이 논문은 가상현실(VR)에서 세계 지도를 시각화하는 다양한 방법을 탐색합니다. 다음의 네 가지 시각화를 비교했습니다:
(a) 사용자의 관점이 구체 바깥에 있는 3D 외관 구체,
(b) VR 평면에 렌더링된 평평한 지도,
(c) 사용자의 관점이 구체 안쪽에 있는 3D 내관 구체,
(d) 사용자를 중심으로 굴곡을 이루는 구형 부분에 프로젝션 된 굽은 지도. 이 네 가지 시각화 모두에서는, 표준 VR 손잡이 컨트롤러를 통해 지리적 중심을 부드럽게 조정할 수 있으며, 사용자는 헤드셋 트래킹 기능을 활용해 실제 움직임으로 시각화 주변을 이동할 수 있습니다. 거리 비교에서는 외관 구체가 내관 구체와 평평한 지도보다 더 정확했습니다. 면적 비교에서는 외관 및 내관 구체가 평평한 지도와 굽은 지도보다 더 많은 시간이 필요했습니다. 방향 추정에서는 외관 구체가 다른 시각화 방법들보다 더 정확하고 빨랐습니다. 연구 참여자들은 약간의 선호를 보인 외관 구체를 나타냈습니다. 일반적으로 굽은 지도는 평평한 지도에 비해 이점을 가졌으며, 거의 모든 경우에서 내관 구체가 가장 효과적이지 않은 시각화로 발견되었습니다. 전체적으로 우리의 결과는 혼합현실 환경에서 지리적 시각화에 외관 구체의 사용을 지원합니다.
This paper explores different ways to render worldwide geographic maps in a virtual reality (VR) environment. The study aims to identify the most effective visualization method by comparing four distinct techniques: an exocentric 3D globe, a flat map rendered onto a VR plane, an egocentric 3D globe viewed from inside, and a curved map projected on a section of a sphere around the user. Each visualization allows users to interactively adjust geographic centers using standard handheld controllers and move physically around the visualizations with head-tracked headsets.
The results indicate that for distance comparison tasks, the exocentric globe is more accurate than the egocentric globe and flat map. For area comparisons, the exocentric and egocentric globes require longer times compared to the flat and curved maps. In direction estimation tasks, the exocentric globe outperforms other visualizations in both accuracy and speed.
The findings are significant as they provide insights into which visualization method is most effective for different geographic analysis tasks within VR environments. This research can help developers and designers create more intuitive and user-friendly interfaces for applications that require detailed geographic information, such as educational tools, urban planning software, or even games that heavily rely on accurate spatial representation.
# 소개
지도와 구체는 지리적 데이터를 시각화하는 데 널리 사용됩니다. 그들은 우리가 세계와 자신의 위치에 대해 이해하는 기초가 됩니다. 지오시각화와 테마 카르토그래피의 기반이며, 공간적인 측면을 가진 양적 및 질적 데이터를 지리적 위치 위에 겹쳐 표시합니다. 지오시각화는 사회적 및 물리적 데이터 이해에 널리 사용되며, 인구조사 데이터 분석, 역학 연구, 도시 교통 정책 계획, 동물 이동 패턴 탐색 등에 활용됩니다.
고대 그리스인들은 2천년 이상 전부터 지상 지도와 구체를 사용했습니다. 르네상스 시대에는 천구와 지구의 일치된 쌍이 교육에 주요 도구였지만, 이후 세기들에서는 그 사용량이 줄었습니다. 왜냐하면 구체는 제작 비용이 더 많이 들고, 보관할 때도 큰 부피를 차지하며, 크기에 따라 조정하기 어렵기 때문입니다. 또한 르네상스 이후 많은 수의 지도 투영법이 발명되어 2D 표면에 지구 표면을 그리는 것에서 발생하는 공간 왜곡 문제를 어느 정도 해결하게 되었습니다.
그러나 21세기에 들어서 구체가 다시 주목받기 시작했습니다. 가상 구체는 대부분의 VR 사용자에게 익숙해졌습니다. 그러나, 가상 구체가 몰입형 환경에서 전 세계 지리적 데이터를 보여주는 가장 좋은 방법인지 아니면 지도나 다른 시각화 방식이 더 나은지에 대한 주요 질문이 남아 있습니다. 이 문제는 VR 및 AR 디자인에 있어 근본적으로 중요한 질문임에도 불구하고, 이전에는 공식적으로 실험되지 않았습니다. 우리의 논문은 이러한 간극을 메우기 위해 두 가지 주요 기여를 합니다:
첫째, 제3장에서 헤드 마운트 디스플레이(HMD)용으로 설계된 네 가지 다른 VR 지리 시각화를 소개합니다. 첫 번째와 두 번째는 잘 알려진 외관 구체와 평평한 지도입니다. 나머지 두 가지는 더 새롭습니다. 표준 구체는 외부 관점 (exocentric) 시각화이므로, 사용자는 구체 바깥에서 위치를 취합니다. 대안적인 접근법은 사용자를 구체 안쪽에 배치하는 것입니다. 우리의 내부 관점 (egocentric) 구체에서는 지도가 360$`^\circ`$ 구면으로 투영됩니다. 내부 구체의 한 가지 가능성 있는 이점은, 시점이 구면 중심 근처에 있을 때 구면 표면과 거리가 일정하여 인지적 왜곡을 줄일 수 있다는 것입니다.
