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11장 가상현실과 VRML
11장 가상현실과 VRML
11.1 가상현실의 개요
11.1.1 가상현실이란?
 가상현실의 세계란 상상의 세계를 현실과 같이 만들어 내고 인체의
모든 감각기관(눈, 코, 귀, 입, 피부 등)이 인위적으로 창조한 세계에
몰입됨으로서 자신이 바로 그 곳에 있는 것처럼 느낄 수 있는 공간
을 의미.
 가상현실 세계에서는 현실 세계에 대한 시뮬레이션뿐만 아니라 현
실세계에서 불가능한 체험을 가능하게 해 줄 수 있다.
 멀티미디어 기술의 발전은 가상현실의 실현에 큰 영향을 끼침.
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11.1.2 가상현실 시스템의 요구사항
 임장감(Presence)과 몰입감(Immersion)
 상호작용성(Interactivity)
 자율성(Autonomy)
가상현실 시스템의 요구사항
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11.1.3 가상현실 시스템의 종류
(1) 몰입형 가상현실 시스템(Immersive VR System)
 컴퓨터에 의해 만들어진 3차원 환경에 HMD 등의 몰입형 장비를
착용하여 가상의 세계를 경험하고 상호 대화식으로 정보를 주고받
는 시스템.
 사용자가 현실과는 완전히 차단된 가상 환경만을 볼 수 있도록 하
는 것으로 가장 이상적인 형태.
 고가의 장비를 필요로 하기 때문에 주로 연구 실험용으로 사용.
(2) 비몰입형 시스템(Non-immersive VR System)
 탁상형 가상현실 시스템(Desktop VR System) 이라고도 부르며, 모
니터 화면에 나타난 영상을 사용자가 보면서 가상현실을 체험하는
방식.
 가상 세계에 대한 몰입감이 떨어지는 등 부족한면은 많으나 PC등
저가의 장비를 이용해 쉽게 사용이 가능하여 현재 대중적으로 많
이 보급되어 있음.
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(3) 증강 현실(Augmented Reality)
 실 세계와 가상의 이미지가 중첩되는 복합형 가상현실 시스템
(Hybrid VR System).
 사용자가 보는 현실 세계와 부가 정보를 갖는 가상세계를 합쳐 하
나로 보여 주는 것으로 최근 활발한 연구가 진행되고 있는 분야.
 가상현실 기술만으로 현실 세계를 완벽하게 대체하기 보다는 현실
세계를 가상세계로 보완해주는 개념.
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11.2 가상현실 시스템의 구성
 가상현실 시스템은 크게 렌더링(Rendering) 시스템, 입력장
치, 출력장치, 가상현실 응용 개발 소프트웨어, 3차원 모델링
(Modeling) 소프트웨어로 구성.
• 입력장치는 참여자의 위치, 방향 및 행위로 인한 이벤트 정보를
전송.
• 출력장치는 입력정보에 대응하는 3차원 영상, 음향, 촉각(Force
Feedback) 등의 출력을 전달.
• 렌더링 시스템은 참여자의 정보를 월드 데이터베이스에 반영
하여 실시간으로 새롭게 변화된 3D 영상과 음향을 재생.
• 월드 데이터베이스는 가상현실과 관련된 데이터를 저장, 관리.
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가상현실 시스템의 처리과정
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11.2.1 가상현실 하드웨어
(1) 그래픽 렌더링 시스템
 Silicon Graphics 워크스테이션 - 전문적인 VR application을 개발
하기 위해 가장 많이 사용되는 장비로서 성능이 뛰어난 만큼 매우
고가이다.
 SGI 워크스테이션에서는 실시간 그래픽 렌더링을 위해서 RISC
프로세서, 비디오 가속보드 및 대용량의 RAM을 사용.
 자연스런 영상을 얻기 위해서는 적어도 초당 25 ~ 30 fps 수준의 실
시간 렌더링 요구.
 대표적인 SGI 워크스테이션으로는 O2, Indigo 2, Octane, Onyx 등
이 있다.
