혼합현실

Mixed reality
혼합 현실 Job Simulator 게임의 클립

혼합 현실(MR)은 실제 환경과 컴퓨터가 생성하는 환경의 결합을 설명하는 데 사용되는 용어입니다.혼합된 현실 환경에서 물리적 객체와 가상 객체가 공존하고 실시간으로 상호 작용할 수 있습니다.

햅틱을 포함하는 혼합 현실은 때때로 Visuo-haptic 혼합 현실로 언급되어 왔습니다.[1][2]

물리학적 맥락에서 "인터리얼리티 시스템"이라는 용어는 실제 현실과 결합된 가상 현실 시스템을 말합니다.[3]2007년 논문은 가상 현실에만 존재하는 진자에 결합된 실제 물리적 진자로 구성된 인터리얼리티 시스템을 설명합니다.[4]이 시스템은 두 개의 안정적인 운동 상태를 가지고 있습니다: 두 개의 진자의 운동이 상관관계가 없는 "Dual Reality" 상태와, 진자가 높은 상관관계가 있는 안정적인 위상 고정 운동을 보이는 "Mixed Reality" 상태입니다."혼합 현실"과 "상호 현실"이라는 용어의 사용은 물리학의 맥락에서 명확하게 정의되며 다른 분야에서는 약간 다를 수 있지만 일반적으로 "물리적 세계와 가상 세계를 연결하는 것"으로 간주됩니다.[5]

적용들

혼합 현실은 디자인, 교육, 엔터테인먼트, 군사 훈련, 의료, 제품 콘텐츠 관리, 로봇의 인간-인-더-루프 작동을 포함한 여러 분야에 걸쳐 응용 분야에서 사용되어 왔습니다.

교육

시뮬레이션 기반 학습에는 VR 및 AR 기반 교육과 대화형 체험 학습이 포함됩니다.교육 환경과 전문 교육 환경 모두에서 혼합 현실의 잠재적인 활용 사례가 많습니다.특히 교육 분야에서 AR은 역사적 전투를 시뮬레이션하는 데 사용되어 학생들에게 비할 데 없는 몰입형 경험과 잠재적으로 향상된 학습 경험을 제공합니다.[6]또한 AR은 생리학 및 해부학과 같은 모델의 3D 표현으로부터 이익을 얻는 분야 내에서 보건 과학 및 의대생을 위한 대학 교육에서 효과를 보여주었습니다.[7][8]

오락.

텔레비전 쇼에서 게임기에 이르기까지 혼합 현실은 엔터테인먼트 분야에서 많은 응용 프로그램을 가지고 있습니다.

2004년 영국의 게임쇼 밤주키는 어린이 참가자들에게 가상의 "동물원"을 만들고 그들이 다양한 도전에서 경쟁하는 것을 보라고 요청했습니다.[9]이 쇼는 혼합 현실을 이용해 주크 가족에게 활기를 불어넣었습니다.이 텔레비전 쇼는 한 시즌 동안 방영되었고, 2010년에 끝이 났습니다.[9]

2003년 게임쇼인 FightBox는 참가자들에게 경쟁력 있는 캐릭터를 만들 것을 요구하고 그들이 상호작용할 수 있도록 혼합현실을 사용했습니다.[10]밤주미의 일반적인 비폭력 도전과는 달리, 파이트박스의 목표는 새로운 참가자들이 경쟁에서 이길 수 있는 가장 강력한 파이터를 만드는 것이었습니다.[10]

2009년, 연구원들은 혼합 및 증강 현실 국제 심포지엄(ISMAR)에서 벽에 투영된 스크린으로 구성된 "블로그월"이라는 소셜 제품을 발표했습니다.[11]사용자들은 벽에 짧은 텍스트 클립이나 이미지를 게시하고 과 같은 간단한 게임을 할 수 있습니다.[11]블로그 월은 또한 받은 메시지를 재배치하여 시를 형성하는 시 모드와 사용자들이 다른 사람들에게 자신의 여론조사에 대한 답을 요구할 수 있는 투표 모드를 특징으로 하고 있습니다.[11]

