증강현실(AR, Augmented Reality)기술에 관련된 요소기술
작성자 : nhk2050 분류 : 연구개발 | IT 작성일 : 2018.02.22 10:53:21 조회 : 2146 키워드 : 4차산업혁명,디스플레이기술,마커인식기술,영상합성기술,AR
(질문배경)
증강현실(Augmented Reality)은 가상현실(Virtual Reality)의 하나의 분야에서 파생된 기술이다. 증강현실은 현실세계와 가상의 체험을 결합하는 기술을 의미한다. 즉, 실제 환경에 가상사물을 합성하여 원래의 환경에 존재하는 사물처럼 보이도록 하는 컴퓨터그래픽 기법이다. 아래 그림의 왼쪽은 실제 환경을 나태내고 오른쪽은 컴퓨터에 의해 생성된 가상현실이다. 증강현실(AR)은 실제 환경과 가상 환경의 중간 단계이다. 이러한 AR의 기술요소를 살펴보자.
그림1. 증강현실과 가상현실의 관계
(증강현실(AR)의 요소기술)
(디스플레이기술) Augmented Reality에서 가장 일반적으로 사용되는 디스플레이는 HMD(Head Mounted Device)로서 머리에 착용할 수 있는 형태와 Non-HMD(Non-Head Mounted Device)로 분류된다. Non-HMD(Non-Head Mounted Device)는 소형 및 대형 디스플레이장치로 구분된다. 소형 디스플레이 장치는 의료 분야와 같이 좋은 해상도의 결과 영상이 필요하고, 무거운 HMD를 착용할 수 없는 특수한 환경에서 사용된다. 대형 디스플레이 장치는 1대 이상의 프로젝터 또는 CRT와 같은 모니터로 구성된 대형 스크린에 나타나는 3차원 오브젝트를 셔터 안경을 착용한 사용자가 보는 방법으로 구성된다. 이러한 디스플레이 장치는 비행 시뮬레이터, 다중 참여 사무실과 같은 응용 분야에서 사용된다 사용자에게 피로감을 주던 디스플레이 대신에 가볍고 이동성이 부가된 Hand-Held형이 있다. Hand-Held형은 휴대폰뿐만 아니라 PMP, 휴대용 디지털 TV수신기, 휴대용 게임기, PDA 등 종류가 매우 다양하다. 또한, 현재 사용되고 있는 휴대폰은 대부분 카메라를 내장하고 있기 때문에 추가 장비 없이도 증강 현실에 활용되기 좋은 조건을 가지고 있다.
그림2. Non-HMD 디스플레이기술
그림3. Hand-Held형 디스플레이기술
(마커 인식 기술) 증강현실 시스템에서 사용하는 카메라의 수는 대부분 한 대를 사용하기 때문에 3차원 위치 파악을 하기가 쉽지 않다. 따라서 이에 대한 대책으로 마커 인식 기술이 사용되고 있다. 대부분의 증강현실 시스템은 주로 마커를 이용해 상대적 좌표를 축출하고 가상 영상을 실제 영상에 합성시킨다.
(영상 합성 기술) 영상 합성 기술은 크게 카메라 교정기술을 통한 합성과 카메라 교정기술 없이 합성하는 방법 2가지로 구분할 수 있다. 카메라 교정기술을 통한 합성을 하는 이유는 실제 환경에 가상 물체를 위치시켰을 때 어색함이 없이 자연스럽게 합성되어야 하는데 실제로는 다양한 오차(정적 오차, 렌더링 오차, 동적 오차) 등으로 쉽게 구현되지 않는다. 사전에 알고 있는 체크 패턴을 실제 세계에 포함하여 그 패턴이 투영된 영상을 이용하여 카메라를 교정하는 방법이다. 카메라 교정기술 없이 영상을 합성하는 기술도 다각도로 연구되고 있다. 어파인(Affine) 카메라라는 가정하에서 카메라 교정단계가 없이 사용자가 지정한 4쌍의 대응되는 어파인 기점을 이용해 비디오 영상 내에 가상 물체를 합성시키는 방법이다.
Tip
가상/증강현실기술이 최근 많은 분야에서 활용되고 있다. VR 및 AR기술에 관심이 있는 창업자는 본 VR 및 AR기술의 요소기술을 알아두자.
<참고자료>☞ 본문 답변과 관련된 사이트, 문헌자료
www.kisa.or.kr/uploadfile/201508/201508071737325414.pdf
<전문용어>
증강현실, 디스플레이기술, 마커 인식 기술, 영상 합성 기술