가상 현실과 디지털 컨텐츠

2002. 4. 29

김 명 희

컴퓨터 공학 응용 및 실습

가상현실이란 무엇인가

• “Virtual Reality (VR) is minimally defined as a computer generated experience consisting of stereoscopic, real-time, viewer-centered computer graphics. A VR experience may be further, and significantly enriched by the inclusion of spacially located sound, haptics and smell.” <Definition from Jason Leigh>

가상 현실의 조건

가상 환경을 구축하기 위한 데이터3 차원 모델 , 현실적인 텍스쳐

가상 환경을 구축하기 위한 데이터3 차원 모델 , 현실적인 텍스쳐

현실을 모사하는 환경 제시3 차원 그래픽 , 3 차원 사운드

현실을 모사하는 환경 제시3 차원 그래픽 , 3 차원 사운드

가상 환경과의 상호 작용을 위한 입력가상 환경과의 상호 작용을 위한 입력

요소 기술 (1/3)• 가상 세계 표현 기술

– 시각 , 청각 : 실세계의 80%– 촉각 : 촉감 (tactile), 역감 (force feedback) – 후각 , 미각 , 생체 신호

• 가상 세계 상호 작용 기술– 동작 정보 : 3 차원 위치 및 동작 캡춰– 심볼 정보 : 인간의 의도를 효율적이고

고차적으로 가상 세계에 전달– 생체 정보 : 인간 내부의 정보 흐름을

적극적으로 컴퓨터가 계측

요소 기술 (2/3)

• 실시간 렌더링 기술– 최소 초당 30 프레임– 최적화된 렌더링– 효율적 애니메이션 처리– 입체 디스플레이– 다양한 특수 효과

• 네트워크 기술– 가상 환경의 공유를 위한 기술– 다자 참여를 위한 서버기술– 통신을 위한 유연한 프로토콜 기술

요소 기술 (3/3)

• 인터페이스 기술– 가상 환경과의 상호작용을 위한 기능– 편리하고 유연한 인터페이스 방법론– 다양한 입출력 하드웨어 처리 기술

Prop, 6DOF Mouse Force Feedback, Immersion Laparoscopic Impulse Engine

FreeForm Modeling System

가상 현실의 종류• 데스크탑형 (Desktop Type)• 투사형 (Projected Type)• 몰입형 (Immersive Type)

– CAVE (Computer – Assisted Virtual Environment)

가상 현실 시스템 (1/2)

Virtual Workbench

CAD Wall

CAVE

-관찰자가 CAVE Display System 안에 들어가 가상현실을 체험-동굴 Type 의 구조물을 만들고 정면 , 좌측면 , 우측면 바닥 등을 특수 영상 처리하여 투사된 영상의 물체가 실제로 존재하는 것처럼 느끼게 함

PROJECTOR& MIRROR

입체안경 & EMITTE

• Semi-immersive system • Full-immersive system

가상 현실 시스템 (2/2)

• NASA Virtual Glove Box

- virtual version of existing glove box 수술 시뮬레이션 / 방사능 물질 처리 폭발물 취급 / 해체 / 새로운 제품 개발 ( 무중력 공간에서의 ) 제조

• 반투명 유리를 이용한 디스플레이 장비

Developer display(Reachin)

가상 현실 장비 (1/4)

• 디스플레이 장비 - 투사형 디스플레이 방식

- 통상 다중 채널로 구성되며 시야각이 매우 넓다 .

Flat Type Display System

Cylindrical Type Display System

Spherical Type Display System

Dome Type Display System

• HMD (Head-Mounted Display)– General HMD

• Immersive • 의학 치료 (Medical therapy)

: 공포증 , 심리적 상태 , 정신박약 , 스피치 클리닉 ,

통증 치료

– See-Through HMD• 실세계와 가상 객체를 동시에 볼 수 있음 • Optical See-Through, Video-See-Through• 수술 시뮬레이션• 실영상과 가상객체의 정확한 정합 (registration)

가상 현실 장비 (2/4)

HMD, Virtual Research

Optical See- Through HMD, Univ. of North Carolina

가상 현실 장비 (3/4)

• 인터랙션 장비 (1/2)- Tactile/Haptic Devices

• 기계적 장비를 활용• 조작이 용이하고 , 위험성이 없으며 , 실세계에서의 상호작용과 매우 유사해야 함 . • 종류

– ground referenced : Phantom– body referenced : CyberGrasp– tactile : CyberTouch

- Discrete Input Devices• 한 번에 하나의 이벤트를 생성• discrete command interface 로서 유용• 예 : 키보드 , 핀치 글러브 (pinch glove)

가상 현실 장비 (4/4)• 인터랙션 장비 (2/2)

- Continuous Input Devices• Trackers

- 종류 : 마그네틱 , 기계적 , 음향 , 관성 , 비전/ 카메라 , 하이브리드- 실공간과 가상공간 사이의 정확한 대응이 이루어져야 함

• Dataglove -제스처와 포즈를 통해 커뮤니케이션 함

Magnetic Tracker

Mechanical Tracker

Left: Dataglove

Right: Camera Tracker(Camera/InfraRed light source)

컨텐츠 (1/11)• 산업 응용 분야

– 건축 , 디자인 등• 과학 및 의료 응용 분야

– 유전 공학 , 가상 수술 시뮬레이션 등• 국방 응용 분야• 교육 응용 분야

– 자동차 운전 시뮬레이션 , 항해 시뮬레이션 등• 오락 응용 분야

– 게임 , 영화 등• 기타

– 문화재 복원 , 관측 등

• 산업 응용 분야

컨텐츠 (2/11)

인간 공학 , 훈련 시뮬레이터 공동 작업 , 디자인 평가 Virtual prototyping, Electronic training manual

컨텐츠 (3/11)- 건축

- 디자인

• 과학 및 의료 응용 분야

컨텐츠 (4/11)

Scientific visualization

Medical therapy

컨텐츠 (5/11)

- 분자구조 가시화

-Virtual Reality Exposure Therapy : 고소공포증

- 가상 수술 시뮬레이션

• 국방 응용 분야

컨텐츠 (6/11)

탱크 , 비행기 , 선박 등 다양한 환경의 훈련 시뮬레이터

컨텐츠 (7/11)• 교육 응용 분야

컨텐츠 (8/11)

• 오락 응용 분야 ( 게임 분야 )

컴퓨터 게임 , 비주얼 스튜디오 3D 영화 , Riding film

문화재 복원

컨텐츠 (9/11)• 기타

관측

컨텐츠 (10/11)

컨텐츠 (11/11)

기타 사례