[논문 리뷰] Co-DesignMR: An MR-based Interactive Workstation Design System Supporting Collaboration

Lin Wang, Kuk‐Jin Yoon|arXiv (Cornell University)|2019. 07. 06.

Virtual Reality Applications and Impacts인용 수 1

한 줄 요약

Co-DesignMR는 HoloLens와 동작 추적 기술을 활용한 혼합현실(MR) 기반 공동 설계 시스템을 제안하여 실시간으로 상호작용 가능한 3D 프로토타이핑과 즉각적인 체형 적합성 피드백을 가능하게 한다. 디자이너, 사용자, 체형 전문가가 공유된 물리적-디지털 작업 환경에서 참여함으로써, 기존의 VR 또는 3D 모델링 도구에 비해 설계 접근성, 신체 적합성 정확도, 사용성 향상이 가능하다.

ABSTRACT

Digital prototyping and evaluation using 3D modeling and digital human models are becoming more practical for customizing products to the preference of a user. However, the 3D modeling is less accessible to casual users, and digital human models suffer from insufficient body data and less intuitive illustration on how people use the product or how it accommodates to their body. Recently, VR-supported 'Do It Yourself' design has achieved real-time ergonomic evaluation with users themselves by capturing their poses, however, it lacks reliability and quality of design. In this paper, we explore a multi-person interactive design approach that enables designer, user, and even ergonomist to collaborate to achieve the effective and reliable design and prototyping tasks. Mixed Reality that utilizes Hololens and motion tracking devices had been developed to provide instant design feedback and evaluation, and to experience prototyping in physical space. We evaluate the system based on the usability study, where casual users and designers are engaged in the interactive process of designing items with respect to the body information, the preference, and the environment.

연구 동기 및 목표

• 맞춤형 제품 설계에서 사용자 선호도와 신체 적합성을 정확히 반영하지 못하는 전통적 3D 모델링 및 디지털 인간 모델의 한계를 해결하기 위해.
• 사용자 자세 캡처에 의존하는 VR 기반 '내가 직접 만든다(DIY)' 설계 시스템에서 신뢰성과 설계 품질이 떨어지는 문제를 해결하기 위해.
• 디자이너, 최종 사용자, 체형 전문가가 동일한 물리적 공간에서 협업할 수 있는 상호작용적 다중 사용자 설계 환경을 개발하기 위해.
• 실시간 피드백과 물리적 공간 상호작용을 통합함으로써 일반 사용자에게 3D 설계의 접근성과 직관성을 향상시키기 위해.
• 신체 데이터, 사용자 선호도, 환경적 맥락을 포함한 공동 설계 작업에서 시스템의 사용성과 효과성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 혼합현실 시각화를 위해 마이크로소프트 HoloLens를 활용하여 디지털 3D 프로토타입을 물리적 작업 환경에 오버레이한다.
• 실시간 사용자 자세와 신체 치수를 캡처하기 위해 동작 추적 장치를 통합하여 정확한 디지털 인간 모델링을 지원한다.
• 디자이너, 사용자, 체형 전문가가 동일한 물리적 환경에서 동시에 상호작용할 수 있도록 다중 사용자 협업을 지원한다.
• 사용자가 제품을 어떻게 착용하고 사용하는지 시뮬레이션함으로써 설계 반복 과정에서 즉각적인 시각적 및 체형 적합성 피드백을 제공한다.
• 신체 데이터와 사용자 선호도를 기반으로 실시간으로 3D 프로토타입을 동적으로 조정하여 체형 적합성과 사용성 확보한다.
• 디지털 프로토타입을 실제 물체처럼 물리적으로 상호작용할 수 있도록 하여 직관적인 설계 탐색을 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 혼합현실과 동작 추적 기술의 통합이 비전문가 사용자에게 3D 설계의 접근성과 직관성에 어떻게 기여하는가?
• RQ2 사용자, 디자이너, 체형 전문가의 협업이 제품 프로토타입의 품질과 신뢰성에 어느 정도 향상되는가?
• RQ3 설계 과정 중 실시간 체형 적합성 피드백 제공이 얼마나 효과적인가?
• RQ4 협업자들이 물리적-디지털로 공존함으로써 설계 협업과 의사결정 과정은 어떤 방식으로 향상되는가?
• RQ5 기존의 VR 또는 3D 모델링 도구에 비해 시스템의 사용성과 설계 정확도 측면에서 어떤 차이가 있는가?

주요 결과

• 직관적인 MR 상호작용과 실시간 피드백 덕분에 일반 사용자가 최소한의 훈련으로 3D 설계 작업에 적극적으로 참여할 수 있다.
• 디자이너, 사용자, 체형 전문가 간의 협업은 실제 신체 데이터와 사용 맥락을 반영함으로써 더 체형 적합성과 사용자 중심적인 설계를 가능하게 한다.
• 실시간 동작 추적과 HoloLens 시각화 기술이 설계 결과의 인식 품질과 신뢰성 향상에 크게 기여한다.
• 사용자들은 물리적 공간에서 프로토타입을 경험하고 즉각적인 착용감 및 사용성 피드백을 볼 수 있어 설계 과정에 대해 더 만족도를 높였다.
• 복잡한 소프트웨어 상호작용을 자연스러운 제스처 기반 및 공간 기반 상호작용으로 대체함으로써 3D 모델링의 인지 부담을 줄였다.
• 사용성 연구 결과, 협업자 간의 소통과 공동 이해를 위한 효과적인 지원이 시스템에서 이루어졌음을 확인했다.