증강현실 앱의 서비스 유형별 3D물체 그림자 표현 가이드라인

2-1 그림자 정의와 구분

그림자란 ‘사물이 햇빛이나 불빛을 가려 나타난 검은 형상’을 말한다[1]. 하지만 그림자는 자연적인 현상뿐만 아니라 다양한 의미로 해석되기도 한다. 예를 들어 동서양은 그림자에 대한 다른 관점을 가지고 있다. 동양에서는 그림자를 숨겨진 세계의 본질을 드러내는 환영의 공간으로 바라보지만 서양에서는 본질과 가장 동떨어진 진리로, 정신적인 재현으로 바라본다[2]. 그림자는 그림 1과 같이 음(Shade)과 영(Umbra)으로 구분된다. 그늘인 음은 “불투명한 물체에 빛이 투과 될 때 반대쪽 일부의 면적에 빛이 닿지 않아 어두워지는 부분”을 말하며 영은 “빛이 물체에 가려져 다른 물체의 표면에 생기는 어두운 부분”을 말한다[3]. 형성되는 위치가 다른 만큼 음과 영은 각자 다른 역할을 가지고 있다. 음은 주로 사물의 표면질감과 입체감을 표현해주고 영은 사물이 3차원 공간에 존재하는 공간감을 준다. 이와 같이 사물의 실재감 있는 그림자를 표현하기 위해서는 음과 영의 적절한 조화가 바람직함을 알 수 있다.

Fig. 1.

Shade, umbra of shadow

2-2 증강현실 기술의 발전에 따른 그림자 구현

증강현실(Augmented Reality)이란 실 공간에 가상 물체를 현실화 시키는 것[4]으로, 현실과 가상공간을 실시간으로 연결하여 사용자에게 실재감을 제공한다. 기술 발전에 의해 증강현실은 점차 사실감 있는 그림자 렌더링을 추구하고 있다. 과거에는 기존 LTE 네트워크 기술의 한계로 고품질 서비스의 구현이 어려웠으나 현재는 5G가 개통됨으로써 실시간으로 사실감 있는 그림자를 구현할 수 있게 되었다[5]. 렌더링 기술 측면에서는 주변 조명 공간을 지오데식 돔(Geodesic dome)으로 모델링하여 공간을 계층적으로 분할하는 그래디언트 레이(Gradient ray)와 같은 방법이 있다[6]. 또한 카메라를 통해 실제 환경의 광원을 추적하고, 그 광원의 위치를 재구성하며 생성된 환경기반 맵의 그림자를 제작하는 전역 조명(Global illumination) 기술이 연구되고 있다[7]. 애플 또한 환경을 고려한 실재감 있는 그림자 표현의 접근성을 높이기 위해 리얼리티 키트(Reality kit)와 같은 AR키트를 활용하고 있다[8]. 하지만 현 상용화된 증강현실 앱은 이와 같은 연구들의 기술기반 그림자 렌더링 시스템이 도입되기 이전 단계로, 본 연구는 향 후 실제 기술 도입으로 실재감 있는 그림자를 재현할 시에도 표현 측면에서 도움을 줄 수 있고, 또한 표현 자체 측면에서도 실재감을 줄 수 있는 요소 분석을 도출해 보고자 시작되었다. 그 방법으로 그림자의 역할 및 효과를 분석한 후 서비스 유형별 증강되는 환경과 사용자들의 동적 행위를 분석한 후 실증 연구를 통해 실재감 있는 3D 물체의 그림자 표현 방법을 제안하고자 한다.

