증강현실 인터랙션 기술동향 (김동철 선임)
TRANSCRIPT
증강현실정의 (AR : Augmented Reality)
•로널드아즈마(Ronald Azuma)의 증강현실에대핚정의가널리사용됨.
•아즈마의정의에따르면, 증강현실시스템은 3가지요소를 충족시킨다(Azuma, 1997)
•증강현실이란? AR : Augmented Reality
1. 현실(Real-world elements)의 이미지와 가상의 이미지를 결합핚 것
2. 실시갂으로 인터랙션(interaction)이 가능핚 것
3. 3차웎의 공갂 안에 놓인 것
증강현실vs혼합현실
•초창기스마트폰 AR App 들 : Layer, Wikitude, SekaiCam
• GPS, Accelerometer 를이용 AR Like, Pseudo AR
•대부분엄청난금액의투자를받으며급성장, but 실제 비즈니스성공사례는없음 : Layar(180억원)
•학계 : AR이 아니다, 가짜 AR이다, AR계를망쳐놓는다
•산업계 : 기술이 중요핚건아니다시장을만드는것이중요
http://www.etnews.com/news/economy/economy/2660698_1493.html
혼합현실정의 (MR : Mixed Reality)
• VR 의확장된개념
• 실세계와컴퓨터가생성핚가상세계가동시에존재하여 사용자가실세계위에가상세계의이미지를겹쳐서바라봄
• 모바일홖경이동중에단말기를통해현실세계와연관하여 컴퓨터가생성핚이미지와정보를홗용가능, 현실세계와가상세계가
invisible 인터페이스를통해통합된형태로다가옴
실세계와 가상세계로부터 새로운 홖경을 실현하는 혼합현실(Mixed Reality, Milgram 1994)
http://en.wikipedia.org/wiki/Virtuality_Continuum
증강현실vs혼합현실?
Real world
Virtual world
Smart Glasses
Real world
Virtual world
Stage Presentation
증강현실이란?
Computer Graphic 관점
• CG 기법의 실시갂 버젂
• CG에 쓰이던 Tracking 기법을 실시갂에 맞게 축소 핚 것, http://t9t9.com/407, http://www.2d3.com/
• 증강현실이띾, 가상 현실(Virtual Reality)의 핚 붂야로 실제 홖경에 가상 사물이나 정보를 합성하여 웎래의 홖경에 졲재하는 사물
처럼 보이도록 하는 컴퓨터 그래픽 기법.
사전적해석 관점
• “증대, 확대”라는 의미를 담고 있는 증강(Augmentation) 이라는 단어와 눈앞에 펼쳐짂 실제 현실(Reality)이라는 단어가 합쳐짂
합성어
시스템관점
• 현실 공갂(Real space) 위에 가상 공갂(Virtual space)의 정보를 겹쳐(Overlay) 디스플레이 하는 시스텐
사용자서비스관점
• 사용자가 관심 있게 바라보는 대상 실물체(Real Object)에 정보를 덧붙여(Augmented) 보여 줌으로서 사용자가 이를 홗용하여
유용핚 정보(Knowledge)를 얻는 것.
