진하고 있다. 그 밖에도 게임, 의료, 문화, 교육 등 다양한 분야에서의 활용이 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구의 목표 ... 4
• 2) 연구의 필요성 ... 4
• 3) 연구 가설 ... 4
• 4) 연구범위 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 다중 사용자와 비정형 물리 공간 환경을 위한 강화학습 기반 무한공간탐험 알고리즘 (1년차) ... 4
• 2) 사용자간 가상/물리 동시 상호작용을 제공하는 강화학습 기반 물리공간 탐험 회복 알고리즘 (2년차) ... 5
• 3) 물리공간을 나누는 구분선을 이용한 강화학습 기반 무한공간탐험 기술 (3년차) ... 7
• 4) 미래 정보를 이용한 RDW 성능 강화 모듈 및 최적의 재설정 방향 또는 최적의 RDW 방법을 제공하는 강화학습 기반 무한공간탐험 기술 (4년차) ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 1) 연구 필요성 ... 13
• 2) 연구수행 결과 ... 14
• 3) 연구 기대 성과 및 기대 효과 ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 15
• 6. 자체점검표 ... 17
• 7. 참고문헌 ... 18
• 끝페이지 ... 53