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1 가 ) KERIS 이슈리포트 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 Contents Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 증강현실이란무엇인가증강현실기술구성증강현실의교육적활용사례분석증강현실기술과교육

2 연구진 집필진 - 류지헌 ( 전남대학교 ) - 조일현 ( 춘천교육대학교 ) - 허희옥 ( 순천대학교 ) - 김정현 ( 고려대학교 ) 연구기획 - 정성무 ( 한국교육학술정보원 ) - 고범석 ( 한국교육학술정보원 ) - 계보경 ( 한국교육학술정보원 ) 본고는한국교육학술정보원의공식의견이아니라본연구진의견해임을밝혀둡니다

3 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 목차 Ⅰ. 증강현실이란무엇인가 1 1. 증강현실의이해 1 2. 가상현실과의구분 2 Ⅱ. 증강현실기술구성 4 1. 디스플레이 4 2. 객체 / 마커트래킹및 Registration 기술 6 3. 영상합성기술 8 4. 상호작용디자인기술및사용성 9 5. 저작도구및기타기술 11 Ⅲ. 증강현실의교육적활용 교육적활용의가능성 증강현실의교육적활용에대한예측 교육적활용을위한시나리오 16 Ⅳ. 사례분석 Invisible Train Archaeology and Cultural Heritage 뉴질랜드 HIT Lab의 Magic Book Education AR: Futurelab 프로젝트 MIT의핸드헬드증강현실시뮬레이션프로젝트 도쿄대학증강현실프로젝트 Kanji Teaching 지리학프로젝트 42 Ⅴ. 증강현실기술과교육 교육적활용을위한시사점 경험적학습환경을구성하기위한요소 제언 48

4 KERIS 이슈리포트 그림목차 [ 그림 1] Mixed reality continuum 3 [ 그림 2] See through HMD를이용한증강현실 5 [ 그림 3] 모니터와카메라를이용한증강현실시스템 5 [ 그림 4] 마커인식을통한 Registration과영상합성 8 [ 그림 5] 마커의상호작용객체와의비유적인디자인 10 [ 그림 6] 증강현실렌즈 10 [ 그림 7] PDA에적용한증강현실기법 11 [ 그림 8] Invisible train을실행하고있는장면 23 [ 그림 9] Invisible train의조작화면 23 [ 그림 10] Invisible train의작동원리 24 [ 그림 11] 3D 영상을획득하기위한절차 26 [ 그림 12] 최종일러스트레이션작업 28 [ 그림 13] 주요장면 28 [ 그림 14] handheld display장치를활용 29 [ 그림 15] 불러들여진 natural features 29 [ 그림 16] HIT Lab에서의애니메이션작업 29 [ 그림 17] 캐릭터들의애니메이션 29 [ 그림 18] 테스트하는모습 30 [ 그림 19] 삽입된음악의작곡가 30 [ 그림 20] Education AR의시연장면 1 33 [ 그림 21] Education AR의시연장면 2 33 [ 그림 22] GPS에의한위치정보 35 [ 그림 23] GPS가장착된 PDA 35 [ 그림 24] 디스플레이를통한체험형학습장면 40 [ 그림 25] Kanji 학습의실행화면 42 [ 그림 26] 증강현실을활용하고있는학습자 43 [ 그림 27] 1인칭시점에서학습자에게제시되는화면 44 [ 그림 28] 모바일증강현실을이용한황룡사재현 49

5 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 Ⅰ. 증강현실이란무엇인가 이보고서의목적은증강현실에대한개념을소개하고증강현실 기법을교육적으로활용할수있는가를알아보기위하여다양한적용 사례를분석하는것임 1. 증강현실의이해 증강현실 (Auqmented Reality: AR) 의목적은실제관찰하고있는사물이나장소에대한부가적인정보나의미를함께제공하는것임. 가상현실 (virtual reality) 과달리, 증강현실은완벽한가상공간을제공하지않음 예를들어서, 의학분야등에서는환자를진찰할때, 환자에대한정보가함께제공되도록하여의사의진단및수술과정을돕는응용사례가많음. 군대조직에서는항공분야나수색활동에도움을주기위하여증강현실기법이적용됨. 박물관등에서는관람자의이해및흥미를촉진시키기위하여활용함 특히, 학교학습과관련해서현장실습이나인쇄된교재에증강현실기법을적용한사례들도나타나고있음. 예를들면, 현장실습을갈때, PDA를지참하여방문한지역에대한상세한정보를제공받을수있도록함 1

6 KERIS 이슈리포트 증강현실이주목받고있는이유는학습장면에대한맥락인식 (context-awareness) 을높일수있다는점임. 학습자가관찰하고있는대상이나장소에대하여부가적인정보를제공함으로써, 관찰의실제성을높이고학습활동을촉진시킨다는장점을갖고있음 이제까지개발된적용사례가대체로특수한장비에기반하고있다는점이단점으로지적되고있음. 학교학습에서증강현실기법을적절하게도입하기위해서는일반적인컴퓨터장비에서도쉽게설치가가능하고운용될수있어야함 2. 가상현실과의구분 증강현실기술은일반가상현실기술의한부류라고할수있으며여러가지센서, 디스플레이장치 ( 시각, 청각, 촉각 / 역감등 ), 그리고어떤현상을 ( 사실혹은허구 ) 상호작용과함께시뮬레이션할수있는컴퓨터를이용하여, 이를재현하여가상경험을창출하는기술임 증강은또다른각도에서혼합현실이라고도하는데, 즉가상 ( 혹은혼합 ) 현실콘텐츠에서어느정도의부분이가상이고어느정도가실사인가의배합에따라여러가지의증강현실형태가있음 [ 그림 1] 은 Milgram(1994) 이제안한혼합현실의스펙트럼으로, 여기서가장오른쪽은모든것이가상으로이루어진완전가상현실을상징하고, 가장왼쪽은모든것이실제로이루어진실제공간을상징함 2

7 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 증강현실은실제공간에약간의가상객체를삽입한형태의가상 현실기술이라고할수있음 실제환경증강현실가상현실 ( ) ( ) [ 그림 1] Mixed reality continuum 3

8 KERIS 이슈리포트 Ⅱ. 증강현실기술구성 1. 디스플레이 현실세계와가상세계를섞어서보여주기위해서는특수한디스플레이장치가필요하며, 이를 See Through Head Mounted Display(HMD) 라고함. HMD는머리에쓰는안경과비슷한디스플레이장치로서, 사용자의눈바로앞에작은 LCD 모니터와이의영상을광학적으로확대하여보여줄수있는광학렌즈및케이싱으로이루어짐 예를들어 STHMD의광학시스템은반거울을사용하게되는데, 이는사용자가바깥의현실세계를볼수있게하기위함임. 그리고컴퓨터에서생성된가상객체의영상을거울에반사하여눈에현실영상과겹쳐서보이도록하는것임 ([ 그림 2] 참조 ) 다른방법으로는 Non See Through( 바깥세계를직접적으로볼수없는 ) HMD를사용하고, 바깥세계로부터의영상은카메라를눈주위에붙여서 ( 사용자의시점의영상을얻어내기위하여 ) 얻게됨 이러한방법은더나아가, 바깥세계의영상을비디오로얻어내 기때문에, 컴퓨터비젼기술을이용하여좀더정확히가상객 체를원하는위치에정확히 registration 시켜보여줄수있음 4

