증강 현실 응용을 위한 비구면 광학계 설계 및 제작

신창원,함형창,박애진,정희재,이강휘,최치원 한국광학회 2023 한국광학회지 Vol.34 No.4

헤드 마운티드 디스플레이(head mounted display, HMD)를 이용한 증강 현실(augmented reality, AR)은 군사, 의료, 제조, 게임 및 교육등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 본 논문에서는 HMD에 가장 필수적인 AR 광학계의 설계 및 제작에 대해 논의한다. HMD용 AR 광학계는 디스플레이의 증강 영상과 현실 세계를 동시에 볼 수 있는 넓은 투명 영역이 필요하다. 이를 위해, AR 광학계를 각각의 특성에 따라 세 부분으로 나누어 설계 및 제작하였다. 그리고 3개의 광학계를 하나의 완전한 AR 광학계로 만들기 위해 필요한 ultra-violet (UV) 접착층의 굴절률을 고려해 설계함으로써 입력 광원이 UV 접착 층을 통과할 때의 광경로 이동(shift) 현상을 최소화하였다. 또한, AR 광학계를 설계할 때 축외 수차를 보정하고 양산에 적합하도록 2개의 비구면을 사용했다. 끝으로 HMD 양산을 위해 두께 11 mm, 대각선 화각(diagonal field of view) 40°, 무게 11.3 g의 비구면 AR 광학계를 설계하고 제작하였다

아프라시압 콘텐츠의 다수체험형 가상현실 방안 연구

박진호,김상헌 글로벌문화콘텐츠학회 2018 글로벌문화콘텐츠학회 학술대회 Vol.2018 No.2

우즈베키스탄공화국 사마르칸트시에 있는 아프라시압 벽화를 대상으로 1인 체험용 HMD형태의 가상현실이 아닌 케이브(CAVE) 가상현실 시스템을 적용해 보았다. 이는 아프라시압 가상현실 콘텐츠를 가장 잘 반영할 수 있는 ‘멀티이머시브시스템(Multi-Immersive-System)’ 형태로 고안해 본 것이다. 이것은 ‘기술’에 ‘콘텐츠’를 맞춘 것이 아닌 아프라시압 콘텐츠의 특성을 가장 잘 구현할 수 있는 ‘기술’을 취사 선택하게 된 연구결과이다. 이 시스템을 통해 아프라시압 콘텐츠를 가상공간(假像空間)에 효과적으로 투영해본 동시에 1인 체험 가상현실이 아닌 다수 체험형 가상현실을 통해 종래 VR전시관의 고질적인 문제로 지적되었던 동시참여 비율을 높여 보다 효과적인 가상현실 체험 형태로의 전환을 도모하고자 하였다.