2-3 그림자 요소의 역할 및 효과

본 연구는 그림 2와 같이 선행 문헌연구와 사례조사를 통해 그림자 요소별 역할 및 효과를 도출한 후 기초 설문 문항의 실험도구로 활용하였다. 진행 과정은 먼저 그림자 관련 14개의 선행문헌과 그림자 관련 칼럼 1개, 그리고 기업에서 제시한 가이드라인 1개를 분석하여 그림자 요소인 음과 영의 역할 및 효과를 알아보았다. 문헌 분석 결과, 음의 경우 사물에 부피와 입체감을 주며[3] 물체 표면의 질감과 색 정보 등사물에 대한 정보를 강화하는 역할을 하고 있다[3], [9]-[12]. 반면 영은 사물의 존재를 명료하게 하고[1], [9], [13] 사물과 사물 주변 요소와의 대비를 통해 형태지각을 강화시켜준다[3], [12], [14]. 또한 영은 요소들 간 색 및 질감이 극명하게 대비될 때 중간 톤 조절 역할을 통해 자연스러운 실재감을 주며 시각적 격차를 해소한다[15]-[16]. 아울러 빛의 종류와 고도에 따라 변화되는 그림자 표현을 통해 물체의 높이, 공간의 깊이단서 정보를 제공하고[1], [3], [12]-[13], [17]-[21] 시간의 흐름을 인지할 수 있는 역할을 한다[9], [14], [21]-[22]. 문헌분석 후 그림자의 일반 역할 및 효과들을 선별하기 위해 문헌을 기반으로 한 126가지의 그림자 이미지 사례 분석과 선행 문헌의 교차 분석을 진행하였다. 그 과정에서 단조로운 디자인에 활기를 불어 넣어주고 시각적 밀도를 더하는 효과[13], 그리고 단순 흥미 연출을 해주는 효과는[16] 단순 표현 효과 측면이 강해 공통 그림자의 효과 및 역할 항목에서는 제외하였다. 이와 같은 추출 과정을 거쳐 본 연구는 ‘형태지각’, ‘실재감’, ‘원근감과 공간감’, ‘빛의 방향성 제시’, ‘질감 형성’, ‘요소 간 자연스러운 조화’, ‘고도 형성’의 7가지를 그림자의 일반적 역할 및 효과 항목으로 최종 도출하였다. 본 연구는 구체적인 그림자 표현 방법을 도출하고 그 활용의 역할 및 효과를 제안하는데 주목적을 가진다. 따라서 그림자의 7가지 일반적 역할 및 효과를 도출한 후 현 증강현실 서비스에 실제 적용된 그림자 표현 사례 분석을 위한 분석 도구를 정의하였다. 앞서 7가지 그림자 요소별 역할 및 효과를 조사한 결과 음은 주로 사물에 대한 정보를 주며, 영은 음과 달리 주변 환경 정보와 연관하여 사물의 공간을 설명하는 표현 도구로 활용되고 있었다. 이에 따라 본 연구는 증강현실의 특성상 증강되는 3D 물체와 실제 환경 간의 실재감 있는 그림자 표현방법을 찾는데 중점을 두고 있으므로 그림자 요소 중 ‘음’ 보다는 ‘영’을 중심으로 분석하기에 용이한 사례 분석 요소를 도출하였다. 16개 선행문헌 중 ‘영’의 역할이 언급된 11개 문헌에서 '영'의 표현요소를 추출한 후 그림 3과 같이 ‘형태’, ‘농도’, ‘각도’, ‘투시’, ‘고도’의 5가지 영의 표현요소별 역할 및 효과를 최종 도출하였다. 문헌을 통해볼 때, 영의 형태 표현은 물체의 형태지각을 도왔으며[3], [10]-[11] 농도 표현은 명도대비를 통해 형태지각, 실재감, 공간감, 그리고 주변 요소들과의 조화를 도왔다[3], [9]-[10], [12], [15]. 각도 표현의 경우 빛의 방향에 따른 드리워진 그림자의 각도로 실제 환경의 빛 방향 인지를 도왔으며[11], [19]-[20], [22] 투시 표현은 공간에서 물체의 입체감에 도움을 주었다[17]. 마지막으로 고도 표현은 물체와 공간의 위치에 따른 고도 정보를 주로 전달하고 있었다[18]. 앞서 도출한 7가지 그림자 역할 및 효과 중 질감 형성과 관련된 내용은 ‘음’을 중심으로 작용되는 효과이므로 5가지 영의 표현 요소에는 포함시키지 않았다. 이와 같은 과정을 통해 도출한 영의 5가지 표현 요소별 역할 및 효과를 사례분석 도구와 설문 문항의 실험도구로 활용하였다. 본 연구는 5가지 도구 중 앞의 두 개인 ‘형태’와 ‘농도’는 주로 정적 그림자 상황에 해당되는 사례 분석용 도구와 설문 실험도구에, 나머지 세 개인 ‘각도’, ‘투시’, ‘고도’는 동적 그림자 상황의 사례 분석 도구와 설문 실험도구로 활용하였다. 5가지 모두 정적, 동적 그림자 표현 요소에 적용되는 분석도구이긴 하나 ‘각도’, ‘투시’, ‘고도’는 그 중 증강현실 상황에서 증강 물체를 들거나 움직이는 동적상황일 때 빛 방향 변화에 따른 실재감 표현의 영향관계가 더 크므로, 이와 같이 분석도구를 구분하였다.