9 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 [ 그림 2] See through HMD 를이용한증강현실 또한, 카메라를사용하게되면디스플레이장치의이용도불편하고비용도만만치않은 HMD를사용하지않아도됨. [ 그림 3] 의오른쪽에보여지는것처럼, 보통의모니터에서카메라영상과컴퓨터그래픽가상객체를합성한것을사용자에게보여줄수도있음 [ 그림 3] 모니터와카메라를이용한증강현실시스템 그러나이때보는방향이나지점과상호작용하는지점이달라서사용성이떨어질우려가있음. 이러한형태의증강현실시스템을소위 Desktop 증강현실이라고부르며, 이의변형으로작고손에들수있는 PDA AR, 큰 projection 화면을이용하는 projection based AR 등도있음 5

10 KERIS 이슈리포트 2. 객체 / 마커트래킹및 Registration 기술 위에언급한바와같이증강현실은현실영상과가상의그래픽을 겹쳐서보여주게되는데이때정확한영상을얻어내기위해서는 가상객체들이 2D 화면에서원하는자리에그려져야함 이문제를 registration 문제라고하는데, 이를궁극적으로풀어내기위해서는현실세계의어떤지점 ( 예를들어가상객체가그려넣어지게되는위치 ) 의 3차원좌표가필요하며, 이좌표는카메라를기준으로하는좌표값이되어야함 3차원좌표를카메라의파라미터 (2D 영상으로의프로젝션을위해카메라가사용하는수학적인모델을의미하며이들은미리수치해석적방법으로알아내거나카메라제조사에서제공한다 ) 를이용하여그들의영상에서의위치를알게됨. 영상에서의위치를알게되면바로그곳에가상객체를덮어서그려넣으면됨 따라서문제는카메라의영상에서현실세계의어떤지점이나물체에대한카메라상대 3차원좌표를얻어내야하는데, 3차원좌표를얻어내기위해서는이론적으로 2개의카메라가필요하게됨. 이는인간이두눈을통하여깊이를인지하는원리와같음 컴퓨터비젼연구자들을지난 40 년동안이문제를풀어내기위 하여고심하여왔으나, 현재보통영상에서어떤객체를인식하 고이의좌표와자세를알아내는데에는한계가있음 특히보통의증강현실시스템에서는사용성을위하여한개의카 6

11 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 메라만을사용하는경우가많음. 그러므로한개의카메라에서 현실세계의 3 차원위치를파악하는것은매우어려움 따라서증강현실연구자들이마커를이용하여이를해결하고있음. 마커는컴퓨터비젼기술로인식하기쉬운어떤물체를의미하는것으로, 예를들어검은바탕의똑바로쓰여진평면문양이나특이한색상을갖는기하학적인물체를생각할수있음 마커가없는경우객체 ( 예 : 콜라캔 ) 를여러방향과거리에서인식하는것은매우어려운문제로아직까지남아있으며, 특히인식해야할객체수의증가, 손으로가려지는현상, 주변의밝기등에의해영향을많이받음 현재의대부분의증강현실시스템은마커를이용하여상대적좌표를추출하고이를활용하여 registration을하게됨. 좀더쉬운방법으로카메라에서영상속물체의 2차원좌표를인식할수있는데이경우깊이를모르기때문에그물체뒤로는영상을만들어낼수없음 ( 예 : 물체에가려지는영상등 ) 7

12 KERIS 이슈리포트 3. 영상합성기술 마커인식을통하여가상객체가표현되어야하는위치를추출하게되면이를실제영상에합성하는기술이필요함. 이기술은상대적으로많이발달되어있는데, 비디오영상데이터를그래픽시스템의 Frame Buffer에받아들여서그래픽영상과같은데이터를공유하게함으로써간단히해결될수있음 [ 그림 4] 마커인식을통한 Registration 과영상합성 이때가상객체는카메라의시점과주어진 3차원위치에서어떻게보이고그려져야할지를프로젝션계산에의하여결정하게됨. 현재그려지는가상객체들은 [ 그림 4] 와같이 만화 와같은사실성이떨어지는객체들의경우가많으나, 이를좀더사실적으로표현하여자연스러운 ( 예를들어실제로는없는가상객체인지모를정도로 ) 영상을만들어내고, 그림자나다른객체에가려지는 8

13 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 효과, 또는각종빛의효과를삽입하는연구도많이진행되고 있음 4. 상호작용디자인기술및사용성 수동적으로증강현실영상을보는방식으로활용을할수도있으 나, 대부분의경우와마찬가지로증강현실콘텐츠도사용자와콘 텐츠사이에상호작용이꼭필요함 증강현실의경우, Tangible 인터페이스라는특별한양식의인터페이스가가능한데, 이는마커를인터렉션객체로활용하여손에직접객체를들고인터액션하는것과같은효과를줄수있음. 특히마커를상호작용객체에비유되도록디자인하여응용의효과를배가할수있음 예를들어자동차를상징하는마커는자동차와비슷한추상적인모양을지니게할수있음. 이때이마커는주로자동차와같은객체만을나타내게되고사용자는좀더쉽게콘텐츠와상호작용을할수있음 증강현실시스템은 HMD/ 카메라를활용해야하고시점과상호작용지점이일치하지않으며한사용자만을지원 ( 하나의카메라를쓰는경우 ), 깊이있는정보를제공하지않아사용성에아직많은문제를안고있음 이를극복하기위해서많은연구가이루어지고있고, 또한콘텐 츠의시나리오나효과적인인터렉션디자인을통하여많은방법 9

14 KERIS 이슈리포트 들이 제안되고 있음. 또한 시각적인 증강이 아니라, 청각적 촉각/역 감적 증강도 인터렉션과 디스플레이의 방법으로서 시도되고 있음 [그림 5] 마커의 상호작용 객체와의 비유적인 디자인 [그림 6] 증강현실 렌즈 10

15 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 5. 저작도구및기타기술 마지막으로증강현실기술구성에서중요한위치를차지하는것 은증강현실기반의콘텐츠를만들수있는저작도구및 API 임 현재는대부분의증강현실콘텐츠는오픈소스인 AR Toolkit을이용하고있는데, AR Toolkit은간단하여사용하기쉬우나, 너무단순한마커인식방법과오픈소스의한계를벗어나기어렵다는단점을갖고있음. 또한전문적인기능구현과다양한상호작용을지원하는저작도구와 API가필요함 최근카메라가장착된모바일기기의등장으로모바일증강현실이 많은각광을받고있으나모바일기기의부족한시스템자원으로인 하여아직실시간으로증강현실콘텐츠가실행되기부족한상황임. 앞으로시스템이보다충실해지고모바일시스템소프트웨어가개선되면모바일증강현실시스템을응용한예가많아질것으로보이며또한이와관련한사용성개선이나새로운형태의상호작용기법이개발될것으로기대됨 [ 그림 7] PDA 에적용한증강현실기법 11