고글형 AR 드론 콘텐츠의 사용자 경험 개선을 위한 사용자 입출력 응답시간 연구

정원조(Won-Joe Jung) 한국게임학회 2023 한국게임학회 논문지 Vol.23 No.2

HMD의 인터페이스 디자인 특성 연구

박지원(Park, Ji Won),노승관(No, Seung Kwan) 한국디자인문화학회 2018 한국디자인문화학회지 Vol.24 No.3

헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display: HMD)를 활용한 가상현실(Virtual Reality: VR) 분야는 게임뿐만 아니라 교육, 미디어 등 다양한 영역에서 관심을 받고 있다. 2018년 현재, VR 기기의 유형은 종이나 플라스틱 상자를 사용하여 스마트폰 앱에서 좌우로 분리한 VR 영상을 단순히 보는 구글 카드보드 유형, 삼성 Gear VR과 Oculus Go와 같이 스마트기기의 특성을 이용하되 컨트롤러를 사용하여 독립적으로 VR 앱을 구동하는 스마트 기기 유형, Oculus Rift와 HTC VIVE와 같이 PC와 연결하여 3차원의 이동까지 감지하는 기기를 사용하는 PC 연결 유형이 있다. 본 연구는 향후 수용가능성이 가장 높을 것으로 보이는 스마트 기기 유형 중 현재 가장 많이 사용되는 삼성 Gear VR과 Oculus Go의 인터페이스인 Oculus Home을 연구대상으로 하여 인터페이스의 구성을 분석하였다. 연구내용은 시각적 측면, 기기적 측면, 정보적 측면에서 홈 화면의 각 메뉴의 구성과 배치에 대해 분석하고 이를 바탕으로 효율적인 사용을 위한 메뉴 구성을 제언하고자 하였다. 분석결과 탐색, 사람, 공유, 알림, 설정으로 구분된 주 메뉴 구성에서 사람, 공유, 알림은 깊이가 지나치게 탐색이나 설정의 모두보기에 비해 메뉴 깊이가 매우 얕고 구조적으로 메뉴의 일관성이 부족한 것으로 나타났다. 기기적으로는 3차원 축의 기준설정이 수시로 이루어져야 함에도 불구하고 가장 필요한 뷰 재설정이 설정의 하위메뉴에 위치하고 있었다. 정보적 측면에서 도움말 기능의 부재로 인해 초기 사용자의 원활한 사용을 저해하고 있고, 사용자가 개입할 수 없는 일률적 메뉴 구조로 인해 숙련된 사용자의 취향 반영이 어렵다는 문제점이 나타났다. 연구결과를 바탕으로 주메뉴를 탐색, 소셜, 관리, 사용자의 네 가지 영역으로 재구분하여 각 메뉴의 하위메뉴에 대한 메뉴 깊이를 유사한 수준으로 배치할 것, 뷰재설정과 도움말의 전면 배치, 사용자 메뉴의 포함을 제언하였다. 또한 각 메뉴의 독립적인 배치와 효과적 사용을 위하여 사용 시 처음 접하는 화면인 탐색-홈화면을 사용자 중심으로 재구성 할 것을 제언하였다. The Virtual Reality field using the Head Mounted Display is getting attention in various fields such as education, media as well as games. As of 2018, there are three types of VR device, Google Cardboard type that simply displays VR images separated from the smartphone app using a paper or plastic box, Smart device type that run VR app independently using controller like Oculus RIft and HTC VIVE which use characteristics of smart device and PC connecting type which can detect motion in three dimensions which connected to PC such as Oculus Rift and HTC VIVE. Among the smart device type, Samsung Gear VR and Oculus Home which is an interface of Oculus Go were selected as the subject to analyze the configuration of interface. The contents of the study were analyzed on the composition and placement of each menu of the home page in terms of visual aspect, instrumental aspect, and informational aspect, to propose effective menu configuration. As a result, the main menu configuration divided into navigation, people, sharing, notifications, and settings showed that the menu depth was very shallow and the consistency of menus was insufficient compared to all the depth. The most essential ‘RESET VIEW’ was located in the submenu of the setting in spite that it is technically necessary to set the reference of the three-dimensional axis from time to time. In the information aspect, the lack of the help function hinders the smooth use of the initial user, and it is difficult to reflect the taste of the skilled user due to the uniform menu structure that the user can not intervene. Based on the results, this study proposed to re-classify the main menu into four areas of Navigation, Social space, Management, and Users menu, so that the menu depths for the submenus of each menu are arranged at a similar level and to place View Reset and Help at front and include the Users menu. In addition, the study proposed to reconfigure the navigation - home screen, which is the first contact when using it for independent layout and effective use of each menu.

Interactive Wind System을 이용한 VR 사이버 멀미 개선 연구

임도전(Dojeon Lim),이예원(Yewon Lee),조예솔(Yesol Cho),류태동(Taedong Ryoo),한다성(Daseong Han) 한국컴퓨터그래픽스학회 2021 컴퓨터그래픽스학회논문지 Vol.27 No.3

본 논문은 자동차 핸들과 가속 페달로부터의 온라인 사용자 입력에 따라 Virtual Reality (VR) 환경에서 인공적인 바람을 생성하는 상호작용형 윈드 시스템을 제안한다. 제안된 시스템은 사용자가 레이싱 자동차 VR 응용 콘텐츠에서 세 방향으로부터 불어오는 바람으로부터 촉감을 느끼도록 하기 위해 머리장착형 디스플레이(Head-Mounted Display: HMD)와 세 개의 선풍기로 구성된다. VR 멀미를 개선하는 것에 대한 바람의 효과성을 평가하기 위해, 본 논문은 멀미에 대한 가장 기본적인 척도 중의 하나인 SSQ (simulator sickness questionnaire)를 도입한다. 13명의 피험자들을 대상으로 바람이 있는 경우와 그 다음 그렇지 않은 경우 또는 그 역으로 레이싱 자동차 콘텐츠에 대한 실험을 수행하였다. 실험 결과는 인공적인 바람을 사용하는 경우 긍정적인 사용자 경험을 제공하면서 명확하게 멀미를 개선하는 것을 보여주었다. This paper presents an interactive wind system that generates artificial winds in a virtual reality (VR) environment according to online user inputs from a steering wheel and an acceleration pedal. Our system is composed of a head-mounted display(HMD) and three electric fans to make the user sense touch from the winds blowing from three different directions in a racing car VR application. To evaluate the effectiveness of the winds for reducing VR cybersickness, we employ the simulator sickness questionnaire (SSQ), which is one of the most common measures for cybersickness. We conducted experiments on 13 subjects for the racing car contents first with the winds and then without them or vice versa. Our results showed that the VR contents with the artificial winds clearly reduce cybersickness while providing a positive user experience.