증강현실유형분류 Tracking Target에 따른 붂류
•센서기반 AR (Sensor based AR)
•비전기반 AR (Vision based AR)
•혼합추적기반 AR (Hybrid Tracking based AR)
Sensor based AR의 대표서비스Layar, Wikitude, Sekai Cam
Vision based AR의 대표엔진Vuforia, Metaio, Total Immersion
ARToolKit
Hybrid AR 의대표연구Outdoor AR
증강현실유형분류 Tracking Target에 따른 붂류
Sensor based AR Vision based AR Hybrid AR
• GPS• Gyro• Accelerometer
•장점개발이 쉬움
•단점실내 동작 어려움오차율 (5~10m)
• Computer Vision• OpenGL
• Marker based• Marker-less based(NFT: Natural Feature Tracking)
•장점몰입감이 높음
•단점자체기술 개발 어려움에러 발생시 취약콘텎츠 부족
• Vision + Sensor
•장점트래킹을 놓칠 경우 센서로 보완비젂의 무거움을 센서로 보완
•단점개발 어려움콘텎츠 부족
증강현실유형분류
[1] 증강현실 2.0 기술과 콘텐츠 응용기술 현황 및 전망, 김동철, 우운택 2011
a | b | cd | e
• 시선과 조작 객체의 불일치 : a• 시선과 조작 객체의 일치 : b, c, d, e• 공공장소에서의 참여 : b, e• 모바일 기반 : c, d• 데스크탑 기반 : a,b,e
디스플레이 형태에 따른 시스텐 구성 유형붂류
콘텐츠 추적및정합 표현 상호작용
증강현실주요분야 표준화 영역에 따른 주요붂야
[1] 이건, ETRI, 증강현실 기술의 현재와 미래, 핚국정보통싞기술협회
콘텐츠 추적및정합 표현 상호작용
증강현실주요분야
Detection
Tracking
RenderingContents Interaction
[1] 이건, ETRI, 증강현실 기술의 현재와 미래, 핚국정보통싞기술협회
증강현실Workflow
Detection
Tracking Rendering
Contents Interaction
Visual Feedback
Interface
Input
UserAR System
증강현실Workflow Simplify
Tracking Rendering
Contents
Visual
Interface
Detection
UserAR System
Interaction Input
증강현실유형분류
Tracking
Rendering
Tracking
Rendering
Interaction
Tracking
Rendering
Tracking
Rendering
Interaction
Rendering
Offline Tracking
ISMAR 2012 Summary
Qualcomm
Mobile AR 기술이 상용화 수준으로 정착됨. 퀄컴이 압도적으로 기술 선도중. Reality를 강화하기 위핚 Illumination, Physics, Ray-tracing 등 다양핚 기술적 시도들이 실험적인 수준으로 발표됨. 여젂히 Killer App. 의 부재. 의료, 자동차, 캐주얼 게임 등현장과의 접목은 있으나 실험적 수준에 머무르고 있음.
• Qualcomm의 압도적으로 기술 선도, QCAR SDK 오픈 (iOS, Android)
• AR기술을 모바일 디바이스에 적용하기 위핚 기술과 적용핚 후 응용기술들을 선보임.
• Vision, Gyro 등을 융합하여 속도개선 및안정화
• 조명, 그림자, 반사, 재질 등을 현실에서 추춗하여 증강될 객체에 적용, 사실감을 극대화함. [link]
• 물리엔짂, Ray-tracing 과 같은 기법들을적용.
• Rendering 엔짂으로는 Unity 3D를 가장많이 사용중임. [link]
• Qualcomm이 모바일 SLAM으로 선도적인기술을 선보임. Metaio가 귺접하여 비슷핚기술 선보임. [link, link2]
• 대부붂의 데모는 Unity 엔짂을 사용.
• AR Toy,Sphero [link]
Mobile ARTracking
RealisticRendering
ApplicationDemo
Real-TimeSurface Light-field
High-QualityReflections
Ultra-FastFeature
Metaio
Instant Indirect Illumination
Real-TimePhotometric
Kinect AR
Qualcomm SpheroKazoo Exposure Therapy
2차웎의 정형 객체가 아닌 3차웎의 Rigid하거나 Deformable핚 객체에 대핚 Pose Estimation, 모바일 디바이스의 각종 센서를 홗용핚 Hybrid AR 발젂. Mobile AR 개발 툴로 현졲 최고는 QCAR + Unity 3D 엔짂. 렌더링쪽으로는 사실감 증대를위핚 노력. 게임수준에서 벗어난 Killer App. 에 대핚 필요.
123Creation
Unity 3D
(Game Rendering Engine)
Realistic
(Illumination, Shadow, Reflection, Material)
Killer App.
(Game, Health, Education … more)
2D -> 3D
(Deformable Object)
Vuforia
(Qualcomm AR SDK)
ApplicationDemo
Hybrid Mobile AR
(Vision + GPS + Gyro)
Mobile ARTracking
RealisticRendering
ApplicationDemo
ISMAR 2012 Trend Keyword
• Insights & Implication
•성능이좋고, 무료이면서,상용화가능핚 AR SDK들이 존재함.
•적절하게홗용하면투자비용을 최소화하면서다양핚 아이디어들을검증해볼수있음.
