가상현실 기반 프로토타입을 이용한 모바일 장치의 디자인 평가 시스템 및 방법{A SYSTEM AND METHOD FOR DESIGN EVALUATION OF MOBILE DEVICES USING VIRTUAL REALITY BASED PROTOTYPES}

본 발명은 가상현실 기반 프로토타입을 이용한 모바일 장치의 디자인 평가 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 핸드폰, UMPC(Ultra-Mobile PC), PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player) 등 한 손으로 다룰 수 있는 소형 정보가전기기 형태의 모바일 장치에 대한 디자인 평가를 위해 가상환경 상에서 실제 제품과 유사하게 데이터 모델의 고품질 가시화를 통한 시각적 표현과, 사용자 상호작용을 통한 모바일 장치의 동작 및 기능 표현으로 즉각적인 디자인 선호도를 측정하고 예측할 수 있는 가상현실 기반 프로토타입을 이용한 모바일 장치의 디자인 평가 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-604-02, 과제명: 실감형 Virtual Engineering 기술개발].

제품 디자인 과정에서 프로토타입을 만드는 것은 디자인 및 사용성 평가에 필수적이지만 작업의 대부분은 수작업에 의해 구성되므로 재사용성이 떨어지고, 시 간 및 비용도 많이 소요된다. 또한, 기존의 사용자 디자인 선호도에 따른 평가 방법은 제품이 시장에 출시되기 직전에 베타테스터나 인터뷰를 통해 수집된 오류를 복구하기 위해 소요되는 비용은 현저하게 증가하게 된다.

최근 가상현실 시스템은 부품 교환을 빠르고 쉽게 바꿀 수 있고, 자연스러운 상호작용을 제공하여 제품의 프로토타입을 만드는 방식이 제안되고 있다. 이에 가상현실 기반 프로토타입을 이용하여 모바일 장치의 사용자 디자인 선호도를 제품 출시 전에 예측할 수 있는 시스템이 필요로 하게 되었다.

종래의 가상현실 기반 프로토타이핑을 이용한 모바일 장치의 디자인을 평가하는 기술에 관련하여 특허공개번호 10/954,448(United States, 명칭: Virtual reality based prototyping system for medical devices)는 의료 장비의 가상 모델을 작동해보고, 이 가상 모델과 연관된 의료 과정을 시뮬레이션하며 디자인 요소를 바꾸어 볼 수 있는 가상현실 기반 프로토타입을 제공하지만 디자인을 평가하기 위한 디자인 요소 분류 방법과 사실적인 시각적 표현 방법이 공개되어 있지 않다.

또한, 핀란드의 Oulu 대학과 VTT 전자의 연구원들이 개발한 최초의 가상현실 기반 전자통신 제품의 프로토타이핑 기법(논문명: Virtual Reality Prototyping - a Framework for the Developement of Electronics and Telecommunication Products, In Proceeding of 8th IEEE International Workshop on Rapid System Prototyping, 1997)은 실제 제품과 유사한 가상 모바일 장치 영상을 제공하지 못했을 뿐 아니라 제품 기능과 동작에 대한 시뮬레이션을 제공하지 못해 가상현실 기술을 이용하여 디자인을 평가하기에는 사실성이 부족하였다.

