A Proposal of a Mobile Augmented Reality Service Model based on Street Data, and its Implementation

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This work was supported by the GRRC program of Gyeonggi province [GRRC2015-B01 Ambient mobile broadcasting service system development].

Jeong Hwan Lee, Master’s Student, Dept. of Telecomm. and Info. Engineering, Korea Aerospace University. [email protected] Jun Lee, Ph.D’s Student, Dept. of Telecomm. and Info. Engineering, Korea Aerospace University. [email protected] Yong Jin Kwon, Professor, Dept. of Telecomm. and Info. Engineering, Korea Aerospace University. [email protected] (Corresponding Author)

도로데이터 기반의 모바일 증강현실 서비스 모델 제안 및 시스템 구현

A Proposal of a Mobile Augmented Reality Service Model based on Street Data, and its Implementation

이정환*․ 이 준**․ 권용진***

Jeong Hwan Lee ․ Jun Lee ․ Yong Jin Kwon

요 약 스마트기기가 보급되면서 사용자들은 위치기반 서비스를 사용하여 자신의 위치와 관련 있는 맞춤형 정보를 손 쉽게 검색할 수 있다. 이러한 위치기반 서비스는 디바이스에 부착된 각종 센서들을 이용한 증강현실 기술을 활용하여 직관적이고 현실감 있는 정보를 제공하고 있다. 하지만 모바일 디바이스의 제한된 크기나 사용자 주변 환경을 고려하지 않은 정보 표시로 인해서 작은 화면상에 표시되는 콘텐츠간의 오버랩이나 사용자의 실제 이동 가능성을 무시하는 아이 콘 배치 등의 문제점들이 대두되고 있다. 본 논문은 이런 문제점을 해결하기 위해 도로데이터를 활용한 모바일 증강현 실 서비스 모델을 제안한다. 제안한 모델은 사용자들이 생활하는 실생활공간과 사용자 위치 및 콘텐츠가 도로데이터를 기준으로 배치된 정보공간으로 구성된다. 실생활공간에서는 도로상에 위치한 사용자가 주변의 도로를 카메라로 비추 어 주변 콘텐츠를 요청한다. 그리고 정보공간에서 사용자의 위치로부터 콘텐츠까지의 이동경로를 고려하여, 비춰진 도 로를 따라 손쉽게 이동 가능한 정보, 즉 이동 가능성이 보장된 정보들을 검색한다. 더불어 검색한 정보들을 도로를 기준 으로 배치함으로써 모바일 증강현실 서비스에서 발생하는 문제점들을 해결하고 있다. 또한 본 논문에서는 제안한 모델 을 적용한 시스템을 경기도 고양시의 “애니골” 지역을 대상으로 구현하여 그 효율성과 편의성을 확인하고 있다.

키워드 : 모바일 증강현실, 위치기반 서비스, 도로데이터

Abstract The popularity of smart devices and Location Based Services (LBSes) is increasing in part due to users demand for personalized information associated with their location. These services provide intuitive and realistic information by adopting Augmented Reality (AR) technology. This technology utilizes various sensors embedded in the mobile devices. However, these services have inherent problems due to the devices small screen size and the complexity of the real world environment; overlapping content on a small screen and placing icons without considering the user’s possible movement. In order to solve these problems, this paper proposes a Mobile Augmented Reality Model with the application of Street Data. The model consists of two layers: “Real Space” and “Information Space”. In the model, a user creates a query by scanning the nearby street with a camera in real space and searches accessible content along the street through the use of the information space. Furthermore, the results are placed on both sides of the street to solve the issue of Overlapping. Also, the proposed model is implemented for region “Aenigol”, and the efficiency and usefulness of the model are verified.

Keywords : Mobile Augmented Reality, Location Based Services, Street Data

1. 서 론

최근 급속도로 이루어진 스마트 폰의 보급과 무선 통신기술의 발달로 모바일 환경이 음성통신 위주에서 데이터통신 위주로 변하고 있다. 이에 따라 모바일 사

용자들은 언제 어디서나 인터넷에 접속하여, 특정 키

워드를 통하여 자신이 원하는 정보를 검색하고 그 결

과를 텍스트, 이미지, 동영상 등 다양한 형태로 획득하

고 있다. 하지만 낯선 장소에 있는 모바일 사용자가

위와 같은 검색방법을 사용하여 자신 주변의 장소 및

Figure 1. Example of Mobile Augmented Reality (Layar) 건물에 대한 정보를 획득하는 데에는 많은 어려움이

있다. 예를 들면, 자신의 위치를 대표할 수 있는 키워 드나 주변 건물이름 등과 같은 정보검색에 필요한 지 식이 없을 경우 원하는 정보를 검색하기가 쉽지 않다 [1,2]. 이러한 상황의 사용자들을 위해 자신의 위치를 중심으로 주변의 정보들을 제공하는 위치기반 서비스 가 제공되고 있다[3,4,5].