Fig. 2.

The process of deriving 7 roles and effects of shadow

Fig. 3.

Roles and effects of each of the five representation elements of Umbra

3-1 현 증강현실 서비스 유형별 분석대상 선정

그림자 표현 사례조사의 분석대상 선정을 위해 증강현실을 서비스별로 유형화한 3개의 선행 문헌연구를 비교 분석하였다[23]-[25]. 이를 통해 서비스 유형을 지역정보, 광고 및 홍보, 게임, 교육, 예술, 문화, 공공서비스의 7가지로 1차 분류하였다. 이후 2019년 11월 12일 기준 앱 스토어에 출시된 상위 45개의 증강현실 서비스를 선정하였고, 가상물체의 증강환경과 이용 목적을 기준으로 유사도에 따라 서비스를 그룹화 하여 각 용어를 다음과 같이 재정의 하였다. 광고 및 홍보 분야에 포함되는 상위 서비스 대부분이 쇼핑을 위해 제품에 대한 정보를 전달하는 것을 목적으로 하였기 때문에 광고 및 홍보 분야의 명칭을 ‘쇼핑’으로 바꾸었다. 지역정보의 경우 사용자의 위치를 확인한 후 3D 물체에게 장소를 안내받는 목적으로 주로 사용되었기 때문에 명칭을 ‘위치정보’로 좀 더 구체화 하였다. 문화 분야의 경우 오락적인 요소를 즐기는 목적을 가진 서비스가 다수를 차지하여 ‘게임 서비스‘로 용어정의 하였다. 예술, 공공서비스 분야는 대부분의 서비스에서 사용자가 교육목적으로 3D물체로부터 정보를 제공받기 때문에 ‘교육 서비스’으로 정의하였다. 이와 같은 재분류 과정을 통해 본 연구는 7가지 서비스 유형을 ‘쇼핑’, ‘위치청보’, ‘게임’, ‘교육’의 4가지로 최종 유형화 하였다. 구체적으로 살펴보면 첫째, 쇼핑은 신체나 실내 공간에 옷이나 가구와 같은 증강된 물체를 배치하여 구매를 촉진하는 목적을 가지고 있는 서비스로 정하였다. 둘째, 위치정보는 실내/실외 공간에서 GPS를 토대로 가상 물체에게 길 안내 등의 정보를 받는 서비스로, 셋째, 게임은 가상공간 위에 증강된 물체를 조작하여 재미를 유도하는 서비스로 정하였다. 마지막으로 교육은 책과 같은 실제 물체 위에 증강된 가상 물체를 관찰하여 교육 목적으로 활용하는 서비스로 정하였다.