16 KERIS 이슈리포트 Ⅲ. 증강현실의교육적활용 1. 교육적활용의가능성 가상현실을기반으로하여콘텐츠를개발하게되면, 이를만들어내기위하여모델링작업을하게됨. 즉 CAD(Computer Aided Design) 시스템을이용하여가상객체를만들어내야하고, 가상객체가많은경우 ( 예 : 도시환경, 정글속 ) 콘텐츠창출에많은번거로움이따르게됨 또한실제와비슷한모델을만들기위해서는많은시간과비용이들거나, 역으로사실성이부족하여콘텐츠의효과가많이떨어질수있음. 이에반해증강현실은상호작용을하거나실제에서는존재하지않는필요객체만을모델링하고, 그이외의환경객체는실제객체를그대로사용하게되어모델링의간편함이라는큰장점이있음 또한증강현실환경은실제환경그대로이기때문에전체적인사 실성이높아지게되고, 상호작용하기에익숙한느낌을갖게됨 따라서이러한장점들은디지털콘텐츠기술을교육분야에접목하는데있어서유익하게활용될수있음. 예를들어, 교육현장에서직접실제교구들과함께가상객체를이용하여교육을하거나, 새로운교육콘텐츠를생성하고, 손쉬운인터페이스를제공함으로써, 특히어린이들에게흥미를줄수있음 12

17 2. 증강현실의교육적활용에대한예측 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 증강현실의교육적활용에대한시도를연구실단위에서지속적으로진행하고있으나대부분의증강현실응용프로그램들은실험적으로적용되고있는상황임. 반면증강현실의교육적활용에대한관심이높아지고있음 예를들어 EDCAUSE에서운영중인 National Learning Infrastructure Initiative(NLII) 와 New Media Consortium(NMC) 에서공동으로출간하고있는 Horizon Report(2004, 2005, 2006) 에서는증강현실기법의교육적활용이향후 4~5년뒤에적용될것이라고예측하고있음 엄밀히말해서 2004년에출간된 Horizon Report에서는증강현실이라는용어를직접적으로사용하기보다는맥락인식컴퓨터기술 (context- aware computing) 이라는용어를사용하고있음. 여기서의미하는맥락인식컴퓨터기술은학습자의상호작용을촉진시킬수있는기술을지칭하고있음. 즉, 인간이대화를할때에는자연적으로대화상황에적합한맥락을고려하여대화를하게됨. 이와같이학습자가처해있는맥락은상호작용을촉진시키는데중요한역할을하게됨 이와같은맥락에서컴퓨터가학습자의처해있는맥락을탐지하도록하기위한기술등이거론되고있음. 언급되고있는주요기술을정리해보면, 사회적맥락의인식 (awareness of social setting), 협력 (collaboration), 지능적점검 (smart monitoring), 장소감지 (location sensing), 적시적정보 (just-in-time information), 13

18 KERIS 이슈리포트 고도로개별화된교수 (highly personalized instruction), 적응적 활용 (adaptive use) 등이거론되고있음 2005 년에발간된 Horizon Report 에서는증강현실기술을구체적 으로지적하면서향후 4~5 년뒤에학교교육에적용될수있는 기술이라고보고있음. 구현되는방식에서보면, 맥락인식컴퓨터기술과증강현실은다 소다르다고할수있음. 즉, 맥락인식컴퓨터기술은사용자가 처해있는맥락을탐지하는것이중요함 그러나증강현실은사용자가실제로보고있는시각정보를보완 하기위한또하나의정보를추가적으로제공한다는점에서시각 처리문제가중요한기술적인요소로부각되고있음 2005년도 Horizon Report는보다구체적으로증강현실기법의활용방안에대하여제안을하고있음. 즉, 훈련등을목적으로구성된학습환경에서학습자는실제도구가없더라도훈련시나리오에의해서학습을진행할수있음 이러한예는주로의학, 건축, 과학, 박물관등에서다양한응용프로그램으로적용되고있음. 수술집도연습을하는의사는증강현실기법을활용하여환자의환부를관찰할수있을뿐만아니라직접적으로조작경험을가질수있음 또한건축분야에서는눈에보이지않는기둥이나철골구조에대 한정보를얻을수있음. 이러한정보들은학습자와컴퓨터와의 14

19 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 상호작용을촉진시킬수있는중요한역할을수행하게됨 2006년에발간된 Horizon Report에서는증강현실과맥락인식컴퓨터기술을각기따로구분하여상술하고있음. 이러한변화는증강현실에대한관심이증가됨과동시에활용영역을구체화하기위한것으로사료됨 2006년도 Horizon Report에서강조하고있는것은 향상된시각화 (enhanced visualization) 에대한이슈임. 2005년도의연차보고서에서는구체적으로나타나지않았던정보의시각화문제가 2006년연차보고서에서구체적으로언급된이유는증강현실과관련된실제사례가많이발표되면서기술적으로그중요성이부각되었기때문으로사료됨 이보고서에서언급되고있는사례를보면, 고고학, 역사, 인류학 등에서화석을주제로증강현실을활용한예를보여주고있음 또한생물학등에서도활용될수있는응용사례를소개하고있는 데, 마치정글을탐험하듯이다른생명체의모습등을쉽게볼 수있다고지적하고있음 증강현실에대한활용은학습자가관찰하고있는장면에대한추가적인정보를제공함으로써학습자의이해를촉진시킬뿐만아니라학습과정에서발생하는상호작용을높이기위한방향으로진행되고있음 15

20 KERIS 이슈리포트 3. 교육적활용을위한시나리오 개요 이장에서는증강현실을교육적으로활용하기위한학습시나리오를제시할것임. 이학습시나리오는증강현실을적용한응용사례를활용하여구성한것으로증강현실이활용될수있는학습환경을표현하기위한것임 이장에서제시하는세개의시나리오중에서첫번째것은 EDUCASE가제안하고있는증강현실에대한책자에서발췌한것임. 두번째시나리오는 FutureLab과 HIT 연구소의프로젝트를기반으로협력학습활동에적합하도록구성한것임. 세번째시나리오는원격학습과증강현실을통합하여구성한시나리오임 이장에서소개하고있는가상적인활용예는증강현실기법이교육적으로어떠한장점이있는가를생각해보기위한것임. 따라서현재그와같은기능이완벽하게구성된다고말할수는없으나이장에서소개할 3개의시나리오는구현가능하거나쉬운것부터나열하고있음. 따라서마지막시나리오는가장발달된형태의구현기술을필요로하는시나리오라고할수있음. 16