위치기반 서비스는 이동통신망이나 Global Positioning System (GPS) 등을 통해 얻은 위치정보를 바탕으로 사람 및 차량 등의 위치 파악, 특정 장소의 날씨, 사용 자 주변의 교통정보, 백화점, 음식점, 극장 등의 생활 정보를 사용자에게 제공한다[6]. 이런 서비스들은 초 기에는 지도나 텍스트기반으로 정보를 제공 하였으 나, 최근 들어 모바일 디바이스에 부착된 각종 센서를 활용하여 직관적인 형태로 정보를 제공할 수 있는 증 강현실기술기반의 서비스가 등장하고 있다.

증강현실기술은 카메라에 비추어지는 현실세계 위 에 컴퓨터그래픽으로 구현한 객체를 증강하여 보여주 는 기술로, 현실세계와 관련 있는 정보를 동시에 표현 함으로써 사용자에게 더욱 현실감 있는 서비스를 제 공한다. 위치기반 서비스는 디바이스에 내장된 방위 각센서(azimuth angle sensor)를 통해 사용자가 바라보 는 방향을 측정하여, 카메라에 입력되는 영상범위에 존재하는 정보들을 검색한다. 또한 각종 센서 정보를 계산하여 검색한 정보들을 디바이스 화면의 적당한 위치에 표시하여, 사용자는 제공되는 정보에 대해 거 리 및 방향 정보를 알 수 있다[5,7].

하지만 최근에 위치기반 콘텐츠가 급속도로 증가함 에 따라 사용자가 원하는 정보를 획득하는데 많은 문 제점이 나타나고 있다. 예를 들어, 위치기반 콘텐츠가 특정 지역에 밀집되어 있을 경우 단말기 화면의 특정 부분에 일정 크기의 아이콘이 다수 배치되어 서로 겹 쳐지는 오버랩(overlap) 현상이 발생한다. 이러한 경우 사용자는 원하는 정보를 쉽게 판별할 수 없다. 또한 건물 외벽이나 수풀과 같은 사용자가 지나갈 수 없는 장애물에 콘텐츠의 아이콘이 배치되는 경우가 빈번히 발생하고, 이 때 사용자는 제공되는 정보에 도달하기 위한 실제 이동경로를 결정하기가 매우 어렵다. 즉, 대부분의 증강현실기술을 활용한 위치기반서비스에 서는 사용자의 실제 이동가능성에 관련된 정보를 전 혀 고려하지 않고 있다.

이와 같은 문제는 사용자 및 콘텐츠의 위치정보, 모 바일 디바이스의 센서 정보만을 이용하여 사용자와 콘텐츠간의 거리 및 방향만을 계산하고, 그 결과를 바 탕으로 서비스 화면에 콘텐츠를 배치하기 때문에 주

로 발생한다[5].

본 논문은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 도 로데이터를 활용한 모바일 증강현실 서비스 모델을 제안한다. 제안한 모델은 실생활 공간과 정보공간으 로 구성된다. 실생활공간은 사용자가 실존하는 공간 으로 사용자가 주변의 도로를 모바일 기기로 비출 경 우 해당 도로에 대한 도로쿼리가 발생한다. 여기서 도 로쿼리는 사용자가 선택한 도로와 관련된 콘텐츠를 요청하는 것을 말한다. 정보공간은 사용자의 위치와 콘텐츠를 도로데이터를 기준으로 재배치한 공간으로, 사용자의 이동경로를 고려하여 주변의 콘텐츠를 검색 한다. 제안한 모델에서는 특정 도로에 대해 도로쿼리 가 발생할 경우, 사용자의 위치에서 도로쿼리가 발생 한 도로를 따라 손쉽게 이동가능 한 콘텐츠들을 검색 한다. 그리고 검색된 결과들을 도로를 기준으로 표시 하여 모바일 증강현실 서비스에서 발생하는 문제점들 을 해결한다. 끝으로 본 논문에서는 제안한 모델을 적 용한 서비스를 경기도 고양시의 전통식당거리인 “애 니골”지역을 대상으로 구현하여 본 서비스의 편의성 및 효율성을 검증하고 있다.

2. 연구배경

2.1 모바일 증강현실

증강현실은 카메라 영상으로 들어오는 현실세계에

가상의 객체를 겹쳐 하나의 영상으로 보여주는 기술

로서 가상현실의 한 분야로 출발하였다[6]. 이러한 증

강현실 기술은 초기 Head Mounted Display (HMD)나

각종 센서가 부착된 하드웨어를 이용하여 사용 되었

지만 최근 모바일 디바이스기술이 발달하면서 이동성

을 갖는 증강현실 서비스라는 의미로 모바일 증강현

실이 등장하였다. 이러한 모바일 증강현실 기술은 과

Figure 2. Overlapping of The Contents

Figure 3. Example of Layar 거 3D가상 객체의 표현과 실시간 비디오와의 합성에

초점을 맞추는 것과는 달리, 최근의 스마트 폰 기반의 모바일 증강현실 서비스는 위치, 방향 등의 다양한 센서 정보를 활용하여 인터넷 서비스와 결합시키고 증강된 인터페이스의 형태로 제공하는 것에 초점을 맞추는 정보 서비스의 형태로 진화하고 있다[8,9]. Figure 1은 대표적인 증강현실 서비스의 예로, 상점, 관광, 영화 등 사용자가 원하는 주제를 선택하여 검색 할 수 있으 며 SNS (Social Network Service)와 연동한 정보 검색 도 가능하다[1,10].