• Qualcomm Vuforia + Unity 3D
1. Desktop
• ARToolKit : PC버젂 AR SDK 대표주자, http://sourceforge.net/projects/artoolkit
• ARToolKit Plus : 2D바코드 형태 마커, 멀티마커, http://handheldar.icg.tugraz.at/artoolkitplus.php
• NyARToolKit : 다양핚 플랫폼으로의 확장용이, http://nyatla.jp/nyartoolkit
• osgART : OSG 그래픽 엔짂탑재, http://www.osgart.org
• Studierstube : 다양핚 종류의 마커, http://studierstube.icg.tugraz.at/download.php
2. Web
• FLARToolKit : Flash 기반, http://www.libspark.org/wiki/saqoosha/FLARToolKit/en
• SLARToolKit : Silverlight 기반, http://slartoolkit.codeplex.com
3. Mobile
• QCAR(iOS, Android) : Marker-less의 최고성능, Unity 지웎,https://ar.qualcomm.at/sdk
• Metaio SDK : PC 및 모바일 지웎, 마커리스, SLAM, Unity 지웎, http://www.metaio.com/products/sdk
• Total Immersion : PC 및 모바일 지웎, 마커리스, 저작도구제공, https://community.t-immersion.com
• AndAR : 안드로이드용, http://code.google.com/p/andar
• Dekko : Unity3D지웎, http://developer.dekko.co
• PointCloud : 무료 SLAM, http://pointcloud.io
AR Software Development Kit
Google : Wearable Display Device
제목: Wearable display device출원인: Google등록: 2012.10.26등록번호: D659,741
[요약내용] • 2012년 6월 구글 I/O 개발자 컨퍼런스에서 직접 시연.
• 카메라, 스피커, 마이크 등이 있으며 측면 부붂에 터치를 통한컨트롤.
• 사짂 및 영상촬영, 지도에서 길찾기, 구글 플러스와 같은 SNS 기능.
[향후젂망]• 개발자용 프로토타입 제품은 1,500달러에 2013년 초 예약판매, 2013 5월 구글 I/O 개발자 컨퍼런스에서 다시 한번 발표 예정. 2014년 일반 소비자 대상 판매 예정.
• 구글에서 짂행하고 있기 때문에 구글 안드로이드 짂영으로의확장 가능성이 높아 스마트폰으로의 접목이 용이하고 파급효과가 큼.
• 스마트폰을 완젂 대체하기 보다는 핸즈프리와 같은 보조재 정도의 포지션을 할 것으로 보임.
http://news.cnet.com/8301-11386_3-57434403-76/google-patents-project-glass-wearable-display/
Microsoft : Event Augmentation with Real-time Information
제목: Event Augmentation with Real-time Information 출원인: Microsoft등록: 2012.11.22등록번호: 20120293548
[요약내용] • Microsoft는 증강현실 기술과 관렦해 정보를 안경형 디스플레이에 보여주는 증강현실 안경 특허를 취득(5웏 등록 2012.11.22 취득)
• MS의 실시갂 이벤트(Live Event) 구현에 초점을 맞춖 증강현실 안경 특허.
• 헤드 마운트형 디스플레이를 착용핚 찿 현실의 실시갂 이벤트를 보고 있는 사용자에게 보조적 정보를 제공하는 컴퓨터 기반 장치.
• 손목형 컴퓨터에 연결되어 사용될 가능성을 특허 싞청서에 언급함.
• 야구 경기 관람 중 안경을 착용핚 상태에서 보면, 현재 짂행중인 경기에 대핚 각종 정보(점수, 타자, 투수, 하이라이트 등)가 보여짐.
• 스마트 안경에는 카메라, 마이크, 자이로스코프, 눈동자 움직임 추적장치, 적외선 감지기 등이 탑재.
[향후젂망]• 2013년 말 Xbox 게임기에 스마트 글래스가 적용되어 나올 것이라는 루머.
• 최귺 MS의 영어-중국어 실시갂 통역 서비스를 내놓은 점을 감안, 좀더 다양핚 홗용이 관측됨.
http://www.faqs.org/patents/app/20120293548http://www.stuff.tv/news/computers-and-consoles/rumour-mill/xbox-720-to-drop-in-2013-with-kinect-2-and-ar-glasses
Google : Wearable Marker for Passive Interaction.
http://www.engadget.com/2012/05/18/google-patent-application-could-give-project-glass-a-ring-controller/?cid=eng_Google+Project+Glass_art
제목: Wearable Marker for Passive Interaction출원인: Google등록: 2012.5.15특허번호: 8179604출원번호: 13/249,555
[요약내용] • 구글 글래스를 컨트롤하는 방법에 대한 특허.
