[초보자의 VR 입문] 가상현실로 움직이는 방법, DoF(자유도)와 Tracking(추적)
안녕하세요, VR 제작 전문 메이커 투어이즈입니다.투어이즈는 VR과 여행을 결합한 'VR로 떠나는 가상여행'을 주제로 한 다양한 VR 콘텐츠를 자체 제작하고 있습니다.지금까지 검색과 시행 착오를 거쳐서 알아내신 것을 "초심자의 VR입문"에서 공유하고 싶습니다.오류 또는 수정사항이 있으면 댓글로 알려주세요.오늘은VR기기의동작인식원리-DoF(자유도)와Tracking(추적)에대해알아보겠습니다.원리는 복잡하지만 본 글에서는 VR 체험 장비(주로 HMD)의 사양을 파악하기 위해, 또는 VR 영상 편집을 이해하기 위한 배경지식 정도이니 편하게 읽어보시기 바랍니다.
0.몰입감 있는 VR 체험을 하기 위해서는 가상현실로 실제 세계의 움직임을 추적할 수 있어야 합니다. 따라서 VR게임용 기기에는 사용자의 시야를 담당하는 hmd와 움직임 추적을 담당하는 모션 트래킹 범위에 따라 다양한 제품군이 있습니다. VR기기는 이용자의 동작을 인식하기 위해 다양한 센서를 이용합니다. 이러한센서들은VR기기뿐만아니라스마트폰을들고있는방향으로가로세로화면이전환되는것처럼일상속에서도사용되고있습니다.
출처-가상 spech.com DoF(Degree of Freedom, 자유도)는 공간에서 운동하는 물체의 동작을 표현하는 것으로 VR 분야에서는 기기를 인식할 수 있는 이용자의 움직임추적 범위를 말합니다. 출시되는 제조사는 3DoF 또는 6DoF로 나뉘는 경우가 많이 있습니다. 자유도란 게임용 VR장비 구매 시 제품 사양에서 필수로 등장하는 개념입니다.1.3 DoF(3자유도, 회전추적): roll, pitch, yaw
출처 Oxford University Pres s 3차원 공간에는 x, y, z축이 존재합니다. 각 축을 기준으로 회전하는 움직임을 roll, pitch, yaw라고 합니다. 이렇게 3방향 회전을 인식할 수 있는 것이 3자유도입니다(이해하기 쉽도록 설명된 이미지를 찾다 보니 회전방향과 축을 각각 연결하는 경우가 많고, 오히려 더 혼란스러워졌습니다). 가로-세로-높이(또는 깊이)가 되는 축을 무엇으로 보느냐에 따라 설명이 달라지는 것 같아서 나는 진행방향(정면)과 일치하는 쪽을 x축(front-to-to)로 보는가에 따라 설명이 달라집니다.3자 유도에 대응하는 VR기기는 roll, pitch, yaw의 변화를 감지하여 사용자가 HMD를 착용한 상태에서 할 수 있는 회전의 움직임(정면을 보고 상하로 끄덕이며 좌우로 시야를 돌림, 정면을 보고 수긍함)을 인식합니다. 3자 자유도를 지원하는 VR기기는 위치 변경 없이 게임을 하거나 영상을 볼 수 있습니다.
출처 - kei-studios.com+)roll, pitch, yaw는 360도 영상이나 사진을 편집할 때 사용되는 개념입니다. 카메라의 정면을 어디로 향할지를 결정하기 위해, 영상을 복수의 축을 기준으로 회전시켜 보기 위해서입니다.2.6 DoF (6자유도, 위치추적) : 3 DoF + 3차원 위치이동
6자유도는 3자유도에 더해 기기 자체의 3차원 위치까지 인식합니다. 그렇게 되면 이용자가 hmd를 켜놓고 이동하는 것을 가상공간에서 동시에 추적할 수 있습니다. 현실의 움직임이 가상 공간에 동기화되기 때문에 더욱 몰입감 있는 체험을 할 수 있습니다. 그러기 위해서는 디바이스와 외부 공간 사이의 상대적 위치를 파악할 수 있어야 되는데 크게 Inside-out Tracking 방식과 Outside-in Tracking 방식으로 나뉩니다.출처-정보통신 사전전자는 Oclus Rift S, HTC Vive Cosmos, 삼성 Odyssey+와 같이 VR 기기 자체에 위치 추적용 카메라 및 센서가 내장되어 있어 별도의 추가 설치 장비 없이 HMD를 기준으로 주변 공간을 파악합니다.후자는 Valve Index, HTC Vive Pro와 같이 외부센서를 설치하고 추적 가능한 공간을 먼저 설정하여 공간 내 HMD의 움직임을 파악하는 방법입니다. 6자 자유도에서의 위치추적 방식은 저가형-고가형으로 단순하게 구분되는 것이 아니기 때문에 체험하고 싶은 VR 콘텐츠와 기기의 세부 사양을 고려하는 것이 가장 중요합니다.[ 참고자료 ] Degrees of Freedom ( DoF ) : 3 - DoF vs 6 - DoF for VR Headset Selection https://virtualspeech.com/blog/degrees-of-freedom-vr
A quick guide to Degrees of Freedom in Virtual Reality https://kei-studios.com/quick-guide-degrees-of-freedom-virtual-reality-vr
Position Tracking in VR https://4experience.co/vr-tracking-meet-degrees-of-freedom
Oxford University Press - Neuroscience 6e Web Topic 14 . 1 - A Primer on Terminology https://oup-arc.com/access/content/neuroscience-sixth-edition-student-resources/web-topic-14-1
[VR용어 상식12] DoF의 개념을 알면 VR 포지셔널 트래킹이 보인다 http://www.inven.co.kr/webzine/news?news=219448&site=vr
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