마리오 카트 라이브: 홈 서킷(Mario Kart Live: Home Circuit)은 2020년 10월에 출시된 닌텐도 스위치용 혼합 현실 레이싱 게임입니다.[16a-New] 이 게임은 플레이어가 자신의 집을 경주로로[12] 사용할 수 있게 해줍니다 출시 첫 주 만에 일본에서 73,918장이 판매되어 일본에서 이번 주 가장 많이 팔린 게임이 되었습니다.[13]

다른 연구는 혼합 현실이 극장, 영화, 테마 파크에 적용될 가능성을 조사했습니다.[14]

군사훈련

최초의 완전 몰입형 혼합 현실 시스템은 1992년 미국 공군 암스트롱 연구소의 루이스 로젠버그(Louis Rosenberg)에 의해 개발된 버추얼 픽스처스(Virtual Fixties) 플랫폼입니다.[15]이를 통해 실제 물리적 객체와 추가된 3D 가상 오버레이("고정 장치")가 포함된 실제 환경에서 인간 사용자가 로봇을 제어할 수 있게 되어 조작 작업의 인간 성능이 향상되었습니다.발표된 연구에 따르면 가상 객체를 실제 세계에 도입함으로써 인간 운영자가 상당한 성능 향상을 달성할 수 있습니다.[15][16][17]

전투 현실은 복잡한 계층화된 데이터와 시각적 보조를 사용하여 시뮬레이션되고 표현될 수 있으며, 대부분 머리에 착용할 수 있는 모든 디스플레이 기술을 포괄하는 HMD(head-mounted display)입니다.[18]군사 훈련 솔루션은 종종 Imporbable의 합성 환경 플랫폼, Virtual Battlespace 3 및 VirTra와 같은 상용 기성품(COTS) 기술을 기반으로 구축되며, 후자의 두 플랫폼은 미국 육군에서 사용됩니다.VirTra는 2018년 현재 민·군 법 집행 기관에서 적극적인 총격범, 가정폭력, 군 교통정체 등 다양한 분야의 인력을 양성하는 데 활용되고 있습니다.[19][20]혼합 현실 기술은 이러한 스트레스가 의사 결정에 어떤 영향을 미치는지 연구하기 위해 미국 육군 연구소에 의해 사용되었습니다.현실이 혼합된 상황에서, 연구자들은 군인들이 생존할 가능성이 높지 않은 시나리오에서 군인들을 안전하게 연구할 수 있습니다.[21]

2017년, 미 육군은 혼합 현실을 포함할 것으로 예상되는 훈련 목적의 기술 모음인 STE(Synthetic Training Environment)를 개발하고 있었습니다.2018년 현재 STE는 예정된 완공일 없이 개발 중에 있습니다.STE의 기록된 목표 중에는 현실성을 강화하고 시뮬레이션 교육 기능과 다른 시스템에 대한 STE 가용성을 증가시키는 것이 포함되어 있습니다.[22]

STE와 같은 혼합현실 환경은 훈련 시 소모되는 탄약의 양을 줄이는 [23][24]등 훈련비용을 줄일 수 있다고 주장했습니다.[25]2018년, STE는 훈련 목적으로 세계 지형의 모든 부분을 표현하는 것을 포함할 것으로 보도되었습니다.[26]STE는 Stryker, 무기고, 보병대를 포함한 분대 여단과 전투팀에게 다양한 훈련 기회를 제공할 것입니다.[27]

블루룸TM

블루룸(BlueRoom)은 Varjo XR3 헤드셋을 사용하는 혼합 현실(MR) 기술로, 실제와 합성 세계를 모두 혼합하여 재구성 가능한 가상 세계에서 의사 결정과 결합된 미세 운동 기술을 연습할 수 있습니다.이 시스템은 Real Response라는 호주 회사에 의해 발명되었습니다.

MR은 VR에서와 같이 사용자가 컨트롤러에 의존하지 않고 실제 도구로 신체적이고 정교한 운동 기술을 연마할 수 있도록 합니다.또한 MR을 사용하면 사용자가 가상 세계에 직접 진입할 수 있으므로 실제 상호 작용에 더 가까운 몰입감을 제공할 수 있습니다.

