BLE를 이용한 실내위치인식 기반의 모바일 가상 3D전시관 설계 및 구현

Abstract

최근 모바일과 사물인터넷 기술의 발전으로 가상현실 시장규모가 빠르게 증가하고 있으며, 사용자들은 모바일을 포함한 다양한 디바이스를 이용하여 손쉽게 가상현실 콘텐츠를 쉽게 접할 수 있다. 더불어 현실과 가상세계간의 상호작용하는 가상현실에 대한 관심의 증폭과 여러분야에 사용할 수 있도록 많은 연구가 진행중이다. 최근 게임, 영화, 교통, 의료, 건설 등 다양한 산업분야에 3D를 활용하여 현실의 객체를 가상세계에 표현한다. 또한, 현실과 가상세계간의 상호작용 및 연동하는 가상현실(VR:Virtual Reality)에 대한 관심이 증폭되고 있다. 또한 다양한 산업과 결합하여 신산업을 창출 할 수 있는 정보통신분야의 새로운 키워드로 빠르게 부상하고 있다. 이에 더불어 가상현실기기업체인 '오큘러스 VR'이 소비자버전인 '오큘러스 리프트'를 출시와 삼성의 'GEAR VR'를 출시하고 있어 글로벌 HMD(Head Mounted Display)은 폭발적인 성장을 할 전망이다. 이에 가상현실은 사물인터넷 시대가 본격적으로 실현되는 시점에서 스마트기기가 웨어러블과 VR 기술을 접목시킨 방식으로 진화될 것으로 전망하고 있다. 실내 위치 인식을 위해 사용되는 비콘(Beacon) 기술은 블루투스, QR 코드, NFC, 초음파 등이 있으며, 비콘과 단말 간의 거리와 스마트 디바이스 탑재 여부등에 따라 비용 효율적 측면에서 다양하게 활용되고 있다. 블루투스는 15~20mW 전력을 소모했던 것에 비하여 블루투스 4.0의 전력 소비량은 1.5~2mW에 그쳐 전력 소모량을 최대 90%가지 줄인다. 블루투스 비콘을 이용하여 실내 위치나 근거리 위치를 추적할 수 있다. 현재 박물관이나 전시물의 정보를 확인하기 위해서는 안내문이나 내부검색시스템, 그리고 홈페이지를 이용하는 상황이고, 국립중앙박물관에 적외선 통신을 이용한 PDA시스템으로 전시정보를 제공하였으나 다중접속으로 인한 충돌문제가 발생하고 있다. 이를 해결하고자 RFID기술을 도입하였으나 장비크기와 휴대의 불편함이 있다. 그리고 PDA를 이용한 모바일 가상전시관 안내 서비스는 낮은 해상도와 낮은 컴퓨팅 성능에 시스템의 부담을 증가하는 등 여러 문제가 발생하고 있다. 이런 문제점을 해결하기 위해 최근 발전하고 있는 3D 가상현실 기술과 무선통신 기술을 접목하여 사용자들과 상호작용할 수 있는 모바일 가상 3D전시관 개발을 통해 사용자 만족도를 높이는 연구가 요구되고 있다. 본 논문에서는 블루투스4.0(BLE)를 이용한 실내위치인식 기반의 모바일 가상 3D전시관을 설계하고 구현한다. 이를 위해 먼저 기존의 식별 기반의 가상 전시관 서비스를 고찰하고, 모바일 가상 3D전시관 서비스 모델을 제시하고, 비콘기반 모바일 가상 3D 전시관 서비스를 위한 위치인식과 UML를 이용한 가상 3D전시관을 설계한다. 더불어 Unity5를 이용하여 가상 3D 전시관 서비스의 콘텐츠를 설계하고 구현한다. 더불어 BLE 비콘 기반의 위치 인식을 이용한 모바일 가상현실 서비스에 대해 소요시간 중심으로 성능을 분석한다. 본 연구를 통해 빠르게 진화하고 있는 가상현실 VR 콘텐츠를 스마트기기를 활용하여 사용자와 상호작용을 통해 좀 더 현실감과 몰입감을 줄 수 있다. 더불어 가상의 전시관 환경이나 상황에서 인간의 감각기관을 통해 실제와 유사한 공간적, 시간적 전시물 정보를 제공함으로써 몰입감을 높여 현실과 상상의 경계를 자유롭게 드나들 수 있다.

Recently, many heterogeneous services can be integrated in real time on mobile devices using various sensors. Virtual Reality (VR) is an effort to realize this concept and build an application to seamlessly combine real and virtual environment together by simulating user's physical presence for live interaction and manipulation of available components. Cohesive integration of virtual and real world is challenging task and have received remarkable research attention in recent past. In this thesis, we design and implement a virtual reality application on mobile device based on 3D VR. User position is determined using continuous Bluetooth beacon messages exchange. The objective of proposed mobile virtual 3D application is to improve quality of user experiences through integration of 3D VR and BLE wireless communication technologies. The system is based on indoor position identification using BLE. This application can be useful in museums and exhibitions in order to provide detailed information to the visitors about available items. Detailed information can be collected through external search system and presented to the visitor in the form of web page superimposed on user current viewing scenario. Furthermore, we also try to address other related issues that hinders VR based applications utility and performance e.g. device-size, mobility, resolution and computing problems.