3-2 현 증강현실 서비스의 그림자 표현방법 분석

영의 5가지 표현 요소별 역할 및 효과 분석을 위해 도출한 사례 분석 도구인 ‘형태’, ‘농도’, ‘각도’, ‘투시’, ‘고도’를 이용하여 4개 서비스로 유형화한 45개 서비스 사례를 조사하였다. 그림 4는 서비스 유형별로 정적 그림자 표현 분석 요소인 ‘형태 및 농도’에 따른 그림자 표현 사례를 추출, 분석한 과정으로 그 중 그림자 형태는 사물의 외곽 형태가 반영된 한 가지 톤의 플랫한 표현의 그림자, 형태가 반영된 여러 단계 톤의 그라데이션 표현의 그림자, 형태가 미 반영된 플랫 그림자, 형태가 미 반영된 그라데이션 그림자의 4가지로 구분할 수 있었다. 45개의 서비스 중 사물의 외곽 형태를 반영한 그림자는 27개, 반영하지 않은 그림자는 2개, 그림자 표현이 전혀 없는 경우는 16개였다. 비록 사물의 형태를 반영한 그림자가 과반수 이상 이었지만 그림 5와 같이 동일 환경임에도 증강된 사물과 실제 사물의 그림자 형태를 플랫 그림자와 그라데이션 그림자로 혼용 표현하여 어색하게 처리된 경우가 상당 수 있었다. 그림자 농도 표현의 경우 사례에서 주변 실제 물체들의 그림자와 증강된 사물의 그림자 표현이 너무 진하거나 흐림의 대비가 커서 조화가 잘 이루어지지 못하는 경우가 대부분이었고, 그림 5와 같이 실제와 가상 물체의 그림자 농도 표현이 환경 상황과 일치되지 못하여 형태 표현과 마찬가지로 어색하게 표현된 사례가 많았다. 다음으로 그림 6과 같이 증강된 물체를 사용자가 움직이는 동적 상황에서 그림자의 ‘각도’, ‘투시’, ‘고도’ 표현을 조사하였다. 3차원 공간을 설명하는 X, Y, Z 축을 기준으로 쇼핑, 위치정보, 게임, 교육의 4개 유형 분석 대상 서비스에서 공통 동적 요인을 분석하였다. 첫 번째 그림자의 각도 표현은 X축을 기준으로 사용자가 이동할 때 환경의 광원을 반영하여 드리워진 그림자 각도가 광원의 위치 변화를 반영하는 지에 대한 여부로 확인하였다. 두 번째로 그림자의 투시 표현은 Z축을 기준으로 물체와 사용자간 거리 변화로 인한 그림자의 투시 변화를 살펴보았다. 모바일 기반 증강현실 서비스는 사용자의 시점 변화가 빈번하고 물체와 사용자의 거리 변화가 잦으므로 투시가 동적 그림자의 주요 표현임을 파악할 수 있었다. 세 번째 고도 표현은 사용자가 증강된 3D 물체를 들어 올리거나 증강 물체가 스스로 움직이는 상황에서, 물체 기준 Y축의 위치 변화에 따라 그림자에 적절한 크기 및 농도의 변화가 반영되었는지에 대한 부분이다. 이상의 3가지 그림자 동적 표현 요소는 동적 상황 시 실재감을 위한 핵심 표현임에도 불구하고 현 증강현실 서비스 45개 중 각도를 반영하지 못한 앱은 30개, 투시를 반영하지 못한 앱은 39개, 고도를 반영하지 못한 앱은 27개로 과반 수 이상이 동적 상황에서 실 환경을 반영하지 못하였다.

Fig. 4.

Screening of shadow shape and brightness by service type

Fig. 5.

Environmental matching errors in shadow shape and brightness

Fig. 6.

Screening of dynamic representation in shadow by service type

4-1 설문 문항 설정

그림 7은 설문 조사를 위한 실험 설계 맵으로 영의 5가지 표현 요소를 설문문항 실험도구로 활용하여 실증연구를 진행하였다. 설문 문항은 크게 세 가지 구성으로 제작, 진행하였다. 첫째, 그림자의 표현방법과 역할 및 효과에 대한 그림자의 기초 인식 설문을 진행하였다. 둘째, 움직임이 없는 정적 이미지를 제시하여 4개 서비스 유형별 그림자 표현 방법에 대한 설문을 진행하였다. 쇼핑, 위치정보, 게임, 교육의 각 서비스 환경은 직접 제작하여 각 상황에서 증강된 3D 물체에 대한 적절한 그림자의 표현방법을 선택하도록 하였다. 또한 각 서비스 유형별 실내와 실외의 주이용 환경에 따른 광원의 종류를 고려하여 제작하였다. 가령 가구 배치를 하는 쇼핑 서비스는 주로 실내에서 사용되어 물체와 광원의 위치가 가까운 인공광의 환경을 제시하였다. 위치정보 서비스는 주로 실외 태양광의 영향을 받는 환경을 기반으로 하였으며 게임과 교육 서비스의 경우 각각 집안, 교실과 같은 실내 환경의 인공 광을 기반으로 제시하였다. 그리고 사례 조사를 통해 도출된 4가지의 그림자 형태 표현을 각 서비스 유형의 환경에 적용하여 피험자가 생각하는 적절한 그림자 형태 표현방식을 선택하도록 구성하였다. 농도 설문의 경우 피험자가 앞서 선택한 그림자 형태에 25%, 50%, 75%의 세 단계 농도 표현의 옵션을 제시하여 적합한 농도 단계를 선택하도록 하였다. 셋째, 동적상황에 대한 그림자 표현인 ‘각도’, ‘투시’, ‘고도’ 설문은 정적 설문과 동일하게 제작된 환경 속의 증강된 3D 물체에 GIF로 동적 움직임을 주어 설문 문항 자체를 동적으로 구성, 진행하였다. 증강된 3D 물체의 ‘각도’, ‘투시’, ‘고도’ 기반으로 움직이는 동적 그림자가 환경 변화와 연동될 경우와 연동이 안 될 경우 피험자가 어느 쪽을 더 선호하는 지를 확인하고자 2가지 그림자 세트를 제작하여 그 선호도를 조사하였다.