상기한 바와 같이 동작하는 종래 기술에 의한 프로토타이핑을 이용한 모바일 장치의 디자인을 평가하는 기술에 있어서는, 실제 제품과 유사한 고품질의 이미지를 제공하지 못할 뿐 아니라 디자인 요소에 의해 분류된 제품 동작 및 기능에 대한 시뮬레이션을 제공하지 못해 가상현실 기술을 이용하여 디자인 평가를 수행하기 위한 사실적인 시각적 표현 및 사용자 상호작용 기술을 제공하지 못한다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 모바일 장치의 디자인 평가와 연관하여 가상환경에서 고품질 3차원 데이터를 가시화하고, 모바일 장치의 대표적인 상호작용인 가상 모바일 장치의 동작 시뮬레이션과 기능 처리를 수행하는 시스템 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은, 핸드폰, UMPC, PDA, PMP 등 한 손으로 다룰 수 있는 소형 정보가전기기 형태의 모바일 장치 제품을 시장 출시 전 단계인 설계 초기 단계에서 디자인 검증을 수행하기 위해 디자인 과정에서 구축된 3차원 CAD 및 디자인 구상 데이터를 고품질의 가상 모델로 가시화하고, 제품의 동작을 사실적으로 시뮬레이션할 수 있는 가상현실 기반 프로토타입을 이용한 모바일 장치의 디자인 평가 시스템 및 방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 가상현실 기반 모바일 장치 프로토타입의 디자인 요소에 따른 선호도를 측정하기 위해 출시된 모바일 장치 부품에 대한 디자인 요소를 분류 및 선정하고, 피실험자 대상으로 실제 제품의 선호도 예측 실험을 통한 선호도 예 측 식을 얻어내는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예 시스템은, 가상 모바일 장치의 3차원 데이터 모델이 저장된 캐드(CAD) 모델 저장부와, 상기 CAD 모델 저장부에서 상기 가상 모바일 장치의 데이터 파일과 부품을 선택하고, 상기 선택한 데이터 파일 및 부품을 가져오는 부품 DB 선택부와, 상기 선택된 가상 모바일 장치 데이터에 디자인 요소를 설정하는 디자인요소 설정부와, 상기 설정된 가상 모바일 장치를 3차원 모델로 가시화하는 3D 모델 가시화부와, 상기 가시화된 모델의 동작 및 기능을 시뮬레이션 하는 제품 동작 제어부와, 상기 가시화 및 시뮬레이션된 가상 제품의 디자인 선호도 결과를 제공하는 디자인 선호도 결과 표시부를 포함한다.

본 발명의 일 실시예 방법은, 가상 모바일 장치의 디자인 데이터로 부품 데이터베이스를 구성하고 상기 부품 데이터베이스의 접근을 제어하는 과정과, 상기 제어된 데이터 및 부품 데이터베이스에서 선택한 정보를 토대로 상기 가상 모바일 장치를3차원 모델로 가시화하는 과정과, 상기 가시화된 가상 모바일 장치의 동작 및 기능을 시뮬레이션하고, 디자인 요소를 변경하는 과정과, 상기 가시화된 가상 모바일 장치 모델을 대상으로 디자인 선호도의 결과를 미리 설정된 실험데이터를 토대로 예측하여 표시하는 과정을 포함한다.

본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 사용자가 색상, 재질, 모양 등의 디자인 요소를 빠르고 용이하게 설정 및 변경할 수 있는 고품질의 3차원 모델로 투영하고, 이 모델의 동작을 자연스러운 사용자 상호작용에 의해 구동하도록 구성하여 감성공학 기반 디자인 선호도를 실시간으로 측정하고 평가 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 제품의 라이프 사이클이 짧은 모바일 장치의 차별화된 신제품이 시장에서 성공할 수 있도록 제품출시 전 단계인 설계 과정 초기에 디자인 검증을 수행함으로써 개발과 제조비용의 절감 및 제품모델 선정기간의 대폭 단축을 가능하게 하고, 디자이너가 설계한 제품에 대해 사용자의 감성 만족도 및 디자인 선호도를 객관적인 수치로 제시하여 감성 수준의 향상을 위해 필요한 구체적인 제품 설계 가이드라인을 제시할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 가상현실 기반 프로토타입을 이용한 모바일 장치의 디자인 평가 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은, 핸드폰, UMPC, PDA, PMP 등 한 손으로 다룰 수 있는 소형 정보가전기기 형태의 모바일 장치 제품을 시장 출시 전 단계인 설계 초기 단계에서 디자인 검증을 수행하기 위해 디자인 과정에서 구축된 3차원 CAD 및 디자인 구상 데이터를 고품질의 가상 모델로 가시화하고, 제품의 동작을 사실적으로 시뮬레이션하는 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가상현실 기반 프로토타입을 이용 한 모바일 장치의 디자인 평가 시스템에 대한 전체적인 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 모바일 장치의 디자인 평가 시스템은 CAD 모델 저장부(100), 부품 DB 선택부(110), 고품질 3D 모델 가시화부(120), 디자인 선호도 결과 표시부(130), 디자인요소 설정부(140), 제품 동작 제어부(150)를 포함한다.

구체적으로 CAD 모델 저장부(100)는 설계 초기 단계에서 모바일 장치의 디자인을 검증하기 위해 디자인 과정에서 구축된 3차원 CAD 및 디자인 구상 데이터 모델을 저장하고, DB에 저장된 데이터의 접근 관리를 수행한다.