Head-Mounted Display(HMD) 시청 환경에서 양안 밝기 차이에 따른 피로도 - 감각성 우세안을 중심으로

김효선(Kim, Hyosun),서영준(Seo, Young-Jun),조성찬(Jo, Sung-Chan) 한국색채학회 2021 한국색채학회 논문집 Vol.35 No.2

Since both stereoscopic devices and Head-Mounted Displays (HMDs) use the diplopic projection which the separate images are presented on the left- and right-eye, it is revealed that the difference of binocular images caused the visual fatigue. In addition, the interocular imbalance, especially the sensory eye dominance, can also be connected with the visual fatigue by the photometric asymmetry of the binocular images. The purpose of this study is to investigate how the brightness asymmetry between the binocular images affect the visual fatigue and to explore how the sensory dominance affects visual fatigue. Wearing HMDs, participants were asked to view binocular images: one had 100% brightness, the other 50~90% brightness. They evaluated the visual fatigue on a 7-point Likert scale. As the result, an increase in brightness asymmetry between viewers’ left-eye and right-eye increased the visual fatigue scores. The relationship between the sensory dominance and the visual fatigue by the brightness asymmetry was different depending on the type of image. The visual fatigue increased as the brightness of images, which entering to the sensory dominant eye, decreased in the case of the black-and-white images. On the contrary, the visual fatigue was not changed in the case of color images in the same condition. This meant that the brightness contrast and color contrast had different effect on the visual fatigue. Overall, we suggest that the brightness asymmetry of less than 30% is suitable for a comfortable and positive viewing experience.

