메타버스를 위한 우수한 사용자 인터페이스를 수월하게 개발하는 방법

증강 현실(AR), 가상 현실(VR), 확장 현실(XR)이 혼합된 메타버스가 다양한 소비자, 의료, Industry 4.0 및 기타 애플리케이션에 걸쳐 급부상하고 있습니다. 이러한 상황에서 설계 담당자들의 과제는 최대한 매끄럽고 몰입감 높은 사용자 경험을 만들어줄 기술을 파악하고 적용하는 것입니다. 예를 들어, 주변 환경과 그 환경 내에서 사용자의 위치와 움직임을 이해하는 데는 3D 감지와 같은 기술이 필요합니다. 이외에도 손 추적, 제스처 인식, 고음질 오디오와 같은 사용자 친화적인 인간-기계 인터페이스(HMI) 기술이 필요합니다.

잠시 시간을 내어 실시간 성능, 소형 폼 팩터, 전력 효율성 등 몰입도 높은 사용자 경험을 개발할 때 극복해야 할 몇 가지 과제를 살펴보겠습니다. 그런 다음 메타버스에서 AR, VR 및 XR 장치와의 사용자 상호 작용을 지원할 수 있는 3차원(3D) 센서, 고품질 오디오를 위한 콤팩트하고 효율적인 클래스 D 오디오 증폭기, 개발 프로세스를 가속화할 수 있는 평가 기판 등 Analog Devices의 유용한 솔루션을 몇 가지 소개해 드리겠습니다.

실내 사람 및 물체 감지

고해상도 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL) 이미저는 ToF(Time-of-Flight) 소프트웨어와 함께 사용하여 실내의 물체를 감지, 측정 및 추적할 수 있습니다. VGA 해상도, 다양한 조명 조건에서 작동하는 기능, 정확도를 높이기 위한 다중 범위 감지 모드, 적절한 3D 소프트웨어 및 분석 알고리즘을 갖춘 이미저가 필요합니다. 이러한 이미저는 초당 30프레임(fps)의 프레임 속도와 2% 이상의 거리 측정 정확도가 필요합니다(그림 1).

그림 1: VGA 해상도의 VCSEL 기반 이미저를 사용하여 사람과 물체를 추적할 수 있습니다. (이미지 출처: Analog Devices, OnElectronTech.com)

제스처 인식 HMI

소프트웨어를 변경하면, 약 25cm ~ 80cm 사이의 손 움직임을 캡처할 수 있는 근접 작동 모드와 빠른 실시간 프로세서가 있는 경우 동일한 VCSEL 이미저를 제스처 인식에 사용할 수 있습니다. 대부분의 사람들은 이미 터치스크린을 통해 제스처 인식을 사용하고 있습니다. 산업 유지보수, 의료적 시술 및 게임 환경과 같은 응용 분야를 지원하기 위한 맞춤형 제스처 인식 인터페이스를 개발할 수 있습니다.

움직임 측정

어떤 상황에서는 사용자가 보고 있는 방향이나 고개를 움직이고 있는지, 특정 방향으로 걷고 있는지 등 상대적인 움직임을 측정하는 것이 필수적입니다. 이를 위해 6자유도(DoF)를 지원하는 초소형 마이크로 전자기계시스템(MEMS) 관성 측정 장치(IMU), 자이로스코프, 가속도계를 함께 사용하여 사용자의 회전 움직임과 가속도를 파악할 수 있습니다(그림 2).

그림 2: 자이로스코프(왼쪽)와 가속도계(오른쪽)를 함께 사용하면 움직임과 위치에 대한 정보를 제공할 수 있습니다. (이미지 출처: Analog Devices)

MEMS 가속도계는 자이로스코프의 회전축을 정의하는 동일한 3개의 직교 축을 따라 동적 및 정적(중력에 대한 반응) 가속도를 측정하여 동작 정보를 더욱 향상시킬 수 있습니다.