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(2) 3D 그래픽 가속 보드(3D Graphic Accelerating Board)
 PC용 데스크탑 VR 시스템을 구성하기 위해서는 VRML 또는 3차
원 그래픽 라이브러리(OpenGL, Direct 3D 등)를 지원하는 그래픽
가속보드가 필요.
 대표적인 OpenGL 가속보드는 3D Labs 사의 FireGL, Permedia 시
리즈, ATI 사의 Rage 시리즈, RivaTNT, Voodoo등이 있다.
(3) 입력장치
 데이터 글러브(Data Glove) : 섬유굴절 케이블을 이용하여 각 손가
락의 굽힘과 뻗침을 측정.
 사이버 스틱(Cyberstick), 스페이스 볼(Spaceball) : 3차원 위치와
방향 좌표 입력이 가능한 장치.
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(4) 출력장치
 HMD(Head Mounted Display)
• 가상공간에서 강제적인 몰입효과를 얻을 수 있는 디스플레이 장치.
• HMD를 착용하고 있는 사용자의 주시방향을 탐지하여 지속적으로 가
상환경을 변화시키는 추적기능을 갖는다.
• 단점으로 착용감과 해상도가 떨어지며, 장시간 착용시 멀미(Motion
Sickness)를 유발할 수 있다.
 크리스털 아이(CrystalEyes)
• 컴퓨터 스크린 상의 이미지를 3차원 입체화상으로 보여주는 입체안경
• 완전한 몰입감은 느낄 수 없지만 2차원 화면과 3차원 입체화면의 전환
이 용이하고 센서 범위 내의 여러 사람이 동시에 사용 가능.
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11.2.2 가상현실 소프트웨어
 VR 소프트웨어는 가상공간의 3차원 물체를 생성, 편집하는 3차원
모델링 소프트웨어와 VR시스템의 구성요소(입출력장치, 모델링
데이터베이스 등)를 통합, 제어, 관리하는 VR응용개발 소프트웨어
로 나눌 수 있다.
(1) 3차원 모델링 소프트웨어
 가상세계를 구성하는 3차원 물체를 생성, 편집.
 3차원 모델링 소프트웨어는 영화, 광고용 3차원 애니메이션 제작
에 많이 사용되고 있으며, 기능에 따라 저가에서 고가의 제품이 다
양하게 사용.
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(2) VR응용 개발 소프트웨어
 VR 시스템의 구성요소들을 통합하고 관리하는 작업을 수행.
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11.3 사이버스페이스
 1987년 W.Gibson의 SF소설 'Neuromancer'에서 처음 사용된 용어.
 네트워크를 매개로 하여 컴퓨터와 같은 커뮤니케이션 수단을 기반
으로 정보와 지식, 나아가 감각까지도 공유할 수 있는 가상공간을
의미.
 물리적인 제약을 초월하여 컴퓨터를 매개로 하여 대화할 수 있는
가상공간으로 현실공간과는 또 다른 체험의 장소.
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11.3.1 네트워크 환경에서의 가상공간
 컴퓨터를 매개로 한 커뮤니케이션 발달 단계
 사이버스페이스에서는 아바타를 통하여 다른 사용자와 실시간으
로 의사소통이 가능.
 기존의 의사소통 방법과는 다른 새로운 방법이 존재 가능.
• Online-BODY : 언어로만 제한되어 있는 의사소통 수단을 아바타의
정서적 표현으로 보완하는 방법.
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감정을 표현할 수 있는 아바타
(http://CyberCommunity3D.gmsnet.or.jp/cc96/)
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• 온라인 상에서 사용하는 가상의 도구 : 자발적으로 행동을 창출할 수
있고, 이에 따라 인간관계가 형성되어 새로운 행동 양식과 같은 사이버
스페이스 독자적인 문화나 사회기반이 형성 가능.
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11.3.2 가상도시
 Fujitsu사에서 제작한 CyberCity96.
 CyberCity 96의 개발은 인터넷을 포함하는 열린 네트워크 환경을
통하여, 다수의 사용자간의 실시간 대화가 가능하고, PC상에서 작
동할 수 있는 3차원 인터페이스를 구현하려는 데서 출발.
