- Title: Maps and Globes in Virtual Reality
- ArXiv ID: 1908.02088
- 발행일: 2019-08-07
- 저자: Yalong Yang, Bernhard Jenny, Tim Dwyer, Kim Marriott, Haohui Chen and Maxime Cordeil
📝 초록
이 논문은 가상현실(VR)에서 전 세계 지도를 표시하는 다양한 방법을 탐색합니다. 우리는 다음과 같은 네 가지 시각화 기법을 비교했습니다: (a) 사용자의 관점이 지구 밖에 위치한 3D 외적 지구; (b) VR의 평면에 렌더링된 평면 지도; (c) 사용자 관점이 지구 안에 있는 3D 내적 지구; 그리고 (d) 사용자가 중심을 기준으로 굴곡하는 구면 부위로 투영한 굽은 지도입니다. 모든 네 가지 시각화에서는 표준 손잡이 VR 컨트롤러를 통해 지리적 중심을 부드럽게 조정할 수 있으며, 사용자는 머리를 추적하는 헤드셋을 통해 물리적으로 시각화 주변을 이동할 수 있습니다. 거리 비교에서 외적 지구는 내적 지구와 평면 지도보다 정확합니다. 면적 비교에서는 더 많은 시간이 소요되며, 외적과 내적 지구보다 굽은 지도와 평면 지도가 더 빠릅니다. 방향 추정에서 외적 지구는 다른 시각화에 비해 더 정확하고 빠르게 작동합니다. 우리의 연구 참가자들은 약간의 선호도를 외적 지구에게 보였습니다. 일반적으로 굽은 지도는 평면 지도보다 이점을 가지고 있었습니다. 거의 모든 경우 내적 지구는 가장 효과적이지 않은 시각화로 판명되었습니다. 전체적으로 우리의 결과는 혼합현실에서 지리적 시각화를 위한 외적 지구의 사용을 지원합니다.
💡 논문 해설
**핵심 요약**: 이 논문은 가상현실(VR) 환경에서 전 세계 지도를 표시하는 다양한 방법에 대해 탐색하고 있습니다. 네 가지 시각화 기법(외적 지구, 내적 지구, 평면 지도, 굽은 지도)을 비교하며 각기 다른 특징과 성능을 분석하였습니다.
문제 제기: 전 세계 지리 정보를 효과적으로 표시하는 가장 적합한 방법은 무엇일까요? 기존의 지도와 지구 시각화는 여러 가지 문제점이 있습니다. 예를 들어, 평면 지도에서는 공간적 왜곡이 발생하고, 내적 지구에서는 사용자 위치에 따라 거리가 왜곡될 수 있습니다.
해결 방안 (핵심 기술): 이 논문은 VR 환경에서 네 가지 시각화 기법을 비교했습니다.
외적 지구: 사용자의 관점이 지구 밖에 위치한 3D 시각화입니다.
내적 지구: 사용자가 지구 안쪽으로 들어가서 내부를 보는 방식입니다.
평면 지도: VR 환경에서 평면 위에 렌더링된 지도입니다.
굽은 지도: 구면 부위로 투영한 굽은 형태의 지도입니다.
각 시각화 기법은 사용자가 컨트롤러를 이용해 지리적 중심을 조정하거나 머리를 움직여서 뷰를 변경할 수 있게 설계되었습니다.
주요 성과: 거리 비교에서는 외적 지구가 가장 정확하며, 면적 비교는 굽은 지도와 평면 지도에서 더 빠르게 이루어졌습니다. 방향 추정에서도 외적 지구가 우수한 결과를 보였습니다.
의의 및 활용: 이 연구는 VR 환경에서 전 세계 지리 정보를 효과적으로 표시하는 가장 적합한 방법을 제공합니다. 이를 통해 사용자는 다양한 VR 애플리케이션에서 더 정확하고 효율적인 지리적 시각화를 경험할 수 있습니다.
📄 논문 발췌 (ArXiv Source)
# 서론
지도와 지구는 공간적 데이터를 시각화하는 데 널리 사용됩니다. 그들은 우리가 세계와 우리 자신의 위치를 이해하는 기초가 됩니다. 지오비주얼라이제이션과 주제 카르토그라피의 기반이 되며, 질적 및 양적 데이터를 공간적 측면에 따라 지리적인 위치에 겹쳐 놓습니다. 지오비주얼라이제이션은 사회적이고 물리적인 데이터를 이해하는 데 널리 사용됩니다. 예를 들어 인구 통계학적 데이터 분석, 역학 연구, 도시 교통 정책 계획, 동물 이동 패턴 탐색 등에 활용됩니다.