Fig. 7.

Tree map of survey

4-2 설문 진행 및 결과

설문 조사는 2020.02.22 ~ 2020.02.26까지 진행하였으며 응답자는 총 122명으로 평균 연령은 20.6세, 남성 43명, 여성 79명, 디자인 전공자 63명, 비전공자 59명으로 구성되었다. 표 1은 첫째 그림자에 대한 기초 인식에 대한 설문 문항과 결과표이다. 문항 1은 평소에 어떤 부분을 그림자로 인지하는지에 대한 설문이었다. 설문 결과 음과 영을 모두 그림자로 인지하는 응답자는 32.8%, 영만을 그림자로 인지하는 응답자는 66.4%였다. 해당 문항 분석 결과 응답자들은 일반적으로 영을 그림자로 인지함을 알 수 있었다. 문항 2는 그림자의 역할 및 효과를 텍스트로만 제시하여 3가지를 고르도록 한 기초 인식 조사 문항으로 응답 결과 1위는 빛 방향성 제시(74.6 %), 2위는 실재감(69.7%), 3위는 원근감과 공간감(59.8%)이었다. 응답자는 광원의 위치인지, 실재감, 원근감 및 공간감의 순으로 일반적인 그림자 역할 및 효과를 생각하고 있었다. 문항 3은 응답자가 그림자 표현에서 가장 중요한 것을 묻는 설문으로, 결과는 그림자의 방향 및 각도가 63.1%로 가장 높은 비율을 차지하였다. 이는 앞서 진행한 그림자의 가장 중요한 효과와 같은 맥락으로 응답자들이 빛의 방향에 따른 그림자의 각도 표현을 가장 중요하게 생각한다는 것을 알 수 있다. 문항 4는 구체 아래 플랫한 형태의 그림자와 그라데이션 그림자 이미지를 제시하여 형태 표현 방법의 차이에 따른 그림자의 역할 및 효과를 선택하는 문항이었다. 조사 결과 플랫 그림자의 경우 응답자들은 1위에 형태 지각, 2위에 빛 방향성을 해당 그림자의 효과로 선택하였다. 이는 플랫 그림자가 그라데이션 그림자보다 명암 경계의 대비가 강하기에 형태 지각이 용이하며 빛의 방향 또한 판단이 용이했던 것으로 해석된다. 반면 그라데이션 그림자는 1위에 실재감, 2위에 요소 간 자연스러운 조화 순으로 응답이 많았다. 이는 그라데이션 그림자의 부드러운 퍼짐효과로 사물과 공간의 경계가 자연스럽기에 실재감과 요소 간 조화 쪽 표현에 용이하다고 판단하였음을 알 수 있다.

Table 1.

Basic survey of shadow

그림자에 대한 기초 인식 조사 후 서비스 유형별 그림자의 정적 및 동적 표현 방법에 대한 설문을 위해 3D와 모션 툴로 기존 콘텐츠에 직접 합성 제작 후 진행하였다. 먼저 각 서비스 별로 3D 물체가 증강되기 이전 환경의 이미지를 제시하여 피험자의 환경에 대한 이해도를 높인 후 증강된 3D물체 이미지에 적합한 그림자 표현 방법이 무엇인지 문항을 제시하였다. 표 2는 첫 번째 서비스 유형인 사용자가 공간에 소파를 배치하는 쇼핑 서비스의 정적 및 동적 설문으로 먼저 정적 설문 결과를 보면 문항 1-1의 그림자 형태 표현 방법에서는 실 환경의 주변 사물과 증강된 3D 물체의 그림자가 정합될 시 소파 외형의 ‘형태가 반영된 그라데이션 그림자’가 77.9% 로 답변이 가장 많았다. 농도 문항인 1-2의 경우 주변 사물의 그림자 농도와 가장 가까운 ‘농도 50%’가 53.7%로 가장 많았다. 사용자가 가구를 주거 환경에 직접 배치하여 구매 여부를 결정하게 되는 이러한 서비스의 3D 물체와 그림자 표현은 공간과의 어울림이 중요하므로 실재감과 공간감이 중요하다. 따라서 기초 인식 설문 답변에서도 나왔듯이 그림자 요소 간 조화를 통해 실재감을 증진할 수 있는 사물의 외형 형태를 반영한 그라데이션 그림자와 주변 사물들의 그림자 농도와 유사한 '농도 50%'의 선택 비율이 높았던 것으로 해석된다. 이후 동적 설문 문항인 1-3에서 1-5까지 그림자 각도, 투시, 고도 표현 요소가 실제 환경을 반영하는 것이 좋은지의 여부를 묻는 설문은 각각 각도는 67.2%, 투시는 91.8%, 그리고 고도는 77%로 세 항목 모두 환경을 반영하는 것이 좋다는 비율이 압도적이었다. 동적 표현의 세 항목 중에서 특히 투시 선택 비율이 가장 많았는데, 이는 사용자가 3D 물체를 직접 움직여가며 공간에 배치할 때 공간과 연결된 시점에 따른 움직임이 상대적으로 많은 쇼핑 서비스의 특징으로 보인다.