특히, 블루룸은 의료진이 안전하게 지상에 있는 동안 C130J 헤라클레스의 뒤에 링거를 꽂고 약을 준비할 수 있도록 해줍니다.이 시스템은 의료 능력에 국한되지 않으며 여러 교육 및 운영 능력을 지원하도록 확장할 수 있습니다.

이 군사 의료 혼합 현실(MR) 시뮬레이터는 국방 혁신 허브 계약의 자금 지원을 통해 호주 국방군(ADF)을 위해 개발되었으며 현재 ADF에서 사용 중입니다.

혼합공간

블렌디드 공간은 물리적 환경가상 환경이 의도적으로 밀접하게 결합된 공간입니다.블렌디드 공간 디자인의 목적은 사람들에게 블렌디드 공간에서 존재감을 느끼고 블렌디드 공간의 내용물에 직접 작용하는 경험을 제공하는 것입니다.[30][31]블렌디드 공간의 예로는 마이크로소프트 홀로렌즈와 같은 증강현실 기기와 수많은 스마트폰 관광 앱, 스마트 회의실, 버스 트래커 시스템과 같은 애플리케이션 등이 있습니다.

블렌딩의 아이디어는 Gilles FauconnierMark Turner에 의해 도입된 개념적 통합, 즉 개념적 블렌딩의 아이디어에서 비롯됩니다.

Manuel Imaz와 David Benyon은 소프트웨어 공학과 인간-컴퓨터 상호작용의 개념을 살펴보기 위해 혼합 이론을 도입했습니다.[32]

혼합 공간을 가장 간단하게 구현하려면 두 가지 기능이 필요합니다.첫 번째로 필요한 기능이 입력됩니다.입력은 촉각적인 것에서부터 환경의 변화에 이르기까지 다양합니다.다음으로 필요한 기능은 디지털 공간에서 수신되는 알림입니다.물리적 공간과 디지털 공간 간의 대응 관계는 혼합 공간의 설계에 의해 추상화되고 활용되어야 합니다.두 공간을 완벽하게 통합하는 경우는 거의 없습니다.혼합된 공간은 공간을 연결하기 위한 앵커링 포인트나 기술이 필요합니다.[31]


잘 디자인된 블렌디드 공간은 디지털 콘텐츠를 교묘하고 눈에 띄지 않는 방식으로 광고하고 전달합니다.존재감은 공간에서 도출된 생리적, 행동적, 주관적 측정을 통해 측정할 수 있습니다.[32]

혼합현실 공간에서의 개념적 혼합

공간에는 두 가지 주요 구성 요소가 있습니다.다음과 같습니다.

  1. 객체 – 매체/공간을 구성하는 실제 구별되는 객체입니다.따라서 객체는 공간을 효과적으로 묘사합니다.
  2. 에이전트 – 객체를 통해 공간과 상호 작용하는 공간 내의 통신원/사용자입니다.[30]


혼합된 공간에 존재하려면 물리적 공간과 디지털 공간이 있어야 합니다.블렌디드 공간의 맥락에서 물리적 공간과 디지털 공간 간의 커뮤니케이션이 높을수록 경험이 풍부해집니다.[30]이러한 커뮤니케이션은 사물의 상태와 성질을 전달하는 통신매체를 통해 이루어집니다.
혼합된 공간을 보기 위해 공간의 특성과 특성은 다음과 같은 요소로 나타낼 수 있습니다.

  1. 온톨로지 – 공간에 존재하는 여러 종류의 객체가 총 객체 수와 객체와 공간 사이의 관계를 나타냅니다.
  2. 토폴로지 – 개체를 배치하고 배치하는 방법입니다.
  3. 변동성 – 개체가 변하는 빈도입니다.
  4. 에이전시 – 개체 간, 개체와 사용자 간의 커뮤니케이션 매체입니다.에이전시는 또한 공간 안에 있는 사용자들을 포함합니다.


