가상 체험형 스노우보드 게임을 위한 3D 게임 엔진

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 차세대 3D 몰입형 가상현실 게임 설계 및 구현을 위한 특화된 게임 엔진을 제작하기 위한 것이다. 이러한 형태의 게임은 고화질의 기술, 3D 영상, 그래픽 하드웨어, 고속 네트워크 기술의 발전으로 인해 가능하다. 여기에 몰입형 가상현실 기법이 추가됨으로써 3D 몰입형 가상현실 게임은 학계와 업계 모두 관심의 대상이 되고 있는 실정이다.
가상현실은 3D 모델링과 시각적 인터페이스 및 애니메이션, 그리고 인간과 컴퓨터 간 상호작용 등 여러 요소를 포함하는 혁신적인 기술이다. 이러한 가상현실의 각 요소들은 주로 교육, 엔터테인먼트 또는 몰입형 가상현실 게임에 이용되고 있다. 그러나 기존 상용화된 게임 엔진은 모니터, 키보드, 마우스 등만을 사용하기 때문에 가상현실 장비와 연동되기 위해서는 엔진에 대한 입출력 기능을 따로 구현할 필요가 있다. 또 기존의 게임 엔진은 내부 기술이 비공개 되어 있기 때문에 이를 습득, 수정, 보완하는데 많은 어려움이 존재한다.
본 논문에서는 스노우보드에 가상현실 장비를 연동하여 실시간 몰입이 가능한 체감형 게임을 설계하고 이에 필요한 게임 엔진을 구현한다. 이를 위해 본 논문에서는 다음과 같은 요소를 중점적으로 설계하고 구현한다:
첫째, 지형의 실시간 렌더링을 위해 ROAM(Real-Time Optimally Adapting Meshes)알고리즘 기법을 적용하는 한편, 지형 생성 편집을 위한 지형 맵 툴을 구현한다.
둘째, 캐릭터의 실제 움직임을 비롯하여 지형과 캐릭터 사이의 충돌, 방향 전환, 속도 전환 등을 처리하기 위하여 물리 엔진을 구현한다.
셋째, 가상현실 게임의 배경 제작을 위한 가상환경 편집기를 제공하여 간단하면서도 쉽게 가상환경을 구현한다.
넷째, 가상현실 게임의 입력 장비인 햅틱 장비와 센서, 출력 장비인 모니터, 모션 장치, 빔 프로젝터 등과의 인터페이스를 구현한다.
최종적으로 본 논문에서는 제안된 3D 체감형 게임 엔진과 기존 상용 엔진과의 기능 분석을 통하여 차세대 게임 기술로서의 유용성을 분석한다. 또 게임 전후의 신체의 혈관과 맥파의 변동을 분석함으로써 게임으로써 뿐만 아니라 체감형 스포츠 게임으로써의 운동 효과를 확인한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper presents a specialized game engine devised to design and implement a 3D immersive virtual-reality game. This kind of games became possible through the advancement in high-speed network, 3D imaging, and high-resolution imaging techniques. By adding the immersive virtual-reality skills to the techniques, the 3D immersive games draw the attention of both academic and business communities.
Virtual reality is an innovative technique involving human-computer interaction, animation, visual interface, and 3D modeling. These elements are used mainly in educations, entertainments, and the immersive virtual-reality games. However traditionally commercialized game engines use only such plain I/O devices as monitors, keyboards, and mouses. Moreover the inside techniques of the traditional game engines are not open to general users. As a result, it's been difficult for the users to understand, modify, and complement the traditional game engines.
In this paper, we connect the snowboard with virtual-reality devices to design a real-time bodily-sensing game. To this purpose, we design and implement the following fundamental elements:
First, we apply ROAM algorithm for the real-time terrain rendering, and we provide a map tool for producing and editing the terrain geometry.
Second, We implement a physics engine that manipulates character movements, collision between terrain and character, directional turn, and change in the velocity.
Third, we implement a virtual-reality editor that could be used for the production of the game background image.
Fourth, we implement interfaces with the input devices such as haptic devices and sensors, and with the output devices such as monitors, motion equipments, and beam projectors.
Finally, we analyze the validity of the proposed game engine through the functional comparison between the traditional game engines and the proposed game engine. In addition, we confirm the validity of the proposed system as a bodily-sensing game, by analyzing the blood and cardiographic signal before and after playing the snowboard game.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 = 1
• 제 2 장 관련연구 = 5
• 제 1 절 3D 게임 엔진 = 6
• 1. 3D 게임 엔진의 개념적 모델 = 6
• 2. 상용 3D 게임 엔진 = 11
• 3. 3D 게임 엔진의 현황 = 18
• 제 2 절 가상현실 = 21
• 1. 가상현실의 개념적 모델 = 21
• 2. 가상현실 게임 = 29
• 3. 가상현실 게임의 현황 = 31
• 제 3 장 제안한 게임 엔진 시스템 = 35
• 제 1 절 3D 게임 엔진 = 38
• 1. 엔진의 구성 = 38
• 2. 지형엔진 = 40
• 3. 캐릭터 이동을 위한 물리 엔진 = 62
• 4. 가상현실 엔진 = 73
• 제 2 절 가상현실 장비와의 연동 = 90
• 1. 데이터 추출 장치 및 연동 시스템 구성 = 90
• 2. 연동 방법 및 구현 = 92
• 제 4 장 시스템 응용 및 분석 = 94
• 제 1 절 3D 스노우보드 게임 설계 = 95
• 1. 스노우보드 게임의 기본 구성 요소 = 95
• 2. 스노우보드 게임 설계 = 99
• 제 2 절 구현 결과 및 분석 = 104
• 1. 스노우보드 게임 화면 = 104
• 2. 제안한 게임 엔진과 상용 게임 엔진과의 기능 비교 = 105
• 3. 가상 체험형 스포츠 게임으로써의 영향 = 107
• 제 5 장 결론 및 향후 연구 과제 = 109
• 참고문헌 = 111
• Abstract = 113