스마트한 사회와 증강현실

스마트한 사회와 증강현실

독서신문 칼럼 2010.11.26 (금)

 

Ⅰ. 생각해보기
 
스마트폰 등장으로 모바일 증강현실 (Mobile Augmented Reality: MAR)이 실현되고 있다. 모바일 증강현실은 모바일을 토대로, 물체를 언제 어디서나 내가 볼 수 있는, 즉 내가 속해있는 환경에 대한 정보를 실사에 가깝게 포개진 영상을 통해 얻어지는 기술을 말한다.
 
이 기술을 스마트폰에 내장되어 있는 카메라로 사람이나 건물, 그림 등을 비추면 이와 관련된 이미지나 정보를 3D 가상현실 형식으로 겹쳐 보여주는 기술을 말한다. QR 코드를 예로 들 수 있다.
 
QR코드(QR code)는 흑백 격자무늬 패턴으로 정보를 나타내는 매트릭스 형식의 이차원 바코드이다. QR코드는 주로 일본에서 많이 사용되며 명칭은 덴소 웨이브의 등록상표 Quick Response에서 유래하였다. 종래에 많이 쓰이던 바코드의 용량 제한을 극복하고 그 형식과 내용을 확장한 2차원의 바코드로 종횡의 정보를 가져서 숫자 외에 문자의 데이터를 저장할 수 있다. 보통 디지털 카메라나 전용 스캐너로 읽어 활용한다.
 
주요용도는 건물 위 광고판에 있는  QR 코드 사용자는 이를 휴대폰으로 찍어 인터넷 검색이 가능하다. 초기에는 자동차 부품 생산 관리 등 상품 관리에 널리 이용되어 기존 바코드를 대체하는 개념으로 많이 보급되었다. 이후 일본에서는 카메라폰을 이용하여 QR코드를 다양한 인쇄매체에 인쇄하여 연결된 인터넷 정보를 검색하기 쉽게 하기 위한 수단으로 발전하였다. 예를 들어 잡지 광고에 삽입하여 카메라 폰으로 찍으면 코드를 인식하고 웹사이트로 연결하여 더 자세한 정보를 보여준다든가 QR코드를 명함에 인쇄하여 개인정보 입력을 쉽게 한다든지 다양한 활용 방법이 발달 하였다. 현재 일본에서 판매되고 있는 카메라폰의 대부분이 이를 지원하고 있다. 모바일 증강현실은 이 같은 문제를 직관적으로 해결해 주는 최상의 기술로 부상하고 있다 .

이 기술은 스마트폰에서 동작하는 애플리케이션으로 정착하였다. 최근 들어 모바일 증강현실 애플리케이션들은 아이폰, 안드로이드 등 스마트폰들이 ‘디지털 컴파스’센서를 내장했기 때문에 쉽게 사용자의 위치와 방향 정보를 얻을 수 있다. 따라서 카메라 영상에 사용자가 보고 있는 건물을 구글 등의  지도를 통해 알아낸 뒤 운영체제와 응용프로그램 사이의 통신에 사용되는 언어나 메시지가 실시간으로 입력되는 API(application programming interface)를 통해 겹쳐 그리기만 하면 원하는 정보를 얻어낼 수 있다.
 
이러한 모바일 증강현실이 크게 확대된 계기는 3D영화인 ‘아바타’의 흥행 돌풍이다. 그래픽 기술을 이용한 화려한 3D영상은 영화의 새로운 장을 열었다는 평을 받았다. 이러한 성공에 힘입어 앞 다투어 영화 동영상 디스플레이 등도 3D 영상 구현 기술을 적용하여 경쟁적으로 생산하고 있다. 이와 함께 스마트폰 열풍을 들 수 있다. 스마트폰은 수많은 애플리케이션과 멀티터치 디스플레이를 통해 사용자들에게 완전히 새로운 모바일 경험을 제공하고 있다. 스마트폰인 아이폰과 아이패드는 컴퓨터가 못했던 신체성을 가지고 있다. 아이패드는 정보가 손가락을 통해 내 몸 안으로 들어와 신체성을 회복한 것으로 정보를 손으로 만지는 것을 가능하게 했다. 두 손가락으로 이미지 크기를 조절하고 악기를 연주할 수 있으며, 현실세계와 가상세계를 하나의 영상으로 보여주는 증강현실은 이이폰으로 경험할 수 있는 새로운 즐거움을 주었다.
 