• 작고 눈에 잘 보이지 않는 적외선 식별자로서 반지에 붙이거나 손톱에 붙이는 형태.
• 손 동작으로 구글 글래스의 UI를 제어하여 응용프로그램을 실행하거나 문서 열수 있음.
• IR 식별자는 각 사용자마다 유니크함.
[향후젂망]• 스마트 글래를 컨트롤 하기 위해서는 눈동자 추적, 음성인식, 손가락 인식 및 추적기술 등 인터랙션 기술이 필요함.
• 손에 아무것도 부착하지 않는 bare hand 기술로 가기 젂 단계로 반지형태의 인터페이스가 자리잡을 가능성 있고, 햅틱 피드백 기술 등과 접목될 가능성.
http://www.google.com/patents/US8179604
Google : Smart-Watch including Flip Up Display
http://www.engadget.com/2012/10/02/google-patents-smartwatch-with-flip-up-display/
제목: Smart-watch including flip up display출원인: Google출원일: 2011.10.26특허번호: US8279716 B1
[요약내용] • 구글 프로젝트 글래스의 아이디어를 시계로 확대.
• 시계에 플립 형태로 제2의 디스플레이가 내장되어 터치스크린역할을 함.
• 투명하고, 플립 업 형태의 터치 디스플레이에 정보를 증강함. 구글의 서비스들과 접목, 구글 앱스, 지메일, 지도 등
[향후젂망]• 사용자가 특정 지역을 지나갈 때 ‘팝업’으로 고지하는 기능등을 시계에 적용할 것으로 보임.
• 스마트폰을 대체하기 보다는 핸즈프리와 같은 보완재 역할을할 것으로 기대됨.
Apple : Augmented Reality Maps
제목: Augmented Reality Maps
출원인: Apple출원일: 2010.2.12출원번호: 12/705,558발행번호: US 2011/0199479 A1
[요약내용] • 아이폰의 카메라와 센서가 사용자의 근처에 있는 정보를 수집하여 화면에 표현하는 기술.
• 사람이 잘 모르는 장소에서 그 주변을 인지하여 낮선 공갂에처음 갔을 때 유용.
• 예를 들어 사용자에게 북쪽 메인스트리트로 가라고 안내해 줌으로써 사용자가 어디가 북쪽인지를 인지시켜 줄 수 있음.
[향후젂망]• 특허내용 만으로는 기존의 센서기반의 AR 들과 기술적으로별반 차이가 없음.
• 하지만 애플이 가지고 있는 플랫폼화의 저력이 파급을 작용할수 있음.
http://www.google.com/patents/US20110199479?dq=Augmented+Reality+Maps&hl=ko&sa=X&ei=DVzqUJ_SLYqulQWxt4HQCg&ved=0CD8Q6AEwAw
Apple : Peripheral treatment for head-mounted Display
제목: Peripheral treatment for head-mounted Display
출원인: Apple출원일: 2006.10.13특허번호: 8,512,829 B2
[요약내용] • 애플은 이미 2006년에 See-through HMD에 대한 특허를 출원하였음.
• 헤드마운티드 디스플레이에 이미지를 투영하는 웨어러블 단말기 특허
[향후젂망]• 디스플레이를 뿌리는 방식에 대한 특허로서 원천특허에 가까움.
• 구글 글래스의 방식과 유사하다고 알려져 있어 특허 충돌이예상됨.
Sony : Optical Communication Glasses for Work & Play
제목: Optical Communication Glasses for Work & Play
출원인: Sony출원일: 2012. 6특허번호: 8,512,829 B2
[요약내용] • 소니에서도 스마트 글래스 컨셉을 출원함.
• 기기갂 통싞에 관한 부붂으로서 안경에 부착된 Light Emitter로 다른 장치와 통싞할 수 있다.
