Sketching is the most natural and rapid tool for designers to capture and externalize ideas. However, digital sketching is not as natural as pen and paper based sketching. The early type of digital sketching is indirect input whose performance is often impaired mainly by eye-hand coordination. Direct input such as a tablet monitor seems to be a suitable solution against the eye-hand coordination, but has three problems which are categorized in this research as pen head occlusion, visual parallax, and invisible pen information.
While few previous studies have attempted to solve the problems of direct input, we found no significant progress on direct digital drawing. We present PhantomPen, a novel direct pen whose pen head is virtualized onto the screen that is perceived as seamlessly connected to a graspable pen barrel for occlusion- and parallax-free drawing. As the pen barrel approaches to the screen, the virtual pen head smoothly appears as if they are one unified pen. The virtual pen head provides strong and natural feedback by changing its form as if a user equipped it with multiple analog sketching tools.
With carefully designed experiments that reflect natural drawing context, we proved the significant performance advantages of PhantomPen. We found that PhantomPen was slightly faster than conventional stylus pen in fundamental line drawing task. We also found that PhantomPen was about 17% faster than a conventional stylus pen in focus region and 26% faster in extreme focus region (of length less than 8mm). PhantomPen reduces error rate by 40% in a typical drawing setup where a user has to manage a complex combination of pen and stroke properties.
스케치는 디자이너에게 아이디어를 생각하고 표현하는 가장 자연스럽고 신속한 수단이다. 그러나 디지털 환경에서의 스케치는 펜과 종이를 이용한 아날로그 스케치보다 자연스럽지 못하다. 초기 디지털 스케치의 한 형태인 간접입력방식은(indirect input) 눈이 보는 것과 손이 동작하는 것이 다른데서 오는 눈과손의협응(eye-hand coordination) 문제 때문에 드로잉이 자연스럽지 않았다. 타블렛 모니터와 같은 직접입력방식(direct input)은 눈과손의협응 문제의 적절한 대안일 수 있으나 펜헤드 가림현상, 시각적 오차, 그리고 비가시적 펜 정보라는 세 가지 문제점을 지니고 있다.
직접입력방식의 문제점이 디지털 드로잉에서 해결되어야 하는 문제임에도 불구하고 이를 연구한 사례는 거의 없다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위한 새로운 인터랙션 방식의 펜인 팬텀펜(PhantomPen)을 제안한다. 팬텀펜은 펜헤드를 화면상에 가상화하고, 가상화된 펜헤드를 펜대와 항상 이어져보이게 함으로써 가림현상과 시각적 오차가 없는 디지털 드로잉을 가능하게 하였다. 펜대가 화면에 가까이 다가가면 마치 원래 하나의 펜이었던 것처럼 가상펜헤드가 펜대에서 이어져보이게 나타난다. 가상펜헤드는 선택되는 펜 속성에 따라 형태와 색을 변화함으로써 분명하고 자연스러운 피드백을 제공한다.
디자인 전문가의 드로잉 방식을 신중하게 반영하여 팬텀펜과 일반 스타일러스 펜의 비교실험을 설계 및 수행하였다. 첫 번째 기본적인 직선 긋기 실험에서 팬텀펜이 일반 펜에 비해 약간 빨랐다. 두 번째 세밀한 드로잉 실험에서는 팬텀펜이 전체적으로 17% 더 빨랐으며, 8mm 이하의 매우 세밀한 영역에서는 팬텀펜이 26% 더 빨랐다. 세 번째 다양한 펜 속성을 바꾸면서 드로잉하는 일반적인 상황을 재현한 실험에서는 팬텀펜이 일반 스타일러스 펜에 비해 실수를 약 40%가량 줄였다.