21 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 시나리오 1 - 현장학습 1) 현장학습을위한증강현실적용시나리오 지난주에 Josie 는식물학시간에진행된 Botanical Garden 에대한 현장실습을빠졌다. 그래서오늘그녀는증강현실기법이적용된자 료를활용하여빠진실습을대체하기로하였다. 중간시험을치르기위해서 Botanical Garden에구현되어있는생태계의주요생물체를알아두어야한다. Josie는 PDA를들고 Botanical Garden으로향했다. 정문에들어선그녀는동쪽으로향했고거기에서수령 500년이라는안내판이설치된멋들어지게자란삼나무를관찰하기시작하였다. Josie는헤드폰을끼우고이런종류의나무가생태계에서어떤역할을하는가에대한교수의설명을들었다. 그녀가그삼나무로접근하게되면, PDA에장착된 GPS에서현재의위치와학습에필요한자료가무엇인가를알려주게된다. GPS에서알려주는학습자료를살펴보다가같은수업을듣고있는친구가삼나무에집을짓고사는스컹크에대한팀과제를수행하기로했다는사실을알게되었다. 또한작년에이수업을들었던다른학생의과제에대해서배울수있었다. Josie는숲을지나면서다른나무의사진이나동영상을선택하여계절의변화에따라서어떻게변화하는가를알수있었다. 또한그녀는지난시간에현장실습을하면서다른학생들이남겨놓았던노트나키워드등을살펴볼수있었다. Josie는 Botanical Garden을돌아다니면서, 자신이관찰한내용을다른학생들의학습기록에추가할수있었다. 그녀는이수업에서수행한과제의내용을남동생과공유해야겠다고생각했다. 이번추수감사절에남동생이돌아오면함께이곳을방문할계획을세웠다. 17

22 KERIS 이슈리포트 이렇게현장실습을마치고나니, 중간시험에대비하여무엇을준비해야하는지알수있는것같았다. 그녀는현장실습이매우유쾌한경험이될수있다는것을느꼈으며, 무선인터넷기술과결합된 GPS 가학습에유용하다는확신을하게되었다. 또한함께강의를듣고있는친구나이전에강의를들었던학생의과제를통하여학습내용을잘이해할수있었다. 2) 시나리오의분석 이시나리오를구성하는증강현실의특징은 1) GPS 를이용한위 치정보의파악, 2) 시각자료의부가적인활용, 3) 학습내용에대한 누적적데이터베이스의활용임 이시나리오의주인공인 Josie는 Botanical Garden에들어가서여기저기이동을하게되고, 이동중인그녀의위치정보에따라적절한정보가제공되고있음. 또한다른학습자의학습내용에대한정보가함께제공됨으로써 Josie의학습이촉진됨 시나리오 2 - 협력학습 1) 상호작용성증진을위한증강현실적용시나리오 중학교에다니고있는민우와철수는빛의굴절에대하여학습하고있다. 이들은 HMD를사용하여같은모니터를응시하고있다. 모니터화면에는 3D 객체로구현된 2개의프리즘이나타나있고, 컴퓨터에의해서생성된빛줄기가구현되어있다. 민우와철수의과제는 18

23 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 각자의프리즘을이용하여빛줄기를일정한방향으로굴절되도록만 드는것이다. 먼저민우가두개의마커를조작하여빛줄기를일정한방향으로굴절시키려고한다. 이때철수는자신의 HMD를이용하여민우의조작과정을관찰할수있다. 민우가몇번시도하는동안에철수는민우에게프리즘을조금다른방향으로움직여볼것을요청한다. 민우와철수는직접적인조작활동이수반되는학습활동을하면서상대방의조작과정을관찰하고올바른수행에필요한조언등을할수있다. 과학활동은지적인탐구활동을수반하게되는데, 과학적가설수립및검증을위해서는관찰에근거한학습참여활동이매우중요하다. 철수는민우의프리즘조작과정을관찰하면서빛의굴절각도에대한이해를높일수있었다. 2) 시나리오의분석 이시나리오를구성하는증강현실의특징은 1) 조작마커의직접적 인조작경험, 2) 협력적인활동을통하여공간적움직임에대한 관찰이라고할수있음 과학이나수학교과의학습에서는시 공간적인개념을이해하기위한직접적인조작이필요한경우가많음. 증강현실에서는마커의조작활동에기반해유사한학습경험을제공할수있다는장점이있음 또한, 같은문제공간내에서두명의학습자가서로의조작활동 19

24 KERIS 이슈리포트 을직접확인하면서학습을수행한다면매우높은상호작용성을경험할수있을것임. 특히, 태양계의활동이나지각변동등과같이현실세계에서구현하기어려운학습내용의경우학습효과를더높일수있음 시나리오 3 - 원격학습과증강현실 1) 학습현존감의증대를위한증강현실시나리오 서울에살고있는동우는학교에서돌아오자마자부산에서열리고있는과학엑스포를둘러보기위해서컴퓨터를켰다. 올해개최되는과학엑스포는바다의생물과우주여행이라는테마로진행중이다. 평소바다의생물과우주에관심이많았던동우는부산에서열리는엑스포에참석하려고했지만, 집안사정때문에직접방문할수가없는상황이었다. 그래서학교를마치고집으로돌아와증강현실로구현된과학엑스포에들려보기로한것이다. 이전에도웹에서개최되는가상엑스포등이있었지만, 오늘동우가참석하는과학엑스포는증강현실기법을활용하여색다른경험을할수있다. 일단컴퓨터로그인을하면, 엑스포가열리고있는장소가그대로생중계된다. 이때전시관및전시생물의번호를알고선택을하면전시되고있는장면이그대로중계가된다. 이렇게중계되고있는장면에서증강현실체험하기를선택하면모니터 ( 혹은 HMD) 를통해서생물체에대한입체적인정보가제공된다. 직접엑스포장에방문하지못한것은아쉬웠지만동우는마치현장을참관한것같은느낌을받을수있었다. 특히, 생물체의골격이나습성등의모습이화면에추가적으로제공되었기때문에줄곧높은학습흥미를유지할수있었다. 20

25 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 2) 시나리오의분석 이시나리오를구성하는증강현실의특징은원격정보와결합된증강현실기법의적용임. 현장에직접참여할수없는학습자를위하여원격방식의화면을제공하여정말현장에와있는것같은현존감을느낄수있도록도움 가상학습환경에서는실제적인느낌을갖기가쉽지않지만, 마치 TV로중계되는것같은장면은학습자의현존감을증대시킬수있음. 이와같은적용방법은 TV와같이일방적으로화면을전달하는것이아니라보조적인학습정보를함께제공할수있다는장점을가질수있음 21

26 KERIS 이슈리포트 Ⅳ. 사례분석 1. Invisible Train 개요 적용분야 : collaborative handheld augmented reality game - 연구기간 : 2004 년 ~ 현재 연구자 : Daniel Lederman 외 지원기관 : Vienna University of Technology, 오스트리아 내용 PDA를이용하여두명의학습자가상호작용할수있도록되어있는시스템으로최초로 PDA를이용하여 AR을구현한사례임. 두대의 PDA는장착된카메라를통하여기차의레일이놓여진장면을촬영함. 이때기차가놓여진판위에있는마커의인식을통하여각자의기차가 PDA 상에서나타나도록되어있음 기차는사용자의 PDA 에서만볼수있기때문에기차레일이놓 여있는판에는레일만존재하는방식임. PDA 의터치스크린을이 용하여기차의이동방향및속도를조절할수있음 22

27 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 [ 그림 8] Invisible train 을실행하고있는장면 이사례는상호작용적멀티유저게임으로개발된것임. PDA 사 용자는자신의 PDA 를조작하여자신의기차를움직여야하며, 기차가서로부딪치면게임이끝나도록되어있음 2대의 PDA는사용자가조작하고있는기차의움직임을서로주고받으면서아래의그림과같이서로동조하도록되어있음. 나무로제작된소형철도길을실제상황으로하고, 그위에구현된가상기차를조작하면서게임을진행함 [ 그림 9] Invisible train 의조작화면 23