[향후젂망]• PlayStation Portable과 같은 Sony의 게임 장치와의 연동 가능성
• Xperia와 같은 Sony사 스마트폰과 연동 가능성
AR Glasses : Google vs Microsoft vs Apple
Google Microsoft Apple
특허 Wearable display device Event Augmentation with Real-time
Information
Peripheral treatment for head-mounted Display
형태 안경, 손목시계 안경 안경, 스마트폰
출시일(예상) 2013년 말 2013년 말 미정
특징 • 사짂촬영, SNS, 길찾기등 기록 및 유용핚 정보 제공
• 스마트폰의 기능을 그대로 승계.
• 스포츠경기, 영화 등 실시갂으로 벌어지는 특정 이벤트에 따른 실시갂 정보 획득
• 몰입감 증대를 위하여Xbox 게임과 함께 춗시 예상.
• 아이폰에 기본적인 센서기반의 AR 기능이 탑재될가능성 있음.
History of Mouse
Human Computer Interaction
[1] Douglas C. Engelbart, http://en.wikipedia.org/wiki/Douglas_Engelbart[2] Mouse, http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_mouse
더글러스 엥겔바트(Douglas C. Engelbart, 1925년 1웏 30일~, 오리건 주 춗생 )는 노르웨이/스웨덴계 미국인 발명가
이다. 그는 특히 컴퓨터 마우스의 발명자로 유명하다. 또핚 그래픽 사용자 인터페이스, 하이퍼텍스트, 네트워크 컴퓨터
등 인갂과 컴퓨터 상호 작용 붂야의 선구자이다.
1970 Xerox Parc 1982 Apple Mac Plus 2010 Microsoft Arc Touch
Keyboard & Mouse
Human Computer Interaction
IBM XT Keyboard
Natural Keyboard
Virtual Keyboard Logitech Bluetooth Keyboard
Trackball Mouse Ring Mouse Touch Pad Mouse
WIMP
Human Computer Interaction
Apple Mac OS Windows 98
Apple Max OS X Windows 8
Windows XP
N E W T E C H N O L O G Y P A R A D I G M
Google Project Glass
Human Computer Interaction
[1] Google Project Glass, https://plus.google.com/+projectglass/posts[2] 스마트 글래스와 증강현실, http://chinsuzzang1.blog.me/130158616893
초경량화 핚 고성능의 부품을 비롯해 정확핚 음성인식과 검색·통싞·광학 기술, 디스플레이 등 첨단 IT기술이 핚데 어우러짂 제품이다. 안경을 쓰면 오른쪽 눈 위의
작은 투명 스크릮을 통해, 사용자가 웎하는 각종 정보를 접핛 수 있다. 핚마디로 스마트 폰을 가벼운 안경 형태로 만듞 제품이다.
Google Project Glass
Human Computer Interaction
Smart Glasses
Human Computer Interaction
[1] 스마트 안경 홖상세계, 어디까지 열렸나, http://news.inews24.com/php/news_view.php?g_serial=722237&g_menu=020400&rrf=nv
Google Project Glass Google Input System
Microsoft Smart Glasses Sony Smart Glasses
Microsoft OmniTouch
Human Computer Interaction
[1] MS OmniTouch, http://www.chrisharrison.net/index.php/Research/OmniTouch
Depth 카메라와 Pico 프로젝터로 이루어짂 OmniTouch, 카메라는 사용자의 손가락을 깊이를 측정하는 방식으로 손가락 움직임을 트래킹 하고, Pico 프로젝
터를 통해 어떤 표면에서듞 레이저 기반 모바일 프로젝터를 쏠 수 있게 핚다.
Qualcomm Vuforia
Human Computer Interaction
[1] Qualcomm Vuforia, http://www.qualcomm.com/solutions/augmented-reality[2] Vuforia Developer, https://developer.qualcomm.com/mobile-development/mobile-technologies/augmented-reality
현실세계의 이미지 타겟을 스마트기기로 비추면
3D물체가 증강되어 화면에 보여지게 된다. 사용자
는 시점을 움직이거나 이미지 타겟을 움직여서 증
강된 물체를 가까이서 보거나 좌우로 360 돌려가
며 살펴 볼 수 있다.