Table 2.

Static and dynamic survey result of shopping

표 3은 두 번째 서비스 유형인 위치정보 서비스 문항으로 사용자가 실외에서 증강된 여우에게 길 안내를 받는 상황이다. 정적 설문 문항 2-1의 결과 사물의 ‘형태가 반영된 플랫 그림자’를 선택한 비율이 48.4%로 가장 많았다. 플랫 그림자는 물체의 명확한 형태 지각과 빛 방향 인지에 도움을 준다는 기초 인식 설문 결과와 같이 응답자들의 답변을 볼 때 증강된 여우가 길안내 시 제시한 몸의 방향성을 플랫 그림자가 가장 명쾌히 반영한다고 생각하고 있음을 알 수 있다. 문항 2-2의 농도설문 결과 그림자의 농도 50%와 75%가 각각 50.8%, 42.6%로 근소한 차이를 보였다. 다른 서비스 유형에 비해 실외 자연광의 길 찾기 상황에 맞게 뚜렷한 그림자를 선호하는 것으로 보인다. 동적설문 문항인 2-3~2-5의 결과에서 그림자 각도, 투시, 고도는 각각 70.5%, 70.5%, 86.8%로 세 가지 경우 모두 압도적으로 해당 환경 상황을 반영한 항목의 비율이 높았으며 그중 고도 반영 선택 비율이 가장 높았다. 이는 응답자들이 증강된 물체인 여우 움직임의 고도에 따른 그림자 농도와 사이즈의 변화가 그림자의 실재감 표현을 강화하고 있다고 느끼고 있음을 알 수 있다.

Table 3.

Static and dynamic survey result of a GPS

표 4는 세 번째 서비스 유형인 게임 서비스 문항으로 사용자가 실내에서 증강된 가상의 섬을 조작하는 상황이다. 정적 설문 문항 3-1의 결과 사물의 ‘형태가 반영된 그라데이션 그림자’를 선택한 비율이 52.5%로 가장 많았다. 그라데이션 그림자가 요소 간 자연스러운 조화를 통해 실재감을 증진시킨다는 기초 인식 설문 결과와 같이 응답자들은 3D물체가 증강하는 상황에서 요소 간 자연스러운 조화 측면에서 그라데이션 그림자를 선택한 것으로 보인다. 이 문항의 경우 디자인 전공자와 비전공자의 선택 비율에 다소 차이가 있었는데, 전공자의 과반수가 ‘형태반영 그라데이션 그림자’를 선택하였지만 비전공자는 ‘형태반영 그라데이션 그림자’와 ‘형태반영 플랫 그림자’의 선택비율이 동일하였다. 전공자는 자연스러운 조화를 위해 주변 환경 그림자스타일과의 일관된 표현을 중시하는 측면이 있는 반면 비전공자는 그 측면도 있지만 실내 상황이어도 빛이 강한 편인 실험도구 상황에 또렷한 외형이 반영된 그림자가 더 적절하다고 판단했음을 볼 수 있다. 문항 3-2의 농도설문 결과 주변 사물의 그림자 농도와 가장 가까운 ‘농도 50%’가 78.1%로 가장 많았다. 동일 공간 내 주변 사물 그림자 농도 표현의 조화가 이질감 없는 자연스러운 실재감에 영향을 주고 있음을 알 수 있다. 이후 진행한 동적설문인 문항 3-3~3-5의 그림자 각도, 투시, 고도에 대한 답변은 각각 59.8%, 55.4%, 76%로 세 가지 모두 해당 환경의 상황을 반영하는 그림자 표현을 선호 하였다. 세 개중에서는 고도 표현의 환경반영 필요성의 수치가 가장 높았다. 이는 응답자들이 해당 서비스에서 증강된 섬의 고도에 따른 그림자 농도와 사이즈 변화가 그림자의 실재감 표현을 강화하고 있다고 느끼고 있음을 알 수 있다. 그러나 해당 서비스와 같이 단순 수직운동 기반 조작 게임 상황이 아닌 슈팅 게임 등 사용자의 시점이 다각적으로 변화는 게임은 각도, 투시, 고도의 변인이 가변적으로 실재감에 영향을 줄 수 있음을 판단할 수 있다.