28 KERIS 이슈리포트 결과 개발한게임의형성평가는수행하지않았지만, 비공식적으로진행된면담과사용자행동평가를활용하여사용성을평가하였음. 사용성평가결과에따르면, 이전에사용하던장치보다 PDA를이용한경우에, 사용대상이다양해질수있고다양한영역에적용될수있음을확인 기술적인제한점으로 PDA에비디오가제시되는속도가게임에영향을준다는의견이약간있었으며, PDA의건전지용량이게임진행에영향을미칠수있는것으로나타남, 게임적인요소를가미하여보다높은상호작용성을강조한시도임 [ 그림 10] Invisible train 의작동원리 24

29 2. Archaeology and Cultural Heritage 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 개요 연구과제명 : ARCO (Augmented Representation of Culture Objects) Project ( htm) 연구기간 : 2001 년 ~ 현재 연구자 : M. White, F. Liarokapis 외 지원기관 : EU IST Framework V programme, Key Action III-Multimedia Content and Tools, Augmented Representation of Cultural Objects (ARCO) Project, 영국 내용 유럽을중심으로박물관의전시품목을입체도형으로재현하여 웹으로제공하기위한연구프로젝트임. 이연구에서는문화유 물등에대한정보를증강현실기법으로재현하는것이목적 ARCO 도구를이용하여, 박물관에비치되어있는유물들과그상 황정보를이용하여컴퓨터로증강된인공물을제공하기위한것 25

30 KERIS 이슈리포트 [ 그림 11] 3D 영상을획득하기위한절차 사용자는박물관에서물리적인유물과함께그와연결되어증강 현실로구현된입체영상을함께관람할수있도록되어있으며, 대형스크린을활용하여관람객에게전시하고있음 구현에필요한기술은 3D 모델링기법, 3D 재현기법, 전시내용물 을관리하기위한관리도구, 가상공간을통하여운영되는박물관 전시, XML 을활용하여통합하는방법등이활용됨 3. 뉴질랜드 HIT Lab 의 Magic Book 개요 프로젝트명 : The "Magic book: A report into Augmented Reality Storytelling in the Context of a Children's Workshop 26 뉴질랜드켄터베리대학내연구기관 HIT(Human Interface Technology) 연구소에서동화책 Giant Jimmy Jone 형태로개발되었음. Children's

31 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 workshop 을운영, 학습자가직접증강현실을만들어볼수있도 록하였음 프로젝트기간 : 2003 ~ 현재 개발자 : 뉴질랜드 HIT Lab( CDC(Cantebury Development Corporation), Christchurch City Libaries 연구자 : McKenzie, J & Darnell, D(Centre for children's literature, Christchurch College of Education) 적용대상은 K-12 학생이었으며, 동화책을기반으로하는읽기 및스토리텔링에초점을두고있음 내용 이프로젝트의목적은학습자가직접증강현실을활용하여그림책 을만들어보도록하는것임. 이를위하여 5 일간의워크샵이진행 되었으며, 일자별활동사항은다음과같음 - 1 일 : 학생들의사전능력과흥미를확인, picture book 에대한논 의를진행 - 2 일 : pop-up picture book 의개념을소개하고, AR book 및책의 의도등에대해소개 일 : 그룹별로실질적인그림그리기작업에들어감, 전문가의 27

32 KERIS 이슈리포트 도움으로학생들이그린그림들이컴퓨터에저장됨 - 5 일 : 학생들스스로에의해해석된 Gavin Bishop's Magic Book story 에대한프리젠테이션이이루어짐. Anim8or 프로그램 을통해만들어진최종결과물을학생들에게나눠줌 AR Book 의제작과정을단계별로살펴보면다음과같음 - 단계 1: 스토리보드 (storyboard) }eyemagic Book 개발을위한실질적인스토리보드를개발하고 페이지에나타날내용을구성함 [ 그림 12] 최종일러스트레이션작업 [ 그림 13] 주요장면 } 초안은수차례에걸쳐서수정되었는데, 각각의밑그림이중요 한장면을대표하는가, 각화면에서무엇이일어나야하는가, 각각의주인공들이어디에위치해있어야하는가등이명시됨 - 단계 2: 3 차원모델링 증강현실에서활용한이미지들을개발함 ( 개발사 : One Glass Eye Christchurch 의 3D 컴퓨터모델링회사 ) 28

33 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 - 단계 3: 애니메이션 } 학습자가손으로잡고그림책을보는장치 (hand held display) 를통해책의해당페이지를열면개발된캐릭터가움직이도록개발함 } 예를들어책속에서 Giant Jimmy Jones가마을사람들이맑은날씨에소풍을가도록구름을제거하는장면을연출하기위해 Jimmy의 3D 모델들과, 구름그리고장면의다른부분들이애니메이션소프트웨어에펼쳐지고, 애니메이션진행시간등을설정함 [ 그림 14] handheld display 장치를활용 [ 그림 15] 불러들여진 natural features [ 그림 16] HIT Lab에서의애니메이션작업 [ 그림 17] 캐릭터들의애니메이션 29

34 KERIS 이슈리포트 - 단계 4: Natural feature tracking } 학습자가 handheld display 장치를통해책을볼때, 펼쳐진책의페이지에맞게실제 3D 이미지들이나타나도록함 }Handheld display에는작은카메라가부착되어있어서그카메라가책의해당페이지를읽어들이고, 내장된컴퓨터의소프트웨어가그에해당하는애니메이션을불러들이는방식으로개발됨 - 단계 5: 마무리작업 최종적으로 HIT Lab 에서 Sound 를개발하고, 학습자는작가 (Gavin Bishop) 가읽어주는동화의내용을듣게됨 [ 그림 18] 테스트하는모습 [ 그림 19] 삽입된음악의작곡가 결과 3 차원속에서동화책읽기, 그리고자신의이야기만들기 라는 주제로프로젝트가진행되었으며, 동화책속에포함되어있는이 야기설명이학습자에게효과적으로전달된것으로평가됨 전통적인 pop-up 형식의책을활용하여증강현실을구현한사례 로서, 증강현실기법을교재형식의책에적용한것임 30

35 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 Seamless technology: 증강현실자료들은이야기전달을실감나게하고, 어린이들의몰입 (immersion) 을유도하였음. 즉, 가상과현실세계사이의원활한상호작용이일어나도록학습환경을제공했다고볼수있음 증강현실기술을활용한 Magic book 개발학습에대한학습자들 의반응은매우좋았으며, 학생들을관찰한교사들의반응역시 긍정적이었음 Magic Book 을실제개발한 HIT Lab 의경우지속적으로 AR 관 련한연구를진행하고있으며, 이를모바일, 게임등과접목하여 활용범위를넓히고있는상황임 4. Education AR: Futurelab 프로젝트 개요 프로젝트명 : Education AR: Futurelab project - org.uk/showcase/education_ar/education_ar.htm 최근증강현실을도입한사례가지속적으로개발되고있으나, 대부 분의학이나장비의유지 수리, 응용분야에국한되고있으며, 교 육관련연구들은이제막시작되는추세라고할수있음 2003 년영국의 BBC 에서는미래방송및온라인서비스사업에서 AR 의잠재성을평가하기시작함 31

