몰입형 가상환경에서의 역운동학기반 인체 움직임 측정

Abstract

가상현실이란, 다양한 가상공간을 우리가 익숙한 현실처럼 보고, 듣고, 느끼게 제시하고 그 공간과 자연스럽게 대화할 수 있도록 멀티모달 인터페이스를 지원하며 실세계처럼 모사하는 기술을 의미한다. 가상 공간에서 사용자의 움직임을 트래킹 하기 위해 대부분 케이블로 연결된 마그네틱 방식이나 기계적인 방식을 사용하고 있다. 이러한 장비들은 가상장비에 익숙하지 못 한 사람들에게 불편함을 줄 뿐만 아니라, 케이블에 의해 행동반경에 제약을 주는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 카메라를 이용한 트래킹방법이 도입되고 있지만, 여전히 신체일부분에 다수의 마커를 붙여야하는 불편함이 따른다. 본 논문에서는 몰입형 가상현실 장비인 CAVE-like시스템 안에서 마커와 케이블 없이 사용자의 움직임을 실시간으로 추적, 측정하여 사용자의 이동성을 제한하였던 문제점을 해결하고 보다 현실감있고 비강제적인 인터페이스를 위한 트래킹 정보를 제공한다. 이를 위해 카메라를 이용한 비전 트래킹을 선택하고, 동적으로 변화하는 몰입형 가상환경에서 사용자 영역을 추출하기 위해 적외선 필터를 부착한 흑백 카메라와 적외선 비컨을 사용하였다. 추출된 사용자 컬러영상에 프로젝션 타입 가상환경의 특성을 반영한 컬러모델을 적용하여 사용자의 얼굴과 손 영역을 추출 하였다. 위치 추정 단계를 통해 다음 프레임에서의 관심영역 위치를 미리 예측함으로써 강건하고 빠르게 트래킹하였다. 추출된 사용자의 손과 얼굴의 위치 정보를 말단장치(end effector)로 이용하고 관절모델(articulated model)과 운동학적 제약조건을 기반으로 역운동학적인 방법을 통해 사용자의 동작을 측정하였다.;Virtual reality means a technology which offers multi-modal interface to copy the real world so that we can see, listen and feel what’s happening in various cyberspace as we do in the real world and easily communicate with the cyberspace. In most cases, magnetic tracking using cables or mechanical tracking is adopted in order to track users’ movements in virtual reality. But these methods not only make users who are not familiar with virtual device feel uncomfortable but limit the range of their action because of cables. Although a new tracking method using camera was introduced to solve this problem, there remains inconvenience to attach a number of markers to body parts. This paper provides tracking information to prevent restriction of users’ movements and to create a more real and robust interface through tracking and measuring users’ movements without markers or cables under CAVE-like system, an immersive virtual environment. For this, vision tracking using camera was chosen and monochrome cameras with infrared filters and infrared beacons were used to segment user areas in dynamically changing immersive virtual environment. And color model which reflects properties of projection-type virtual environment was applied to segmented colorful images of users in order to segment parts of users’ hands and faces. It makes tracking more fast and robust to predict the location of interest in the next frame by pose estimation. Location information of segmented hands and faces of users are used as end effectors on the basis of articulated model and kinematic constraints and, in this way, users’ poses are possible to predict exactly.