2.2 증강현실 추적기술

증강현실 추적기술이란 카메라로 들어오는 현실 세 계 영상에서 가상의 이미지나 태그 정보가 부착될 관 심대상을 찾아내는 기술을 말한다. 이러한 추적 기술 의 종류는 센서(Sensor) 기반, 비전(vision) 기반, 하이 브리드(hybrid) 기반으로 구분 된다. 센서 기반 추적 기술은 사물의 위치와 움직임, 속도, 방향 등을 정밀하 게 추적하는 기술로써 GPS, 디지털나침반, 가속도센 서 등을 이용하는 방식이고, 비전 기반 추적 기술은 마커(marker), 비마커(makerless) 인식 방식과 사물인 식, 이미지 매칭 기반 방식을 말한다. 하이브리드 방식 추적 기술은 센서 기반과 비전 기반의 추적기술을 복 합적으로 사용하는 방식을 말한다[9,11].

최근 사용되고 있는 스마트 폰 기반의 모바일 증강 현실 서비스들은 대부분 센서 기반의 추적 기술을 활 용하고 있으며, 단말기 성능의 향상에 따라 비마커 기 반 방식의 비전 기반 추적기술의 활용으로 확장 되고 있다[12].

2.3 기존 모바일 증강현실 서비스의 문제점

모바일 증강현실 서비스의 대표적인 예로는 Layar[8], Wikitude[13], Ovjet[10] 가 있으며 센서기반의 추적기 술을 사용하고 있다. 이 서비스들은 모바일 디바이스 의 GPS 및 방위각센서와 위치기반 콘텐츠의 좌표 값 을 이용하여, 사용자가 바라보는 방향에 존재하는 정 보들을 검색한다. 그리고 사용자와 위치기반 콘텐츠 간의 상대적인 방향 및 거리 정보를 계산하여 디바이 스 화면의 적절한 위치에 콘텐츠를 표시한다. 또한, 사용자의 위치나 카메라가 비추는 방향의 변화에 따 라 디바이스에 표시되는 콘텐츠의 아이콘이 실시간으 로 이동하여 더욱 현실감 있는 형태로 정보를 제공한 다. 하지만 이러한 서비스에 있어서 사용자가 원하는 정보를 획득하는데 다음과 같은 문제가 있다.

첫째, 표시되는 콘텐츠 간에 겹침 현상, 즉 오버랩이 발생한다. 모바일 화면의 특정 위치에 둘 이상의 정보 들이 겹쳐져 표시되는 경우, 뒤에 가려진 콘텐츠를 확 인하기가 어렵다. 오버랩 문제는 주로 동일한 방향에 위치하는 콘텐츠를 간에 발생하며 이에 대한 자세한 내용은 2.4에서 다룬다. Figure 2는 Ovjet를 사용한

“ 애니골”지역에서의 서비스 동작 화면으로 콘텐츠 분 포와 일부 위치에서 오버랩이 발생함을 알 수 있다.

오버랩 문제를 해결하기 위해 Layar에서는 Figure 3 과 같이 화면 중앙에 위치한 콘텐츠에 대한 정보를 화면 하단에 표시한다. 화면에 표시되는 콘텐츠들 간 에 오버랩이 발생하고 있지만 사용자가 특정 콘텐츠 를 화면 중앙에 초점을 맞추어 가려진 정보를 확인 할 수 있다. 하지만 디바이스의 작은 흔들림에도 콘텐 츠의 위치가 반응하여 이동하기 때문에 원하는 것에 초점을 맞추기가 어렵고, 오버랩이 되는 콘텐츠의 수 가 많을수록 원하는 정보를 선택하기 힘들다.

Wikitude 는 오버랩이 발생하는 콘텐츠들을 묶어 하

나의 아이콘으로 표시하는 방법을 사용한다. Figure

4 와 같이 대표 아이콘을 표시하고, 이를 클릭 할 경우

오버랩이 발생하거나 유사한 방향에 존재하는 콘텐츠

들을 리스트 형태로 제공한다. 하지만 이런 방법을 사

Figure 4. Example of Wikitude

Figure 5. Lack of User’s Mobility

Figure 6. Information Retrieval in Mobile Augmented Reality

용할 경우, 사용자가 원하는 정보를 찾기 위해 표시되 는 아이콘을 클릭하여 세부 정보들을 확인해야하는 불편함이 있다.

