KR100636094B1 - 3차원 사용자 입력 장치 및 그 입력 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원적인 사용자 입력을 지원하는 3차원 사용자 입력 장치 및 그 입력 처리 방법에 관한 것으로, X 축 방향의 움직임을 검출하는 X 좌표 검출 수단;상기 X 축 방향과 평면상에서 수직을 이루는 Y 축 방향의 움직임을 검출하는 Y 좌표 검출 수단; 상기 X 축 방향과 상기 Y 축 방향 각각과 공간상에서 수직을 이루는 Z 축 방향의 움직임을 검출하는 Z 좌표 검출 수단; 상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 수단에서 검출된 값을 전송하는 데이터 전송 수단을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 3차원적인 사용자 인터페이스를 제공할 수 있으며, 이를 통하여, 화면상에 3차원적인 그래픽 사용자 인터페이스를 구현할 수 있고, 3차원 공간상에 표시된 오브젝트를 본 장치를 통해 접근할 수 있게 되어 다양하고 편리한 사용자 인터페이스가 가능해진다.

Description

3차원 사용자 입력 장치 및 그 입력 처리 방법{Three dimensional user input apparatus and input processing method thereof}
도 1a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 3차원 사용자 입력을 지원하는 사용자 입력 처리 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 사용자 입력을 지원하는 사용자 입력 처리 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2b는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3차원 사용자 입력을 지원하는 사용자 입력 처리 방법의 흐름도이다.
본 발명은 사용자 인터페이스에 관한 것으로, 특히 3차원적인 사용자 입력을 지원하는 3차원 사용자 입력 장치 및 그 입력 처리 방법에 관한 것이다.
컴퓨터 등의 정보 처리 시스템이나 제어 시스템에서는 사용자 인터페이스를 위한 사용자 입력 및 출력 장치가 사용된다. 사용자 입력 장치로는 키보드(keyboard), 마우스(mouse), 터치 스크린(touch screen) 등이 주로 사용되며, 출력 장치로는 모니터 화면(monitor screen) (이하, 화면이라 간략히 표현함), 프린터(printer) 등이 널리 사용된다.
키보드는 화면 상에 표시되는 키보드 커서(cursor) 위치에 키보드 자판 상의 특정 문자를 입력하기 위하여 사용되며, 이러한 키보드 입력 장치는 특정 응용 분야를 제외한 대부분의 시스템에서 필수적으로 사용된다.
마우스는 화면 상의 임의 위치로 키보드 커서를 손쉽게 이동시키거나(흔히, 마우스의 특정 버튼을 누르는 "클릭(click)"이라고 일컬어지는 방법에 의함), 화면 상의 특정 위치에 존재하는 오브젝트(object)를 선택(이 또한 "클릭"에 의하여 이루어짐) 또는 이동(흔히, 마우스의 특정 버튼을 누른 상태로 마우스를 이동시키는 "드래그(drag)"라고 일컬어지는 방법에 의함)시키거나, 선택한 오브젝트에 해당하는 정보를 시스템에 입력하기 위하여 사용되며, 이는 키보드에 비하여 편리한 사용자 인터페이스를 제공하므로, 대부분의 시스템은 키보드 입력 장치와 함께 마우스 입력 장치를 아울러 채용하고 있다.
터치 스크린이란 스크린에 센서를 내장하고, 손이나 터치펜을 사용하여 스크린 상의 특정 오브젝트를 "터치"하면 센서가 이를 감지하는 방식에 의하여 사용자 입력이 이루어지는 입력 장치를 말하는 것으로, 은행 등에 설치되는 무인 현금 입출납기인 ATM(Auto Teller Machine), 소형성을 특징으로 하는 개인 휴대 정보 단말기 등의 응용 분야에서 많이 사용된다.
종래의 마우스 등의 입력 장치는 2차원적인 사용자 입력만을 지원하였다. 즉, 사용자 입력 장치를 통한 사용자 입력을 평면상에서 기준축이 되는 X 축 방향의 입력과 이에 수직을 이루는 Y 축 방향의 입력으로 분리하여 감지(sensing) 또는 검출(detecting)하였다. 이러한 2차원적인 사용자 입력 장치의 대표적인 것으로는 볼 마우스(ball mouse), 광 마우스(optical mouse), 그리고 흔히 조이스틱(joystick)이라고 일컬어지는 것 등이 있다.