효율적이고 몰입감 높은 오디오

몰입도 높은 HMI에 필요한 컨텍스트와 피드백을 제공하려면 고품질 오디오가 필요할 수 있으며, 대부분의 경우 에너지 효율이 높아야 합니다. 이를 위해 고효율로 클래스 AB 오디오 품질을 제공하고 전자파 장해(EMI)에 대한 EN55022B를 준수하는 최신 클래스 D 앰프 기술을 사용할 수 있습니다.

카메라 모듈 키트

AD-FXTOF1-EBZ는 물체 감지 및 제스처 인식을 위해 3D ToF 깊이 인식을 위한 하드웨어 플랫폼을 제공할 수 있으며, VGA 해상도와 30fps의 프레임 속도를 지원합니다. 또한 강한 주변광 아래에서도 작동할 수 있으며 25cm ~ 80cm 및 30cm ~ 300cm의 감지 범위와 2% 이상의 정확도를 제공합니다(그림 3).

그림 3: AD-FXTOF1-EBZ 카메라 모듈은 VGA 해상도와 30fps의 프레임 속도를 지원하며 물체 감지 및 제스처 인식을 위해 3D ToF 깊이 인식을 위한 하드웨어 플랫폼을 제공할 수 있습니다. (이미지 출처: Analog Devices)

프로세서 기판과 결합하면 AD-FXTOF1-EBCZ를 3D 소프트웨어 및 알고리즘 개발에 사용할 수 있습니다. OpenCV, Python, MATLAB, Open3D 및 RoS 래퍼가 포함된 기본 및 호스트 소프트웨어 개발 키트(SDK)가 제공되어 응용 제품 개발도 용이합니다.

IMU 및 개발 개판

방향과 움직임을 감지해야 하는 경우 ADIS16500AMLZ 정밀 MEMS IMU를 사용할 수 있는데, 여기에는 초당 ±2000도(dps) 자이로스코프, ±40g 가속도계, 최적의 성능을 위해 필요한 신호 컨디셔닝이 포함되어 있습니다 각 센서는 다양한 조건에서 작동을 보장하기 위해 동적 보정 공식을 사용하여 공장에서 완벽하게 보정됩니다.

ADIS16500/PCBZ 브레이크아웃 기판을 사용하면 IMU 응용 제품 개발 속도를 높일 수 있습니다(그림 4). 이 기판에는 IMU와 2mm 리본 케이블에 결합되는 16핀 헤더가 포함되어 있으며 케이블 길이는 시스템 개발 기판 연결을 위해 최대 20cm까지 가능합니다.

그림 4: ADIS16500AMLZ 정밀 MEMS IMU용 ADIS16500/PCBZ 브레이크아웃 기판을 사용하면 응용 제품 개발이 용이해집니다. (이미지 출처: Analog Devices)

사운드 솔루션

MAX98304EWL+T는 1 x 1mm 패키지의 모노 3.2와트, 93% 효율 클래스 D 앰프로, 클래스 AB 오디오 성능을 효율적으로 제공합니다. 이 앰프는 확산 스펙트럼 변조 및 능동 방출 제한 에지 속도 제어 회로를 사용하므로 EN55022B EMI 제한을 충족하기 위한 외부 필터나 차폐가 필요하지 않습니다.

MAX98304EVKIT+ 평가 키트에는 차동 또는 단일 엔드 입력에서 작동하고 4Ω 부하에 3.2와트를 제공할 수 있도록 테스트를 마친 기판이 완전히 조립된 상태로 제공됩니다.

결론

메타버스를 위한 컴팩트하고 효율적이며 우수한 HMI를 빠르게 개발할 수 있는 다양한 구성 요소, 평가 플랫폼 및 개발 키트를 사용할 수 있습니다. 여기에는 상황 인식 및 제스처 인식을 위한 VCSEL 기반 카메라, 동작 인식을 위한 IMU 모듈, 효율적인 오디오 지원을 위한 클래스 D 증폭기가 포함됩니다.