36 KERIS 이슈리포트 이연구소에서는 BETT 2005에참가하면서 AR이구현된학습시스템을선보였는데, 이시스템은그동안 BBC에서추진하고있는 21세기교실프로젝트의일환으로추진되었으며, Westminster city 학습센터에서여러차례시범적용해보기로하였음 개발자 : BBC, 파트너 : IDEAs Lab, University of Sussex 적용대상 : K-12 ( 교과내용 : 지구, 태양, 달 ) 내용 이사례는과학교과수업에서활용할수있는증강현실기술을구현하기위한것임. 일반적으로증강현실은공간적조작활동이수반된학습내용에적합한것으로생각되고있음. 특히, AR은지구, 태양, 달등의개념을가르치는데유용함 학습자는지구본과조명기구를가지고학습을하기보다는바로 머리위의영상을통해실감나게학습할수있음. 학습자는지구 위에서빛나고있는태양을바로볼수있음 사용된기술 } 실제이미지와가상이미지를섞은 'virtual mirror' 가실시간으로나타남. 또한교실의화이트보드가거울역할을하도록지원되며, AR tracking software와 3D virtual content가사용되었음 32

37 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 [ 그림 20] Education AR 의시연장면 1 [ 그림 21] Education AR 의시연장면 2 결과 교사와학생모두 AR 의활용에큰호기심을보였으며, 교사는현 재 AR 인터페이스의제한점을알고, 최소한의실행을하는정도 의간단한조작, 3D 콘텐츠의관찰활동등을제한적으로수행 AR 이상당한잠재성을가지고있으나현재까지는수준이크게 높지는못함 33

38 KERIS 이슈리포트 5. MIT 의핸드헬드증강현실시뮬레이션프로젝트 개요 프로젝트명 : MIT Handheld Augmented Reality Simulations- education.mit.edu/ar/index.html from computer on every desktop to computer on every lap" 프로젝트배경 : 현실에대한직접체험과 PDA 가주는디지털정 보부가가치를결합하는증강현실시뮬레이션을개발, 학습자들이 시뮬레이션게임을즐기듯학습할수있는미래학습환경을개발 프로젝트기간 : 2003 ~ 현재 개발자 : MIT Teacher Education Program 적용대상 : MIT 인근고등학교 2 학년 교과내용 : 과학 / 생태계 내용 GPS가장착된 PDA를사용하여유해물질을누출한범인이누구인지밝혀내는참여형게임으로개발되었음. 가상의인물을인터뷰하거나전자도서관에서데이터를수집하여분석하는논리적탐구과정을거침 34

39 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 - 단계 1: 교장선생님의미션제시 ( 동영상비디오활용 ) } 유해물질누출한사람이누구인지밝혀내고, 대책을강구하라! 는임무를부여받으면, 학습자들은팀편성및각팀원들담당조사지역할당받게됨 - 단계 2: 실제 MIT 인근지역탐색및조사활동수행 } 이단계에서학습자는직접자료를수집하는데, 약 2시간에걸쳐조사지역을대상으로건물, 시설, 하천등으로부터정보를수집 (probeware 활용 ) 현장자료수집기 (probeware): 탐구학습과정에서관찰의대상이되는현 상을장에서계측 분석할수있는하드웨어및소프트웨어 예 ) 하천수의유해물질농도측정기, 학습자의현재위치확인을위한 GPS 등 [ 그림 22] GPS 에의한위치정보 [ 그림 23] GPS 가장착된 PDA 간접적인자료수집방법으로온라인도서관자료, NPC (Non Player Character) 와의인터뷰동영상자료를활용할수도있음. 학습자는 GPS 를통하여자료수집지점의위치정보를제공받음 35

40 KERIS 이슈리포트 - 단계 3: 협동학습기반탐구및공유 } 각팀원들이담당지역에서조사한내용을서로공유하고, 도 출된최종결론을발표함 관련학습이론 } 상황학습이론 : 자신의삶과직접관련된현실적문제를제시하여같은지역커뮤니티구성원으로서동료학습자와함께참여할수있도록임무를부여함 } 인지유연성이론 : 실제세계의복잡성을충분히반영할수있 는정보에기초하도록하고, 팀내동료학습자들의다양한관 점을서로비교할수있는기회를제공함 } 탐구학습이론 : 이활동을통하여학습자는문제인식 가설수립 정보수집 분석 가설검증 성찰의과정을거치게됨 개발절차 }Rapid Prototyping: 프로토타입기반, 동시공학기법이적용된 비선형적설계모델이적용됨 } 사용자시나리오 (user scenarios) 기반설계방식을채택하였음. 교수설계자나내용전문가가아닌, 실제사용할사람들이그리 는탐구활동을시나리오형태로추출, 설계에반영함 결과 개발초기에 GPS 기술의안정성이떨어져게임운영에장애발 36

41 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 생하기도했음. 그러나이프로젝트를진행할때활용되었던 Rapid Prototyping 설계방식의효과성을확인할수있었음. 다양한첨단기술, 방대한학습자료, 이들간의복잡한연관성등여러변수를함께고려해야하는설계적인특성을갖고있음 선형적-논리적접근법인 ADDIE(Analysis Design Development Implementaion Evaluation) 모델보다비선형적-직관적접근법인 Rapid Prototyping과시나리오기반설계가보다적절한것으로나타났음 ( 기존방식 2년예상 6개월에완료 ) 주요기능 소프트웨어기능교육적가치 시뮬레이션된분석도구위치인식 NPC(non-player characters) 공간자료수집기 자료수집및분석을위한가상의도구를통해현장자료수집기 (probeware) 가하지못하는자료분석수행실제지역을이동하면서그지역에독특한정보를제공함사람의모습을가진일종의컴퓨터에이전트. 게임중학습자에게조언을제공공간적속성정보에대한자료를수집하고분석함 학습자들로하여금교육적으로는유용하지만실제세계에서는일어나지않는가설적상황에대한정보수집및분석을가능케함시뮬레이션분석도구에서수집한자료들을물리적위치와연동시킬수있도록흥미부여. 물리적공간과의상호작용을유도함사람이스토리텔링형태로정보를제공함으로써딱딱한느낌이적고친밀감이증가실제물리적환경의행위유발성을높이고시뮬레이션된행동을상황화함 전자도서관 주어진문제에대해관련된정보를획득할수있도록 MIT 전자도서관접근지원 적시 (Just-In-Time) 학습을도움으로써탐구활동과성찰이동시에이뤄지도록함 37

