위치 트래킹 기술

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1. 위치 트래킹과 센서

위치 트래킹 기술은 위치 센서를 통해 체험자의 위치를 감지하고 이를 컴퓨터에 보고하는 기술이다.

체험자의 위치를 추적할 때는 고정된 기준점을 가지고 추적하는 방식(절대 좌표)과 센서와 추적할 각각의 사물에 유닛이나 마커 등을 부착하여 추적하는 방식(상대 좌표)이 있다.

일반적으로 체험자의 머리, 하나 이상의 손을 추적할 때는 위치 트래킹 센서를 주로 사용한다.

위치 센서는 체험자가 가상 공간 속 어디에 위치해 있는지, 어떤 자세를 취하고 있는지를 알려주기 때문에 VR 시스템에서 가장 중요한 트래킹 장치이다.

위치 센서에도 다양한 종류가 있으며 각자 이점과 한계가 갈리기 때문에 상황에 따라 적합한 센서를 사용할 수 있어야 한다.

위치 트래킹은 VR 시스템이 지니는 특수성이기 때문에 VR 개발 분야에 입문한 대부분의 개발자들이 생소하게 느낄 개념이다.

앞서 모든 위치 트래킹 시스템이 추적 대상의 완전한 6-DOF 자유도를 보장해야 할 필요는 없음을 언급했다.

필요에 따라서 자유도 수준은 3-DOF 위치, 3-DOF 회전 등으로 나누어서 다루어질 수 있다는 것이다.

실제로 삼성에서 출시한 Gear VR, Google에서 출시한 Google Cardboard와 같은 저가 VR 디스플레이 디바이스들은 추가적인 하드웨어를 추가하지 않는 이상 대부분 3-DOF 회전만 지원하였다.

모든 위치 센서 기술들은 시스템 상에서 한계를 지니고 있다.

물론, 이 한계의 종류는 센서의 종류에 따라서 달라지지만, 일반적으로 원점과 센서 사이의 관계를 계산할 때 사용되는 기술에서 한계가 비롯된다.
(Ex. 송신기와 센서 사이의 간섭(장애물 개입 등)으로 인한 일시적인 추적 중단 현상)

 

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2. 위치 트래킹 기술의 3가지 상충 요소

아래의 위치 트래킹 기술의 상충 요소들은 비용을 제외한 것이다.

- 위치 데이터의 정확도, 정밀도, 추적 속도

- 간섭을 유발하는 매체 (금속 재질의 물체, 불투명한 물체 등)

- 장애물 요소 (선, 기계적 연결 장치 등)

사실 현존하는 기술로는 비용을 무시하더라도 위의 3가지 요소들을 완벽하게 만족하는 것은 불가능하다.

다만, 여러 기술들을 함께 사용하여 얻어낸 여러 종류의 데이터를 함께 사용하는 등의 방법으로 일부 문제점을 완화하는 것은 가능하다.
(Ex. HMD 기기에 내장된 IMU 센서와 함께 광학 센서가 부착된 기둥들을 설치하여 풀 트래킹을 구현하는 '베이스 스테이션' 기술)

그러므로 시스템 디자이너는 VR 시스템을 어떻게 사용할 것인지, 비용 문제 앞에서 어떤 타협을 할 것인지를 고민해야 한다.

한 가지 고려해 볼 수 있는 사항을 말해보자면, VR 시스템이 보여줄 성능을 체험자들이 납득할 수 있을 수준의 경험을 제공하는 것에 초점을 잡는 것이다.

위치 센서의 성능에 따라 나타날 노이즈와 낮은 정확도 문제는 체험자에게 멀미, 몰입도 저하, 사실성 저하 등 체험자의 경험에 심각한 문제를 일으킬 수 있으므로, 타협을 할 때는 신중한 태도를 보여야 할 것이다.

 

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3. 위치 트래킹 기술의 발전

위치 트래킹 기술은 시대의 흐름에 따라 비약적인 향상을 보여주었는데, 이러한 향상에는 시대에 따라 변화한 유행과 인기도 큰 영향을 미쳤다.

현대 VR 시스템을 살펴보면 햅틱 시스템을 제외하면 기계 또는 신경 트래킹을 이용한 사례는 쉽게 찾아보기 힘들었다.

하지만 Meta Connect 2024에서 공개된 'Project Orion'을 살펴보면, 근전도 센서를 통해 별도의 카메라 인식 영역 내에 체험자의 손이 있지 않아도 손의 움직임과 제스처를 추적하는 기술이 적용되었다는 것을 보면 완전히 관심이 없었다고 하기에도 어려운 점이 있다.

이처럼 앞으로 어떠한 기술 발전에 따른 유행과 인기가 이어질 것인지는 그 시대의 트렌드에 따르기 때문에 얼마든지 급변할 수 있음을 기억하자.

여기서는 아래와 같이 총 9가지 종류의 위치 트래킹 기술들을 다룬다.

- 기계식

- 초음파식

- 전자기식

- 광학식

- 영상측정식

- 빔 스캔식

- 관성식

- 범위 파악식

- 근육/신경식

 

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