또한 모바일 인터넷 혁명의 시작으로 ‘스마트 워크사회’의 등장이다. 스마트폰 열풍은 스마트TV, 스마트그리드, 스마트가전, 그린컴퓨팅, 그린카 등 개념으로 확산되어 우리 생활을 바꾸고 있다. 이러한 새로운 사회는 ‘스마트워크사회(Smart Work )’ 개념이다. 스마트워크는 스마트폰, 인터넷, IPTV, 케이블 등 각종 방송통신 서비스를 기반으로 장소와 시간에 구애됨이 없이 업무를 볼 수 있는 근무환경 및 업무처리방식을 의미한다. 이는 지능형 근무환경으로 비용절감 및 생산성 제고, 교통혼잡 및 사무공간 운영에 따른 탄소배출량 감소, 여성 · 장애인의 근무환경 개선 등 경제 · 사회적 효과가 클 것으로 기대하고 있다.

Ⅱ. 생각확대하기
 
1. 증강현실(增强現實, augmented reality)
 
현실세계에 3차원 가상물체를 겹쳐 보여주는 기술로 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술이다. 현실세계에 실시간으로 부가정보를 갖는 가상세계를 합쳐 하나의 영상으로 보여주므로 혼합현실(Mixed Reality, MR)이라고도 한다. 현실환경과 가상환경을 융합하는 복합형 가상현실 시스템(hybrid VR system)으로 1990년대 후반부터 미국·일본을 중심으로 연구·개발이 진행되고 있다. 현실세계를 가상세계로 보완해주는 개념인 증강현실은 컴퓨터 그래픽으로 만들어진 가상환경을 사용하지만 주역은 현실환경이다. 컴퓨터 그래픽은 현실환경에 필요한 정보를 추가 제공하는 역할을 한다. 사용자가 보고 있는 실사 영상에 3차원 가상영상을 겹침(overlap)으로써 현실환경과 가상화면과의 구분이 모호해지도록 한다는 뜻이다.
 
가상현실기술은 가상환경에 사용자를 몰입하게 하여 실제환경을 볼 수 없다. 하지만 실제환경과 가상의 객체가 혼합된 증강현실기술은 사용자가 실제환경을 볼 수 있게 하여 보다 나은 현실감과 부가 정보를 제공한다. 예를 들어 스마트폰 카메라로 주변을 비추면 인근에 있는 상점의 위치, 전화번호 등의 정보가 입체영상으로 표기된다. 원격의료진단·방송·건축설계·제조공정관리 등에 활용된다. 최근 스마트폰이 널리 보급되면서 본격적인 상업화 단계에 들어섰으며, 게임 및 모바일 솔루션 업계·교육 분야 등에서도 다양한 제품을 개발하고 있다.

증강현실을 실외에서 실현하는 것이 착용식 컴퓨터(wearable computer)이다. 특히 머리에 쓰는 형태의 컴퓨터 화면장치는 사용자가 보는 실제환경에 컴퓨터 그래픽·문자 등을 겹쳐 실시간으로 보여줌으로써 증강현실을 가능하게 한다. 따라서 증강현실에 대한 연구는 착용컴퓨터 개발이 주를 이룬다. 개발된 증강현실시스템으로 비디오방식과 광학방식 등의 HMD(head mounted display)가 있다.
 