HMD 기반의 가상현실 콘텐츠 디자인 방법론 개발을 위한 탐색 연구

임익수,우탁 한국영상학회 2016 한국영상학회 논문집 Vol.14 No.4

본 연구는 미디어 어트랙션으로서 최근에 가장 주목받고 있는 HMD 기반 가상현실의 지속적인 성장을 위한 콘텐츠 디자인 방법론을 찾기 위한 목적으로 시행되었다. 현재의 가상현실 콘텐츠들은 대부분 지각적 몰입의 설계에만 집중함으로써 가상현실이 궁극적으로 추구하는 감각의 융합에 도달하지 못하는 한계점을 가지고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해서는 가상현실 콘텐츠에 심리적 몰입 요소를 적용하는 노력이 요구된다. 가상현실 콘텐츠에서 심리적 몰입 요소 적용하는 방법을 찾기 위해 ‘가상성(Virtuality)’을 중심으로 가상현실의 역사와 개발 과정을 분석하였다. 그 결과 스토리텔링 상호작용 사용자 인터페이스 분야에서 다음과 같은 새로운 변화가 요구되었다. 첫 번째 현재 이용되는 360도 영상 기반 콘텐츠보다는 상호작용이 가능한 컴퓨터 그래픽 기반 가상현실 콘텐츠가 요구되며, 이를 위해서는 HMD의 가격뿐만 아니라 실행 환경의 구축비용도 낮춰야 한다. 두 번째 HMD기반 가상현실은 1인칭 시점을 사용하기 때문에 기존의 디지털 스토리텔링 방법인 분기형 구조를 적용하는 데 많은 어려움이 있으며, 이를 해결하기 위해 공간과 이동 중심의 새로운 스토리텔링 방법 및 구조가 요구된다. 세 번째 상호작용은 감각적 융합을 가져오는 중요한 구성 요소로서 HMD 기반의 가상현실은 가상 체험의 성격이 강하기 때문에 현실과 같은 상호작용의 사용이 필요하다. 이러한 개념적 기술적 과제는 360도 영상과 HMD 기반의 가상현실이 연계된 콘텐츠 이용자의 정교한 동작 분석을 통해 해결할 수 있다. 마지막으로 게임의 UI에 있어서 가장 많이 사용되는 기존의 논-디에제틱(Non-diegetic)방식은 불가능하므로, 디에제틱(Diegetic), 공간(Spatial), 메타(Meta) 방식의 접근이 요구된다. 본 연구는 탐색적인 연구라는 점에서 구체적으로 활용 가능한 HMD 기반의 가상현실 콘텐츠 디자인 방법을 제안하지 못하는 한계점을 가지고 있다. 추후 제안된 문제에 대한 후속 연구를 통해 구체적인 프레임 워크(Framework) 및 디자인 방법론을 도출할 수 있을 것으로 기대할 수 있다. The purpose of this research is to explore design methodology issues in relation to virtual reality content based on head-mounted devices as a type of media attraction. For ultimate virtual reality, the content should offer a perceptual and psychological immersion experience. However, there have been only a few studies of the psychological flow of virtual reality and content design methods. In order to discover psychological flow factors, this research explores the history and design process of virtual reality based on what is termed a 'virtuality' viewpoint. As a result of this exploration, several design needs are found in storytelling, user interaction and the user interface with regard to the psychological flow in virtual reality, as follows. First, computer graphic-based virtual reality is preferred over 360-degree video-based virtual reality because the former provides richer interaction. Second, a new digital storytelling design based on space and locomotion is required because a first-person view cannot easily be applied to branch-based storytelling. Third, HMD-based virtual reality as a virtual experience demands both control-based and transitive interaction. Fourth, new game UI (User Interfaces) designs based on diegetic, spatial and meta-methods are needed as conventional non-diegetic methods interrupt the flow experience in virtual reality. Due to certain constraints when using the exploratory research method, this paper cannot provide a comprehensive methodology of HMD-based virtual reality content. It is hoped that this research will contribute to the sustained growth of virtual reality as form of media attraction.

가상현실 기술 시장 및 기술 동향

김만식(Mansik Kim),강정호(Jungho Kang),전문석(Moon-seong Jun) 한국콘텐츠학회 2016 한국콘텐츠학회지 Vol.14 No.4

가상현실(Virtual Reality) 콘텐츠를 활용한 인지재활프로그램이 노인의 인지기능, 우울감, 상지기능 및 일상생활능력에 미치는 영향

김영준,박진홍,조영석,김금숙 중소기업융합학회 2020 융합정보논문지 Vol.10 No.8

본 연구는 가상현실(Virtual Reality, VR) 콘텐츠를 활용한 인지재활 프로그램이 노인의 인지기능, 우울감, 상지기능 및 일상생활활동능력에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 연구 집단은 가상현실 인지재활 적용군인 실험군과 보편적 인지자극프로그램 적용군인 대조군으로 나누어 효과성을 분석하였다. 연구결과 MMSE-K 점수가 실험군 13.0%, 대조군 2.3% 향상되었다. 실험군의 영역별 향상도는 MBI 3.1%, MFT(Rt.) 7.1%, MFT(Lt.) 3.5%, K-GDS –25.4%를 나타냈다. 각 집단 간 사전-사후 점수 변화를 비교해 본 결과 일상생활활동능력(p<.001)과 MFT(Rt.)(p<.01)에서 집단 간 유의미한 차이가 있었다. 또한 뇌파를 통해 우울감의 정도를 확인하기 위해 절대 알파파의 변화량을 비교해 본 결과 통계적으로 유의한 차이는 없었지만, 실험군에서 평균값이 양의 값으로 증가하는 결과를 확인할 수 있었다. 이번 연구는 가상현실 콘텐츠를 활용한 인지재활프로그램의 효과성을 검증한 실험으로 노인의 일상생활활동능력, 인지기능, 우울감 및 상지기능을 유지 및 개선하기 위한 새로운 중재방법을 제시한 것에 그 의미가 있겠다. The purpose of this study was to investigate the effects of cognitive rehabilitation programs using Virtual Reality(VR) content on the daily living abilities such as cognitive abilities, depression, and upper extremity functions of the elderly. The study group analyzed the effectiveness by separating the experimental group, which is the virtual reality cognitive rehabilitation application group, and the control group, the universal cognitive stimulation program application group. As a result of the study, the MMSE-K score improved by 13.0% in the experimental group and 2.3% in the control group. The improvement in each area of the experimental group was found to be 3.1% MBI, 7.1% MFT(Rt.), 3.5% MFT(Lt.), and 25.4% K-GDS. As a result of comparing the pre-post score change between each group, there was a significant difference between groups in daily living ability (p<.001) and MFT(Rt.)(p<.01). In addition, as a result of comparing the changes in absolute alpha waves to confirm the degree of depression through brain waves, there was no statistically significant difference. However, in the experimental group, it was confirmed that the average value increased to a positive value. This study is an experiment to verify the effectiveness of the cognitive rehabilitation program using virtual reality contents, and suggests a new intervention method to maintain and improve the daily life ability, cognitive function, depression and upper extremity function of the elderly.

