다관점 기반‘VR 번지’어트랙션 콘텐츠 개발

2-1 VR어트랙션의 구현 방식

VR 콘텐츠가 다각적인 활용에 따른 그 사용하는 범위에 맞추어서 VR 모션 시뮬레이터도 여러 가지 형태로 개발이 되고 있다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 VR 모션 시뮬레이터는 대표적으로 상하 운동이 가능한 와이어 기반의 시뮬레이터, 다양한 액추에이터 기반의 시뮬레이터, 산업에서 사용하던 로봇암 기반 시뮬레이터 등이 있고 점차 그 범위가 다양해지고 있다.

Fig. 1.

VR motion simulator

이러한 시뮬레이터는 기존의 입체영상 또는 스크린 영상으로 사용하던 부분을 VR 어트랙션 콘텐츠에 맞추어서 영상콘텐츠와 접목되어 VR어트랙션 콘텐츠로 오프라인 비즈니스로 점차 확산하고 생태계를 조성하고 있다. 또한, 테마파크에 적용하는 콘텐츠 외에도 훈련, 의료, 국방 등 적용되고 있는 범위가 급속도로 늘어나는 추세다[4].

2-2 VR어트랙션 동향

인간이 지구 중력에서 벗어난 환경에서 느낄 수 있는 물리적 감각을 체험할 수 있도록 하는 체공 체험 플랫폼 기술은 NASA가 우주인의 무중력 훈련이나 스카이다이버들의 스카이다이빙 연습과 같은 특수 전문 분야의 훈련 용도로 주로 개발됐으나 최근에는 VR 게임 및 VR 테마파크 시장이 급성장하면서 이를 겨냥한 다양한 체공 체험 플랫폼이 소개되고 있다.

Revresh사는 VR 낙하산 비행 시뮬레이션 시스템인 ‘ParaParachute’를 개발하였다[5]. VR헤드셋 오큘러스 리프트와 쿨러 마스터(Cooler Master)의 PC를 연동한 이 시뮬레이션은 VR헤드셋, 낙하산 장비와 유사하도록 개발된 장비를 통해 실제 낙하 비행 체험을 제공하며 함께 연동되는 팬의 바람은 비행의 실감을 더 한다.

한국생산기술연구원은 체험자가 달이나 화성의 중력감을 느낄 수 있게 하는 와이어 구동 방식의 미소중력 모션 플랫폼을 개발하고 이를 가상의 달이나 화성과 같은 환경에 연동하는 시뮬레이션 시스템을 개발하였다(그림 2).

Fig. 2.

Wire based simulator

최근 해외 VR 시장이 성장하면서 기존의 단방향 무한궤도(Treadmill)방식에서 벗어난 전 방향의 무한 보행 장치의 개발이 매우 활발히 진행되고 있다. 국제 전시회를 통해 소개된 전 방향 보행 장치로 ‘VirtuSphere’, ‘Infinadeck’, ‘Omndeck 6’등이 있으나 상용화가 가장 먼저 진행된 대표적인 예는 Virtuix사의 Virtuix Omni 무한궤도 시뮬레이터이다(그림 3).

Fig. 3.

Treadmill Simulator

Virtuix Omni는 Oculus Rift HMD기능에 신체 동작과 움직임을 결합하여 360도 전 방향으로 제자리에서 걷거나 달리는 등 다양한 움직임이 구현 가능하며 허리에 달린 지지대와 전용 신발을 통해 안전성과 기능성을 높이고 있다[6]. 국내 한국생산기술연구원에서 달/화성과 같은 복잡한 지면 보행에 적합한 가변형 바닥 시스템을 연구 개발하였다.

최근, 앞서 언급된 단위 VR 체험 플랫폼 기기들을 서로 연계하여 더욱 진보된 통합 형태의 VR 테마파크 기술이 소개되고 있다. 그 대표적인 예가 The Void사에서 개발 중인 ‘THE VOID’ VR 테마파크이다(그림 4). 기존 VR기기들이 제한된 범위 내에서만 활동할 수 있거나 여러 케이블 등을 활용하는 번거로움이 있다. 반면 ‘THE VOID’ 는 사용자의 이동 및 각종 움직임을 무선으로 추적하며 다양한 환경을 조성할 수 있으므로 미로 및 탐험 등도 가능하다. 또한, 테마파크 내부 빈 공간에 구현하고자 하는 구조물의 위치, 지형 등을 제작하여 콘셉트 및 테마를 입히는 형식으로 비, 바람 등 4DX 환경도 제공할 수 있다[7].