2. 증강현실의 정의

증강 현실은 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술이다. 현실세계에 실시간으로 부가정보를 갖는 가상세계를 합쳐 하나의 영상으로 보여주므로 혼합현실(Mixed Reality, MR)이라고도 한다. 현실환경과 가상환경을 융합하는 복합형 가상현실 시스템(hybrid VR system)으로 1990년대 후반부터 미국·일본을 중심으로 연구·개발이 진행되고 있다. 현실세계를 가상세계로 보완해주는 개념인 증강현실은 컴퓨터 그래픽으로 만들어진 가상환경을 사용하지만 주역은 현실환경이다. 컴퓨터 그래픽은 현실환경에 필요한 정보를 추가 제공하는 역할을 한다. 사용자가 보고 있는 실사 영상에 3차원 가상영상을 겹침(overlap)으로써 현실환경과 가상화면과의 구분이 모호해지도록 한다는 뜻이다.

가상현실기술은 가상환경에 사용자를 몰입하게 하여 실제환경을 볼 수 없다. 하지만 실제환경과 가상의 객체가 혼합된 증강현실기술은 사용자가 실제환경을 볼 수 있게 하여 보다 나은 현실감과 부가 정보를 제공한다. 예를 들어 스마트폰 카메라로 주변을 비추면 인근에 있는 상점의 위치, 전화번호 등의 정보가 입체영상으로 표기된다.

원격의료진단·방송·건축설계·제조공정관리 등에 활용된다. 최근 스마트폰이 널리 보급되면서 본격적인 상업화 단계에 들어섰으며, 게임 및 모바일 솔루션 업계·교육 분야 등에서도 다양한 제품을 개발하고 있다. 증강현실을 실외에서 실현하는 것이 착용식 컴퓨터(wearable computer)이다. 특히 머리에 쓰는 형태의 컴퓨터 화면장치는 사용자가 보는 실제환경에 컴퓨터 그래픽·문자 등을 겹쳐 실시간으로 보여줌으로써 증강현실을 가능하게 한다. 따라서 증강현실에 대한 연구는 착용컴퓨터 개발이 주를 이룬다. 개발된 증강현실시스템으로 비디오방식과 광학방식 등의 HMD(head mounted display)가 있다.

이반 서덜랜드가 see-through HMD를 발전시킨 것을 시초로 하여 연구되기 시작한 증강 현실은 가상 현실의 한 분야로서 가상 현실과는 또 다른 의미를 가진다. 가상현실 기술은 일반적으로 사용자가 가상의 환경에 몰입하게 하므로 사용자는 실제 환경을 볼 수 없는 반면, 증강 현실 기술에서는 사용자가 실제 환경을 볼 수 있으며, 실제 환경과 가상의 객체가 혼합된 형태를 띤다. 다시 말하면, 가상 현실은 현실 세계를 대체하여 사용자에게 보여 주지만 증강 현실은 현실 세계에 가상의 물체를 중첩함으로서 현실 세계를 보충하여 사용자에게 보여 준다는 차별성을 가지며, 가상 현실에 비해 사용자에게 보다 나은 현실감을 제공한다는 특징이 있다. 무엇보다 중요한 것은 증강 현실이 현실에는 부재하는 속성을 가상 현실을 통해서 현실 사물에 내재시킴으로서 증강된 현실을 보여 준다는 것이다.

로널드 아즈마(Ronald Azuma)의 증강 현실에 대한 정의가 그 특징을 가장 잘 설명해 주고 있다. 거기에서 그는 증강 현실의 목적에 대한 몇 가지 요소를 거론하는데 그것을 통해서 전체적인 증강 현실의 의미를 파악할 수 있다. 아즈마의 정의에 따르면, 증강 현실 시스템이란, 현실(Real-world elements)의 이미지와 가상의 이미지를 결합한 것. 실시간으로 인터랙션(interaction)이 가능한 것. 3차원의 공간 안에 놓인 것으로 여겨진다.
 
3. 증강현실과 가상현실의 구분

1) 가상현실 - 현실에서 존재하지 않는 정보를 디스플레이 및 렌더릴 장비를 통해 사용자로 하여금 볼 수 있게 한다. 그리고 이미 제작된 2차원, 3차원 기반 가상 환경을 투사하므로 사용자가 현실감각을 느낄 수는 있지만 현실과 다른 공간 안에 몰입하게 된다.

