A growing body of research has been conducted attempting to make AR authoring tools for easy creation of AR applications. Existing AR authoring tools are generally categorized as either programming based authoring methods, or non-programming based authoring methods. The former targets the technical developer with professional knowledge of programming. On the other hand, the non-programming based AR authoring methods provide relatively easy and intuitive direct manipulation through graphical elements. They involves novel tangible user interface (TUI) based immersive AR authoring methods, in which users are able to intuitively and immediately modify virtual content using their own hand movements without any programming. In this thesis, we design a tangible user interface-based 6 DOF (Degree of Freedom) direct manipulation method for an in-situ Augmented Reality (AR) authoring. Specifically, we propose virtual hand metaphor-based volume selection and manipulation method to manipulate near 3D objects with high-dimension control. In addition, to insert interactive movement into static 3D object we suggest control points allocation/reconstruction method and dynamic score-based control point manipulation method. Finally, to support 3D object manipulation at far distance with enhanced usability, we suggest a personalized 6 DOF indirect manipulation method. Our method can be applied to immersive/tangible AR based education, game, design, film/animation, military/medical simulation as a 3D user interface.
증강현실 (Augmented Reality: AR)은 가상의 형상을 현실 세계에 이음매 없이 실시간으로 정합하여 사용자에게 확장된 정보/체험를 제공하는 기술로, 최근 다양한 응용들이 개발/배포되고 있다. 하지만 AR 응용을 쉽게 제작할 수 있는 저작방법을 개발하는 것은 매우 어렵다. 기존의 프로그래밍 기반의 저작방법은 개발자를 대상으로 전문적인 지식이 필요하기 때문에 일반 사용자가 사용하기 어렵다. 반면에 감각형 사용자 인터페이스 (Tangible User Interface: TUI) 기반의 현장 AR 저작 방법은 사용자가 3차원 공간상에서 자신의 손을 직관적으로 직접 움직여서 실시간으로 가상 콘텐츠를 조작/수정할 수 있다.
본 학위 논문은 현장(in-situ) AR 저작을 TUI 기반 근거리 3D 객체의 6 DOF 직접 조작 방법을 설계한다. 그리고 이를 이동 경로 조작을 위해 연속적인 시공간 조작으로 확장한다. 그리고 사용성을 향상시키기 위해 개인화된 원거리 3D 객체의 6 DOF 조작 방법을 제안한다. 구체적으로 근거리 3D 객체를 6 DOF 조작 할 수 있는 가상 손 메타포 (Virtual hand metaphor)기반의 볼륨선택/조작 방법을 설계한다. 그리고 정적3D 객체가 인터렉티브한 움직임을 할 수 있도록 이동 경로 조정점 할당/복원 방법과 동적 순위기반 조정점 선택/조작 방법을 구현한다. 마지막으로 원거리의 3D 객체를 효과적으로 조작할 수 있도록 사용자의 근거리 조작 공간과 원거리 AR 조작 공간 간의 간접 맵핑 함수를 최적화한다.
제안된 조작 기법의 유용성을 검증하기 위해 3차원 이동/접근 각도를 포함한 확장된 피츠의 법칙을 이용하여 기존의 3D객체 조작 기법들과 성능 비교 평가를 수행하였다. 이동 경로 조작에 대해서는, 기존 방법에 비해 적은 조정점 개수만으로도 이동 경로를 생성할 수 있었고 빠르게 이동 경로의 형태를 변형 할 수 있었다. 본 논문에서 제안한 조작 방법들은 AR 저작 분야 이외에도 몰입형/감각형 증강현실 환경의 교육, 게임, 디자인, 영화/애니메이션, 군사/의료 시뮬레이션 등의 분야에서 3D 사용자 인터페이스로 활용 될 수 있다.
