[논문 리뷰] Parametric Modelling Within Immersive Environments: Building a Bridge Between Existing Tools and Virtual Reality Headsets

Adrien Coppens, Tom Mens외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 06. 13.

3D Surveying and Cultural Heritage참고 문헌 5인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 가상현실(VR)을 위한 그래스호퍼 확장 기능을 제안하며, 설계자가 자연스러운 손짓과 공간적 상호작용을 통해 몰입형 환경에서 실시간으로 3D 기하도형을 조작할 수 있도록 한다. 그래스호퍼의 정적 설계 엔진과 VR 입력 방식을 통합함으로써, 실시간 피드백을 제공하는 전면적이고 몰입형 설계 환경을 구현하여 전통적인 2D 도구와 몰입형 3D 모델링 워크플로우 사이의 격차를 메운다.

ABSTRACT

Even though architectural modelling radically evolved over the course of its history, the current integration of Augmented Reality (AR) and Virtual Reality(VR) components in the corresponding design tasks is mostly limited to enhancing visualisation. Little to none of these tools attempt to tackle the challenge of modelling within immersive environments, that calls for new input modalities in order to move away from the traditional mouse and keyboard combination. In fact, relying on 2D devices for 3D manipulations does not seem to be effective as it does not offer the same degrees of freedom. We therefore present a solution that brings VR modelling capabilities to Grasshopper, a popular parametric design tool. Together with its associated proof-of-concept application, our extension offers a glimpse at new perspectives in that field. By taking advantage of them,one can edit geometries with real-time feedback on the generated models, without ever leaving the virtual environment. The distinctive characteristics of VR applications provide a range of benefits without obstructing design activities. The designer can indeed experience the architectural models at full scale from a realistic point-of-view and truly feels immersed right next to them.

연구 동기 및 목표

• 증가하는 건축 설계 분야에서 AR/VR의 활용에도 불구하고 VR 환경 내에서의 정적 설계 지원 기능 부족 문제를 해결하기 위해.
• 3D 모델링 작업에 있어 마우스와 키보드 등의 2D 입력 장치의 한계를 극복하기 위해.
• VR 공간을 떠나지 않고도 가상 환경 내에서 실시간으로 몰입형 정적 기하도형 편집을 가능하게 하기 위해.
• 기존의 정적 설계 도구(예: 그래스호퍼)와 신개념 VR 하드웨어 플랫폼 간의 기능적 다리를 구축하기 위해.

제안 방법

• 가상현실 환경 내에서 정적 정의를 직접 조작할 수 있도록 그래스호퍼용 맞춤형 VR 플러그인을 개발하였다.
• VR 컨트롤러를 활용한 공간적 상호작용 기법을 구현하여 3D 손짓 기반 기하도형 편집 및 파라미터 조정을 가능하게 하였다.
• VR 환경에서의 변경 사항이 즉시 그래스호퍼 정의 및 출력 기하도형에 반영되도록 실시간 피드백 메커니즘을 통합하였다.
• 워크플로우를 시연하기 위해 개념증명용 애플리케이션을 설계하여 몰입형 정적 설계의 가능성을 검증하였다.
• 유니티와 오큘러스 리프트 SDK를 활용하여 VR 인터페이스를 구축하고, 그래스호퍼의 데이터 구조와의 낮은 지연 상호작용을 보장하였다.
• 설계자의 공간 인식과 설계 직관을 향상시키기 위해 건축 모델의 전면적이고 제1인칭 시각화를 구현하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존의 2D 도구(예: 그래스호퍼)에서의 정적 설계 워크플로우가 몰입형 VR 환경으로 효과적으로 이식될 수 있는가?
• RQ2 VR에서의 자연스러운 손짓과 공간적 상호작용은 마우스와 키보드 입력에 비해 3D 정적 모델링의 효율성과 직관성에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 실시간 그래스호퍼 계산과 몰입형 VR 렲영 및 상호작용을 동기화하는 데 있어 핵심적인 기술적 과제는 무엇인가?
• RQ4 몰입형 VR이 정적 모델의 전면적이고 공간적으로 정확한 설계 탐색 및 편집을 어느 정도 지원하는가?
• RQ5 VR 기반 정적 설계는 그래스호퍼의 알고리즘 워크플로우의 유연성을 유지하면서도 설계의 정밀도와 반응성은 그대로 유지할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 VR 확장 기능은 몰입형 상호작용을 통해 그래스호퍼 내에서 실시간 정적 설계를 성공적으로 가능하게 하여 이러한 워크플로우의 실현 가능성을 입증하였다.
• 설계자는 이제 자연스러운 손짓을 통해 전면적 크기의 3D 기하도형을 조작할 수 있어 공간 인식과 설계 몰입도가 크게 향상되었다.
• VR 상호작용과 그래스호퍼의 정적 설계 엔진 간 실시간 피드백을 유지함으로써 즉각적인 시각적 및 계산적 일致성을 확보하였다.
• 개념증명 애플리케이션은 VR 기반 정적 설계가 실현 가능하며 기존 2D 인터페이스에 비해 설계 직관성이 향상됨을 확인하였다.
• 그래스호퍼의 2D 입력 장치에 대한 의존도를 줄이며, 3D 공간 내에서 더 자연스럽고 효율적인 모델링 경험을 제공하는 VR 입력 방식과의 통합이 이루어졌다.
• 그래스호퍼의 정적 설계 엔진의 전반적인 기능을 유지하면서도 이를 공간적·몰입형 환경으로 확장하였다.