둘째, 사용자의 이동가능성이 고려되고 있지 않는 다. 여기서 이동가능성이란 사용자가 직관적으로 이 동경로를 판단할 수 있는 성질을 말한다. 검색된 콘텐 츠가 지나갈 수 없는 장애물 위에 표시되는 경우, 사용 자는 실제 이동경로를 결정하기 어렵다. 그래서 대부 분의 사용자들은 지도를 이용하여 주변 환경과 자신 의 위치를 파악하고 이동경로를 파악하는 과정이 필 요하다. Figure 5의 경우 사용자 주변의 은행에 대한 검색 결과가 존재하지만, 주어진 화면만으로 해당 은 행까지의 이동경로를 판단하기가 어렵다. 이러한 문 제는 모바일 디바이스의 센서정보만을 이용하는 정보 검색 방법에 있어서 사용자의 주변 환경이 반영되지 않았기 때문에 발생한다. 이러한 문제의 해결방안에 대한 연구는 아직 시행되지 않고 있으며, 모바일 증강 현실서비스 사용자들이 증가함에 따라 문제의 해결 방안이 필요하다.

2.4 기존 서비스의 검색 및 표시과정

일반적인 모바일 증강현실 서비스는 Figure 6과 같

이 두 단계의 검색 과정을 거친다.

(A) 는 사용자의 위치를 중심으로 일점 범위 내의 정보를 검색하는 과정으로 모바일 디바이스의 GPS좌 표와 검색범위를 이용하며, 이러한 검색 과정은 (1)과 같다.

_



 (1)

여기서 p는 사용자의 위치, r은 검색범위, C는 위치 기반 정보들의 집합, dis(p,c)는 p와 c사이의 거리이다.

이 과정은 일반적은 위치기반 서비스에서 사용되며, 증강현실 기반의 서비스에서는 카메라 영역 내에 존 재하는 정보만을 검색하기 위해 (B)와 같은 과정을 추가로 거치며, 이는 (2)와 같다.

_



^



 ⁽²⁾

여기서 ang(p,c)는 p의 위치에서 북쪽을 기준으로 c 의 방위각, θ는 디바이스 방위각, α는 디바이스 시야 각을 의미한다.

위와 같은 검색과정을 통해 증강현실 기반의 서비 스에서 주변의 정보들을 검색하고 있지만, 그 결과에 대해 사용자의 이동 가능성은 고려되지 않는다.

콘텐츠를 표시하는 방법은 P와 θ를 기준으로 검색 된 콘텐츠들의 방향 및 거리를 계산하여, 디바이스에 표시되는 콘텐츠의 좌표를 결정한다. x와 y는 모바일 디바이스의 좌표를 말하며, 서비스나 모바일 디바이 스에 따라 상대적인 계산 값을 갖는다.

여기서

는 θ를 기준으로 콘텐츠의 각도를,

는 p 부터 A까지의 거리이다.

일반적으로 모바일 증강현실 서비스에서 위와 같은

방법을 사용하여 디바이스 화면에 검색한 정보를 표

시한다. 하지만 수십에서 수백 미터(m)에 이르는 검색

범위에 존재하는 정보들을 제한된 크기의 모바일 디

바이스에 표시하는데 있어서 Figure 7과 같이 동일한

Figure 7. Displaying Contents in Mobile Augmented Reality

Figure 8. Mobile Augmented Reality Service Model Figure 9. Real Space 방향에 존재하는 콘텐츠간의 오버랩이 발생한다.

3. 도로데이터를 활용한 모바일 증강현실 서비스 모델 제안

본 논문은 2.3절에서 언급한 문제들을 해결하기 위 해 도로데이터를 활용한 모바일 증강현실 서비스 모 델을 제안한다. 여기서 도로데이터는 양쪽으로 건물 이 들어선 도로의 좌표 정보이다. 제안하는 모델은 갈 림길에 위치한 사용자가 주변의 도로를 카메라로 비 추어 손쉽게 이동할 수 있는 정보들을 검색하는 것을 목적으로 한다.

3.1 도로데이터를 활용한 모바일 증강현실 서비스 모델

제안한 모델은 실제 사용자들이 도로상에서 정보를 검색하고, 도로를 따라 목적지까지 이동하는 특징을 활용한다. 구체적으로 이 모델은 Figure 8과같이 실생 활공간과 정보공간으로 구성되며, 실생활공간의 사용 자가 주변의 도로를 선택하고 카메라를 비춤으로써 도로쿼리가 발생하고, 정보공간에서 사용자와 위치기반 정보까지의 이동경로를 고려하여 도로쿼리가 발생한 도로에 대해 이동가능성이 보장 된 정보만을 검색한다.