Table 4.

Static and dynamic survey result of a Game

표 5는 네 번째 서비스 유형인 교육 서비스 관련 문항으로 가상의 공룡이 실제 물체인 책 위에 증강되는 상황이다. 정적 설문인 문항 4-1의 결과 사물의 형태가 반영된 그라데이션 그림자를 선택한 비율이 51.6%로 가장 많았다. 또한 문항 4-2의 농도 설문 결과 주변 사물의 그림자 농도와 가장 가까운 ‘농도 50%’의 선택 비율이 66.7%로 가장 많았다. 이에 응답자들은 기초 인식 설문 답변에서와 같이 그림자 요소 간 조화를 통해 실재감을 증진할 수 있는 사물의 외형 형태를 반영한 그라데이션 그림자와 주변 사물들의 그림자 농도와 유사한 '농도 50%'가 주변 요소들과 자연스러운 조화가 용이하다고 여겼음을 알 수 있다. 동적 설문 문항의 경우 4-4, 4-5를 먼저 보면 그림자 투시, 고도는 각각 70.5%, 73%로 두 결과 값 모두 해당 환경 상황을 반영한 항목 선택의 비율이 압도적으로 높았다. 그러나 문항 4-3의 그림자 각도에 대한 답변 결과는 환경 상황 미반영을 선택한 비율이 50.8%로 근소한 차이로 우세하였다. 이는 가상의 물체가 전체 공간이 아닌 좁은 범위 영역의 실제 사물인 책 위에 증강될 때 공간 광원변화에 따른 과한 그림자의 각도 변화가 오히려 거부감을 초래할 수도 있어 증강되는 배경의 영역에 따른 변수도 신중히 고려해야 함을 시사하고 있다. 동적 표현의 세 항목 중에서는 특히 고도 선택 비율이 가장 많았다. 이는 공룡이 머리와 상체를 들고, 다시 아래로 구부릴 때 발생하는 고도 변화에 따른 자연스러운 그림자 변화의 표현이 살아있는 생명체의 실재감 강화에 도움을 주고 있음으로 해석할 수 있다.

Table 5.

Static and dynamic survey result of Education

4-3 서비스 유형 간 문항 비교

표 6은 서비스 유형 간 정적 및 동적 설문 비교 결과이다. 정적 설문 문항의 첫 번째인 서비스 유형 별 그림자 형태 표현 선택 결과를 보면 쇼핑 서비스의 경우 그림자에 증강 물체의 외형 형태가 적용된 그라데이션 표현이 타 서비스 대비 큰 차이로 답변 되었다. 쇼핑 서비스는 사용자가 가구를 공간에 직접 배치하여 공간과의 조화로움 여부에 따라 구매를 결정하는 방식이므로 공간과 증강된 물체와의 조화로움에 따른 실재감을 중시한 결과로 보인다. 두 번째, 그림자의 농도 문항의 비교 결과 모든 서비스에서 주변 사물들의 그림자 농도와 유사한 '농도 50%'를 선택하였다. 같은 50%내에서도 게임>교육>쇼핑>위치정보의 순서로 서비스 유형 간에 선택비율의 차이가 존재하였다. 이는 게임에서 책상 위 가상 섬, 교육에서 책 위의 공룡 등 증강 사물이 사용자의 시선에 좀 더 가깝게 증강될수록 물체와 주변 사물 간 그림자 농도의 일치가 더 중요함을 알 수 있다.

Table 6.

