Designers begin the product design process by pen sketches and gradually develop the design using various methods such as tablet drawing and CAD modeling. In these tools, designers confirm the shape of the product through a 2D display screen. As a result, there can be a gap between the actual 3D shape of the produced product and the shape imagined by the designer during the design exploration. For this reason, immersive environments such as VR and AR are being considered as spaces for 3D shape authoring because they offer the advantage of directly visualizing real-sized results.
This research proposes VR surface modeling using bare-handed gestures. The human's bare hand is the most familiar and natural tool for expressing 3D shapes. Additionally, the hand provides much greater freedom compared to tools such as a mouse, keyboard, or controller. Taking advantage of these benefits, we designed intuitive bare-hand gestures that seem to directly manipulate points, lines, and surfaces, along with loose gestures that create constraints for precise manipulation. Through the combination of these bare-hand gestures, users can create and modify smooth surfaces in virtual reality quickly and easily, with intuitive and precise manipulation.
To prove the usefulness of the bare-handed gestures in creating 3D shapes, we conducted a user evaluation experiment. The results showed that the bare-handed gestures and interaction principles derived from this study were more useful in creative activities involving 3D shape creation in virtual reality compared to existing controller-based interaction methods. Furthermore, through professional designer's evaluation, it was shown that the system developed in this study can produce smooth design outcomes using bare-hand gestures. It was also confirmed that tools utilizing intuitive bare-hand gestures are much easier and faster to learn than traditional desktop-based 3D modeling tools.
디자이너는 제품의 형상을 디자인하기 위해 종이와 펜을 사용한 스케치로 시작하여, 태블릿 드로잉, CAD 모델링 등 다양한 방법을 통해 디자인을 발전시켜 나간다. 이와 같은 도구에서 디자이너는 2D 디스플레이 화면을 통해 제품의 형상을 확인한다. 그 때문에 생산된 제품의 실제 3D 형상이 디자인 탐색 과정에서 디자이너가 상상한 형상과 간극이 생길 수 있다. VR, AR 등 몰입적 환경은 실물 크기의 결과물을 직접 눈으로 확인할 수 있다는 장점이 있어 3D 형상 저작을 위한 공간으로 대두되고 있다.
본 연구는 맨손 제스처를 활용한 가상 현실 곡면 모델링을 제안한다. 사람의 손은 가장 친숙하고 자연스럽게 3D 형상을 표현할 수 있는 도구이다. 또, 사람의 손은 마우스나 키보드, 컨트롤러와 같은 도구보다 훨씬 높은 자유도를 가진다. 이러한 장점을 활용하여, 점, 선, 면을 직접 잡아 조작하는 듯한 직관적인 맨손 제스처와 정밀한 조작을 위해 제약을 생성하는 느슨한 제스처를 디자인하였다. 이러한 맨손 제스처를 조합하여 디자인한 상호작용을 통해 사용자는 직관적이면서도 정밀한 조작을 통해 가상현실에서 유려한 곡면을 빠르고 쉽게 생성 및 수정할 수 있다.
연구를 통해 도출한 맨손 제스처 상호작용 방식이 직관적이면서도 유려한 형상을 만드는 데 유용함을 보이기 위해 사용자 평가 실험을 수행했다. 이를 통해, 본 연구에서 도출한 핸드 제스처와 상호작용 원리가 가상 현실에서 3D 형상을 저작하는 창의적 활동에서 기존 컨트롤러 기반의 상호작용 방식보다 유용함을 보였다. 이에 더해, 전문 디자이너 평가를 통해 본 연구의 시스템을 활용하여, 맨손 제스처로도 유려한 디자인 결과물을 만들어 낼 수 있음을 보였고, 직관적인 맨손 제스처를 활용한 도구는 기존의 데스크탑 기반의 3D 모델링 도구보다 훨씬 더 쉽고 빠르게 배울 수 있음을 확인하였다.
