3D그래픽 엔진을 이용한 다차원, 다시점 공간가시구조 분석기법에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

과거의 정성적 공간평가기법에 비하여 구조적, 시각적 분석방법들은 설계자들에게 객관적인 데이터를 제시하였고, 그 유효성이 충분히 검증되고 있다. 그러나 현대건축물의 형태가 복잡해지고 공간의 연출이 다원화되면서 이러한 분석법들은 어느 정도 한계성을 띠기 시작하였고, 정밀한 공간분석을 위한 연구자들의 욕구는 기존연구의 보완을 통한 새로운 이론을 제시하고 있다.
기존의 공간분석방법의 문제점은 첫 번째, 기존의 연구이론은 모두 2차원 평면이론으로서 한계를 가지고 있으며, 두 번째, 여전히 남아있는 시점선정에 대한 문제를 갖고 있고. 세 번째, 공간 내에서 발생하는 관찰자의 시각적 행태의 보정에 대한 문제가 해결되지 않았다는 것이다. 이에 본 연구에서는 다음과 같은 방법으로 3가지 문제에 대한 해법을 제시하였다.
첫 번째 문제인 3차원 공간으로의 확장은 분석을 위한 3차원 그래픽 엔진을 개발하는 것이다. 과거 공간분석이론은 인간이 실제 건축공간에 대하여 분석결과를 계산하는 것은 거의 불가능에 가깝기 때문에 매우 관념적이고 실험적이었다. 그러나 컴퓨터 보급화 컴퓨터그래픽의 발달로 이러한 복잡하고 반복적인 알고리즘을 손쉽게 연산해 낼 수 있고 또한 효과적인 그래픽으로 재현해 낼 수 있게 되었다. 특히 최근 들어 3차원 그래픽엔진의 발달로 등장한 가상현실 시스템은 카메라 시점의 융통성 있는 조절로 3차원 공간을 2차원 환경에서도 효과적으로 시각화할 수 있다. 이러한 측면에서 1단계 연구는 Isovist와 VAE이론에서 사용되는 2차원 매트릭스를 3차원으로 확장시켜 이를 분석할 수 있는 3차원 그래픽엔진을 제작하는 것이다.
본 연구에 제안하고자 하는 그래픽 엔진의 알고리즘은 게임에서 사용되는 슈팅과 매우 유사한 구조를 갖는다. 3차원 매트릭스를 정규화된 3차원 행렬로 정의해놓고 시점에서 각 목표점으로 순차적으로 총알을 발사하면 그 총알이 오브젝트의 법면에 충돌하는가를 판별하여 충돌감지가 되지 않고 목표점에 무사히 도달하면 행렬데이터의 값을 증가시키는 방법을 사용하는 것이다.
오브젝트는 3DSMax나 Maya와 같은 모델러에서 모델링되어 .x파일의 형식으로 변환되어 리소스로 코드내로 Import되며, 충돌감지는 각 면을 분해하여 자신을 제외한 모든 점에 순차실행을 시킨다. 이렇게 얻어진 각 행렬의 데이터를 최고 값에 대한 백분율로 변환하여 Curve조정이 가능한 색상으로 각 점을 표시하게 되면 Curve보정을 통해 3차원 공간내의 가시체적 및 가시성을 육안으로 확인할 수 있게 된다. 이렇게 나타난 시각곡선이 가시체적이 된다. 이러한 과정을 통해 제작된 분석엔진은 1차적으로 원시도형를 이용하여 평가하고 이 결과데이터에 대하여 z축을 기준으로 단층분석을 수행한다. 그 이유는 인간의 시점이 보행시와 착석시와 같이 특정한 레벨에 국한되기 때문에 각 레벨마다의 가시영역선의 통계를 이용하여 레벨의 변동에 따른 차이를 분석한다. 이후 단층분석에 의해 얻어진 결과를 이용하여 유효가시체적지표를 정의하고 이를 기반으로 건축모델에 대한 3차원 분석을 수행한다.
2단계 연구는 두 번째 문제인 시점 선정에 대한 것으로 분석하고자 하는 것으로 절두체 컬링을 이용한다. 2~3개의 가상의 파일럿 공간을 설정하여 사례기반으로 연구를 수행한다.
3단계 연구인 시지각 행태분석은 가상공간을 이용하여 안구측정 테스트를 수행하여 패턴을 읽어 내도록 한다. 아이트래커(Eye Tracker)는 주로 의학(안과)와 심리학분야에서 사용되는 안구추적 장비이다. 본 연구팀은 실험을 위한 가상공간을 디자인한 후 아이트래커를 착용한 피실험자들이 공간을 인식하는 과정과 길을 찾기 위해 이동하는 과정, 경사로와 같은 레벨변경 상황에서 안구의 움직임을 기록하여 시야각과 시점전환에 대한 연구를 수행할 예정이다.
* 확장된 평가지표의 제안
본 연구는 기존의 검증된 그래프 이론들을 3차원으로 확장시키고 체험자의 행태가 반영된 다시점 분석으로 구체화시키는 것이므로 지표도 기존 이론의 지표를 확장시키는 형태가 될 것이다.
우선 1단계 Isovist와 VGA를 기반으로 하는 비지향성 이론의 3차원화는 주로 Z축으로의 변위에 따른 지표가 추가된다. 예를 들면 Isovist의 가시영역은 가시체적으로 VGA의 Connectivity는 순수가시연결빈도, 유효레벨가시연결빈도, 경로가시연결빈도등이 산출될 수 있으며, 역으로 각 시점의 공간연결도를 측정하면 레벨가시율, 경로가시율등의 지표를 얻어낼 수 있다. 또한 지표간의 상관관계를 이용한 개방도, 개방각, 시각적 명료도 등의 2차 지표가 예상된다.
2단계는 다시점 이론 시점변동에 따른 지표가, 3단계는 시각적 행태가 반영된 지향성 이론이므로 각각 확장의 속성에 따른 새로운 지표들이 제시될 것이다.