Pervasive AR environment via projection mapping : the system, methods and interactions
저자
발행사항
[Seoul] : Graduate School, Yonsei University, 2020
학위논문사항
학위논문(박사) -- Graduate School, Yonsei University Department of Computer Science 2020.8
발행연도
2020
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
프로젝션 매핑 기반 퍼베이시브 증강현실 환경 구축에 관한 연구 : 시스템, 방법 및 상호작용
형태사항
xviii, 155 p. : 삽화 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: Tack-Don Han
UCI식별코드
I804:11046-000000525371
소장기관
Augmented reality (AR) has been depicted in the media and fictions as the future of interfaces and displays for quite some time.
Recently, with the development of more compact hardware and efficient software, various AR devices and services have been introduced and come to life for real.
As the result, the interest of the media and the public that is revolving around AR, is higher than never before.
AR technologies affect all the aspects and change the way of communicating with the physical world such as learning and decision making, which is the reason why AR is being emphasized as and anticipated to be the next interface paradigm.
It expected that AR technologies will soon permeate the lives of the mass, and change the everyday of ordinary users.
However, conventional AR applications are usually designed for a single purpose and used for short times.
For instance, AR devices and services are screen-based, whose applications are inherently limited by their physical screens and devices, especially their narrow field of views (FOV), burdensome sizes and heavy weights.
For AR to truly permeate and change daily lives of the public, always-on access to information should be provided and integrated in everyday scenarios in a more versatile manner, being \emph{pervasive}, hence the name of the dissertation--Pervasive AR.
In this sense, this dissertation introduces the researches on projection-based AR, as a means to realize a Pervasive AR environment.
The dissertation consists of four major aspects--the scalable framework, environment registration, projection mapping and interactions in an AR space.
Specifically, a scalable, integrated interaction framework was designed, which provides a consistent method to integrate a variety of heterogeneous technologies.
Various methods to model and control pan-tilt servos were developed, which are used to reconstruct the real world in to an accurate virtual copy.
The methods are also used to autonomously steer the pan-tilt unit to project contents onto any desired space and surface, which overcomes the limitations of stationary projection AR.
In addition, projection mapping algorithms is proposed that correct the geometric distortions of the projection, so that the viewer in an AR space can spatially perceive the AR contents from the correct perspective.
Lastly, methods and algorithms to configure an AR space is presented.
Projection-suitable regions can be automatically identified from the reconstructed scene, in which digital contents can be registered.
Various interaction techniques were also designed for users to control AR contents and system much more naturally and intuitively.
증강현실(AR)은 상당 기간 미디어와 소설에서 인터페이스와 디스플레이의 미래로 그려졌다.
최근 들어서, 하드웨어의 소형화와 효율적인 소프트웨어의 개발로 인하여 다양한 증강현실 기기와 서비스가 도입되어 현실화되었다.
그 결과로, 증강현실을 둘러싼 미디어와 대중의 관심은 그 어느 때보다 높다.
증강현실 기술은 모든 분야에 영향을 미치는데, 특히 학습 및 의사 결정과 같은 실제 생활에서의 의사 소통 방식을 변화시키기 때문에 차세대 인터페이스 패러다임으로서 강조되고 있다.
증강현실은 머지않아 대중의 삶에 스며들어 일반 사용자의 일상을 변화시킬 것으로 예상되고, 또한 기대되고 있다.
그러나 기존의 증강현실 어플리케이션은 대개 단일 목적으로 설계되어 짧은 시간 동안만 사용되는 것을 상정한다.
예를 들어, 오늘날 증강현실 기기 및 서비스는 실존하는 화면에 의존하는 방식인데, 이는 물리적 화면과 장치--특히 좁은 시야각, 부담스러운 크기 및 중량--에 의한 본질적인 제한점이 존재한다.
증강현실이 진정으로 사람들의 일상에 스며 들고 변화하기 위해서는 증강현실이 제공하는 여러 정보와 컨텐츠에 대한 접근성이 항시, 다양한 방식의 시나리오로 제공되어야 한다.
이를 퍼베이시브 (pervasive)하다고 표현하며, 본 학위논문의 제목인 퍼베이시브 증강현실 (Pervasive AR)의 유래가 되었다.
이러한 의미에서 본 졸업논문에서는 퍼베이시브 증강현실 환경을 실현하기 위한 수단으로 프로젝션 기반 증강현실에 대한 연구를 소개한다.
졸업 논문은 확장 가능한 프레임워크, 환경 등록, 프로젝션 매핑, 증강현실 공간의 상호작용 등 4가지 주요 측면으로 구성된다.
구체적으로, 다양한 이기종 기술을 통합할 수 있는 일관된 방법을 제공하는 확장 가능한 통합 상호작용 프레임워크가 설계되었다.
실제 세계를 정확한 가상 복사본으로 재구성하는데 사용되는 팬틸트 서보모터의 동작을 모델링하고 제어하는 다양한 방법이 개발되었다.
팬틸트 장치는 자율적으로 동작하여 사용자가 원하는 공간과 표면에 컨텐츠를 프로젝션하는데, 이를 통해 정적인 프로젝션 증강현실의 한계를 극복한다.
또한, 프로젝션의 기하학적 왜곡을 교정하는 프로젝션 매핑 알고리즘을 개발하여 사용자가 증강현실 콘텐츠를 정확한 시점에서 공간적으로 인식할 수 있도록 하였다.
마지막으로 사용자의 필요에 맞게 증강현실 공간을 구성하는 방법과 알고리즘을 개발하였다.
개발된 시스템은 재구축된 가상 공간에서 프로젝션에 적합한 영역을 자동으로 식별하고 가상 콘텐츠를 등록할 수 있다.
상호작용 기법 또한 새로이 설계되어, 사용자가 증강현실 콘텐츠와 시스템을 훨씬 더 자연스럽고 직관적으로 제어할 수 있도록 하였다.
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