모바일 3D Scanning & XR 기술 인테리어 시스템 시나리오 연구

1-1 연구배경 및 목적

경제발전과 삶의 질 향상에 따라 사람들의 실내디자인 분야 관심이 고조 되어왔으며, 실내디자인영역인 인테리어의 관심이 커지는 만큼 전문영역으로 들어오고 있다. 따라서 많은 인테리어 시스템이 전문화되어 개발되었고 많은 정보들이 공유되면서 전문가와, 일반인 모두 쉽게 시스템과 자료들을 접할 기회가 생겨났다. “셀프 인테리어를 위한 모바일 어플리케이션의 유형화” 연구에서는 소셜 네트워크를 이용하여 인테리어 관련 자료들을 공유하고, 다양한 어플리케이션을을통해 셀프 인테리어가 가능하다는 것을 알 수 있었다. 다양해지는 인테리어 어플리케이션으로 인해 전문가가 아닌 일반일들도 셀프 인테리어를 실행할 수 있지만 아직은 미흡하다.

4차산업 혁명의 핵심 기술인 3D Scanning 기술과 AR(Augmented Reality, VR(Virtual Reality), MR(Mixed Reality)을 모두 수용하는 확장형 기술인 XR (eXtended Reality)은 인테리어 분야에서 다양한 산업에서 확산 중이다. 국-내외에서 3D Scanning, 가상현실 산업분야에 적용하며 새로운 환경에서 더 현실적인 자료를 실시간으로 확인할 수 있게 되었다. 그러나 3D Scanning, MR과 같은 기술이 접목되어 만들어진 시스템들은 전문가가 아니면 접근하기 어렵기 때문에 단순히 VIEW 역할을 하거나 목적에 맞게 사용하지 못하여 대중화에 어려움을 겪고 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 전문가가 아닌 일반 사용자들도 모바일에서의 4차산업 혁명 기술을 쉽게 접근하여 인테리어 관련 정보를 제공 받을 수 있는 시스템에 대해 고찰할 것이다.

이전 인테리어 방식인 전문가와의 미팅을 통해 디자인 받아보기, 변경 모델 받아보기, 견적 받아보기등 많은 시간과 노동이 소비되는 방식의 아날로그 인테리어 시스템이 아닌 모바일 3D Scanning 기술을 이용하여 사용자의 공간을 3D Modeling 데이터화하고, 3D Model은 객체별로 인식 후 사용 목적별로 분류하여 이용할 예정이다. 실시간으로 원하는 공간에 자신만의 인테리어를 적용하여 XR의 장점인 시뮬레이션을 통해 실제 변경된 인테리어를 실제와 같이 확인할 수 있도록 3D Scanning기술 기반 인테리어 시스템 가이드라인 방향을 제시하는데 그 목적을 두고 있다.

1-2 연구범위

본 연구에서는 인테리어 시스템에 대한 현황들과 선행연구의 고찰을 분석하고 여러 시스템의 기술 및 사용 목적에 대해 연구하여 실제 사용될 수 있는 4차산업 혁명 핵심기술을 접목한 모바일 인테리어 시스템을 구축하고자 한다.

첫째, 인테리어 시스템에 사용된 기술 중심으로 문헌조사를 통해 인테리어 시스템에 대해 정의한다.

둘째, 4차산업 혁명 핵심기술들을 중심으로 제안하는 모바일 인테리어 시스템개발 연구를 정리하여 연구동향에 대해 고찰한다.

셋째, 인테리어 모바일 시스템 중 실제 상용화된 시제품을 조사하여 사용자들의 이용목적과 실태를 정리할 것이다.

넷째, 선행연구를 통해 분석된 자료를 기반으로 실제 사용자에게 필요한 실내인테리어 시스템 구성에 대한 가이드라인을 제시하고 호환들 기술들과 장비를 선정한다.

다섯째, 실내 인테리어 시스템 구성과 기술 및 장비가 접목된 XR기반 실내인테리어 시스템 시나리오를 작성한다.