(1) 가상도시의 개념
 가상도시에서는 사람과 사람이 만나 정보를 공유하는 커뮤니케이
션형의 서비스가 핵심으로, 온라인 쇼핑 등의 편리성을 추구하는
비즈니스형의 서비스와 게임과 영화 등 놀이를 연출한 엔터테인먼
트형의 서비스를 제공.
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 인터넷의 풍부한 자원을 활용하여 지금 현실 세계에서 일어나고 있
는 일을 실시간으로 사이버스페이스에 반영시키고 있다.
 정기적인 이벤트를 개최하여 일정 시간과 장소에서만 얻어지는 정
보를 공유할 수 있고, 게임, 영화, TV, 잡지 등의 각종 미디어를 삽
입하여 종합적인 미디어 세계를 실현하는 것을 목표.
 참여자는 아바타를 이용하여 비 언어적 표현을 포함하는 커뮤니케
이션을 실현하고, 나아가 텍스트, 음성, 동작 등에 의한 커뮤니케이
션 채널의 확장과 각 미디어의 특성을 활용하여 보다 효과적인 사
용자 인터페이스를 실현.
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(2) 가상도시 서비스
 'Communication zone'은 의견교환을 위한 포럼광장과 정보제공을
위한 갤러리로 구성.
 'Online shopping'에서는 가상의 물건들을 구매할 수 있는 곳이고,
직접 원하는 게임 다운로드 가능.
 영화관에서는 상영되는 영화를 볼 수 있고, 'Housing plaza'에서는
현실의 도시와 그 일부를 가상공간에 삽입하여 실시간에 변화하는
현실 세계의 모습을 반영할 수 있게 구현.
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(3) 임장감의 연출
(4) 상호대화의 연출
 아바타를 사용함으로써 사이버스페이스로의 몰입감이 증대되고
사이버스페이스를 체험의 공간으로 인식
 텍스트에 의한 실시간 대화와 아바타를 이용한 정서적 표현을 통하
여 상호 대화를 보다 효과적으로 지원.
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11.3.3 사이버스페이스의 예
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11.4 가상현실의 활용과 미래
11.4.1 가상현실의 활용 분야
(1) 건설/설계 분야
 건물의 시공 전에 가상의 모델하우스를 구축하여 설계 상의 오류
나 인테리어 디자인에 대한 소비자의 반응을 미리 예측 가능.
 소비자는 가상 모델하우스에서 벽지, 조명등을 바꾸어가며 취향에
맞는 분위기를 선택 가능.
 구축 사례 : 삼성건설, 동아건설, 현대산업개발, 한샘 등.
(2) 사이버 쇼핑몰
 3차원 공간상에 쇼핑몰을 만들어 놓고 각종 시설물과 상품을 배치
하여 내부에서 자유로운 쇼핑 가능.
 전자상거래 시스템과 연결되어 실제 홈쇼핑을 가능하게 한다.
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(3) 원격존재(Telepresence)
 원자력 발전소나 제철소, 3D 분야에서 가상현실을 이용하여 원격
지 오퍼레이팅 룸에서 작업장에 투입된 로보트를 제어.
(4) 교육, 훈련, 엔터테인먼트
 실내 운전연습기(Driving Simulator), 비행 훈련시스템(Flight
Simulator), 게임 등
(5) 네트워크 통신
 네트워크를 통한 가상세계를 구축.
 최근 들어 인터넷의 폭발적인 확산과 대중화로 많은 컴퓨터들이 네
트워크로 연결되면서 서로 정보를 주고받는 분산과 공유 기능의 중
요성이 부각.
 원거리의 사람들이 동시에 네트워크를 통해 가상공간에서 대화하
고 일할 수 있는 환경이 구축되어 실시간적으로 상호 작용이 가능
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11.4.2 가상현실의 미래
 전문적인 VR 관련 장비가 아직은 매우 고가이나 PC상에서 구현
가능한 VR 장비의 가격의 하락으로 VR 응용시스템의 대중화가 예
상.