42 KERIS 이슈리포트 협력학습도구숨겨진상호작용 (covert interactions) 포켓PC의무선통신 (beaming) 기능을활용, 동료학습자 ( 게이머 ) 들과정보를공유시간이경과하거나위치가바뀌거나학습자가특정한행위를했을때, 우연한사태를발생시킴. 게임의돌발적상황과유사 협동학습및지식구성을위한참여를지원. 실천공동체를가상공간에서실현함으로써상황학습환경구현예상밖의돌발상황을제시하여신기효과를높이고, 그원인에대한의문이자연스럽게생겨유의미학습이이뤄질수있도록함 특히, 성공적인게임원리가적용될수있었는데, 학습자는게임방법을쉽게터득할수는있었지만, 게임내용을완전히숙달하기에는어려운경험을할수있었음. 즉, 쉽게배울수있지만, 반복적인플레이를통해기능이향상되고학습이심화됨 그러나원거리통신이불가능한 PDA 의단점을극복하기위해 Wi-Fi 등광범위무선통신을활용할수있는하드웨어환경으로 전환될필요성이있음 6. 도쿄대학증강현실프로젝트 개요 프로젝트명 : MonoGatahari 프로젝트배경 : 동경대학정보과학원의야마우치교수및동료 연구원이수행한 RFID 를이용한증강현실연구 38

43 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 프로젝트기간 : 현재진행중 개발자 : Yuhei Yamauchi, 도쿄대학정보과학원 내용 이사례에서적용된학습방식은과학교과수업을활용하기위한증강현실의적용임. 삼엽충의화석을만지면그만지는방식에따라삼엽충스스로가자신의화석화과정과내부구조에대해안경형태의착용형스플레이를통해관련영상을보여주는동시에설명을제공하여스토리텔링학습환경이구현됨 - 단계 1: 물체에접촉하는공간상행위발생 } 화석을여기저기만지고돌려보는조작행위가자연스럽게발생하고, 이때센싱마커로조작행위의패턴을찾아내어상황을인지함. 이를학습자의개인이력과연계하여제시될최적콘텐츠를결정함 - 단계 2: 학습에이어지는심적활동환기 } 화석의특정한물리적부위를만질때, 그로부터과학적탐구심을일으킬수있는콘텐츠를제공함으로써사용자의주의를학습으로전환하는것이특징임 39

44 KERIS 이슈리포트 - 단계 3: 심적협응구조생성 } 물리적인접촉과심리적인학습탐구의지및콘텐츠로제시 된정보가하나의융합된협응구조를생성토록함 [ 그림 24] 디스플레이를통한체험형학습장면 관련학습이론 } 행위유발이론 (affordance theory): 공간이지닌정보환경을가리키는용어. 지각-특히시 지각의주객관계에서객체 / 대상은지각주체에게특정행위를촉발시킴. 종래망막과뇌의정보처리과정으로환원되었던시 지각활동이, 실은공간과의역동적상호작용의결과임을밝힌이론임. 따라서효과적인학습을위해서제시되는시 지각정보는공간속사물과동시에제시되어야함을시사함 } 실천공동체이론 : 유비쿼터스기술은 RFID와같이환경에고정되는기술과모바일장비와같이사람과같이움직이는기술에의해완성된다고할수있음. 그중모바일기술은공동체소속구성원과계속해서이어주는 beacon( 인도자 ) 의역할을수행 40

45 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 함. 모바일미디어는공동체진입과정 ( 주변 중첩 경계 실천 ) 중경계실천을전개하는데큰힘을발휘하게될것임 사용된기술 }RFID 및센싱마커기술, 실물접촉패턴및상황인식기술, 학습자개별특성, 콘텐츠시청이력등활용한지능형콘텐츠결정시스템 결과 이론적으로는행위유발이론과실천공동체이론간의연결고리 를구축해야할필요성이제기되었음. 그러나사용자반응, 학업 성취등에대한구체적인평가자료는없음 7. Kanji Teaching 개요 연구과제명 : A mobile AR memory game 연구기간 : 2003년 ~ 현재 연구자 : Daniel Wagner 외 지원기관 : Vienna University of Technology, 오스트리아 내용 PDA 를이용하여, AR 로구현된한자공부를게임으로진행함. 두명의사용자가 PDA 를각자이용하여진행하도록설계됨 41

46 KERIS 이슈리포트 한자가인쇄된종이카드를테이블에올려놓고, PDA 를통해서 제시된아이콘에해당하는글자카드를찾음. 찾은카드를뒤집 으면해당하는그림이 3 차원으로제시됨 [ 그림 25] Kanji 학습의실행화면 8. 지리학프로젝트 개요 연구기간 : 2002 년 ~ 현재 적용대상 : 대학생 ( 적용내용 : 지리학, 지구 - 태양의관계 ) 42

47 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 연구자 : Brett E Shelton, Nicholas R Hedley - 지원기관 : University of Washington, 미국 내용 ARToolkit 이라는저작도구를사용하여지구 - 태양의관계를가르치기 위하여개발된사례임. 이연구에서는시공간적인관계를이해해야 하는학습과제에적합한학습환경을구축하기위하여시도되었음 2차원으로학습용영상을제시하는것이아니라 3차원으로학습내용을제공함으로써학습자는공간적관계를쉽게이해할수있을것으로보았음. 사용자는카메라가달린헤드장치 (HMD) 인 Cy-Visor DH-440을머리에쓰고 AR로구현된상황을관찰하여, 지구-태양의관계와지구에서발생하는계절변화를이해할수있도록함 [ 그림 26] 증강현실을활용하고있는학습자 43

48 KERIS 이슈리포트 [ 그림 27] 1 인칭시점에서학습자에게제시되는화면 결과 34 명의지리학전공대학생을대상으로하여연구가진행되었으며, 주로질적자료분석방법을활용하여개념획득및이해과정을연구 하였음 학생들의행동을제3의관점에서녹화하고개념이해과정을해석하였음. 이연구를통하여사용자와증강현실로구현된대상과의상호작용과정을파악할수있었음. 연구결과에따르면, 증강현실기법을활용함으로써학생들의사실적개념에대한이해가증진되었으며, 학습내용에대한오개념도줄일수있었던것으로나타났음 44

49 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 Ⅴ. 증강현실기술과교육 1. 교육적활용을위한시사점 증강현실을적용한학습환경을제공한다면, 감각적몰입의증대, 직접조작에의한경험중심학습, 맥락인식의촉진, 협력학습환 경구축이라는측면에서효과적인학습을기대할수있음 감각적몰입 (sensory immersion) 의유발 증강현실은학습자가관찰하고있는학습대상이나장소에대한 감각적몰입을제공한다는점에서가장큰매력을갖고있음 감각적몰입을유발시키는요소는입체적인영상물이제공된다는 점이며, 이와같은보조적인시각자료를매개로할경우학습자 는학습내용과더욱밀도높은상호작용을수행할수있음 직접조작 (direct manipulation) 에의한경험중심학습 학습자는마커등을직접조작 (direct manipulation) 해봄으로써학습내용에대해깊은이해를할수있음. 직접조작활동은공간적인감각및이해능력이필요한학습내용에서매우중요한요소가될수있음 증강현실을이용하여다양한객체를직접조작해보고, 조작결 과를활용하여심도깊은이해를할수있음 45

