Head-to-Hand: 사용자의 시점 방향과 손 포스처를 이용한 가상 객체 제어 인터랙션 설계 및 구현
저자
발행사항
서울 : 연세대학교 대학원, 2020
학위논문사항
학위논문(석사) -- 연세대학교 대학원 컴퓨터과학과 2020.2
발행연도
2020
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
서울
기타서명
Head-to-hand : design and implementation of natural interaction with respect to the user's view orientation and hand posture
형태사항
vi, 68장 : 삽화 ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 한탁돈
UCI식별코드
I804:11046-000000523834
소장기관
In this paper, we intend to support the user's convenient and intuitive interaction in augmented reality system. As the computing platform evolved, interaction methods to support this also evolved. In early computers, users used a mouse and keyboard to interact with the monitor. In the case of a touch interface, it is embodied by the introduction of a mobile device and is mainly used in a platform using a touch screen. Augmented reality, which emerged after mobile devices, synthesizes and displays virtual information in a real environment. The user can check digital information in the real world to which the user belongs beyond the existing display. With the advent of augmented reality, a suitable interface is needed. Manipulation with virtual objects is essential for an immersive experience in a three-dimensional augmented environment. However, existing mouse or touch interface is suitable for interaction with 2D display, so it is difficult to support smooth interaction in 3D environment. This is because there is depth information of z axis in 3D object. Therefore, there is a need for an optimized interaction method that can be used in augmented reality applications and devices such as current mouse, keyboard and touch. Therefore, this paper proposes interaction method suitable for augmented reality through hand posture based on Projection AR system that can solve the problem of limited size and shareability of display. The proposed system is designed to identify the intentions of which objects the user wants to interact with. We proposed a head-to-hand method that projects the position of the user's eyes and hands. When an object on the projected display is selected through the head-to-hand method, an interaction to perform a corresponding function is performed according to the user's hand gesture. In addition, posture interaction was designed based on the hand gestures used in real life to provide intuitive and accurate interaction. This makes it easy for users to use even if they lack prior information about the design knowledge of the system. The hardware configuration to support the system uses Kinect, Projector, Pan-Tilt system for augmented reality deployment, and Kinect for interaction. To evaluate the proposed system, system performance evaluation and usability evaluation were conducted. First of all, the system performance was evaluated by experiments on object selection and the accuracy of hand posture recognition. Through experiments, the user intuitively chose the 'Head-to-Hand' method, and the performance was higher than other methods. In the case of hand posture, the average accuracy was 95.12% for the five postures used.
더보기본 논문에서는 증강현실 시스템에서 사용자에게 편리하고 직관적인 인터랙션을 지원하고자 한다. 컴퓨팅 플랫폼의 발달에 따라 이를 지원하기 위한 인터랙션 방식 또한 진화하였다. 초기 컴퓨터의 경우 사용자는 모니터와 인터랙션하기 위해 마우스와 키보드를 사용하였다. 터치 인터페이스의 경우 모바일 디바이스의 도입으로 구체화 되었으며, 터치 스크린을 사용하는 플랫폼에서 주로 사용되고 있다. 모바일 디바이스 이후 등장한 증강현실은 실제 환경에 가상 정보를 합성하여 표현한다. 사용자는 기존의 디스플레이를 넘어 사용자가 속한 실세계에서 디지털 정보를 확인할 수 있다. 증강현실의 등장에 따라 이에 적합한 인터페이스 또한 필요하다.
3차원 증강 환경에서 몰입적인 경험을 위해 가상 객체와의 조작 작업은 필수적이다. 그러나 기존의 마우스나 터치 인터페이스는 2D 디스플레이와의 인터랙션에 적합하기 때문에 3D 환경에서 원활한 인터랙션을 지원하기 어렵다. 3D object의 경우 z축의 depth 정보가 존재하기 때문이다. 따라서 현재의 마우스, 키보드 및 터치와 같이 증강 현실 어플리케이션 및 기기에서도 사용할 수 있는 최적화된 인터랙션 방식이 필요하다.
따라서, 본 논문은 디스플레이의 한정적인 크기와 공유성에 대한 문제를 해결할 수 있는 Projection AR 시스템을 기반으로 손 포스처를 통해 증강 현실에 적합한 인터랙션 방식을 제안한다.
제안하는 시스템은 무엇보다 사용자가 디스플레이의 어떤 객체와 인터랙션하고자 하는지 의도를 정확하게 파악하는 것을 목표로 설계하였다. 이에 사용자의 눈과 손의 위치를 투사하는 Head-to-Hand 방식을 제안하였다. Head-to-Hand 방식을 통해 프로젝션된 디스플레이 위의 객체를 선택하면, 사용자의 손동작에 따라 해당 기능을 수행하는 인터랙션을 진행한다. 또한, 직관적이며 정확한 인터랙션을 제공하기 위해 실생활에서 주로 사용하는 손동작을 기반으로 포스처 인터랙션을 설계하였다. 이를 통해 사용자가 시스템의 설계 지식에 대한 사전 정보가 부족할지라도 손쉽게 사용가능하다. 시스템을 지원하기 위한 하드웨어 구성으로 증강현실 구축을 위해 키넥트, 프로젝터, 팬-틸트 시스템을, 인터랙션 수행을 위해 키넥트를 사용한다. 제안하는 시스템을 평가하기 위해, 시스템 성능 평가와 사용성 평가를 진행하였다. 먼저 시스템 성능 평가는 객체 선택 관련 실험과 손 포스처 인식 정확도를 측정하였다. 실험을 통해 사용자가 ‘Head-to-Hand’방식을 직관적으로 선택하고, 수행 능력도 타 방식에 비해 정확도가 높았다. 손 포스처의 경우 사용하는 5가지 포스처에 대해 평균 95.12%의 정확도를 보였다.
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