2-1 인테리어 모바일 시스템 정의

국내 인테리어시장은 2015년 기준 4886건의 계약불이행, 부실시공, 하자분쟁(이중 25%이하의 계약건만 사후처리) 등의 문제가 지속적으로 발생하고 있으며 피해건수도 매년 급층하는 추세이다. 이러한 문제점들을 중점으로 많은 기업들과 스타트업들이 4차산업 기술에 맞춘 소비자 중심의 어플리케이션을개발 하고 있다. 이는 소비자들은 자신이 직접 디자인을 선택할 수 있는 셀프 인테리어 시스템 앱을 사용할 수 있도록 하고 있다.

인테리어 모바일시스템은 가구 배치, 디자인 변경, 평면도 수정 등 다양한 인테리어 영역을 일반인들도 쉽게 접근하고 사용할 수 있도록 구성되어 있으며, 스마트폰의 3D Scanning, MR기능 등을 접목해 DB(DataBase)서버를 구축하여 모바일 안에서 모든 작업을 간편히 실행할 수 있도록 새로운 시스템개발을 연구하고 있다.

2-2 인테리어 관련 시스템 연구 동향

2019년 기준 우리나라 스마트폰 보급률은 95%이다. 이처럼 삼성, 애플, LG등 많은 기업이 스마트폰 대중화에 성공하면서 빠르게 성장을 하였다. PC에 탑재된 기능과 더불어 모바일에서 사용되는 추가기능을 이용하여, 여러 분야에서 이를 적극 활용하며 새로운 시스템을 만들어내기 위한 연구가 진행되고 있다. 표1은 최신 기술들을 접목한 인테리어 시스템에 관한 연구를 정리한 표이다.

Table 1.

Interior System Research Trend

과거 인테리어 이미지 중심의 모바일 시스템보다 현실적이고 정확한 정보를 제공하기 위하여 VR과 AR, 립모션 등 새로운 기술을 활용하는 시도를 진행해 왔다. 이는 스마트폰 기능이 발전함으로써 모바일에 탑재가 가능해졌고, 이를 활용하여 일반인들도 쉽게 전문적인 정보를 얻을 수 있도록 활용 방안들을 제시하고 있다. 하지만 선행연구에서 보여주듯이 MR, VR, AR 기술을 단일 접목하여 단순 View 기능이나, 벽지와 같은 단일객체의 디자인을 교체하는 것과 같은 하나의 영역에 목적을 두는 연구로 한계점이 보여진다.

인테리어 모바일 시스템을 일반인들도 쉽게 접근할 수 있도록 전문적인 부분을 단순화, 보급화하는 것에 목적을 두고 상황별로 필요한 인테리어 모바일 시스템에 대해서 연구가 진행 중이며, 모바일기술의 발달로 인테리어 관련 시스템 또한 지속적으로 연구될 것으로 예상된다.

2-3 모바일 시스템을 활용한 인테리어 시스템

현재까지 출시된 인테리어 모바일 시스템은 일반 사용자들이 쉽게 접근할 수 있도록 전문적인 부분을 단순화, 보급화하는 것에 목적을 두었고, 인테리어 관련하여 여러 상황에서 사용할 수 있도록 다양한 목적에 의해 개발사들이 시제품을 시장에 출시하여 제공하고 있다. 이는 인테리어 관련 자료를 손쉽게 사용할 수 있도록 도와주는 역할을 하고 있다.

(1) MagicPlan - magicplan은 공간을 스캔하여 평면도를 만들 수 있다. 스캔하는 과정은 사진상에서의 “모퉁이 추가”를 이용하여 공간의 모퉁이들을 설정하면 그 공간의 길이에 맞게 평면도가 다양한 형식으로 내보내진다. 추출된 파일은 현장에서 평면도 작업에 유용하게 쓰이거나 공간구획을 수정하는데 사용된다. 또한 공간별 재료, 견적 등의 자료들이 제공되어 편리함이 있다.