부품 DB 선택부(110)는 가상 모바일 장치의 데이터 파일과 부품을 선택하여 CAD 모델 저장부(100)로부터 데이터 및 부품을 가져오는 작업을 수행한다. 시장에 출시된 모바일 장치의 형태는 크게 바, 슬라이드, 폴더 등으로 구분될 수 있고, 제품은 크게 바디, 버튼, 스크린 등의 부품으로 구분될 수 있다. 이에 부품 DB 선택부(110)에서는 여러 형태로 구분되고 분류된 데이터파일(112)과 부품(114) 선택을 수행하고, 선택된 데이터파일(210)과 부품(220)은 고품질 3D 모델 가시화부(120)에서 가시화 된다.

고품질 3D 모델 가시화부(120)는 실제 모바일 장치 제품과 유사하게 보이기 위한 그래픽 처리 작업을 이용하여 가상현실 기반 프로토타입의 생성 및 조작을 수행하는 것이다. 이에 고품질 3D 모델 가시화부(120)에서는 부품 DB 선택부(110)에서 선택된 데이터파일(112)과 부품(114)에 디자인요소 설정부(140)로부터 전달된 색상, 재질, 모양 등의 디자인요소를 반영하고, 제품 동작 제어부(150)에서 제품 동작을 조정하며, 고품질 가시화를 위한 값을 조정하여 실시간으로 끊김없이 가시 화하고, 가시화된 데이터에 따라 디자인선호도 결과 표시부(130)로 출력을 보낸다.

디자인 선호도 결과 표시부(130)는 색감, 고급감, 정교성, 매력성, 단순감, 전반적인 만족도 등 고품질 3D 모델 가시화부(120)의 결과에 따른 모바일 장치의 사용자 선호도를 표현한다. 여기에서 색감은 사용된 색상이 마음에 드는 정도이고, 고급감은 제품의 품질과 가격과는 달리 고급스럽게 느껴지는 정도, 정교성은 정교하다고 느껴지는 정도, 매력성은 제품에 대해 매력을 느끼는 정도, 단순감은 제품이 복잡하고 단순한 정도, 전반적인 만족도는 사용자가 제품에 대해 전반적인 측면에서 만족하는 정도를 각각 나타낸다.

디자인요소 설정부(140)는 색상, 재질, 모양 등과 디자인 요소를 설정하여 고품질 3D 모델 가시화부(120)로 모바일 장치의 속성을 선택할 수 있도록 전달한다. 예를 들면, 디자인 요소 중 색상은 검정, 하양, 빨강 등이고, 재질은 스테인리스, 골드 등이고, 모양은 원형, 사각형, 타원형이 될 수 있다. 이와 같은 모바일 장치의 디자인 요소는 감성만족도에 영향을 주는 정도, 세부적인 항목인지 정도, 제품별로 차이가 있는 정도 등을 고려하여 분류하는 작업이 우선적으로 선행되어야 한다.

제품 동작 제어부(150)는 모바일 장치를 이용해서 일어날 수 있는 사용자의 상호작용을 표현하는 것으로 고품질 3D 모델 가시화부(300)로 모바일 장치의 동작 제어방식 정보를 전달한다. 예를 들면, 폴더 형태의 모바일 장치의 경우 폴더를 열고 닫는 대표적인 동작이 있을 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가상현실 기반 프로토타입을 이용 한 모바일 장치의 디자인 평가 시스템에 대한 구조를 도시한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 가상현실 기반 프로토타입을 이용한 모바일 장치의 디자인 평가 시스템은 데이터 처리 모듈(200)과, 영상 가시화 모듈(210)과, 디자인 선호도 예측 모듈(230)을 포함하며, 모바일 장치 데이터가 가상현실 기반 프로토타입 영상 데이터로 가시화되고, 가시화된 데이터의 디자인 선호도가 예측되는 과정으로 이루어진다.