Fig. 4.

The Void lnc. ‘THE VOID’

국내 일부 기업에서도 해외 센서, 시뮬레이터 등의 제품을 수입하여 영상콘텐츠만 접목하여 개발하는 기업도 나타나고 있다. 이처럼 향후 세계적으로 단위 VR 체험 플랫폼을 상호 연동시킴으로써 더욱 다양하고 진보된 체험이 가능한 VR 기술이 매우 빠르게 성장할 것으로 예상하며 국내에서도 이러한 통합 시스템 관점에서의 연구 및 기술 개발이 주목받고 있다.

3-1 VR번지 어트랙션 제작 개요

본 연구의 디스플레이 부분에서 상하로 2미터가량을 움직여야 하는 시뮬레이터의 특성을 고려하여 최상의 공간감을 구현하기 위해 각 HMD기기가 가진 특성들을 파악하였고, 표 1의 분석 결과에 따라 적합한 기기를 선택하였다.

Table 1.

research the pros and cons of a HMD

HTC Vive의 BaseStation 두개와 3개의 헤드셋(Local PC3대), 상하로 작동하는 와이어 시뮬레이터 3대를 활용한 VR 시뮬레이터 기기를 사용한다.

Fig. 5.

‘VR bungee attraction system

3-2 와이어기반 시뮬레이터 구성

현재 VR에 관한 관심이 대두되면서 다양한 실감 콘텐츠가 제작되고 있으나, 인지 부조화 현상에 대한 이슈는 지속해서 발생하고 있다. 또한, 사용자의 실제 움직임(몸동작, 몸의 무게중심 등)에 따른 동작 제어보다는 조이스틱이나, 콘솔 게임기와 같은 컨트롤러 중심의 입력이 주를 이루고 있어 깊은 몰입감을 주는 데 한계가 있어 콘텐츠의 특성에 따른 세밀한 동작 효과를 충분하게 사용하지 못하고 있다[8]. 또한, 정밀한 모션 시뮬레이터의 경우 고가의 장비에, 많은 설치 공간이 요구되어 소비자들이 쉽게 이용하기 어려운 실정으로 사용자의 실제 움직임에 따른 체감효과를 제공하고, 지형정보 등을 바탕으로 움직임을 세밀하게 바로잡아, 인지 부조화 현상을 상당히 줄일 수 있는 와이어 기반의 모션시뮬레이터 개발이 필요하다.

본 연구를 위해 개발된 VR번지 시뮬레이터는 시뮬레이션 프로그램과 연동하여 가상현실을 구현하는 장치로써 이러한 가상현실 시뮬레이터는 영상장치, 조종장치, 운동장치, 제어장치로 구성되었다. 시뮬레이터의 구동 시스템은 그림 6에서 볼 수 있듯이 전기식 대형 서보모터 1개와 볼스크류 기구, 가감속 토크변환기, 와이어 윈치 구조로 구성하였으며, VR 환경속의 영상콘텐츠에 맞게 실시간 카메라의 움직임에 따라 상하 운동이 실시간으로 제어된다. 그리고 사용자 안전에 대비한 즉흥 정지 시스템 구현되었다.

Fig. 6.

Motion simulator drive system

또한, 사용자와 콘텐츠와 상호작용하기 위해서는 사용자의 입력을 받아서 처리할 수 있어야 하는데, 대부분 입력을 조이스틱이나 콘솔 게임기의 입력장치를 사용하는데, 반하여 개발된 시뮬레이터 시스템은 사용자가 와어어 시스템이 몸의 무게와 중심을 맡기고 실제 번지를 타는 느낌의 입력을 처리하여 사용자가 더 깊은 몰임감을 느낄 수 있도록 하는데, 중점을 두고 설계되었다(그림 7).

Fig. 7.