3.2 실생활 공간

생활공간은 실제 사람들이 생활하는 공간으로 사람, 건물, 도로로 구성된다. 이 공간에서 사용자는 도로를 따라 이동하며, 그 위치 및 이동방향이 지속적으로 변 한다. 실생활 공간의 사용자는 도로를 따라 이동하며 여러 갈림길을 마주치게 되고, 이동 방향을 결정하기 위해 “이 쪽 길을 가면 뭐가 있나?”, “주변에 음식점들 이 무엇이 있지?”와 같은 정보 욕구를 가진다. 이 경우 사용자가 주변의 도로를 모바일 카메라로 비춤으로써 해당 도로에 대한 도로쿼리가 생성된다.

사용자의 행동은 모바일에 부착된 GPS와 방위각 센 서를 이용하여 감지할 수 있다. 실시간으로 추출된 센 서 정보와 도로데이터를 활용하여 사용자가 어느 방 향의 도로를 비추고 있는지 파악할 수 있다. 예를 들어 Figure 9 와 같이 모바일기기의 GPS, 방위각센서를 이 용하여 사용자의 위치와 바라보는 방향을 알 수 있고, 도로데이터와 비교하여 사용자가 선택한 도로를 파악 할 수 있다.

3.3 정보공간

정보공간은 수치지도로부터 자동 추출한 도로데이 터를 기반으로 형성된 공간으로, 실생활공간에서 도 로쿼리가 발생할 경우 사용자가 선택한 도로를 따라 손쉽게 이동이 가능한 정보만을 검색한다. 여기서 도 로데이터는 수치지도에서 자동 추출한 실생활 공간의 도로중심선 정보들로, 일정 간격을 갖는 GPS좌표들 을 말하며, 콘텐츠는 실생활공간의 건물에 대한 정보 이다.

정보공간에서는 Figure 10과 같이 사용자 위치 및

콘텐츠를 도로데이터의 특정 좌표에 맵핑한다. 이로

써 사용자로부터 콘텐츠까지의 이동경로를 파악할 수

있으며, 특히 이동 경로 중 특정 도로를 지나치는지

판별할 수 있다. 이러한 원리를 사용자 주변의 도로에

응용하여, 실생활공간에서 도로쿼리가 발생할 경우,

Figure 10. Information Space

Figure 11. Mapping Example (User)

1 function user(real_u) 2 a=999;

3 for w∈V

4 if bound(real_u, w, α)=TRUE then 5 min=dist(real_u, w);

6 if min<a then 7 a=min;

8 info_u=w;

9 end 10 end 11 end

12 return info_u;

13 end of function user

Figure 12. Mapping Algorithm (User) 이동경로 중에서 도로쿼리가 발생한 도로를 포함하는

모든 콘텐츠들을 검색한다. 그리고 이동경로를 파악 하는 과정에서 최단거리를 고려함으로써, 사용자가 해당 도로를 따라 이동할 경우 손쉽게 확인할 수 있는 정보, 즉 이동가능성이 보장된 정보를 검색한다.

3.4 정보공간의 정보검색 과정

정보공간에서는 이동가능성이 보장된 정보를 제공 하기 위해서 사용자의 위치와 콘텐츠를 정보공간의 도로상에 맵핑하고, 이동경로를 파악하여 이동경로 중 도로쿼리를 발생하는 도로를 거치는 정보만을 검 색한다. 이런 검색 사용자 위치 맵핑(mapping), 콘텐 츠 맵핑, 이동경도를 고려한 정보검색의 3단계 과정을 갖는다.

3.4.1 사용자 위치 맵핑

사용자 주변도로의 연결 상태를 확인하기 위해 가 장 먼저 사용자의 위치를 정보공간에 맵핑한다. 맵핑 과정은 사용자로부터 적어도 하나 이상의 갈림길이 존재하는 적당한 상수(α)를 결정하여, 그 범위 내에 존재하는 갈림길들을 추출한다. 그리고 사용자의 위 치와 갈림길 간의 거리를 계산하여 가장 인접한 갈림 길을 찾는다. Figure 11의 경우 사용자의 위치(real_u) 는 α범위 내 가장 인접한 갈림길(

) 에 맵핑된다.

사용자의 위치를 갈림길에 맵핑하는 과정에 대한 알고리즘은 Figure 12와 같다. 실생활 공간의 사용자 위치(real_u)를 중심으로 α범위 내에 존재하는 임의의 갈림길(w)를 검색하고, real_u와 w사이의 거리를 계산 하여 그 값이 최솟값이 되는 w를 정보공간의 사용자 위치(info_u)로 한다.

real_u: 사용자 위치 정보

a: 상수(m)

V: 갈림길 좌표 집합,



 w,s: V 의 원소

bound(u,w, α): u를 중심으로 α범위 내에 w의 존재여부 min: 음이 아닌 정수

dist(u,w): u 와 w사이의 거리(m)

α: 사용자로부터 α거리 내에 적어도 하나의 v가 존 재하는 적당한 상수

정보공간에 사용자의 위치를 맵핑하여, 주변의 연 결된 도로들을 파악할 수 있다. 그래서 모바일 기기의 방위각센서 데이터와 연결 된 도로의 좌표들을 이용 하여 실생활공간의 사용자가 도로를 카메라로 비추는 상황을 감지 할 수 있다.

