연구에서 게임까지 : 3D공간 인터랙션

조셉 라비올라 주니어(Joseph LaViola Jr)
가마수트라 등록일(2010. 04. 22)

http://www.gamasutra.com/view/feature/6469/postmortem_zen_studios_pinball_.php

[3D 인터페이스가 소비자에게 소개되기 시작하자마자, 수년 간의 연구가 쏟아져 나왔다. University of Central Florida 의 Joe LaViola 박사는 게임과 상호작용하는 유용하고도 재미있는 방법을 고안하는 것에 대한 학술적인 결과를 소개한다.]

지난 몇 년 간, 우리는 모션 컨트롤러 기술이 비디오게임 산업에 영향을 미치고 있음을 목도했다. Sony EyeToy 와 Nintendo Wii 는 게임 인터페이스가 전통적인 키보드, 마우스를 넘어설 수 있고 게임 컨트롤러가 좀더 현실적이고, 몰입적이며 자연스러움 게임 플레이 메캐닉을 구현하고 있음을 보여주었다.

사실, 향후 몇 년 안에, Sony Move, Microsoft 의 Natal, Sixense 의 TrueMotion 을 비롯한 모든 메이저 콘솔 및 PC 는 3D 공간 인터랙션을 지원하는 인풋 영역을 개발할 것이다. 이 인터랙션 기술 분야에 있어서의 패러다임 이동은 게임 개발자가 게임 인터페이스를 만드는데 거대한 잠재력을 발휘하며, 이전에는 한번도 사용하지 않은 전략을 만들도록 해 주고 있다. 이러한 인터페이스는 플레이어가 좀더 몰입적인 경험을 할 수 있도록 해 주며, 행동을 더 근접하게 할 수 있도록 해 준다.

이러한 디바이스와 인터랙션의 스타일이 새로워 보이겠지만, 이것들은 실제로는 이미 연구분야 내에서는 존재해 왔던 것이다. 사실, 가상 현실 분야와 3D 유저 인터페이스 분야는 지난 20 년 동안 이러한 인터랙션 스타일에 대해서 연구해 왔다.

90 년 대 이래, 이 분야에서의 연구 성과를 살펴 보면, 지금 수백만의 사람들에게 전해지고 있는 응용 영역에 활용되고 있는 혁신적인 3D 공간 인터페이스 기술은 이제 중요성을 드러내고 있는 것으로 보인다.

이 분야의 연구는 수년 동안 핵심 기술로 활용될 수 있는 콘텐츠를 찾아 왔고, 비디오 게임에 적용될 수 있는 절호의 기회를

맞이하였다.

나는 게임 산업이 학계에서 이루어 온 것을 잘 활용하고 있다는 생각이 든다. 가상 현실 및 3D 유저 인터페이스 분야가 수년 동안 연구되어 오는 동안 게임 개발에 직접적으로 응용되기까지 지식의 과잉 현상이 있었다.

게임 개발자가 최근 동작 센싱 인풋 디바이스 개발을 위한 혁신적인 인터랙션 기술 개발을 지속하고 있다는 것은 중요한 사실이겠지만, 또한 개발자가 불필요한 일을 할 필요가 없었다는 것도 중요하다.

즉, 이 글의 목적은 지난 10-15 년 간 학계에서 이루어진 3D 공간 인터랙션 기술을 검토해 보는 것이다. 게임 개발자가 이 글을 이용하여 3D 유저 인터페이스와 가상 현실에 적용할 수 있는 훌륭한 기저가 될 수 있기를 희망한다.

비디오 게임 에서의 3D 공간 인터페이스 활용뿐만 아니라 이 분야의 연구 정보를 보다 자세히 밝히기 위하여 글의 마지막 부분에 짧은 읽기 목록을 제공하고자 한다.

3D 공간 인터랙션

도대체 3D 공간 인터랙션이 무엇인가? 대략적으로, 3D 유저 인터페이스(3D 공간 인터랙션)은 이용자의 행위가 3D 인풋 디바이스로 3D 공간 콘텍스트에서 이루어지거나 2D 인풋 디바이스를 3D 로 맵핑하게 되는 곳에서 이루어지는 인간과 컴퓨터 간의 상호작용을 수반하는 UI 이다. 즉, 3D UI 는 입력 도구와 인터랙션 기술을 요하는데, 3D 컴퓨터 생성 콘텐츠를 효율적으로 컨트롤하기 위해서이다. 비디오 게임에 적용될 때도 예외는 없다.

대부분 복잡한 3D 어플리케이션에서 발견할 수 있는 기본적인 3D 인터랙션 태스크가 네 가지 있다. 실제로는 상징적 인풋- 알파벳으로 3D 환경에 접속할 수 있는 능력-이라 불리는 다섯번째 태스크가 있지만, 우리는 여기서 이것을 논의하지 않을 것이다. 분명히, 어플리케이션 영역에 국한된 다른 태스크가 있을 것이다. 그러나 이 기본적인 빌딩 블록은 이용자로 하여금 좀더 복잡한 태스크를 할 수 있도록 해 주기 위해 자주 결합될 수 있다. 이 태스크는 이동, 선택, 조작 및 시스템 콘트롤을 포함한다.

Navigation 은 가장 일반적인 VE 태스크이고, 두 가지 요소로 구성된다. Travel 은 navigation 의 움직임 요소이고, 여기서 저기로 물리적인 움직임을 의미한다. Wayfinding 은 navigation 의 인지적이거나 의사 결정 요소인데, “내가 어디에 있는가?”, “어디고 가고 싶은 거지?”, “어떻게 거기에 가야 하지” 등등의 질문을 요구하게 된다.