(2) Amikasa - Amikasa 3D Room Designer는 실제 브랜드의 가구, 바닥재 및 벽 색상을 사용하여 방을 건축, 재 스타일링 및 재 장식 할 수 있다.

카탈로그에서 가구 항목을 방으로 드래그 앤 드롭한 다음 원하는대로 조정, 회전 및 재배열할 수 있다. 공간에 맞는 정확한 벽 치수를 쉽게 설정하고 창문과 문을 적절한 곳에 배치하여 표현할 수 있는 어플리케이션이다.

(3) 오늘의 집 - 오늘의집은 잘 꾸며진 집을 들여다볼 수 있는 “온라인 집들이” 개념의 어플리케이션이다. 공간의 용도별과 디자인 별로 분류가 되어있으며, 마음에 드는 인테리어 소품을 구매하는 “스토어” 전문가가 직접 시공까지 시행해주는 “전문가 시공 서비스”등 인테리어에 필요한 정보 및 기술을 한 번에 제공하는 플랫폼이다. 사용자가 희망하는 키워드 하나로 통합 검색이 가능하기 때문에 손쉬운 사용을 할 수 있다. 기본적인 커뮤니티 기능도 제공하고 있기 때문에 해당 주제에 대한 다른 유저들의 의견을 다양하게 들을 수 있는 장점도 가지고 있다.

(4) 하우스 : 인테리어 디자인 - 셀프인테리어 정보를 실시간으로 공유하고 일반 사람들이 올른 정보를 공유함으로써 쉽게 배우고 따라할 수 있다는 것이 큰 장점이다. 메인 메뉴를 사진 중심으로 구성하였으며, 공간별 가구별 원하는 정보를 빠르게 얻을 수 있으며 사진상의 가구에 정보를 연동시켜 스토어와 연결시켜주는 기능이 있어 매우 편리하다.

(5) UrbanbaseAR - Urbanbase AR’은 기존의 홈디자이닝 AR 앱과 비교했을 때 실제 사물과 90% 이상 똑같은 질감을 표현하며, 주변 조도에 따라 제품의 밝기를 자동 조정해 실제와 최대한 가까운 인테리어 환경을 구현하는 것이 특징이다. 증강현실 콘텐츠 시장의 영역 확대라는 측면에서 큰 의미가 있는 어플리케이션이다.

현재 사용되고 있는 어플리케이션들은 가구 배치, 이미지 제공, 정보 공유 등 여려 영역에서 지원하고 있지만, 공간의 전체적인 인테리어를 디자인하는 데 있어서 한계가 있다고 판단된다.

본 논문에서는 AR, VR, MR의 통합체계인 XR 기술을 이용한 인테리어 애플리케이션을 제안한다. VR과 AR 단점인 현실과의 거리감을 감소시키기 위해 3D Scanning을 사용하여 실제 공간을 3D Modeling 할 수 있다. 이는 사용자가 원하는 공간을 보다 개인 취향에 맞게 디자인을 변경할 수 있는 환경을 제공해 줄 수 있을 것으로 예상된다.

2-4 3D Scanning과 XR 기술 활용 분야와 연구동향

3D Scanning은 포인트 클라우드 데이터를 활용하여 3D Modeling에 사용되고 있다. 3D Scanning의 특징은 물체를 스캔하여 역설계를 통해 3D 데이터 변환이 가능하며 이는 산업디자인, 의료산업, 건축산업, 게임산업 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 본 그림1은 3D Scanning을 이용한 공간스캔 자료이다.

Fig. 1.

3D technology space scan information

3D Scanning을 통한 역설계는 수정과 보완을 통해 사용자에게 최적의 모델을 제공할 수 있는 기술 중 하나이다. 인테리어에서의 3D Scanning은 모바일상에서 DB서버를 구축하여 3D Scanning을 통해 취득한 정보를 이용하여 원하는 개체를 추출하거나 저장 혹은 제거할 수 있는 기능을 구축한다면 인테리어 시스템에서 사용될 수 있을 것으로 예상된다.