3.4.2 콘텐츠 맵핑

위치기반 정보들은 도로를 통해 이동 가능한 위치

에 존재한다. 그래서 도로데이터의 세부 좌표들과 위

치기반 정보의 좌표 값을 이용하여, 위치기반 정보를

Figure 13. Mapping Example (Content)

1 function cont(real_u, real_c) 2 a=999;

3 for W∈S 4 for w∈W

5 if bound(real_u, w, α)=TRUE then 6 min=dist(real_c, w);

7 if min<a and min<l then 8 a=m;

9 info_c=w;

10 end 11 end 12 end 13 end

14 return info_c;

15 end of function cont

Figure 14. Mapping Algorithm (Content)

Figure 15. Information Retrieval in Proposed Model

1 function ser(s) 2 info_u=user(real_u) 3 for real_c∈C

4 info_c=cont(real_c) 5 P=dk(info_u, info_c);

6 if P[0]=s then 7 D=D∪{real_c};

8 end 9 end 10 return D;

11 end of function ser

Figure 16. Information Retrieval Algorithm in Proposed Model

가장 인접한 도로상에 맵핑한다. 예를 들어, Figure 13 의 위치기반정보(

) 는 인접한 두 도로인

와

의 세 부 좌표들 중 가장 가까운 지점에 맵핑된다. 여기서 도로로부터 특정 거리(l)이상 떨어진 정보들은 도로와 관련성이 적은 정보들로 검색 대상에서 제외하도록 한다.

콘텐츠의 위치 맵핑 알고리즘은 Figure 14와 같다.

실생활 공간의 사용자 주변에는 여러 개의 도로가 존 재하며, 그 도로들 또한 각각의 세부 좌표들로 이루어 져 있다. 여기서 도로들의 집합을 S로, 도로를 이루고 있는 세부 좌표들의 집합을

로 정의한다. 콘텐츠 (real_c) 를 도로상에 맵핑하기 위해, S에 속하는 임의 의 도로 (W)를 선택한다. 그리고 선택된 도로인 W의 임의의 좌표(w)와 real_c와의 거리를 계산하여 가장 가까운 도로의 세부좌표를 검색한다.

real_c: 위치기반정보

S: 도로 좌표의 집합,





_



 W: S 의 원소 w, info_c: W 의 원소 a, l: 상수(m)

3.4.3 이동경로 파악 및 정보 검색

3.4.1 과 3.4.2를 통해서 사용자로부터 위치기반 정보

까지의 이동 경로를 구한다. 이동경로는 사용자의 위

치에서부터 이동하는 도로의 순서 집합(P)으로 사용

자의 위치로부터 가장 처음으로 이동하는 방향(P[0])

을 이용하여, 주변의 도로를 기준으로 모든 위치기반

정보들을 분류할 수 있다. 그래서 도로쿼리가 발생한

도로와 각 도로들의 최초 이동경로를 비교하여 사용

자가 바라보는 방향으로 이동 가능한 정보(D)만을 검

색 할 수 있다. Figure 15의 경우

을 거쳐

와

를,

Figure 17. System Configuration

_

의 경우

과

를 확인할 수 있다.

사용자가 바라보는 도로를 통해 이동 가능한 콘텐 츠를 검색하는 알고리즘은 Figure 16과 같다. 갈림길 에 위치한 사용자가 특정 도로(s)를 선택하였을 경우, 정보공간의 사용자 위치(info_u)로부터 콘텐츠(info_c) 까지의 이동경로(P)를 파악하고, 이들 중 사용자의 위 치로부터 최초 이동경로가 s와 일치하는 콘텐츠만을 검색한다.

C: 위치기반정보의 집합,



 dk(info_u,info_c): info_u 부터 info_c까지의 최단이

동경로

P[0]: 최초이동경로 D: C 의 부분집합

4. 도로 기준의 콘텐츠 표시 방법

본 논문은 검색한 정보들을 효율적으로 제공하기 위해 도로를 기준으로 한 콘텐츠 표시 방법을 사용한 다. 제안한 모델은 카메라로 주변의 도로를 비추어 주 변의 정보들을 검색한다. 여기서 실시간으로 입력되 는 영상은 항상 도로가 출력되고 있으며, 이런 특징을 활용하여 디바이스 중앙에 가상의 도로를 생성하고, 이 도로를 중심으로 검색한 정보들을 배치한다. 콘텐 츠 배치는 도로데이터와 콘텐츠의 위치정보를 이용하 여, 사용자로부터 콘텐츠까지의 이동 거리와 콘텐츠 가 위치한 방향을 고려하여 도로기준으로 사용자로부 터 거리 순으로 배치한다. 그리고 사용자로부터 특정 거래 내에 존재하는 정보만을 디바이스 화면에 표시 하고, 사용자가 화면 중앙에 증강된 도로를 스크롤 할 경우, 멀리 떨어진 콘텐츠를 확인할 수 있게 한다. 이 에 대한 내용은 5.4에서 자세히 다루도록 한다. 이러한 동작을 통해서 사용자는 거리가 먼 지역의 정보를 실 제로 이동하지 않고 확인할 수 있으며, 사용자로부터 동일한 방향에 존재하는 콘텐츠를 일정 거리 간격으 로 표시함으로써 오버랩을 방지할 수 있다.