‘VR bungee’ wire-based simulator frame structure

번지점프는 사람이 착용 가능한 하네스 등의 장비를 갖추어 공중에서 중력을 인위적인 구조로 상하 운동으로 이동하면서 즐기는 익스트림 스포츠다. 이러한 번지는 계절과 지역, 장소를 구분하지 않고 즐길 수 있는 장점이 있다. 본 연구에서는 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 극복하기 위해, 번지 점프 콘텐츠와 연동한 모션시뮬레이터를 모터와 와이어 구조에 의한 상하 운동으로 실제 번지와 같은 다이나믹한 움직임을 구현하도록 개발하였다. 특히, 최소의 모터와 간단한 동력 전달 구조에 의해 상하 운동을 안정적으로 구현하므로 경제성, 효율성 및 정비성을 우수하게 제공하는데 그 목적이 있으며, 수직 이동의 고/저중량의 2자유도 경량 하네스를 개발하여 와이어 기반의 체공 체험 플랫폼 가감속 제어를 통해서 연속 동작 구현이 가능하도록 제작되었다(그림 8).

Fig. 8.

‘VR bungee’ exclusive harness

사용자의 무게 이동에 따른 토크를 컴퓨터로 전송하고 컴퓨터에서는 이를 토크를 상태를 계산하여 콘텐츠 속의 카메라 움직임인 상하 운동을 그래픽과 모션플랫폼으로 표현하였다.

3-3 다관점기반 VR 어트랙션 영상 콘텐츠 연구

본 연구의 VR 어트랙션 영상콘텐츠의 제작환경은 표 2와 같다. Unity3D를 이용한 전체적인 장면 구성과 레벨디자인을 진행하였고 세부적인 동작과 제어를 위해 Script를 개발하였다.

Table 2.

VR contents production environment

모션시뮬레이터의 작동을 기반한 시간별 시나리오 연출은 표 3과 같다.

Table 3.

Time-based scenarios based on motion simulator

정글을 배경으로 일정 공간 이동 후 지정된 특정 포인트에서 30~40초씩 머물러 주변 배경과 동물들을 살펴볼 수 있는 관람형식의 다관점 기반 VR어트랙션 영상 콘텐츠를 제작할 수 있었다.

Table 4.

Scenes and production contents

3-4 사용자 핸드 제스처 인식 기술

그림 9의 립모션의 기술은 MS의 키넥트와 비슷한 원리를 지닌다. 키넥트는 색상을 구분하는 RGB 카메라와 깊이를 구분하는 IR 카메라로 구분되지만, 키넥트보다 200배 높은 감도를 가지며, 약 100분의 1밀리미터의 움직임까지도 감지한다고 한다. 키넥트가 사람의 전신을 인식하여 동작을 인식한다면, 립모션은 비추는 화각속의 손가락 동작을 전문적으로 인식한다[9].

Fig. 9.

Infrared ray based leap motion sensor

실시간 인터랙션 손가락 제스처 인식을 토대로 3차원 개체 인식을 토대로 인터랙션을 위하여 사용되며, 특히 HTC Vive HMD에 마운트로 장착되어 사용된다. 특히, 개발환경은 Maxmsp, Unity 3D 환경에서 구현할 수 있도록 그림 10과 같이 개발되었다.

Fig. 10.

Maxmsp/Jitter Leap Motion Plug-in

Maxmsp에서 제공하는 Jitter는 OpenGL기반의 3차원 그래픽을 제어할 수 있다. 그림 11은 3차원 오브젝트를 손가락 터치에 의해 인터랙션 되는 중력, 충돌 등 물리적으로 움직이는 환경을 설명한다. 좌우 5개의 손가락을 정확하게 취득하여 동작되었으며, Jit.phys 패치를 이용하여 3차원 오브젝트를 충돌하였을 때 반응하는 인터랙션이 가능하다.

Fig. 11.

Maxmsp Programing to 3D objet Physics

Maxmsp와 Unity 3D프로그램 사이의 브릿지 역할을 위해 그림 12와 같이 내부 네트워크 통신을 토대로 OSC통신 시스템을 구현하였다.

Fig. 12.

OSC Max to Unity 3D

유니티 환경에서 립모션 센서에서 제공하는 SDK를 설치하고 기본적인 셋팅을 하였으며, 특히 개체들의 충돌과 사용자 손가락에 의한 인터랙션을 위한 데이터리스트는 Hands, Fingers, tools(손가락보다 길고 직선인 물체), Gestures 이다. 유니티 환경에서 Java Script를 통한 인식결과는 그림 13과 같다.

Fig. 13.

Java Script Unity Programing

3-5 VR번지 어트랙션 제작 결과

전술된 다양한 제작기술들을 적용하여 그림 14와 같은 다관점 기반 ‘VR번지’ 어트랙션 콘텐츠를 구현할 수 있었다.

Fig. 14.

Interpark VR Attraction contents