고대 그리스인들은 2000년 전부터 지상도와 지구를 사용했습니다. 르네상스 시대에는 천문도와 지상도가 주요 교육 도구였지만, 그 이후 세기에 지구의 사용은 줄어들었습니다. 지구는 제작 비용이 더 많이 들고 저장공간을 차지하며 확장성이 적기 때문입니다. 또한 르네상스 시대부터 많은 수준 높은 지도 투영법이 발명되어, 지도가 2D 표면에 그대로 표현될 때 발생하는 공간적 왜곡을 상당 부분 해결했습니다.
그러나 21세기에는 지구가 재등장하고 있습니다. 가상현실(VR) 사용자에게는 더 익숙한 형태로, 가상 지구가 많이 보이게 되었습니다. 그러나 VR 환경에서 전 세계 지리 데이터를 표시하는 가장 효과적인 방법은 무엇일까요? 이 질문은 VR 및 혼합현실에서 지오비주얼라이제이션 애플리케이션 설계에 근본적으로 중요하지만, 이전에는 공식적으로 시험되지 않았습니다. 우리의 논문은 이러한 간극을 메우기 위해 두 가지 주요 기여를 합니다.
첫째, Sec. 3에서 VR 헤드셋을 사용한 머리 추적 디스플레이(HMD)를 위한 지구의 지리를 보여주는 네 가지 다른 상호작용형 시각화 방법을 제시합니다. 첫 두 가지는 잘 알려져 있습니다: 외적 지구
(Fig. [fig:exocentricglobeteaser])
와 평면 지도
(Fig. [fig:flatmapteaser]). 나머지 두 가지는 더 독창적입니다. 표준적인 지구는 외적 시각화로, 관찰자가 지구 바깥에 서 있는 것입니다. 대조적으로, 관찰자를 내부로 이동시키는 접근법도 있습니다. 우리 내적 지구
(Fig. [fig:egocentricglobeteaser])
에서는 지리 정보가 360$`^\circ`$ 구면에 투영됩니다. 내적 구면의 한 가지 가능한 이점은 관찰자가 구면 중심 가까이 있을 때, 구면 내부 표면이 일정한 거리로 유지되어 인지적인 왜곡을 줄일 수 있다는 것입니다. 우리의 네 번째 시각화 방법은 새로운 VR 시각화인 굽은 지도 (Fig. [fig:curvedmapteaser])입니다. 이는 구면의 일부로 투영된 지도를 말합니다. 관찰자는 굽은 지도의 오목한 측면을 바라봅니다. 다시, 가능한 이점 중 하나는 관찰자와 지도 표면 사이의 거리가 상대적으로 일정하여 인지적인 왜곡을 줄일 수 있다는 것입니다.
모든 네 가지 시각화 방법은 Section
[sec:interaction]에 자세히 설명된 기본 상호작용을 지원합니다. 사용자는 가상 화면의 중심으로 지리적 위치를 이동할 수 있습니다. 우리의 연구에서 중요한 작업을 수행하는 데 필요한 상호작용입니다. 또한 사용자들은 현대 VR 표준인 머리를 추적하는 움직임을 통해 관점도 변경할 수 있습니다.
우리의 두 번째 주요 기여는 HMD를 이용한 VR 환경에서 이러한 네 가지 다른 상호작용형 시각화 방법에 대한 사용자 선호도와 효과성(정확도 및 시간)을 조사하는 제어된 연구입니다
(Sec. 4). 우리는 세 가지 기본적인 공간 분석 작업을 평가합니다: 거리와 면적 비교, 두 위치 사이의 방향 추정. 또한 물리적인 움직임과 사용자의 시각화에 대한 상호작용도 분석합니다.
내적 및 외적 지구와 굽은 지도는 자연스럽게 3D 시각화이며, 평면 지도는 2D 시각화입니다. 현재 기술의 제한(예: 해상도, 머리 추적 vs 비머리 추적 상호작용, 헤드셋의 편안함 등)을 고려하면, 서로 다른 장치들 간에 다양한 변수가 평가에 도입됩니다. 따라서 우리는 이러한 변수를 제거하기 위해 네 가지 시각화 방법 모두 VR 환경에서 평가합니다. 대신 우리는 지리적 표면의 기하학에 초점을 맞춥니다.
우리 연구의 결과는 대부분의 테스트 작업에서는 외적 지구가 가장 적합한 선택임을 보여줍니다. 이는 사용자가 한 번에 지리 표면의 절반만 볼 수 있다는 사실이 놀라웠습니다. 또한 가장 많은 인지적인 왜곡이 발생하지만, 투영으로 인한 왜곡은 평면 및 굽은 지도보다 적습니다. 전체적으로 효과적이지는 않지만, 일부 작업에서는 평면 지도와 굽은 지도도 잘 수행되고 참가자들 사이에서 선호되었습니다. 이 결과는 새로운 상호작용을 위한 프로토타입 구현을 촉발했습니다: 외적 지구에서 평면 지도로 부드럽게 전환하고 다시 되돌릴 수 있는 방법
(Sec. 결론).