5. 시스템구성

본 논문에서 제안하는 서비스는 모바일 디바이스의 카메라, GPS, 방위각 센서와 수치지도로부터 자동 추 출한 도로데이터를 이용하여 구현할 수 있으며, 이 시 스템의 구성 예는 Figure 17와 같다. 사용자가 서비스 실행 시, 모바일 디바이스는 GPS 를 통해서 얻은 사용

자의 위치정보를 서버에 전송한다. 그리고 서버에서 는 사용자 위치정보를 기반으로 주변의 콘텐츠들과 사용자가 위치한 지역의 도로데이터를 DB에서 검색 하여 그 결과를 디바이스에 제공한다.

5.1 수치지도의 활용

제안하는 서비스를 구현하기 위해서는 우선적으로 수치지도에서 도로 데이터를 추출한다. 도로데이터는 도로 중심선정보들을 말하며 GPS좌표들로 도로, 울 타리 등의 다양한 정보가 존재하며, 수치지도 활용 소 프트웨어[14]를 이용하여 도로에 대한 속성 값 만을 추출할 수 있다. 그리고 추출한 도로의 속성 값을 기반 으로 이동경로를 파악하는 알고리즘을 적용하기 위해 필요한 Vertex와 Edge의 정보를 자동 추출하는 프로 그램을 구현하고, 이를 실행하여 서비스에서 사용하는 도로 데이터를 얻는다. Figure 18은 애니골 지역의 수 치지도에서 도로에 대한 정보만을 추출한 결과이다.

자동 추출한 도로데이터는 두 개의 데이터테이블로 구성된다. 첫 번째 테이블은 갈림길이나 이어진 도로 의 마지막 지점에 대한 인덱스 및 그 위치의 좌표로 구성되고, 이 정보는 수치지도에서 자동 추출한 도로 데이터를 기반으로 Vertex에 해당하는 지점을 parsing 하여 생성한다. 두 번째 테이블은 갈림길 간의 연결정 보, 거리, 세부좌표로 이루어지며, 두 데이터는 각각 A, B 와 같다. 이 데이터를 이용하여 사용자와 콘텐츠 가 인접한 도로와 두 위치간의 이동경로를 구할 수 있다.

5.2 도로선택

도로의 선택 과정은 Figure 19와 같은 과정을 거친

다. 우선, 사용자의 위치로부터 연결되어있는 도로들

Figure 18. Street Data Extracted from Digital Map

Figure 19. Selecting Street

Figure 20. Displaying Contents 을 파악하기 위해, 사용자의 위치를 정보공간 상에 맵

핑한다. 사용자의 위치를 정보공간상에 맵핑한다. 그 리고 도로데이터의 갈림길 간의 연결정보를 검색하여 사용자의 위치와 연결된 정보들을 검색한다. 다음으 로 연결 된 도로들의 방향을 측정하기 위해 사용자의 위치로부터 연결 된 첫 번째 Edge좌표를 통해 도로가 위치한 방향을 계산한다. 마지막으로 모바일 디바이 스의 방위각센서 정보를 추출하여, 이 값이 도로 방향 과 일치하는지 판별하는 특정 값 k를 두어 방위각 데 이터가 각 도로에 대한 k범위 안에 속하는지를 결정하 여 도로를 선택한다.

5.3 도로정보를 이용한 검색

사용자의 위치와 특정 도로가 선택 된 후, 사용자의 위치를 기준으로 일정 범위 내에 존재하는 정보들을 서버로부터 전송 받는다. 그리고 각각의 위치기반정 보들을 정보공간에 도로상에 맵핑한다. 다음으로 사 용자의 위치로부터 각각의 위치기반 정보까지의 이동 경로를 계산한다. 이 때 최단 거리알고리즘을 적용하 여 계산하고, 제안하는 시스템에서는 Dijkstra’s algo- rithm[15] 을 이용한다. 각각의 위치기반 정보에 대한 이동경로들이 계산 된 후, 3.4.3절에 언급된 내용과 같이 사용자가 선택한 도로를 이동 경로에 포함하는 정보들만을 검색한다. 이 결과는 사용자가 바라보는 도로에 대해 이동가능성이 보장 된 정보이다.