모바일 환경에서 3D Scanning은 사진 기반 구축 기술이며, 이미 구글에서 사진기반 3D Scanning을 통해 공간의 치수를 오차범위 안에서 구현해내는 기술이 상용화 되고 있다. 이렇게 취득한 자료는 MR장비를 이용하여 사용자에게 더욱 현실적인 자료를 느낄 수 있게 할 수 있다. 다음 표2는 AR,VR을 기반으로 연구 중인 프로그램들을 보여준다.

Table 2.

AR, VR-based program research trend

AR,VR 기술은 교육, 탐방, 게임 등 다양한 목적에서의 컨텐츠 개발 연구가 진행되고 있다. 하지만 단순 View 역할이나, 체험 역할을 하며 콘텐츠 내에서 사용자의 목적에 따라 수정이나 변경이 어려워 현장에서 실시간으로 수정하거나 디자인하는 것이 어려운 한계점이 있다.

3-1 3D Scanning 인테리어 시스템 프로세스

본 시스템은 기존의 레이저 장비를 대신하여 스마트폰의 사진 기능을 활용한 공간 3D Scanning 기술을 사용한 3D 공간스캔 기술 활용방안을 제시하였다. 우선 시스템 프로세스를 구성하기 앞서 현재 상용화된 소프트웨어 시스템에 대해 분류하였고, 3D Scanning 인테리어 시스템을 실현시기키 위해서는 어떠한 소프트웨어가 접목된 시스템이 필요한지에 대해 고찰하였다.

시스템은 모바일 3D Scanning 데이터 기반으로 공간을 3D modeling하고, 스캔된 공간에 길이 치수 정보를 추가할 수 있는 시스템을 그림 2와 같이 제안하였다. 시스템 내에서 구축된 빅데이터 기반 DB서버의 디자인 정보들을 이용하여 디자인을 변경할 수 있도록 시스템을 구성하였다.

Fig. 2.

Interior system process

이는 실시간으로 사용자가 원하는 공간에 새로운 디자인을 적용할 수 있으며, XR관련 장비를 이용한 시뮬레이션으로 더욱 현실적인 디자인 변경 시스템 방식의 모바일 인테리어 시스템 플랫폼을 제안하였다.

3-2 시스템 구성 목록

모바일 인테리어 시스템은 현장에서 자신이 원하는 부분을 스캔하여 3D Modeling화를 진행하여 객체를 선택할 수 있고, 객체의 세부적인 내용을 추출 해내는 작업부터 수정할 수 있는 기능까지의 단계가 필요하다. 이를 구체화 하기 위해서는 그림3과 같이 3D Scanning을 이용한 인테리어 모바일 시스템 엔진들과 기능들을 구성해야 한다.

Fig. 3.

Interior system composition

3D Scanning 기술을 이용한 인테리어 시스템은 일반 사용자, 인테리어 디자이너, 작업자 등이 어느 한 공간에서 모바일 시스템을 이용하여 공간을 3D 데이터화 하여 활용하는 것이 주목적인 시스템이다. 시스템의 구성은 공간의 3D 데이터화 작업을 위한 변환 엔진들이 구성되어야 하며 3D 데이터는 이미지, 길이측량, 평면도화로 변환하기 위해 다양한 기능들이 구성돼야 한다. 이 기능들은 사용자가 요구하는 가구, 벽지, 조명, 바닥 등의 디자인을 변경, 수정할 수 있는 정보들로 활용될 것이며, 이는 실시간으로 작업 되어 모바일에서 모든 것을 처리하여 개인 맞춤형 디자인을 얻을 수 있다. 또한 변경된 공간 이미지를 확인할 수 있도록 시뮬레이션화를 구성하였고, XR변환 엔진을 통해 XR관련 장비들과 연동시켜 더욱 현실감 있는 정보를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 이 자료들은 추후 실제 인테리어 전문가에게 의뢰하여 인테리어 시공을 위한 견적서를 받아 볼 수 있는 자료로 활용될 수 있을 것이다.

