KAIST, 물체의 이동 속도 및 방향과 두께감 표현해

KAIST(총장 이광형)는 산업디자인학과 안드리아 비앙키(Andrea Bianchi) 교수 연구팀이 회전하는 원판을 활용한 6-자유도 햅틱 컨트롤러를 개발했다.
 
비앙키 교수 연구팀은 마이크로소프트와 협업해 움직이는 물체의 이동 속도, 방향과 두께감을 표현하는 ‘SpinOchhio(스피노키오)’ 컨트롤러를 개발했다. 이 컨트롤러는 한 쌍의 회전 원판과 피버팅(2차적 축 회전) 메커니즘을 활용해 가상 환경(VR Environment)에서 사용자가 엄지와 검지로 쥐고 있는 물체가 손가락 사이를 지나가는 속도, 방향과 두께의 감촉을 사실적으로 체험할 수 있게 한다.

연구 배경은

VR 메타버스 산업에 대한 관심이 계속하여 늘어남에 따라, 기존의 VR 시스템이 제공하는 시청각적 경험을 넘어 사용자가 VR 환경과 상호작용할 때 발생하는 다양한 촉감 피드백을 그대로 재현하는 VR 경험에 대한 기대가 높아지고 있다. 기존의 VR 컨트롤러는 진동만을 사용하여 물체와의 모든 종류의 상호작용에 대한 피드백을 제공하자 했으나 이는 손에 쥐고 있는 물체의 움직임과 두께감 등 다양한 물리적 요소들을 표현하는 데 한계가 있다.

이에 본 연구에서는 사용자의 움직임과 집는 세기에 따라 쥐고 있는 가상 물체의 움직임과 형태를 재현하기 위해 360도 방향으로 표면의 움직임을 표현할 수 있는 피버팅 회전 원판 메커니즘을 개발하고, 원판 사이의 거리가 조절 가능한 컨트롤러를 설계하였다.

연구 내용은

SpinOcchio는 피버팅 회전 원판을 활용하여 사용자의 손가락에 닿는 표면의 움직임 방향을 360도로 구현하였고, 한 쌍의 원판과 원판 사이의 거리를 조절하여 손가락으로 쥐는 물체의 두께를 구현하였다. 이러한 메커니즘을 활용하여 연구팀은 SpinOcchio로 손가락으로 쥐는 가상 물체의 움직이는 속도, 방향, 두께에 따라 작동하도록 제어하였다.
 
연구팀은 사용자 스터디를 통해 SpinOcchio가 VR에서 제공하는 촉감 피드백에 대한 햅틱 인지에 대해 실험하였고, VR의 시각적인 정보가 촉각 피드백 인지에 큰 영향을 준다는 사실을 증명하였다. 추가로 연구팀은 SpinOcchio를 통하여 가능하게 된 가상 물체와의 다양한 상호작용 시나리오 예시를 제안하였다

기대 효과는

SpinOcchio는 표현 범위 내의 임의의 표면 움직임 속도, 방향과 두께를 표현할 수 있기 때문에, VR 게임 속에서 쥐거나 쓰다듬는 도자기나 도르래 등의 움직임의 실시간 변화를 구현하여 더 사실적인 VR 상호작용을 재현할 수 있다. 또한 사용자가 쥐고 있는 세기에 따라 물체를 직접 이동 또는 변형시키거나, 쓰다듬거나 떨어뜨릴 수 있어 이전에 경험하거나 표현하지 못하였던 물체와의 상호작용을 할 수 있다.

이러한 상호작용의 다양화는 VR 게임 뿐만 아니라 제작과 모델링 현장 및 교육 환경에서도 활용 될 수 있을 것으로 기대한다. 추가로 SpinOcchio의 메커니즘의 소형화를 통해 손을 활용한 다양한 모바일 메타버스 인터페이스 상호작용에도 응용이 될 수 있을 것으로 보인다.