물리적 공간 – 물리적 공간은 공간적 상호작용을 제공하는 공간입니다.[33]이러한 공간적 상호작용은 사용자의 인지 모델에 큰 영향을 미칩니다.[34]
디지털 공간 – 디지털 공간(정보 공간이라고도 함)은 모든 정보 콘텐츠로 구성됩니다.이 내용은 어떤 형식이든 사용할 수 있습니다.[35]

원격근무

혼합 현실을 통해 원격 팀의 글로벌 인력이 협력하여 조직의 비즈니스 과제를 해결할 수 있습니다.물리적 위치에 상관없이 직원은 헤드셋과 소음 제거 헤드폰을 착용하고 협력적이고 몰입도가 높은 가상 환경에 진입할 수 있습니다.이러한 애플리케이션이 실시간으로 정확하게 번역될 수 있기 때문에 언어 장벽은 무의미해집니다.이 과정을 통해 유연성도 향상됩니다.많은 고용주들이 여전히 고정된 근무 시간과 장소의 유연하지 않은 모델을 사용하고 있지만, 고용주들이 근무 장소, 시간, 방법에 대한 자율성이 높아지면 더 생산성이 높아진다는 증거가 있습니다.어떤 직원들은 시끄러운 작업 환경을 선호하는 반면, 어떤 직원들은 침묵을 필요로 합니다.어떤 사람들은 아침에 가장 잘 일하고, 어떤 사람들은 밤에 가장 잘 일합니다.또한 직원들은 다양한 정보 처리 방식으로 인해 작업 방식의 자율성을 활용할 수 있습니다.학습 스타일에 대한 고전적인 모델은 시각적, 청각적, 운동신경적 학습자들 사이에서 차별화됩니다.[36]

기계 유지보수는 혼합 현실의 도움으로 실행할 수도 있습니다.여러 제조 장소와 많은 기계를 보유한 대기업은 혼합 현실을 사용하여 직원들을 교육하고 교육할 수 있습니다.그 기계들은 정기적인 검사가 필요하고 가끔 조정해야 합니다.이러한 조정은 대부분 사람이 수행하기 때문에 필요한 조정에 대해 직원들에게 알려야 합니다.혼합 현실을 사용함으로써, 여러 장소에서 온 직원들은 헤드셋을 착용하고 변화에 대한 실시간 안내를 받을 수 있습니다.강사는 모든 직원이 보는 표현을 조작할 수 있으며, 생산 구역을 활공하여 기술적인 세부 사항을 확대하고 필요한 모든 변경 사항을 설명할 수 있습니다.이와 같은 혼합현실 프로그램으로 5분간의 교육을 이수하는 직원들은 50페이지 분량의 교육 매뉴얼을 읽는 것과 같은 학습 성과를 얻는 것으로 나타났습니다.[37]이 환경의 확장은 운영 기계의 라이브 데이터를 가상 협업 공간에 통합한 다음 장비의 3차원 가상 모델과 관련시키는 것입니다.이를 통해 물리적 위치에 관계없이 전문 지식을 활용하면서 유지보수, 운영 및 안전 작업 프로세스를 교육하고 실행할 수 있습니다.[38]

기능 목업

혼합 현실은 물리적 요소와 디지털 요소를 결합한 모형을 만드는 데 사용될 수 있습니다.SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)을 동시에 사용하여 실물 세계와 상호 작용하여 물체의 영속성과 같은 보다 현실적인 감각적 경험을 제어할 수 있습니다. 이러한 경험은 일반적으로 디지털 및 물리적 보조를 모두 사용하지 않고는 추적하고 분석하기가 불가능하거나 매우 어려울 것입니다.[40][41]

헬스케어

스마트 안경은 수술실에 통합되어 수술 절차에 도움을 줄 수 있으며, 외과 의사를 위한 정확한 시각적 가이드를 겹쳐 놓으면서 환자 데이터를 편리하게 표시할 수도 있습니다.[42][43]마이크로소프트 홀로렌즈와 같은 혼합 현실 헤드셋은 향상된 훈련을 위한 플랫폼을 제공할 뿐만 아니라 의사들 간의 정보를 효율적으로 공유할 수 있도록 이론화되었습니다.[44][43]이는 일부 상황(즉, 전염성 질병에 감염된 환자)에서 의사의 안전을 향상시키고 PPE 사용을 줄일 수 있습니다.[45]혼합 현실은 의료 서비스를 향상시킬 수 있는 많은 잠재력을 가지고 있지만, 몇 가지 단점도 가지고 있습니다.[43]이 기술은 환자가 있을 때 환자를 볼 수 없는 윤리적인 문제가 있기 때문에 환자가 있을 때 시나리오에 완전히 통합되지 않을 수도 있습니다.[43][46]혼합 현실은 의료 교육에도 유용합니다.예를 들어, 세계경제포럼의 2022년 보고서에 따르면 케이스 웨스턴 리저브 대학 의대 1학년생의 85%는 해부학을 가르치는 혼합 현실이 대면 수업보다 "동등하다"거나 "더 낫다"고 보고했습니다.[47]