Comparison of Static and dynamic survey between service type

세 번째로 동적 설문 문항 중 서비스 유형별 그림자 각도 표현의 환경 상황 반영을 선택한 비율의 결과를 보면 위치정보>쇼핑>게임>교육 순서로, 위치정보 서비스에서 그림자 각도 표현이 좀 더 중시되었다. 이 결과를 볼 때 광원에 따른 그림자 각도의 환경 상황 반영 여부가 효과적인 길안내 방향 인지에 주요 요인임을 알 수 있다. 반면 교육에서는 그림자 각도 미반영의 비율이 조금 더 우세하였다. 이에 따라 물체가 전체 공간이 아닌 좁은 범위 영역에서 증강될 때 공간 광원변화에 따른 과한 그림자의 각도 변화 표현이 오히려 실재감에 안 좋은 영향을 미칠 수도 있음을 알 수 있다. 네 번째 그림자 투시의 환경 상황 반영이 적절하다고 선택한 서비스 유형 간 비율 비교는 쇼핑>위치정보>교육>게임 순이었다. 쇼핑 서비스의 경우 가구와 같은 물체를 공간에 배치할 때 공간과의 투시 환경 일치가 다른 서비스보다 좀 더 중요한 실재감 요소로 작용되었음을 알 수 있다. 사용자의 시점의 변화가 많은 슈팅 게임과 같은 서비스는 투시 표현에 대해 다른 결과가 나왔을 수 있지만, 단순 수직 운동을 기반으로 한 실험 도구의 게임에서는 투시 표현 그림자가 실재감 표현 강화 요소에 크게 작용하지 않음을 답변 결과를 통해 알 수 있다. 다섯 번째 그림자의 고도 표현과 관련하여 물체의 움직임에 따른 환경 상황 변화를 반영하는 것이 적절하다고 선택한 서비스 유형별 답변 비율을 보면 위치정보 서비스가 가장 높았으며 쇼핑, 게임, 교육 서비스의 경우 비슷한 수치가 도출되었다. 이는 점프하는 여우 움직임의 고도 변화 표현을 그림자의 농도와 사이즈를 통해 적용한 위치정보 서비스가 좀 더 동적 변화가 큰 적극적 고도 표현 측면에서 다른 서비스 대비 그림자의 실재감 표현을 강화하고 있다고 볼 수 있다. 또한 실내의 한정된 공간에서 사용되는 다른 서비스 대비 실 외 환경에서 더 자유도가 높은 고도 공간 축을 사용하기 때문이라 보인다.

4-4 서비스 유형별 그림자 표현 가이드라인 제안

설문 조사 결과 사용자들은 증강된 3D물체와 실제 환경 주변 사물들의 그림자를 자연스럽게 비교하여 유사한 그림자의 표현을 선택하는 경향을 보였다. 이를 기반으로 진행한 실증 연구 결과를 반영하여 표 7과 같이 증강현실 앱의 서비스 유형별 3D 물체의 그림자 표현 가이드라인을 제시하였다.

Table 7.

shadow guidelines by Service Type

4) 교육 서비스

표 7의 (4)는 교육 서비스 결과를 바탕으로 한 정적 및 동적 그림자 가이드라인이다. 인공광의 영향을 받는 환경이나 실내 공간 전체의 영역이 아닌 책과 같은 실제 사물 위에서 증강된 공룡을 관찰하는 교육 서비스의 경우 그림자의 형태 표현은 주변 요소들과의 조화를 통해 3D물체의 실재감을 증진할 수 있는 형태가 반영된 그라데이션 그림자로 제작하는 것이 적절하다. 마찬가지로 농도 표현은 주변 실제 사물들과의 농도 부조화의 어색함을 최소화할 수 있는 50% 영역의 표현이 적절하다. 동적 표현의 경우 공룡이 머리와 상체를 들고, 다시 아래로 구부릴 때 발생하는 Y축의 고도 변화에 따른 자연스러운 그림자 변화의 표현이 살아있는 생명체의 실재감 강화에 도움을 주고 있다. 물론 머리 및 몸을 돌리거나 하는 자유도가 높은 움직임의 경우 고도 외에 실제 환경 상황에 준하는 투시와 각도 또한 중요 표현 요소가 되겠지만, 설문 결과에 따르면 전체 공간이 아닌 책 위와 같은 좁은 범위 영역에서 과도한 각도의 변화 표현은 오히려 넓은 공간 환경과의 부조화에 따른 실재감에 부정 영향을 줄 수 있으므로 지양해야 한다.

그림 8은 설문조사 결과를 기반으로 제안된 표 7의 사물과 그림자의 관계에 따른 각 서비스 유형별 그림자 제작 가이드라인에 실제 배경요소까지 적용시켜 본 정적 및 동적 그림자의 최종 표현 예시 결과물이다.

Fig. 8.

A final example of shadow representation with background by service type