50 KERIS 이슈리포트 맥락인식 (context-awareness) 에의한학습현존감발생 증강현실기법은장소의존 (location dependent) 적인학습환경을 구축할수있도록만들어줌으로써학습내용에대한맥락인식을 증진시킬수있음 학습자가관찰하고있는대상이나장소의정보를활용하여학습 에필요한자료를부가적으로제공해준다는의미임 특히, 모바일장비나 GPS 등을활용하여실시간으로학습상황을 점검할수있고학습자의요구에적합한내용을제공할수있음 이동성중심의협력학습 (collaborative mobile learning) 의강화 일반적으로협력학습을촉진하기위해서는네트워크에접속된컴퓨터등이필요함. 그러나증강현실기법이적용된모바일장비를이용한다면, 소규모네트워크만을사용해서도매우효과적인협력학습환경을구축할수있음 2 경험적학습환경을구성하기위한요소 증강현실은감각적몰입과직접조작을통하여경험중심의학습환경 (experiential learning environment) 을구성할수있음. 물론증강현실을제대로구현하려면앞장에서다루었던것과같이여러가지기술적인문제들을극복해야함 그리고이러한기술적인문제들을극복했다고하더라도, 학습환 46

51 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 경설계에대한고려가함께이루어져야함 Appleman(2005) 은감각적몰입에초점을맞춰경험중심의학습 환경구현을위한고려사항을제시한바있음. 학습환경의속성 Learning environment attributes 학습환경내에서느끼는학습자의지각 Learner perception within the environment 가상성 학습대상, 장소, 객체의표상 상호작용 학습자와대상간의의사소 (virtuality) 수준 (interaction) 통경로 인프라 : 잠재된행태유인 물리적구조 (physical structure) (affordance) 상층구조 : 실제혹은가상적공간 감각적몰입 (sensory immersion) 시각, 청각, 촉각등을매개로한개입 배경 : 냄새, 소리, 빛 공간적경계 (spatial boundaries) 움직일수있는실제혹은가상공간 이동성 (mobility) 다른장소로이동할수있는자유 시간적경계 (time boundaries) 활동할수있는시간적인제한 통각시간 (apperception of time) 심리적몰입시간에대한통각 } 가상성은학습공간에서제공하고있는표상수준의정도를의미 하는것으로, 가상현실에가까워질수록더높은차원의표상체 제가동원되어야함 } 물리적구조, 공간적경계, 시간적경계는학습자가학습공간 속에서학습활동을수행할때느끼게되는요소들을나열하고 있음 47

52 KERIS 이슈리포트 감각적몰입을촉진할수있는경험중심의학습환경을만들기위 해서는 [ 표 5] 에제시된항목들을모두고려해야함 학습환경의속성은설계단계에서직접적으로고려되어야할요 소로서학습환경을개발할때기술적인적용가능성등을고려해 야함 한편학습자의지각적인요인은비록설계자가통제할수있는변수들은아니지만, 경험적학습환경을구축했는가를확인할수있는평가요소로작용할수있다고제안하고있음. 예를들어서, 학습자들이실제로지각한상호작용, 감각적몰입, 이동성, 통각시간의정도를평가하여성공적으로학습환경이구현되었는가를평가할수있음 3. 제언 인간과컴퓨터상호작용의관점에서 10여년후의교육현장은다음과같이예측할수있음 } 지능적맞춤형상호작용 } 교실, 학교, 가정등모든곳의체험장화 } 협동기반교육을위한상호작용 } 모바일 /Handheld 교육시스템에서의상호작용 }On site Augmentation 이중에서모든곳을체험의장으로만들고현장에서증강영상 을통한교육등증강현실이공헌할수있는부분이많음 48

53 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 특히상기기술한바와같이증강현실이모바일기술과융합할 때, 더욱그힘을발휘할수있을것임. [ 그림 28] 은이와같은 모바일증강현실을이용한현장교육의예시임 [ 그림 28] 모바일증강현실을이용한황룡사재현 요약하면증강현실은학교학습을위하여다음의장점을가질것 이라고볼수있음 - 첫째, 현실과가상의조합을통하여학습흥미도를높일수 있을것임 - 둘째, 데스크톱인터페이스와달리증강현실기술은마커의활용을통하여직접적이고실감적인상호작용을제공할수있음. 즉사물을직접만져보고느낄수있으며동작에의하여어떠한행위를할수있음 - 셋째, 증강현실은실제환경속에서진행되기때문에가상객 체와실제객체사이의상호작용을가능하게할수있음. 예 49

54 KERIS 이슈리포트 를들면, 가상액체를실제소금에뿌렸을때어떤반응을보이 게할수있음 - 넷째, 구현플랫폼이모바일장치인경우장소에구애받지않고도교육이가능함예를들면, 해변가에서증강현실을통하여오염된가상환경을보고이를어떻게하면깨끗하게할수있는지와같은문제에대해서토의하는협력학습이가능함 - 그러나이러한장점에도불구하고교육장면에적합한증강현실 을구현하기위해서는증강현실이라는기술적인측면과학습내 용을연계시켜줄수있는교수 - 학습적인판단이필요함 증강현실의기술적인특징에적합한학습유형이나주제에대한 판단기준이필요함 현재증강현실과관련된연구들은기술중심적인차원에서진행 되는경우가많으며, 주로증강현실기법의적용이라는측면에서 부각되고있는상황임 그러나증강현실기법을교육에적용하기위해서는증강현실기 법이적용되지않는다른학습상황과의연계성을고려해야함 감각적몰입의유형을구분할필요가있음 실감형증강현실은학습자의운동기능적인활동과결합된인터페 이스를활용하고있으나, 구체적인학습자의운동기능에대한유 형의구분이모호함 50

55 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 직접적인조작의유형, 예를들어서마커의회전이나제시등의 학습자활동을구분해줌으로써감각적몰입에영향을미치는요 소를확인할필요가있음 가장중요한요소로서증강현실을적절하게운영할수있는체계 적인교수 - 학습모형에대한검증이이루어져야함 지금까지진행된연구들은대체로연구실단위에서이루어지는 실험적연구들이많았기때문에학습성취나이해의과정에대한 심층적인연구가부족한상황임 그렇기때문에증강현실이라는잠재력이높은방법에도불구하고 교실학습에서어떻게활용할것인가에대한논의는부족함 학습자에게어떠한안내를제공해야하며, 교수자의역할은어떠 해야하는지에대한연구가진행되어야함 학습자의인지과정및사용성평가에대한연구가더욱활성화되 어야함 증강현실은감각적몰입을유발할수있는학습환경이지만, 전통적인수업상황과다르기때문에학습자에게는익숙한학습환경이아님. 또한실물로제시되고있는화면위에가상의객체가부가적으로제시됨으로써학습자는상대적으로많은인지적부하를경험할수있음 직접적조작이많아지면그만큼학습자는이해과정이외에부가 51

56 KERIS 이슈리포트 적으로할당해야하는인지적인과정이더많아진다는의미가됨 따라서학습자의인지과정과사용성에대한평가가지속적으로 이루어져야함 52

57 연구자료 RM 증강현실기반체험형학습모델해외연구동향 발행 2006년 10월 일 발행인황 대 준 발행처 ( 주소 서울중구쌍림동 22-1 전화 : (02) 팩스 : (02) 등록제 호 (1999년 7월 3일 ) 인쇄처방문사전화 : (02) 본내용의무단복제를금함 < 비매품 > * 에듀넷 : * 리스 :