제품내용관리

혼합 현실이 등장하기 전의 제품 콘텐츠 관리는 크게 브로슈어로 구성되었고, 이 2차원 영역을 벗어난 고객-제품 참여는 거의 없었습니다.[48]혼합 현실 기술이 개선되면서 새로운 형태의 대화형 제품 콘텐츠 관리가 등장했습니다.특히 일반적으로 2차원 제품의 3차원 디지털 렌더링은 소비자-제품 상호 작용의 도달 가능성과 효과를 높였습니다.[49]

로봇의 인간-인-더-루프(Human-in-the-loop 작동

최근 혼합 현실 기술의 발전으로 인간과 로봇의 상호 작용을 위한 대체 통신 모드에 대한 관심이 다시 높아지고 있습니다.[50]홀로렌즈와 같은 혼합 현실 안경을 착용한 인간 조작자는 디지털 공장 환경에서 현장에서 로봇 및 리프팅 기계와 상호 작용(제어 및 모니터링)할[51] 수 있습니다.이 사용 사례는 일반적으로 기계/프로세스/시스템과의 혼합 현실 인터페이스 간에 실시간 데이터 통신이 필요하며, 이는 디지털 트윈 기술을 통합함으로써 가능합니다.[51]

기업

혼합 현실은 판매자들이 고객들에게 특정 상품이 그들의 수요에 어떻게 부합할 것인지 보여줄 수 있게 합니다.판매자는 특정 제품이 구매자의 가정에 어떻게 적합한지 보여줄 수 있습니다.VR의 도움을 받은 구매자는 가상으로 물건을 고르고, 빙글빙글 돌면서 원하는 지점에 배치할 수 있습니다.이것은 구매자의 구매에 대한 자신감을 향상시키고 반품의 수를 줄여줍니다.[52]

건축 회사는 고객이 원하는 집을 가상으로 방문할 수 있게 해줍니다.

디스플레이 기술 및 제품

혼합현실(Mixed Reality)은 가상세계와 물리세계가 높은 수준으로 얽혀있는 것을 의미하지만, 혼합현실 환경을 구현하기 위해 사용되는 디지털 매체는 다양합니다.휴대용 기기부터 방 전체에 이르기까지 다양한 분야에서 실용적인 용도를 가지고 있습니다.[53][54]

동굴 자동 가상 환경

Cave Automatic Virtual Environment(자동 가상 환경) 중앙에 서 있는 사용자

CAVE(Cave Automatic Virtual Environment)는 일반적으로 사용자가 주변, 위쪽 및 아래쪽의 투사된 디스플레이로 둘러싸인 더 큰 외부 방에 위치한 작은 방입니다.[53]3D 안경과 서라운드 사운드는 투영을 보완하여 사용자에게 물리적 세계를 시뮬레이션하려는 원근감을 제공합니다.[53]개발 이후, CAVE 시스템은 프로토타입 제품을 개발하고 테스트하는 엔지니어들에 의해 채택되었습니다.[55]이를 통해 제품 설계자는 물리적 프로토타입을 제작하기 위해 자원을 투입하기 전에 프로토타입을 테스트할 수 있으며, 미시적 환경이나 공장 전체 바닥과 같은 무형의 물체에 대한 "체험형" 테스트를 위한 문도 열 수 있습니다.[55]CAVE를 개발한 후, 같은 연구자들은 결국 원래 CAVE의 단점을 바탕으로 만들어진 CAVE2를 공개했습니다.[56]3,700만 화소의 3D LCD 패널을 위해 기존의 영상을 대체했고, 네트워크 케이블은 CAVE2와 인터넷을 통합했으며, 보다 정밀한 카메라 시스템을 통해 사용자가 이동함에 따라 환경을 변화시킬 수 있습니다.[56]