2) 증강현실 - 가상현실과는 달리 사용자가 현재 보고 있는 환경에 가상 정보를 부가해준다는 형태이다. 즉 가상현실이 현실과 접목되면서 변형된 형태 중 하나이다. 때문에 사용자가 실제 환경을 볼 수 있으므로 가상의 정보 객체(예:기후정보, 버스노선도, 길 안내)가 현실에 있는 간판에 표시되기도 한다. 디스플레이를 통해 모든 정보를 보여준다면, 이는 가상현실이며, 음식점 간판에 외부 투영장치를 통해 현재 착석 가능한 자리 정보를 제공한다면 이는 증강현실이라 말 할 수 있겠다.

Ⅲ. 생각정리하기
 
1. 가상현실 (假想現實, virtual reality)

어떤 특정한 환경이나 상황을 컴퓨터로 만들어서, 그것을 사용하는 사람이 마치 실제 주변 상황·환경과 상호작용을 하고 있는 것처럼 만들어 주는 인간-컴퓨터 사이의 인터페이스를 말한다. 인공현실(artificial reality), 사이버 공간(cyberspace), 가상세계(virtual worlds), 가상환경(virtual environment), 합성환경(synthetic environment), 인공환경(artificial environment) 등이라고도 한다.

사용 목적은 사람들이 일상적으로 경험하기 어려운 환경을 직접 체험하지 않고서도 그 환경에 들어와 있는 것처럼 보여주고 조작할 수 있게 해주는 것이다. 응용분야는 교육, 고급 프로그래밍, 원격조작, 원격위성 표면탐사, 탐사자료 분석, 과학적 시각화(scientific visualization) 등이다. 

구체적인 예로서, 탱크·항공기의 조종법 훈련, 가구의 배치 설계, 수술 실습, 게임 등 다양하다. 가상현실 시스템에서는 인간 참여자와 실제·가상 작업공간이 하드웨어로 상호 연결된다. 가상현실 시스템에서는 가상적인 환경에서 일어나는 일을 참여자가 주로 시각으로 느끼도록 하며, 보조적으로 청각·촉각 등을 사용한다.

시스템은 사용자의 시점이나 동작의 변화를 감지하여 그에 대응하는 적절한 변화를 가상환경에 줄 수 있다. 또한 사용자의 현장감을 높여 주기 위해서 입체표시장치, 두부장착교시장치(Head-mounted display) 등의 이펙터(effector)들을 사용하며, 사용자의 반응을 감지하기 위해서 데이터 장갑(data glove), 두부위치센서 등의 센서(sensor)를 사용한다. 
 
2. 유비쿼터스 사회(ubiquitous society)

신성장동력기획단에서 발표한 ‘새로운 정보기술(New IT)’ 분야의 RFID/USN과 융합신산업분야의 IT 융합시스템, 국토해양부 건설기술 연구·개발(R&D)인 u-Eco City 사업, 신도시 광교의 유비쿼터스 안전(u-Security), 파주 유비쿼터스 공원(ubi-Park) 등에서 보듯 우리나라는 유비쿼터스 사회(ubiquitous society)로 빠르게 바뀌어가고 있다. 이때 장소(place), 권력(power), 기술(technology) 등 세 가지 측면을 고려해야 한다. 장소성을 충분하게 살려 유비쿼터스화가 이루어져야 하며, 사회적 약자도 혜택이 돌아가도록 공평한 유비쿼터스 공간이 되어야 한다. 또한 다양한 삶의 모습이 묻어 있는 도시공간에 적합한 유비쿼터스 기술이 적용되어야 한다. 장소, 권력, 기술의 조화가 잘 이루어진다면 전통와 미래가  공존하는 유비쿼터스 장소가 될 것이다.

Ⅳ. 논제찾아보기
 
사이버공간(cyber space)과 유비쿼터스공간(ubiquitous space)의 개념을 설명하고 이를 구현하는 기술인 가상현실(virtual reality)과 증강현실(augmented reality)기술에 대해 쓰시오