HMD 기반 가상현실 영상의 시각적 특징에 대한 연구

전경란(Gyongran Jeon) 한국애니메이션학회 2017 애니메이션연구 Vol.13 No.1

사진과 영화가 발명된 이후 영상을 본다는 것은 카메라가 비추는 영상을 일방적으로 수용하는 것으로, 프레이밍을 통해 구축되는 시선을 갖는 것을 의미했다. 그러던 것이 가상현실 영상에서는 영상을 보는 시선이 보는 사람에 의해 선택되고 통제되는 것으로 변화한다. 이는 보는 사람과 영상이 관계 맺는 방식의 변화, 즉 영상을 보는 방식의 변화를 의미한다. 따라서 이 연구에서는 가상현실 영상을 본다는 것이 지닌 의미를 탐구하고, 프레임이 사라진 가상현실 영상의 연출은 어떤 식으로 구성되는지 살펴보았다. 먼저 가상현실 영상은 현실 세계에서의 시선의 작용을 재매개한다. 그러나 가상현실 영상에서 이용자는 이론적으로는 모든 것을 볼 수 있지만, 현실적으로는 동시다발적으로 벌어지는 사건들을 동시에 모두 볼 수 없기 때문에 자신이 선택한 시점에서만 영상을 볼 수 있다. 이러한 상황에서 이용자는 시선을 조정하며 끊임없이 탐색하는 시선을 갖게 되며, 이는 가상현실이 구현하는 시각 공간의 전 방향을 유심히 살펴봐야 하는 시선이라 할 수 있다. 이러한 특징으로 인해 가상현실 영상은 컷의 변화를 최소화하는 롱테이크 연출이 적극적으로 활용되며, 숏의 구성에서도 카메라워크를 활용한 영상이 아닌 대상의 움직임에 기반을 둔 영상을 연출한다. 또한 자유롭게 시선을 이동할 수 있는 이용자를 제작자가 의도한 영상으로 유도하기 위해 내레이션과 음향 등 청각적인 요소를 활용하는 연출이 이루어진다. 이는 가상현실의 영상연출과 매체미학적 특성을 다룰 때 이용자의 인지적인 측면에 대한 지속적인 이해가 필요함을 시사한다. Since the invention of photography and film, act of watching images is unilaterally receiving the images which had been taken by cameras, in other words, obtaining a view which has been structured through framing. But, in virtual reality, view that watches imageries becomes the one that is being chosen and controled by the watcher. This means that the way of building relationship between watchers and imageries is changing, that is the alteration of how we watch. So, in this research, the meaning of watching virtual reality imageries and frame-less presentation of virtual reality imageries had been researched. First, virtual reality re-mediate the action of view in real world. However, theoretically virtual reality users can watch every images, but practically users cannot watch every event simultaneously and only can watch through the view that they chose. Under this circumstance, users get the view that scans virtual images while incessantly adjusting the line of sight, and this is the view that watches every corner of the visual space materialized by virtual reality. Due to these features, virtual reality is actively used in long-take shots which minimize the shifts of cuts. Also, in the aspect of organization of shots, it creates images based on movement of subject, not movement of camera. Moreover, to guide users who can alter their views freely to the video which purported by the creator, auditory elements such as narration and sound are used. This implies that understanding of users’ cognitive aspect is essential for creating virtual reality image and managing its media-aesthetical features.