구체적으로, 데이터 처리 모듈(200)은 데이터베이스에 모바일 장치 데이터를 저장, 수정, 삭제하는 작업을 수행하고, 영상 가시화 모듈(210)로 선택된 모바일 장치 데이터 및 부품 정보를 전달하는 역할을 수행하는 것으로서, 모바일 장치의 데이터 및 부품을 저장하고 데이터베이스를 구성하는 역할을 수행하는 부품 DB 구성 모듈(204)과 데이터를 선택하고 제어하는 DB 제어 모듈(202)을 포함한다.

영상 가시화 모듈(210)은 데이터 처리 모듈(200)에 입력된 모바일 장치의 데이터 및 부품 정보를 3D의 고품질 영상으로 가시화하여 데이터를 표현하는 역할을 수행하는 것으로서, 데이터 입력 모듈(212), 고품질 가시화 모듈(214), 동작 시뮬레이션 모듈(216), 디자인 요소 변경 모듈(218), 데이터 표현 모듈(220), 이동 회전 처리 모듈(222), 장치 기능 처리 모듈(224)을 포함한다.

영상 가시화 모듈(210) 내의 각 구성요소들의 동작절차를 설명하면, 데이터 입력 모듈(212)에서는 데이터 처리 모듈(200)의 DB 제어 모듈(202)로부터 모바일 장치의 데이터 및 부품 정보를 전달받아, 고품질 가시화 모듈(214), 동작 시뮬레이션 모듈(216), 디자인 요소 변경 모듈(218)에 각각 전달한다.

고품질 가시화 모듈(214)은 실시간으로 3D 데이터를 실사와 유사하게 사실적으로 보이기 위해 제품의 바디, 버튼, 재질, 디스플레이 패널 등에 특수 광원 효과를 이용하여 굴절, 반사, 프레널 효과, 범프(Bump) 효과 등을 제공하여 보다 고품질로 표현하는 것으로, 일반적으로 GPU(Graphics Processing Unit) 프로그래밍인 HLSL(high-level shading language)에 의해 고품질 영상을 빠르고 쉽게 실시간으로 생성할 수 있다. 동작 시뮬레이션 모듈(216)은 사용자가 조작해야 할 수많은 부품들의 동작 및 부품들 사이의 연관된 동작을 표현하는 것으로, 가상환경에서 모바일 장치의 폴더를 열고 닫는 동작, 슬라이드를 열고 닫는 동작 등 기본적인 동작부터 카메라 회전 등 부품 조작에 따른 동작들 을 포함한다. 디자인 요소 변경 모듈(218)은 가상 모바일 장치의 색상, 재질, 모양을 변경을 처리한다.

이동 회전 처리 모듈(222)은 가상환경 안의 모바일 장치 형태를 사용자가 자세히 볼 있도록 위치를 x,y,z의 3축으로 이동하는 것을 지원하고, 3축을 기준으로 한 회전을 처리하는 것을 수행한다. 장치 기능 처리 모듈(224)은 모바일 장치 내부적인 소프트웨어 구동을 표현하는 것으로서, 디스플레이 패널과 버튼 사이의 사용자 입력에 따른 애니메이션 처리 동작이 하나의 예가 될 수 있다.

데이터 표현 모듈(220)은 고품질 가시화 모듈(214), 동작 시뮬레이션 모듈(216), 디자인 요소 변경 모듈(218), 이동 회전 처리 모듈(222), 장치 기능 처리 모듈(224)로부터 출력된 데이터를 반영하여 고품질의 가시화와 사용자의 상호작용 표현을 수행하고, 수행된 결과는 디자인 선호도 예측 모듈(230)로 전달한다.

디자인 선호도 예측 모듈(230)은 감성평가 요소 선정을 위한 실험 방법론에 의해 수행되며, 먼저 최신 모바일 장치의 부품을 분류한 컴포넌트(Component)(예. 버튼, 스크린, 바디, 카메라, 스피커 등)와 그 컴포넌트의 속성을 분류한 프라퍼티(Property)(예. 모양, 크기, 각도, 색상 등)로 구분한 뒤 감성만족도에 영향을 주는 정도, 세부적인 정도, 특성의 차이가 있는 정도 등에 의한 디자인 요소 선정(232)을 수행한다.

선정된 디자인 요소를 이용하여 실제 모바일 장치를 대상으로 한 피실험자 대상 예측 실험(234)을 오프라인으로 미리 수행한 후, 수행된 피실험자 대상 예측 실험(234) 정보에 대한 다중 회귀 분석(Multiple regression analysis)을 통하여 디자인 선호도 예측 식 구현(236)을 수행한다.

