Design of interaction framework for AR interaction system
저자
발행사항
Seoul : Graduate School, Yonsei University, 2016
학위논문사항
학위논문(박사)-- Graduate School, Yonsei University : Dept. of Computer Science 2016. 8
발행연도
2016
작성언어
영어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
증강현실 상호작용 시스템을 위한 상호작용 프레임워크 설계
형태사항
xii, 116장 : 삽화(주로천연색) ; 26 cm
일반주기명
지도교수: Tack-Don Han
소장기관
Recent advancement in information technology (IT) have allowed for device compactness to an unprecedented extent, thus enabling computing devices to seamlessly integrate into our everyday lives and create smart spaces. Smart spaces adapt sensors into existing technology to provide a wide range of interactive possibilities. However, these spaces rely on multiple sensing methods, and creating a multimodal platform that is both fail-safe and robust poses a challenge to researchers and commercial developers.
In this dissertation, we discuss various sensor technologies applicable to smart space environments and propose a next-generation interactive framework built using the concept of interacting for augmented reality interaction system. The proposed framework affords the use of marker and markerless augmented reality capable of tangible interaction through mobile devices, and wearable and PC WIMP-style interfaces. The framework also provides hand gestures that can be used for interaction and enhances previous marker-based augmented reality applications by increasing ID size from a few thousand to over four billion by using a novel technique called ColorCodeAR. I also improve the speed of markerless detection by 25 percent while maintaining a constant recognition rate with higher precision. I assess the characteristics of the functions used in each stage of markerless AR, and discuss the improvement in performance. Our hand detection module, which uses infrared depth maps and various color spaces, overcomes two limitations in previosuly proposed hand recognition methods: it can detect multiple users, and can successfully detect hands even in poorly lit areas or environments involving dynamic backgrounds.
In order to assess its robustness, I set up our platform in a physical smart space environment used as an assistive service for construction engineers and architects. This scenario tested a number of common actions, from access to design information to manipulating on-site blueprints, which allowed us to examine the system’s usability and address the challenge of creating a multimodal platform. I found that the proposed NUI service based on the OpenNUI platform can recognize hands and construction models in three-dimensional (3D) space. I incorporated the use of annotation and 2D editing into the system by using a pen input module, which can be used seamlessly on virtual touch surfaces of mobile devices. In comparison with similar applications, the search speed of ours was significantly higher. This is a critical factor in the usability of the architectural applications.
Developing interaction service based on the proposed AR interaction framework, service providers can utilize enhanced marker/markerlss augmented reality and gesture interaction. Also, the framework is designed to support scalability, service providers will easily adopt with a new interaction technology, and they can provide more intuitive and natural interaction service, in order to preserve high-quality service usability.
IT 기술이 발전하면서, 컴퓨팅 기술이 공간에 집약되어 사용자의 생활을 편리하고 풍요롭게 하고자 하는 스마트 스페이스로의 발전이 이루어지고 있다. 이러한 스마트 스페이스에서는 환경에 컴퓨터가 포함되면서 점점 더 은닉되고, 투명해지게 된다. 이러한 환경에서는 사용자와 환경 사이의 상호작용의 인터페이스가 좀 더 끊임 없하고 덜 거슬리는 형태로 발전되고 있다. 특히, 스마트 스페이스 환경에 적용되는 다양한 센서 기술들이 발전하면서 상호작용 기술도 다양하게 개발이 되고 있다.
본 학위논문에서는 이러한 스마트 스페이스 환경에서의 상호작용 서비스를 제공하기 위하여, 스마트 스페이스 환경에 적용 가능한 다양한 센서 기술들을 정리하고, 이를 이용한 차세대 상호작용 기술 프레임워크을 제안한다. 이를 통하여 스마트 스페이스에서 향상된 상호작용 기술을 쉽게 적용할 수 있으며, 쉽게 확장이 가능하다. 또한, 제공되는 상호작용 프레임워크을 이용하여 멀티모달 기반의 풍부한 상호작용까지도 쉽게 제공이 가능하다. 현재 제안하는 프레임워크에서 제공하는 상호작용 기술은 일반적인 PC의 WIMP 인터페이스와 모바일 터치 인터페이스 뿐만이 아니라, 입력 인터페이스로 실체적 상호작용이 가능한 마커 기반 증강현실 기술과 손을 이용한 인터페이스 기술, 출력 인터페이스로 마커리스 증강현실 기술을 제공한다. 마커 기반 증강현실 기술은 기존 증강현실 기술에서 한계가 되었던 제한된 ID 크기를 극복할 수 있도록 이미지 기반 코드 기술을 이용하여 증강현실에 적용하였다. 이로 인하여 기존의 최대 수천개 수준에서 제한되던 마커 개수를 40억개 이상으로 확장할 수 있게 되었다. 자연스러운 인터페이스 기술은, 스마트 스페이스에서 다양하게 활용될 수 있도록 하기 위하여 복수의 사용자를 대상으로 강인한 손 인식 기술을 제안하였다. 기존의 손 인식 기술들이 인식 가능한 사용자에 한계가 있거나, 조명이나 배경의 변화에 취약한 한계들이 존재했었다. 본 학위논문에서는 적외선 센서 기반의 깊이 영상과 비전 센서 기반의 색상 영상을 혼용하여 손을 검출함으로써 복수의 사용자가 다양한 환경에서 강인하게 손을 이용하여 상호작용할 수 있도록 하였다. 마커리스 증강현실 기술은 다양한 환경에 부가적인 정보를 출력해주는 기능을 수행한다. 본 학위논문에서는 다양한 환경, 특히 모바일이나 웨어러블 컴퓨팅 환경에 적용이 가능하도록 설계를 하였다. 이를 위하여 학습 단계에서 특징점 평가 함수를 이용하여 좋은 특징점을 필터링하여 학습하여 성능은 보장하면서도 인식의 속도를 향상하도록 하였다. 이를 통하여 경량화 환경에서도 빠른 마커리스 증강현실을 제공할 수 있었다.
마지막으로 이러한 AR 상호작용 프레임워크을 실제 증강현실 스마트 스페이스 서비스에 적용하였다. 제안하는 서비스는 스마트 건축 분야에 적용된 서비스로, 시공 단계에서 작업 인부들이 편리하게 설계 정보에 접근하고, 조작할 수 있도록 하는 인터페이스를 구현하였다. 이를 위하여 상호작용 프레임워크에서 자연스러운 인터페이스 모듈을 이용하여 손을 인식하고 이를 이용하셔 건축 모델을 3차원으로 조작하도록 하였다. 또한, 펜 입력 모듈을 이용하여 주석 첨부와 2D 편집을 수행하도록 하였다. 이렇게 조작된 컨텐츠를 모바일 상호작용 모듈을 이용하여 복수 기기에서 컨텐츠를 이용할 수 있도록 구현하였다. 이러한 시스템으로 기존의 도면책 방식에 비하여 검색 속도를 크게 향상할 수 있었으며, 사용성도 높아진 것으로 측정이 되었다.
제안하는 증강현실 상호작용 프레임워크를 기반으로 상호작용 서비스를 개발함으로써 향상된 마커/마커리스 증강현실 기술을 기반으로 제스처 상호작용을 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 향후 개발되는 상호작용 기술로 손쉽게 확장이 가능하다. 이를 통하여 차세대 스마트 스페이스 환경에서 쉽고 빠르게 좀더 직관적이고 자연스러운 상호작용을 제공하는 서비스를 개발하여 서비스의 사용성을 항상 높게 유지할 수 있다는 장점이 있다.
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