3-3 시스템 주요 기능

시스템의 주기능인 3D Scanning을 활용한 공간 스캔은 3D Modeling 데이터화가 진행된 후 어떠한 기능들이 필요한지에 대하여 분류하였다.

시스템은 Modeling된 공간의 각 개체들이 이미지 분할과 이미지 인식을 통해 객체별로 분류되어 속성을 갖게 되는 기능을 제안하였다. 이미지 분할은 사물의 배경이나 객체 간의 영역을 픽셀 단위로 구분하는 기술로써 스캔 된 공간의 이미지 경계를 인식하여 객체를 분할시켜주는 기술이며, 이미지 인식은 딥러닝 기반으로 정교한 작업을 거쳐 분할된 객체를 식별하는 기술이다. 다양한 기술들을 접목하여 3D Scanning으로 얻은 공간 3D modeljng의 단순 이미지와 객체 치수뿐만 아니라 디자인 모델 변경, 공간에서의 객체 삭제 등의 기능을 더하여 3D modeling 공간을 사용자가 원하는 대로 변경할 수 있도록 구성하였다. 다음 기능은 표3과 같다.

Table 3.

Classification of functions for 3D modeling data

(1) 모바일 사진기반의 3D Scanning 기능으로 시스템 내에서 공간을 3D modeling화 하였다.

(2) 3D modeling화된 공간데이터 안의 객체들은 이미지 분할 기능을 통해 이미지가 분류된다.

(3) 사진기반 공간스캔 3D modeling 데이터의 길이치수 표시를 위한 터치 방식 중 정확한 위치를 터치하는 것이 어려운 점을 보완하여 객체의 꼭짓점 마커가 생기는 기능을 추가하였다.

(4) 이미지 분할된 객체는 이미지 인식을 기능을 거쳐 각 속성에 맞는 객체 목록에 연결되어 수정 변경할 수 있도록 제안하였으며, 3D modeling 데이터의 목록인 ‘가구’ 중에서도 더 세분화될 예정이다. 이미지 인식 분류를 위한 딥러닝을 통해 시스템 내에서 소파, 침대, 책상 등 객체에 맞는 목록에 속할 수 있도록 해주는 기능을 제시하였다.

(5) 이미지 인식으로 객체 목록에 분류된 ‘소파’는 다음과 같이 삭제할 수 있도록 제시하였다. 삭제함에 따라 빈 공간은 주변 객체 속성을 인식하여 경계선에 맞게 채워져 어색하지 않게 보여주는 기능을 제안하였다.

시스템의 주요 기능을 활용하여 공간의 정보 획득 및 수정할 수 있으며 공간 안의 객체에 이미지 분할 기능을 접목하여 각 객체의 목록들로 분류할 수 있도록 구성하였다. 이는 사용자가 자신의 공간을 취향에 따라 개인 맞춤형으로 디자인을 변경할 수 있는 배경을 만들어 주는 필수 요소들이다.

다음 표4는 사용자가 원하는 디자인으로 변경하거나 이미지를 변경하는데 필요한 기능이다. 이미지 인식으로 객체 목록에 가구로 분류된 ‘소파’는 다음과 같이 다른 디자인의 모델로 변경할 수 있도록 하였으며, 그 외 바닥, 창문, 벽지 등 분류된 모든 객체들은 사용자가 원하는 디자인으로 변경 가능하도록 구성하였다. 객체들의 디자인 변경 구성 목록은 브랜드별로 분류하여 색, 치수, 가격 정보들을 표시하였다. 원하는 디자인의 가구로 변경할 뿐 아니라 추후 전체 인테리어 견적을 추출하기 위한 정보로 활용될 수 있다.

Table 4.

