증강현실(增强現實, AR각주1) )은 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술이다. '현실세계＋가상사물(정보)=목적에 맞는 부가 정보 제공'은 가상현실의 다른 유형이다.
도쿄 대학 레키모토 주니치 교수는 증강현실의 본질을 "이용자 주변의 상황을 컴퓨터가 인지하여 최적의 정보를 제공하는 '상황 인식 컴퓨팅(Context-Aware Computing)' 실현을 위한 하나의 인터페이스"라고 정의한다.
실제 환경에 3차원 가상사물이나 환경의 정보를 합성하여 실시간으로 부가정보를 보여주는 컴퓨터 그래픽 기법으로, 현실에 3D 가상세계를 합쳐 하나의 영상으로 보여주어 혼합현실(混合現實, MR각주2) ) 또는 확장현실(擴張現實)이라고도 한다.
증강현실은 컴퓨터가 생성한 3D 가상공간과 사용자가 상호작용하는 가상현실에서 3D 가상공간을 현실세계로 대체하여 사용자가 현실세계를 바탕으로 가상의 물체와 상호작용함으로써 향상된 현실감을 줄 수 있다. 즉, 사용자가 보고 있는 현실세계 모습에 3차원의 가상영상을 오버랩하여 보여주는 것이다.
증강현실의 특징
1. 현실과 가상의 결합 : 현실 기반의 가상정보 결합
2. 실시간 상호작용 : 현실과 가상정보의 위치 및 내용이 유기적으로 정합되어 제시
3. 가상 콘텐츠 3D 구현으로 상호작용이 가능하도록 실시간으로 처리
증강현실 기반 가상 피팅 솔루션
증강현실을 구현하기 위한 요소 기술은 디스플레이 기술, 마커 인식 기술, 영상 합성기술 등이 있다.
HMD(head mounted display, 머리에 착용하는 디스플레이)와 non-HMD로 구분한다. 주로 HMD를 사용하지만 이동성 증가, 간편성 등의 사용자 요구에 맞추어 핸드 헬드(hand held)형 디스플레이로 발전하고 있다.
디스플레이 기술의 뿌리는 1950년대부터 사용되기 시작한 광 합성기(optical combiner)를 이용하여 전방을 주시한 상태에서 항공기의 운항 정보와 무기의 예상 타격점을 확인할 수 있도록 만든 전투기 조종석의 HUD(head up display)에서 찾아볼 수 있다.
마커 인식 기술카메라 영상 속에서 위치를 파악하여 그 부분에 가상 객체를 겹쳐 넣어서 증강현실을 만들기 위해 현실세계의 영상에서 특정한 사물이나 지점에 대한 3차원 좌표를 확보하기 위해 2대 이상의 카메라가 필요하지만 현실에서는 1대의 카메라만을 사용해야 하기 때문에 마커각주3) 를 인식하는 기술이 필요하다.
마커는 카메라의 영상을 밝기 정보만 추출하여 흑백 영상으로 만들어 마커로 사용할 만한 영역을 검색하여 정사각형의 영역을 정하고 이를 마커의 이미지로 저장한다. 카메라에서 입력된 영상과 마커의 유사성을 찾아 사각형 영역의 4개의 꼭짓점(3개의 점, 2개의 직선)의 정보를 이용하여 마커의 위치를 파악하고 특정한 사물이나 지점에 대한 상대적인 좌표를 추출하여 화면에 가상공간상의 물체를 그려넣는 작업을 한다.
영상 합성 기술가상 물체를 입체적인 3차원 공간에 실시간으로 정확한 위치에 이질감 없이 정합시키는 기술로, 정합 시 발생하는 다양한 오차각주4) 를 해결하기 위해 카메라 교정 장비 및 3차원 위치 센서를 이용한 방법과 시각 기반 기법을 이용하고 있다.
카메라 교정 장비 및 3차원 위치 센서를 이용하는 방법은 고가의 장비 및 제한된 취득 환경을 요구하고, 시각 기반 기법은 촬영된 영상만을 이용해 카메라를 교정하는 기법으로, 사전에 정의된 체크 패턴을 이용하여 카메라를 교정하는 방법이다.
카메라 교정 기술 없이 영상을 합성하는 기술은 사용자가 지정한 4쌍의 대응되는 어파인 기점을 이용해 비디오 영상 내에 가상물체를 합성시키는 방법, 사영(射影, projective) 카메라 모델에서 각 영상의 많은 대응점을 이용하는 방법 등 다각도로 연구되고 있다.
증강현실 서비스의 다각화
증강현실에 대한 연구의 시작은 1960년대 이반 서덜랜드(Ivan Sutherland)가 최초의 see-through HMD를 개발한 것이라고 보며, 본격적인 시작은 1992년 보잉 사의 톰 코델과 데이비드 미젤이 항공기 전선 조립 과정의 가상 이미지를 실제 화면에 중첩시켜 설명하며 사용했다.
스마트폰 시장의 성장과 함께 확대되고 있는 증강현실 서비스의 종류는 교육 및 훈련 분야, 게임 분야, 방송 및 광고 분야, 의료 분야, 제조 분야 등에 적용되어 사용자에게 현실감 있는 정보를 제공함으로써 정보 전달 효과를 극대화할 수 있는 기술로 주목받고 있다.
지역 정보 제공 서비스카메라로 주변의 거리를 비추면 해당 위치의 정보가 합성되어 표시됨으로써 매우 직관적인 정보를 얻을 수 있는 서비스
실감형 이러닝 기술초등 영어, 과학 등의 교과에 증강현실 기술을 접목한 기술로 카메라 영상에 비춰진 교과서 영상 위로 영어 회화 애니메이션이나 태양계 행성 모형의 3차원 그래픽 영상이 나타나 능동적으로 관찰하며 학습(ETRI에서 개발)
가상 스튜디오 기술동계올림픽 스피드 스케이팅 경기 중계에서 각 선수의 발 아래 얼음 위에 해당 선수의 국기 표시, 프리킥을 할 때 골대까지의 거리를 화살표와 숫자로 경기장 바닥에 표시, 축구 선수 이동 경로 표시 및 정보 제공, 선거 개표 방송 등
그 밖에도 증강현실 광고, 국립중앙과학관의 u-체험형 콘텐츠 서비스, 네비게이션, 수술 시 환자 정보 제공, 제조 과정에서의 빠른 정보 획득 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.