 현재 인터넷의 대역폭은 낮은 수준이나 초고속 정보통신망이 구축
되는 시점에서는 분산환경에서의 VR 응용이 가능.
 VR 기술은 교육, 엔터테인먼트, 건설, 시뮬레이션 등 그 응용분야
가 광범위하기 때문에 기술이 성숙되는 시점에서는 활용성이 더욱
증대할 것임.
 VR 기술의 미래는 HMD나 Data Glove와 같은 VR 장비나 강력한
컴퓨터에 의해 좌우된다기 보다는 VR 환경 구축에 필요한 엄청난
양의 데이타를 어떻게 처리하고 관리할 것인가가 보다 중요한 과제.
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11.5 웹에서의 가상현실 기술의 활
 웹에서 활용되고 있는 대표적인 VR기술 : VRML 기반,
Superscape VRT 기반, Quicktime VR 기반, 기타 3차원 모델 플러
그인 등.
 VRML과 VRT는 사용자 입력에 의한 네비게이션이 가능하고, 애
니메이션, 사운드 및 스크립팅 기능을 지원하여 동적인 3차원 환경
을 연출.
 QuickTime VR은 파노라마 VR이라고도 불리며 연속적인 사진을
파노라마 형식으로 배열하여 네비게이션 효과를 연출하는 방식.
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11장 가상현실과 VRML
11.5.1 VRML
 VRML은 Web환경에서 동적인 3차원 환경을 개발하기 위하여 표
준으로 제안된 스크립트 형식의 언어.
 현재 VRML 2.0 까지 발표되어 있으며, 기능을 보완하여 VRML
3.0 이 발표될 예정임.
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11.5.2 QuickTime VR
 Apple사의 QuickTime VR은 이미지 기반 가상현실 분야에서 업계
의 표준으로 사용되며 다양한 활용분야가 존재.
 특징
• 3차원 모델링 데이타를 사용하지 않고 연속적인 이미지로 구성.
• 방을 대상하는 경우 방안 내부를 사진으로 연속적으로 찍어 이미지들
을 파노라마(Panorama) 형식으로 연결시켜 놓고 확대(Zoom-in), 축소
(Zoom-out), 회전(Rotation) 기능을 통하여 방안을 둘러 보는 효과를
연출.
• 파노라마와 객체(Object)를 구성요소로 하는 이 기술은 엄밀한 의미에
서 동화상과는 차이가 있으며, 사용자의 입력에 따라 장면 또는 특정
객체를 360도 회전하면서 둘러볼 수 있다.
• 이미 찍어놓은 사진을 가지고 처리하기 때문에 사진으로 찍히지 않은
부분은 볼 수 없다.
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QuickTime VR과 동영상의 비교
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(1) 파노라마(Panorama) QuickTime VR
 한 장소에 서서 주위의 모습을 둘러볼 수 있는 방식.
 파노라마 QuickTime VR 제작시 주의할 점은 카메라 렌즈가 회전
을 할 때 반드시 배경과 수직이 되어야 한다는 것과 가능하면 장면
을 작게 나누어 사진들을 둥글게 만들 때 생기는 왜곡을 최소화시
켜야 한다.
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(2) 오브젝트(Object) QuickTime VR
 하나의 사물을 여러 각도에서 볼 수 있게 하는 방식으로 파노라마
방식과는 다른 특수한 장비가 필요.
 파노라마 방식은 관찰자가 좌우로만 배경을 움직일 수 있는 반면,
오브젝트 방식에서는 좌우는 물론 상하로도 물체를 움직여 볼 수
있다
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11.5.3 Superscape VRT
 Superscape 사에서 제공하는 Web용 VR 환경 저작기술.
 특징
• 3차원 공간 네비게이션 기능, 애니메이션, 사운드 기능 등 VRML과 유
사한 기능을 제공.
• 전용 저작 도구인 VRT for Windows가 제공.
• VRML및 AutoCad DXF 포맷으로 변환이 가능.
• 국내 외에 Superscape VRT를 이용한 다수의 사이트가 구축.