AR, VR-based program research trend

이처럼 공간을 스캔하여 모바일 사진기반의 3D Scanning 기능으로 시스템 내에서 공간을 3D modeling화 하여 사용자가 요구하는 디자인으로 변경할 수 있도록 시스템을 제안하였다. 시스템이 구현되기 위해서는 많은 기술들을 요구한다. 단순히 이미지 분할을 실행할 뿐 아니라 분할된 이미지에 이미지 인식 기술을 더해 객체에 속성을 연결해 주는 기능을 요구한다. 이를 위해서는 많은 시스템 기술을 요구하며, 컴퓨터시스템, UIX, 인공지능, 딥러닝, 공간디자인 등 많은 분야와의 협업이 필요할 것으로 예상된다.

4-1 모바일 3D Scanning 인테리어 시스템 시나리오

모바일상에서의 공간 3D Scanning을 이용하여 공간의 이미지, 길이 측량 등 다양한 데이터가 완성된다. 완성된 데이터는 모바일 안에서 다양한 작업을 할 수 있다.

사용자가 서버에 접속하여 디자인을 변경하는 단계와 XR환경에서 변경된 디자인 확인 기능을 통해 인테리어 전문가가 확인하여 견적을 낼 수 있는 단계까지 그림5에서 보여주고 있다.

Fig. 5.

Scenario

(1) 사용자 접속

사용자는 인테리어를 변경하고 싶은 공간이 발생하여 서버에 접속한다.

(2) 3D Scannig & 3D Modeling 데이터 변환 및 추출

서버 접속 후 변경하고 공간을 모바일 3D Scanning을 통해 3D Modeling화 한다.

(3) 데이터 수정 및 변경

3D Modeling 자료는 모바일상에서 수정할 수 있으며, 원하는 부분이나, 객체를 선택하여 추출 & 수정할 수 있다.

(4) 디자인 변경 & 자료 공유

사용자는 원하는 디자인을 서버에서 불러와 스캔 된 3D Model에 적용하여 디자인할 수 있다. 또한 변경된 디자인의 자료는 서버에 저장되며 다른 사용자들과 공유할 수 있다.

(5) 3D Model과 XR 환경에서의 연동

모바일에서 변경된 자료를 MR 형태로 구현해 낼 수 있으며, 장비와 연동하여 XR 환경에서 실제 변경된 인테리어 환경을 확인할 수 있다.

사용자는 시스템 내에서 공간을 스캔하여 디자인 변경 후 견적서를 추출할 수 있는 단계까지 정보를 제공받을 수 있도록 시나리오가 구성되었다. 모바일 공간 스캔 자료는 3D Modeling화 되어 활용되며, 시스템 내에서 이미지 분할, 이미지 인식 등 다양한 기능들이 활용되어 빅데이터 기반의 정보들과 함께 디자인 변경에 사용될 것이다. 사용자가 요구하는 디자인으로 변경된 자료는 XR 변환 모듈을 통해 시뮬레이션을 제공하고, 실제 인테리어 전문가들이 확인하여 보다 정확한 견적을 추출할 수 있는 서비스를 제공할 것으로 예상된다.

4-2 소결론

국내외 인테리어 시스템에 다양한 기술들이 접목되어 출시되는 추세이며 모바일을 이용하여 첨단 장비를 대신할 수 있는 기술을 소프트웨어로 풀어 낼 것이며, 더욱 넓은 분야에서 보다 정확하고 현실감 있는 정보를 제공해 줄 것으로 예상된다. 인테리어가 전문화되고 여러 장비를 이용하여 측정해야 하는 번거로움을 모바일 3D Scanning 기술을 이용하여 공간을 스캔하여 3D 자료화, 디자인변경, 길이측량 등을 작업할 수 있도록 모바일 3D Scanning 인테리어 시스템을 제안하였다. 제안된 시스템은 사용자의 실제 공간에 대한 정보를 수집하여 사용자가 원하는 디자인으로 수정할 수 있는 시나리오와 디자인된 정보를 업로드하여 전문가에게 견적을 의뢰하는 단계까지의 시나리오를 제안하였다.