농업 시설에도 증강현실 기반의 시스템을 만들수 있다

이번 글에서는 게임이나 관광 등 우리 여가생활에 밀접한 증강,가상 혼합현실의 적용사례 이외에, 1차 산업에 속하는 농업 등 적용할 수 있는 분야가 무궁무진 하다는 것을 보여드리겠습니다. 또한 매번 제 블로그를 방문해 관심을 보여주시면서 글을 읽어주는 분들께 진심으로 감사드립니다.

보다 더 정확한 조사결과와 이해하기 쉬운 표현으로 여러분들께 양질의 정보를 전달할 수 있도록 노력하겠습니다. 최근, 기존의 농업 기술에 사물인터넷 기술을 접목시켜 고부가가치 융합 산업으로 발전시키는 연구가 활발히 진행 중입니다.

 

다양한 센서들과 임베디드 시스템을 활용한 무선 센서 네트워크가 구축되고 있으며, 스마트폰 의 보급으로 시설하우스의 생장 환경을 스칼라 데이터뿐만 아니라 영상이나 이미지와 같은 멀티미디어 데이터를 통한 모니터링도 가능해진상황인 것이죠. 현재 개발된 시설하우스 환경 정보 시스템들은 다양한 멀티미디어 데이터를 제공하지만, 농가 인구의 감소와 농업 종사자의 고령화로 인해 이들 데이터를 이해하고 활용하기 어렵기 때문에 보다 직관적이고 편리한 환경 정보 관리 시스템이 요구되고 있는 실정입니다.

 

이러한 문제를 해결하기 위해 다른 분야에서는 최근 이슈가 되고 있는 증 강현실 기술을 이용하여 현실세계의 정보에 가상의 정보를 합성하여 시각 화함으로써 사용자에게 향상된 몰입감과 현실감을 제공합니다. 방송, 쇼핑, 의료, 교육, 군사, 게임, 건축, 조선, 제조업 등의 다양한 분야에 적용이 되고 있으나, 농업 분야에 적용하는 연구는 시작 단계에 있습니다.

 

제안된 시스템은 사용자가 스마트폰 카메라로 시설하우스를 비추면 그곳에 설치된 다양한 센서로부터 수집된 환경 정보를 스마트폰 액정에 실제 시설하우스 이미지에 증강시켜 시각화 합니다. 따라서 기존 시스템이 나열식으로 환경 정보를 제공하는 것에 비해 본 논 문에서 제안하는 시스템은 시설하우스를 검색하고 센서를 선택하는 과정 없이 카메라 영상에 증강되어 나타나게 됩니다. 원하는 정보를 습득하는 방식이 그림이나 영상인 특징 때문에 보다 더 용이하게 수용할 수 있어 시설하우 스의 편리한 모니터링 및 효율적인 관리가 가능한 것이죠.

 

농·축산업을 둘러싼 환경 변화에 따라 생산, 가공, 유통 등 부가가치를 증대시키는 농업의 미래를 위한 다양한 기술이 활발히 시도되고 있습니다. IoT(Internet of Things), ICT(Information and Communication technology) 등의 신기술을 농업 분야의 생산 과정 전반에 접목시켜 진보 된 IT 융합 서비스들이 삶의 질 향상을 도모하는 형태로 연구가 진행되고 있습니다. 하지만 비용이 높고 고도의 기술이 요구되기 때문에 인구 감소와 고령화로 인한 문제가 대두되는 농가의 일반 농업 종사자들은 어려움을 겪고 있습니다.

 

이러한 상황 속에 스마트폰은 점차 발전을 이루고, 디스플레이 기기에 더욱 집중되어 이전까지의 사용이 드물던 증강현실 기술과 위치정보 시스템 기술이 스마트폰 환경에 최적화된 콘텐츠로 등장하게 되었습니다. 현재는 보다 여러 분야에서 기술의 특징을 활용한 구현 형태와 유형 또한 다양하게 나타나고 있는데, 게임·문화 분야, 교육 분야, 마케팅 분야 등에서 비약적인 발전을 이루고 있지요. 이러한 최근 동향에 힘입어 농업 분야에서도 ICT 기술과 증강현실과의 융합을 통해 농업 제품의 생 산성을 향상시키고 생산 과정 중의 노동을 절약할 수 있으며, 지속적인 발전과 성장을 달성할만한 신산업 분야로서의 영역이 확대될 것을 기대하고 있습니다.