5.4 검색한 정보 표시

정보공간에서 검색 된 정보들은 디바이스에 중앙에 위치한 가상의 도로를 중심으로 표시한다. Figure 20 과 같이 위치기반 정보에 대한 Ax, Ay값을 추출하여 디바이스 화면의 위치를 결정한다. 여기서 수평정보 는 도로와 위치기반 정보와의 거리가 되고, 수직정보

는 그 지점부터 사용자 위치까지의 거리이다. 그리고 디바이스의 화면에 사용자로부터 일정 거리 내에 위 치한 정보만을 표시하며, 사용자의 조작을 통해 멀리 떨어진 정보를 확인 할 수 있다. 즉 넓은 지역의 정보 를 표시하기보다 좁은 지역 내에 존재하는 정보만을 사용자가 선택하는 도로상의 위치에 따라 표시한다.

이러한 방법을 이용하여 동일한 방향에 존재하는 콘

텐츠간의 오버랩 현상을 방지 할 수 있다.

Figure 21. Service Operation

5.5 서비스 동작 과정

제안한 서비스의 구현 예는 Figure 21과 같다. 지도 에 표시되어 있는 마커는 ‘애니골’지역의 실제 콘텐츠 분표 상태를 보여주며, 다수의 콘텐츠가 존재하는 지 점으로 사용자의 위치를 지정하였다. 이는 2.4에서 언 급한 동일한 방향에 위치한 콘텐츠간의 오버랩 현상 에 대하여, 제안한 서비스의 효율성을 확인하기 위함 이다.

지정한 위치에서 사용자는 주변의 정보를 검색하기 위해, 자신의 주변 도로를 카메라로 비춘다. 디바이스 에는 중앙에 가상의 도로가 표시되고, 그 도로를 기준 으로 콘텐츠가 오버랩 없이 표시되는 것을 확인 할 수 있다. 또한, 도로를 스크롤 하는 동작을 통하여 멀 리 떨어진 지역의 정보를 확인할 수 있다. 마지막으로, 서비스에서는 콘텐츠를 검색하기 위해 실제 이동경로 를 고려함으로써, 사용자는 바라보고 있는 도로를 따 라 이동하여, 디바이스 화면에 표시된 콘텐츠가 존재 하는 장소를 손쉽게 확인할 수 있다.

6. 결론 및 향후연구

고성능 스마트 폰 등의 등장으로 사용자가 바라보 는 현실세계에 다양한 콘텐츠를 증강하여 보여주는 모바일 증강현실 서비스가 주목받고 있다. 하지만 모 바일 디바이스의 제한된 크기나 주변 환경을 고려하 지 않은 정보표시로 인해 화면에 표시되는 콘텐츠간 의 오버랩이나 사용자의 이동가능성이 무시되는 아이 콘 배치 등의 문제점이 대두되고 있다.

본 논문은 이런 문제를 해결하기 위해 도로데이터 기반의 모바일 증강현실 서비스 모델을 제안한다. 제 안한 모델은 사용자들이 생활하는 실생활공간과 사용 자의 위치와 콘텐츠가 도로데이터를 기준으로 재배치 된 정보공간으로 구성된다. 실생활공간에서는 모바일

사용자가 주변의 도로를 비출 경우 도로쿼리가 발생 한다. 정보공간에서는 사용자로부터 콘텐츠까지의 이 동경로를 고려하여 주변의 정보들을 검색한다. 제안 한 모델에서는 특정 도로에 대해 도로쿼리가 발생할 경우, 사용자의 위치에서 도로쿼리가 발생한 도로를 따라 이동가능성이 보장된 콘텐츠만을 검색하고, 그 결과를 도로를 기준으로 표시함으로써 기존의 문제점 을 해결했다.

더불어 본 논문에서는 제안한 모델을 적용한 서비 스를 고양시의 전통식당거리인 “애니골”지역을 대상 으로 구현하여, 주변의 콘텐츠들을 오버랩 현상 없이 확인 가능하고, 나아가 사용자가 선택한 도로를 따라 콘텐츠가 위치한 장소까지 손쉽게 이동할 수 있음을 보임으로써 본 서비스 모델의 효율성과 편의성을 확 인하고 있다.

모바일 증강현실 서비스는 제한된 디바이스의 크기 로 인해 다수의 콘텐츠를 화면에 표시하는데 어려움 이 있다. 그래서 대부분의 서비스에서는 사용자 주변 의 정보만을 검색하고 있으며, 이로 인하여 거리가 먼 지역의 정보를 얻기 위해 사용자가 직접 이동해야하 는 불편함이 있다. 따라서 향후연구과제로 본 논문에 서 제안한 모델을 기초로 하여, 사용자의 직접적인 이 동 없이 현재 위치와 떨어진 장소의 정보를 효과적으 로 확인할 수 있는 서비스 모델에 대한 연구를 진행할 예정이다.

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Received：2015.03.06 Revised ：2015.10.19 Accepted：2015.10.20