예측 식은 하기 <수학식 1>과 같다.

Y=ax

¹ +bx

² +cx

³ +...

여기서, Y는 색감, 고급감, 정교성, 매력성, 단순감, 전반적인 만족도 등이 해당하는 감성 공학 기반 디자인 선호도 결과이고, x ¹ , x ² , x ³ 등은 부품들의 모양, 크기, 각도, 색상 등이 해당하는 디자인 요소이고, a, b, c 는 디자인 요소에 따른 가중치이다.

상기 <수학식 1>과 같이 얻어진 예측 식의 산출을 통해 가상환경에 표현된 모바일 장치는 디자인 요소를 변경할 때마다 해당되는 디자인 선호도 점수를 디자인 선호도 결과 표시 모듈(238)에 의해 제시한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 가시화 모듈내의 장치 기능 처리 모듈의 구조를 도시한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 장치 기능 처리 모듈(224)에서는 모바일 장치의 디자인 평가를 위해 실제 제품과 유사하게 동작되는 가상현실 기반 프로토타입 시스템의 영상 가시화 모듈(210)내에서 가상 모바일 장치의 기능 및 내부적인 소프트웨어 구동에 대한 사용자 상호작용을 표현하는 구체적인 방법을 제시한다.

장치 기능 처리 모듈(224)은 서로 연동되지 않는 그래픽 소프트웨어의 가시화 결과를 하나의 그래픽 공간에 통합 및 운영하는 방법으로서 범용적 활용이 가능하다. 이에 본 발명의 실시예에서는 모바일 장치의 가상 프로토타입에 대한 버튼 조작(300)에 따른 버튼 정보 전달(302)과 이에 따른 애니메이션 동작(304)으로, 데이터 표현 모듈(220)과 연관하여 이루어진다. 이 때 가상환경 안에서 내부적인 소프트웨어 구동에 대한 애니메이션 동작을 처리하는 모듈은 3D로 되어야 하고, 전용 애니메이션 데이터를 구동하는 모듈은 2D이므로 독립적으로 서로 구동되는 애니메이션 데이터에 대한 2D와 3D 변환 기능이 필요하다.

예를 들면, 매크로미디어 플래쉬 애니메이션을 데이터로 구동하는 경우에 플래쉬를 2D로 재생하는 플래쉬 전용 플레이어가 있어야 하고, 이 플래쉬 플레이어에 동작되고 있는 2D 이미지를 가상환경 안의 가상 프로토타입에 3D로 계속 그려주는 부분이 있어야 한다.

이를 위해 오프라인으로 애니메이션 데이터의 입력(306)을 지정하고, 지정된 애니메이션은 사용자의 가상 프로토타입에 대한 버튼 조작(300)에 따라 애니메이션 동작(304)이 2D로 전용 플레이어에서 수행되고, 이 플레이어에서 현재 동작되고 있는 애니메이션의 한 장면(Scene) 이미지를 획득하여 비트맵 포맷으로 저장(308)하고, 저장된 이미지에 질감이나 그림 모양 등을 입히는 이미지 텍스쳐링(Texturing)(310) 작업을 수행한다. 이 텍스쳐는 가상 모바일 장치의 디스플레이 패널에 3D 이미지로 처리된다. 이러한 과정은 사용자가 가상 모바일 장치의 버튼을 누를 때마다 실시간 업데이트 명령(312)에 의해 반복적으로 수행 된다. 이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 핸드폰, UMPC, PDA, PMP 등 한 손으로 다룰 수 있는 소형 정보가전기기 형태의 모바일 장치 제품을 시장 출시 전 단계인 설계 초기 단계에서 디자인 검증을 수행하기 위해 디자인 과정에서 구축된 3차원 CAD 및 디자인 구상 데이터를 고품질의 가상 모델로 가시화하고, 제품의 동작을 사실적으로 시뮬레이션한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가상현실 기반 프로토타입을 이용한 모바일 장치의 디자인 평가 시스템에 대한 전체적인 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가상현실 기반 프로토타입을 이용한 모바일 장치의 디자인 평가 시스템에 대한 구조를 도시한 블록도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영상 가시화 모듈내의 장치 기능 처리 모듈의 구조를 도시한 블록도.