Selection 은 간단히 말해서, 어떤 목적을 위한 일련의 대상 또는 대상의 상세 설명서이다.

Manipulation 은 대상의 특징에 대한 상세 설명서(대부분 위치, 방향 등의 특징)을 의미한다. Selection 과 manipulation 은 종종 함께 이용되지만 selection 은 독립형의 대상이다. 가령, 이용자는 “삭제”와 같은 명령을 수행하기 위하여 이 목적에 해당하는 대상을 선택하게 된다.

System control 은 인터랙션 모드나 시스템 상태를 바꾸는 태스크이다. 이것은 대개 시스템에서 명령 형태로 이루어진다. 2D 시스템에서의 예는 메뉴와 명령 수행 라인 인터페이스이다. 대개 시스템 컨트롤 기술은 세 가지의 태스크고 구성되지만(예, 메뉴 커맨드는 selection 을 포괄한다) 또한 특수 기술이 개발되고 일반적이 되면서, 별도로 간주되기 시작하였다.

3D 공간 인터페이스에 대해 생각할 때 일반적으로 대립하고 있는 두 가지가 있다: 현실과 마술. 현실적인 주제나 스타일은 실제 현실 인터랙션을 3D 환경에 가져오고자 한다. 따라서, 목적은 물리적인 현실 인터랙션을 가상 현실로 흉내 내도록 하는 데 있다.

골프 채나 야구 배트를 휘두르거나 가상의 물체를 집어 들기 위해 손을 이용하는 것과 같은 직접적인 조작 인터페이스가 예가 된다. 마술 주제나 스타일은 현실 세계를 공상과학이나 판타지의 영역으로 넘어서게 한다. 마술 기술은 주문을 외우거나, 날아 다니거나 공중부양으로 가상 물체를 옮기는 것과 같은 상상력에 의존 할 수 밖에 없다.

현실과 마술 3D 공간 인터랙션 기술에 모두 사용되는 두 가지 기술적인 접근법은 형태 유사성과 형태 비 유사성이다. 형태 유사성은 모션 컨트롤러와 가상 현실에서의 이에 대응하는 대상물 사이의 일대일 맵핑을 의미한다.

예를 들어, 모션 컨트롤러가 1.5 피트를 x 축을 따라 움직이면, 가상 대상은 같은 거기를 가상공간에서 움직인다. 반면에, 형태 비 유사성은 입력을 조정하여 컨트롤에서 디스플레이의 비율이 똑같지 않게 만든다. 예를 들어, 모션 컨트롤러가 y 축에 대하여 30 도 각도로 회전한다면, 가상 대상물은 y 축에 대하여 60 도 회전할 수도 있다.

형태 비 유사성은 3D 공간 인터랙션에서는 매우 강력한 접근법인데, 그 자체로 마법과 같은 인터페이스가 될 수 있으며 이용자에게 가상 현실에서의 좀도 유연한 컨트롤을 제공할 수 있기 때문이다.

일반적인 3D 공간 인터랙션 기술

가상 현실이나 3D UI 문헌에서 찾을 수 있는 3D 유저 인터페이스 기술에 활용되는 핵심은 6 DOF 를 지원하는 입력 디바이스를 가지는 것이다. 이 경우에, 6 DOF 는 위치(x, y, z)와 방향(roll, pitch, and yaw)을 모두 제공하는 입력 디바이스를 의미한다.

일부의 경우에, 이용자의 머리 위치나 방향을 쫓을 수 있게 하는 것도 중요하다. 이것은 다소 현재 모션 컨트롤러 하드웨어에는 문제가 될 것이지만, 이 기술은 헤드 트랙킹이 가능하지 않을 때 이용할 수 있도록 수정될 수 있다.

6 DOF 는 3D 공간 인터페이스에서는 성전과 같은 원칙이며, 비디오 게임에서도 똑같이 활용된다.

Nintendo Wii Remote 와 같은 입력 도구를 가지고 3D 공간 인터페이스를 여전히 설명할 수 있지만, 입력 도구가 어떠한 상황에서든 DOF 를 제공하면서, 좀더 다른 방식의 입력 도구에 대한 수요가 발생했다. 이 글 끝의 읽기 목록에, Nintendo Wii remote 와 3D 공간 인터랙션을 둘러싸고 있는 문제를 어떻게 다룰 것인가에 대해 논의하고 있는 글을 소개하였다.

Navigation: Travel

Navigation 의 움직임 요소는 travel(시점 이동 같은 것)로 알려져 있다. 3D UI 에서 이동을 다룰 때 고려되는 몇 가지의 이슈가 있다.

이 중 하나는 속도와 가속도의 컨트롤이다. 이것을 하기 위한 여러 가지 방법이 있는데, 몸짓, 스피치 컨트롤, 슬라이더 등이 있다. 그 다음 이슈는 지형에 따르거나 일정한 높이를 유지하는 것과 같은 방식으로 동작이 어떤 방식으로 제약 되어야 할지 아닐지를 고민해야 하는 것이다.

가장 낮은 단계로, 입력 상태는 반드시 고려되어야만 한다. 즉, 언제, 어떻게 동작이 시작되고 끝나는지 (start/stop 클릭, start 는 누르고, stop 은 떼기, stop 은 자동적으로 특정 장소에서 되기, 등)? 좀더 일반적인 3D travel 기술은 이용자의 머리 움직임 측정, 포인팅, 지도 기반의 이동 및 “입체적인 움직임” 등의 네 가지로 정리한다.

※ 자세한 내용은 첨부(PDF)화일을 참고하시기 바랍니다.