• VISCAPE - VRT 브라우저 플러그인
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11.6 VRML의 소개
11.6.1 VRML의 정의와 역사
 VRML이란 "Virtual Reality Modeling Language"의 약어.
 VRML을 이용하여 웹 문서 안에 3차원 공간을 구축할 수 있다.
 현재 VRML 2.0은 54가지 기능의 다양한 노드(Node)들을 제공하여
3차원 물체를 생성하고 애니메이션 및 사용자와의 상호작용 기능
을 이용하여 가상세계를 구축할 수 있다.
 사이버 쇼핑몰, 사이버 오피스, 3차원 채팅 사이트, 가상 학교, 그밖
에 다양한 시뮬레이션 등 많은 분야에 활용 가능.
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VRML의 역사
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11장 가상현실과 VRML
11.6.2 VRML의 특징
 사용자 입력에 의한 상호작용과 네비게이션이 가능.
 웹을 기반으로 함.
• 인터넷을 통한 다중 참여자를 지원하는 가상환경 시스템 구축 가능.
 웹의 사용을 전제로 설계됨.
• VRML 플러그인 만 설치하게 되면 웹 사용이 가능한 어떤 시스템에서
도 볼 수 있음.
• 빠른 전송을 위해서 아스키 파일 형태로 되어 있음.
 다른 VRML 문서, HTML 문서와 연결되어 사용.
 텍스트 화일 형식으로 되어 있으며 제공하는 정보의 양에 비하여
화일의 크기가 작다.
 VRML 파일은 평균 이미지 파일의 크기와 비슷하고 압축할 경우
에는 5분의 1로 줄일 수 있다.
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11장 가상현실과 VRML
VRML 문서에서 다른 문서로의 연결
HTML 문서에서 VRML 문서 부르기
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VRML과 다른 멀티미디어 매체의 비교
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 상호작용성(Interactive)
• VRML 월드 내에서 사용자는 주위의 사물과 상호작용이 가능.
• 집안을 돌아다니다가 닫힌 문을 만나면 열고 들어갈 수 있고 불을 켜거
나 끌 수도 있음.
 탐색항해(Navigation)
• 사용자는 VRML 월드 내를 마음대로 돌아다닐 수 있음.
• 흥미 있는 물체를 마음대로 돌려보거나 이동시켜 볼 수도 있음.
• HTML에서처럼 Anchor를 통하여 다른 VRML문서나 HTML문서로
이동.
• QuickTime VR은 미리 정해진 범위 내의 장면을 둘러볼 수 있을 뿐임
 장면의 구성
• 그래픽이나 비디오 같은 매체는 우리가 실제로 보고자 하는 장면에 대
한 데이터를 미리 준비해서 파일 속에 저장.
• VRML은 국제 표준인 ASCII나 유니코드(Unicode) 형식으로 저장.
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11장 가상현실과 VRML
• VRML은 장면에 대한 데이터를 저장하는 대신에 장면을 이루는 요소
들에 대한 정보를 저장.
• QuickTime VR은 미리 찍어둔 몇 개의 사진을 조합.
• 3D 애니메이션
• VRML이 아니고 "3D Studio MAX" 같은 3차원 그래픽 툴을 이용
하여 만든 모델링 데이터를 애니메이션으로 만든 것.
• VRML과 같이 마음대로 네비게이션 할 수 없음.
 스크립트
• VRML만 사용 가능.
• 단순한 상호작용뿐 만 아니라 여러 가지 조건을 종합하여 복잡한 상호
작용을 할 수 있음.
• 노드를 마음대로 제어.
• 현재의 상태를 저장(변수를 사용할 수 있다)하여 나중에 사용 가능.
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11장 가상현실과 VRML
11.6.3 VRML 월드의 탐험
 VRML 브라우저는 플러그인 형태로 제공.
 Cosmo Player 2.1
•
•
•
•
•
Silicon Graphics(SGI)사의 VRML 브라우저.
VRML 2.0을 완전히 지원.
MS의 DirectX 지원.
사용이 매우 편리하고 쉬움.
Download :
http://www.cosmosoftware.com/download/index_player.html
 Community Place 브라우저
•
•
•
•
Sony사의 VRML브라우저.
