Unity 3D 기반 FPS 게임 환경에서 HRTF를 활용한 사용자 맞춤형 공간음향 필터 적용

국문 초록 (Abstract)

현시점, VR, 메타버스 등 가상의 3D 환경이 발달함에 따라 공간음향 구현에 관한 관심도 높아지는 추세이다. 그러나, 일반적인 소비자 사용 환경에서 5.1, 7.1 등의 다채널 스피커를 이용한 공간음향 구현은 공간의 확보와 금전적 이유 등으로 어려운 점이 다수 존재한다. 이러한 이유로, 대다수의 일반적인 소비자 수준에서는 멀티채널의 스피커보다는 2채널 스피커 혹은 헤드폰, 이어폰 등을 이용한 2채널 바이노럴(Binaural) 환경을 선호하며, 이러한 환경을 토대로 공간음향을 체험하는 것이 일반적이다. 이러한 상황에서 헤드폰을 이용한 공간음향을 실제 인간 청각인지와 유사하게 구현하기 위해서는 머리전달함수(HRTF)가 사용되어야 한다. HRTF를 공간음향 구현에 적용하는 이유는 바이노럴이라는 2채널 환경에서 실제 인간이 청음을 할 때 음원의 위치 변화에 따라 발생하는 주파수 및 강도의 변화를 가상으로 구현하는 음상 외재화를 위하여 사용하며, 이는 인간 청각에서의 방향 감각 인지를 유도하기 위함이다. 그러나, 인간의 얼굴 형태, 귀의 모양, 어깨너비 등 신체적 특징은 사람마다 상당한 차이가 있다. 또한, HRTF를 이용한 공간음향을 지원한다고 하는 PUBG사의 배틀그라운드, Riot사의 Valorant 등 다수의 게임을 비롯한 다수의 미디어에서는 더미-헤드 마이크를 이용한 마네킹이나 신체 특성이 다른 사람을 통해 측정된 HRTF 값을 일률적으로 적용하는 경우가 다수 있다. 이렇게 신체 측정 치수가 상이한 필터를 실사용자에게 적용했을 때, 음상의 전/후, 상/하 구분이 어려워지는 등 음상 인지가 정확하게 되지 않는다는 문제점이 발생한다. 본 논문은 이러한 문제를 해결하고자, 사람의 신체 치수를 3D 스캔을 통하여 측정하고, 이를 토대로 사용자의 신체에 맞는 공간음향 필터를 자체 제작한 C#기반 프로그램을 이용하여 도출한다. 더불어, 이에 대한 실효성 검증을 위하여 이를 실제 FPS 환경에 기존 Stereo와 General-HRTF 그리고 개인 맞춤형 HRTF를 적용하였을 때의 각각의 환경에 따른 음상 인지 청감 테스트를 41명의 피실험자를 대상으로 진행하였다. 이를 통해 Binaural 환경에서 공간음향을 체험하는 실사용자들에게 기존 환경 대비 개선된 청각적 경험을 소비자 수준에서 사용 가능한 방법을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 4
• 목차 6
• 표 목차 8
• 수식 목차 8
• 그림 목차 9
• Ⅰ. 서론 11
• 1.1 연구의 배경 및 필요성 11
• 1.2 연구 방법 12
• Ⅱ. 이론적 배경 13
• 2.1. 음상 정위 인지 13
• 2.2. HRTF 18
• 2.3. SOFA 22
• Ⅲ. 사용자 맞춤형 공간음향 필터도출 24
• 3.1. 개요 24
• 3.1.1. 데이터베이스 25
• 3.2. 개인화 SOFA 도출 28
• 3.2.1. 3D 스캔 및 측정 28
• 3.2.2. CraniumPy 30
• 3.2.3. Personal SOFA 알고리즘 32
• Ⅳ. Unity 3D 기반 FPS 환경 내 적용 및 실효성 검증 37
• 4.1. 실험환경 개요 37
• 4.2. 가상 FPS환경의 구현 40
• 4.2.1. 가상 공간 설계 40
• 4.2.2. Steam Audio 53
• 4.3. 설문 및 통계 56
• Ⅴ. 결론 66
• 참고 문헌 68
• Abstract 71