네 번째 시각화는 우리가 ‘굽은 지도’라고 부르는 새로운 VR 시각화입니다. 이는 지도를 구형 부분에 투영한 것입니다. 사용자는 굽은 지도의 오목한 측면을 마주하며, 다시 한 번 일정한 거리에서 표면을 보므로 인지적 왜곡이 줄어드는 가능성이 있습니다.
모든 네 가지 시각화에는 동일한 기본 상호작용이 지원됩니다. 사용자는 어떤 지리적 위치도 화면의 중심으로 이동시킬 수 있으며, 이 상호작용은 우리의 연구에서 테스트된 작업을 수행하기 위해 필수적이었습니다. 또한 사용자는 현대 VR 표준인 헤드셋 트래킹을 통해 시점을 변경할 수 있습니다.
우리의 두 번째 주요 기여는 HMD를 이용한 VR 환경에서 이러한 네 가지 상호작용형 시각화에 대한 사용자 선호도와 효능(정확성 및 시간)을 조사하는 통제된 연구입니다. 세 가지 기본적인 공간 분석 작업: 거리 및 면적 비교, 두 위치 사이의 방향 추정을 평가합니다. 또한 물리적 움직임과 사용자-시각화 상호작용을 분석합니다.
ego-와 exo-centric 구체 및 굽은 지도는 본질적으로 3D 시각화이며, 평평한 지도는 2D 시각화입니다. 다른 장치(예: 일반 스크린에 렌더링된 평면 지도 대신 VR에서의 3D 시각화)를 테스트하면 많은 변수가 평가에 도입됩니다. 예를 들어: 해상도; 헤드트래킹 vs 비헤드트래킹 상호작용; 헤드셋의 편안함 등 - 모두 현재 (빠르게 발전 중인) 기술의 한계 함수입니다. 따라서 우리는 이러한 변수가 제거되는 VR에서 네 가지 시각화를 평가합니다. 대신, 지리적 표면의 기하학에 초점을 맞추었습니다.
우리 연구의 결과는 대부분 테스트된 작업에서는 외관 구체가 가장 좋은 선택임을 보여줍니다. 이는 사용자가 한 번에 지리적 표면의 절반만 볼 수 있다는 사실에 놀랐습니다. 또한, 프로젝션에 따른 왜곡이 가장 많지만, 평평한 지도와 굽은 지도보다 투영에 의한 왜곡이 적었습니다. 전체적으로 효과적이지 않았지만 일부 작업에서는 평평한 지도와 굽은 지도가 잘 수행되었고 일부 참가자들이 선호했습니다. 이 결과는 exocentric 구체에서 flat map으로 부드럽게 전환하는 새로운 상호작용을 위한 프로토타입 구현을 동기화합니다.
관련 연구
몰입형 지리적 데이터 시각화: 상업용 VR 및 AR HMD가 ‘몰입 분석’이라는 용어를 탄생시켰습니다. 이는 몰입형 인터랙션과 표출 기술의 새로운 발전을 통해 분석적인 사고와 의사결정을 지원하는 것입니다. 대부분의 지리적 데이터는 본질적으로 3차원이므로, VR에서 지리적 데이터를 분석하는 것은 몰입 분석에 적합한 방법입니다. 실제로, VR은 지리적 시각화의 초기 응용 프로그램 중 하나였습니다. 오늘날 VR은 건축 및 환경 계획과 같은 다양한 지리적 영역에서 사용되고 있습니다.
지도 인지 작업을 위한 사용자 연구: 일련의 인지 작업들이 사용자가 어떤 정보를 더 잘 이해하고 처리하는지를 분석합니다. 이러한 연구는 사용자의 선호도와 성능에 대한 통찰력을 제공하며, 이를 통해 개선된 시각화 방법론을 제시할 수 있습니다.
실험 설계
우리의 연구에서는 네 가지 다른 지리적 시각화 기법을 비교합니다: 외관 구체, 평평한 지도, 내관 구체, 굽은 지도. 각각의 시각화 방법은 사용자와 상호작용하며, 헤드셋 트래킹을 통해 실제 움직임으로 주변을 탐색할 수 있습니다.
이 글은 ArXiv의 공개 자료를 바탕으로 AI가 자동 번역 및 요약한 내용입니다.
저작권은 원저자에게 있으며, 인류 지식 발전에 기여한 연구자분들께 감사드립니다.