 

증강현실 시스템은 실제 환경 세계의 객체와 컴퓨터가 생성한 가상의 객 체와의 동일한 공간에서 상호 존재를 지원합니다. 증강현실은 1968년 미국의 컴퓨터 과학자인 Ivan Sutherland가 ‘Head Mounted 3차원 디스플레이’를 발표하면서 연구가 시작되었습니다. ‘Augmented Reality’라는 명칭은 1992년 Thomas Caudell과 David Mizell의 공동 저작 논문에서부 터 등장하기도 했죠. 증강현실(Augmented Reality, AR)이란 가상현실(Virtual Reality, VR)의 한 형태로 현실 세계에서 얻어내기 어려운 부가적인 정보들을 보강해서 제공해, 새로운 정보를 습득하거나 일의 수행을 돕는데 목적을 둡니다. 그림 1과 같이 가상현실 기술은 일반적으로 사용자가 가상의 환경에 몰입 하게 하므로 사용자가 실제 환경을 볼 수 없는 반면, 증강현실 기술에서 는 사용자가 실제 환경을 볼 수 있으며, 부가 정보를 갖는 실제 환경과 가상세계를 합쳐 하나의 영상으로 보여주어 혼합된 형태를 띠게 되며 이를 혼합현실(Mixed Reality, MR)이라고도 하지요.

 

증강현실을 구현하기 위한 기술은 다양한 종류가 있습니다. 구현에 필요한 주요 핵심 기술로는 객체의 움직임, 위치, 방향 등에 대한 추적(Tracking) 기술, 컴퓨 터 그래픽을 통해 가상의 영상을 만들어 내는 기술, 실제 영상의 위치에 가상의 영상을 정확하게 배치하는 정합(Registration) 기술 그리고 사용자 와의 상호작용을 처리하는 사용자 인터페이스(User Interface) 기술 등이 있습니다. 먼저, 증강현실 애플리케이션을 실행해서 증강시킬 건물이나 특정 부분을 비추면 휴대폰의 현재 위치, 휴대폰이 향하고 있는 방향 그리고 기울어진 정도를 단말기에서 제공하는 API를 이용해 얻게 된다. 획득한 위치 관련 정보는 위치 정보 시스템으로 전송되는데, 서버는 휴대폰으로부터 받은 해당 정보와 관련된 부가 정보를 파악해 다시 증강현실 애플리케이션에 전송한 후 받은 부가 정보를 디스플레이 합니다.

비전 기반 기술은 입력 영상으로부터 특징점을 인식하고 추적하여 움직임 을 실시간으로 추적하는 방법이 적용되며, 크게 마커 기반과 비마커 기반 기술로 분류할 수 있습니다. 마커 기반 방식은 카메라 등을 이용해 획득한 영상이나 QR코드와 같은 마커를 인식, 추적하고 매핑하는 기술입니다. 마커 인식 증강현실은 기준 좌표 역할을 하는 사각형의 인식 가능한 특정 마커를 카메라를 통해 읽고 얻게 된 위치 정보를 기준점으로 삼아 가상의 정보를 덧입히는 형태로, 실제 존재하는 현실 정보를 인식하므로 위치 기반 증강현실처럼 현실과 가상의 괴리가 발생하는 일이 없다는 장점을 가지고 있습니다. 비마커식 증강현실은 마커 없이도 증강현실을 구현할 수 있다는 장점 을 지니고 있는 것입니다. 마커 인식 증강현실보다 훨씬 정교한 이미지 등 록 및 인식 프로그램 기술이 필요하다는 점이 단점이지만 기술이 발달되면 마커 인식 증강현실을 대체할 것으로 예상되고 있습니다