최신표준을 지원.
Cosmo Player 다음으로 많이 이용됨.
Download : http://www.community-place.com
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11장 가상현실과 VRML
 Cosmo Player의 사용법
•
•
•
•
•
이동용 대쉬보드: VRML월드 내에서 움직임을 조절하는 컨트롤.
관찰용 대쉬보드: 물체를 마음대로 관찰해 볼 수 있는 컨트롤.
대쉬보드의 변경.
걷기(Walk) 컨트롤: 이동용 대쉬보드에서 사용되는 컨트롤.
관찰(Examine) 컨트롤: 관찰용 대쉬보드에서 사용되는 컨트롤.
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11장 가상현실과 VRML
11.6.4 VRML 저작도구
 텍스트 에디터
 저작도구
• 노드에 대한 복잡한 지식 없이도 쉽게 VRML 월드를 구현할 수 있음.
• WYSIWYG(What You See Is What You Get)기능 제공.

저작도구의 종류
• 기존의 그래픽툴
• 모델링한 데이터를 VRML로 저장.
• VRML의 모든 기능을 사용할 수 없음.
• 네이티브(Native) 저작도구
• 처음부터 VRML 저작을 목표로 만들어짐.
• V-Realm Builder, Cosmo Worlds 등이 있음.
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11장 가상현실과 VRML
•
•
•
•
아이콘과 노드를 통한 노드의 삽입과 편집.
오브젝트 라이브러리의 제공.
애니메이션을 위한 키프레임 기능.
스크립트 에디팅.
 Cosmo Worlds의 인터페이스는 일반적인 컴퓨터 그래픽 툴의 인터
페이스와 매우 유사.
 장점 : VRML 월드를 구현함에 있어서 저작도구를 이용하면 쉽게
사이버 월드를 구현.
 단점 : 자칫 너무 세밀하게 나타내기 때문에 용량이 커진다.
 에디터와 저작도구를 적절히 활용하는 것이 필요.
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11장 가상현실과 VRML
11.6.5 VRML의 노드
 장면의 구성
•
•
•
•
사물
빛
시점
이벤트
=> 노드를 통해서 이러한 요소를 표현.
 노드의 종류
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11장 가상현실과 VRML
VRML의 중요한 노드들
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11장 가상현실과 VRML
 VRML에는 총 54개의 노드가 있음
•
•
•
•
•
•
•
3차원 물체 생성
물체의 매질 지정
센서 노드
광원 효과 지정
3차원 사운드
텍스쳐 매핑
인터폴레이션 애니메이션
(1) Shape 노드
 VRML에서 물체를 표현하는데 쓰이는 대표적인 노드.
 직육면체(Box), 원기둥(Cylinder), 구(Sphere) 및 원뿔(Cone)과 같
은 기본 기하모형이나 점과 선의 집합인 IndexedFaceSet 노드로
물체 표현.
 물체에 색을 입히거나 질감을 주는 효과.
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11장 가상현실과 VRML
(2) Texture 노드
 텍스쳐 매핑(Textue Mapping)이란 물체의 표면에 텍스쳐라 불리
는 2차원 이미지를 감싸서 붙이는 작업을 의미.
 가구 위에 나무 무늬를 입히거나 벽에 벽지를 바르는 작업과 유사.
 VRML 2.0 에서는 이미지, 비디오, 픽셀 등으로 구성된 텍스쳐를
매핑 가능.
(3) Light 노드
 VRML에서 쓰이는 빛은 크게 Directional Light, Point Light, Spot
Light로 나뉨.
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Directional Light
Point Light
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Spot Light
11장 가상현실과 VRML
(4) 센서 노드와 애니메이션 노드
 VRML World를 좀더 현실감 있고 활동적이게 하기 위해서 애니메
이션과 같은 효과를 첨가하는 것이 필요.
 객체들이 움직이거나 그들의 색을 변경하는 등의 활동을 만들기 위
해서는 크게 인터폴레이션 노드와 센서 노드가 사용.
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11.6.6 VRML의 활용 예
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