헤드업 디스플레이

F/A-18C 헤드업 디스플레이 사진

HUD(Head-up display)는 사용자의 환경을 크게 혼란시키지 않고 사용자 앞에 직접 이미지를 투사하는 디스플레이입니다.표준 HUD는 HUD의 그래픽을 중첩하는 역할을 하는 프로젝터, 그래픽이 투사되는 표면인 컴바이너, 그리고 두 개의 다른 구성 요소를 통합하고 실시간 계산이나 조정을 계산하는 컴퓨터의 세 가지 요소로 구성되어 있습니다.[57]프로토타입 HUD는 전투 중인 전투기 조종사를 돕기 위해 군사용으로 처음 사용되었지만, 결국 전투뿐만 아니라 비행의 모든 측면에서 도움이 되도록 진화했습니다.[58]그 후 HUD는 상용 항공 전반에 걸쳐 표준화되었고, 결국 자동차 산업으로 슬그머니 진입했습니다.HUD가 자동차 운송에 처음으로 적용된 것 중 하나는 Pioneer's Head-up 시스템으로, 운전자 측 선바이저를 대신하여 운전자 앞 도로에 내비게이션 명령을 투사하는 디스플레이입니다.[59]General Motors, Toyota, Audi, 그리고 BMW와 같은 주요 제조업체들은 그 이후로 특정 모델에 헤드업 디스플레이의 일부 형태를 포함시켰습니다.

헤드 마운트 디스플레이

증강현실 헤드마운트 디스플레이

HMD(head-mounted display)는 한 개 또는 두 개의 광학 장치를 이용하여 사용자의 눈 앞에 직접 영상을 투사하는 장치입니다.응용 분야는 의학, 엔터테인먼트, 항공 및 공학 분야에 걸쳐 있으며 전통적인 디스플레이가 달성할 수 없는 시각적 몰입감을 제공합니다.[60]헤드 마운트 디스플레이는 엔터테인먼트 시장에서 소비자들에게 가장 인기가 있으며, 주요 기술 회사들은 기존 제품을 보완하기 위해 HMD를 개발하고 있습니다.[61][62]그러나 이러한 헤드 마운트 디스플레이는 가상 현실 디스플레이이며 물리적 세계를 통합하지 않습니다.그러나 일반적인 증강 현실 HMD는 기업 환경에서 더 유리합니다.마이크로소프트의 홀로렌즈는 의학 분야에 응용 프로그램이 있는 증강 현실 HMD로, 공학뿐만 아니라 의사들에게 더 깊은 실시간 통찰력을 제공하여 중요한 정보를 물리적 세계 위에 겹쳐 놓았습니다.[63]또 다른 주목할 만한 증강현실 HMD는 매직 리프에 의해 개발되었는데, 이 스타트업은 민간 부문과 소비자 시장에서 응용 프로그램을 갖춘 유사한 제품을 개발하고 있습니다.[64]

모바일 디바이스

스마트폰과 태블릿을 포함한 모바일 기기들은 컴퓨팅 성능과 휴대성 면에서 계속해서 증가해 왔습니다.많은 현대의 모바일 기기들은 증강현실 애플리케이션을 개발하기 위한 툴킷을 갖추고 있습니다.[54]이러한 응용 프로그램을 통해 개발자는 컴퓨터 그래픽을 물리적 세계의 비디오 위에 오버레이할 수 있습니다.2016년 출시되어 누적 다운로드 8억 건을 기록한 '포켓몬 GO'는 증강현실 모바일 게임 최초로 널리 성공한 게임입니다.[65]AR을 활용한 엔터테인먼트 애플리케이션이 성공적인 것으로 입증된 가운데, 생산성과 유틸리티 앱도 AR 기능을 통합하기 시작했습니다.구글은 사용자 앞 거리에 AR 내비게이션 길 안내를 포함한 구글 지도 애플리케이션 업데이트를 공개했으며 번역된 텍스트를 20개 이상의 외국어로 실제 쓰기에 오버레이할 수 있도록 번역 앱을 확장했습니다.[66]모바일 기기는 항상 공통적으로 장착되어 있기 때문에 독특한 디스플레이 기술입니다.

참고 항목

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외부 링크

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