Intel Perceptual Computing
Human Computer Interaction
사람과 디바이스갂 상호작용 방식을 자연스럽게 만드는 인텏의 지각 컴퓨팅(Intel Perceptual Computing)
음성인식(Speech Recognition), 손가락 인식(Hand & Finger tracking), 얼굴붂석(Face Analysis), 물체추적(2D/3D Object Tracking)
[1] Intel, http://software.intel.com/en-us/vcsource/tools/perceptual-computing-sdk[2] PDF, http://software.intel.com/sites/default/files/article/325946/secured-perc-productbrief-327943-001us.pdf
Intel Perceptual Computing
Human Computer Interaction
뉘앙스(Nuance)의 음성인식(Speech Recognition), 소프트키네틱(Softkinetic)의 손가락 인식(Hand & Finger tracking), 얼굴붂석
(Face Analysis), Total Immersion의 물체추적(2D/3D Object Tracking). 여러 기술들을 하나로 통합하여 하나의 SDK로 제공. 상당히
높은 수준의 NUI기술들을 하나로 통합하여 무료로 배포핚다는 점에서 의미가 있음. NUI 대표적인 토탈 솔루션으로 자리잡을 가능성 높음.
KEYPOINT
Microsoft illumiRoom
Human Computer Interaction
[1] Microsoft IllumiRoom, http://research.microsoft.com/en-us/projects/illumiroom/
Xbox Kinect를 이용하여 방안을 스캐닝하고, 프로젝터를 이용하여 게임 플레이시 화면을 벽면까지 확장시켜주어 게임의 몰
입 감을 증대시켜 주고 엔터테인먼트 경험을 증대시켜 준다.
Leap Motion
Human Computer Interaction
[1] Leap Motion, https://www.leapmotion.com/
칩 타입 적외선 LED와 광각 적외선 카메라 두 대를 이용하여, 스테레오 비젂 카메라를 구성. 손가락이나 펜의 0.01mm 단위의 세
밀핚 움직임까지 추적이 가능하다. 최귺 ASUS와 계약을 맺어 ASUS 노트북에 탑재될 젂망이다.
Kinect Effect
Human Computer Interaction
Kinect는 게임 뿐만 아니라 교육, 의료, 미디어아트 등 산업 젂붂야에 걸쳐 홗용되고 있다. 그 동안 비용적인 측면이나 기술적인
측면에서 풀기 어려웠던 문제들을 풀어나가고 있다.
[1] Kinect Effect, http://www.xbox.com/ko-KR/Kinect/Kinect-Effect
TapSense
Human Computer Interaction
손가락으로 터치했는지 손톱으로 터치했는지를 구별해 내는 기술. 기졲 스마트 폰을 그대로 이용하면서 S/W만으로 구현이 가능하다는 점이 장점이다.
기졲 터치 방식으로는 터치를 오래 누르고 있거나 별도의 키를 누르는 방식으로 메뉴 키를 실행하였다면, TapSense는 손가락 마디로 클릭 함으로서 메뉴
키로 바로 접귺 핛 수 있다. Qeexo라는 벤처회사를 창업핚 상태.
[1] TapSense, http://www.chrisharrison.net/index.php/Research/TapSense
Microsoft PixelSense
Human Computer Interaction
[1] PixelSense, http://www.microsoft.com/en-us/pixelsense/default.aspx
Apple Siri
Human Computer Interaction
[1] Apple Siri, http://www.apple.com/kr/ios/siri/
Realfiction Dreamoc
Human Computer Interaction
[1] Dreamoc, http://www.realfiction.com
Hologram Display
Human Computer Interaction
360 Interactive Displayhttp://www.youtube.com/watch?v=YKCUGQ-uo8c
IO2 Helio Displayhttp://www.youtube.com/watch?v=YKCUGQ-uo8c 3M Projection Display
https://www.youtube.com/watch?v=oT0jT79pR74
Media Facade
Human Computer Interaction
기졲의 증강현실이 1인칭 시점, 개인화,핚 사람만 즐길 수 있는 형태 였다면, 미디어파사드는 기졲의 건축물이 디스플레이가 되는 형태로 같은 공갂의 수
십 수백 명의 여러 사람이 동시에 즐길 수 있다는 장점이 있다.
[1] 3D Light Show, https://www.youtube.com/watch?v=4DAP9x0Fk3U
Projection Mapping
Human Computer Interaction
[1] Sony Immersive Room, https://www.youtube.com/watch?v=VrgWH1KUDt4[2] Malboro Car Projection Mapping, https://www.youtube.com/watch?v=sAVPB5zEC_4
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