볼 마우스는 컴퓨터 등에서 일반적으로 사용되는 것으로, 마우스의 하단에 자유롭게 회전할 수 있는 센서를 포함하는 볼이 내장되어 있고, X 축과 Y 축 방향의 센서가 볼의 움직임에 의한 사용자 입력을 감지 또는 검출하여, 이에 따라 사용자 입력 장치의 위치를 산출 또는 계산한다. 노트북 등에서는 노트북 본체와 볼 마우스를 일체형으로 제작하기 위해 볼만을 노트북에 장착한 마우스가 사용되기도 한다.
광 마우스는 광센서를 사용하여 사용자 입력 장치인 마우스의 움직임을 X 축과 Y 축 방향으로 검출하여, 이에 따라 사용자 입력 장치의 위치를 계산해 낸다. 광 마우스는 기계적인 움직임을 감지하는 볼 마우스에 비하여 예민하게 반응하는 광센서를 채용하고 있기 때문에 세밀한 제어가 요구되는 응용 분야에서 널리 사용되나, 볼 마우스에 비하여 견고성 면에서는 떨어지는 편이다.
흔히 조이스틱이라고 일컬어지는 것은 게임 기기에서 널리 사용되는 것으로, 사용자가 손으로 입력 레버를 잡고, 이를 상, 하, 좌, 우로 움직이면 X 축 및 Y 축 방향의 센서에 의하여 그 이동 변위를 검출하여 사용자 입력 장치의 위치를 계산해 낸다.
이러한 종래의 사용자 입력 장치는 2차원적인 사용자의 움직임만을 검출하는 것으로, 3차원 공간에서의 사용자 움직임은 고려되지 않았다. 따라서 향후 기술의 발전에 따른 3차원적인 사용자 인터페이스가 요구되는 3차원 사용자 입력 장치로는 사용될 수 없다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위해, 3차원적인 입력을 지원하는 3차원 사용자 입력 장치 및 그 입력 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일측면에 의한 3차원 사용자 입력 장치는 X 축 방향의 움직임을 검출하는 X 좌표 검출 수단; 상기 X 축 방향과 평면상에서 수직을 이루는 Y 축 방향의 움직임을 검출하는 Y 좌표 검출 수단; 상기 X 축 방향과 상기 Y 축 방향 각각과 공간상에서 수직을 이루는 Z 축 방향의 움직임을 검출하는 Z 좌표 검출 수단; 상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 수단에서 검출된 값을 전송하는 데이터 전송 수단을 포함함을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 의한 3차원 사용자 입력 장치는 X 축 방향의 움직임을 검출하는 X 좌표 검출 수단; 상기 X 축 방향과 평면상에서 수직을 이루는 Y 축 방향의 움직임을 검출하는 Y 좌표 검출 수단; 상기 X 축 방향과 상기 Y 축 방향 각각과 공간상에서 수직을 이루는 Z 축 방향의 움직임을 검출하는 Z 좌표 검출 수단; 상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 수단에서 검출된 값에 근거하여 실제 공간상의 좌표를 계산하는 좌표 계산 수단; 상기 좌표 계산 수단에서 계산된 좌표값을 전송하는 데이터 전송 수단을 포함함을 특징으로 한다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 또다른 측면에 의한 3차원 사용자 입력 처리 방법은 X 축 방향의 움직임을 검출하는 X 좌표 검출 단계; 상기 X 축 방향과 평면상에서 수직을 이루는 Y 축 방향의 움직임을 검출하는 Y 좌표 검출 단계; 상기 X 축 방향과 상기 Y 축 방향 각각과 공간상에서 수직을 이루는 Z 축 방향의 움직임을 검출하는 Z 좌표 검출 단계; 상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 단계에서 검출된 값에 근거하여 실제 공간상의 좌표를 계산하는 좌표 계산 단계; 상기 좌표 계산 단계에서 계산된 좌표값을 출력하는 좌표 출력 단계를 포함함을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 동작의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 3차원 사용자 입력을 지원하는 사용자 입력 처리 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 3차원 사용자 입력 처리 과정은 크게 사용자 입력부(10a)와 데이터 처리부(10b)로 분리되어 구현된다. 사용자 입력부(10a)는 X, Y 및 Z 좌표 검출부(10, 11, 12), 데이터 전송부(15)와 선택적으로 포함될 수 있는 자세 검출부(13), A/D 변환기(14)를 포함하고, 데이터 처리부(10b)는 데이터 수신부(17), 좌표 계산부(18), 좌표 출력부(19)를 포함하며, 사용자 입력부(10a)와 데이터 처리부(10b)는 광케이블, 또는 유/무선 전송 매체 등의 연결 매체를 통하여 결합되어 동작한다.
본 발명은 사용자가 손에 들 수 있는 공간상의 입력 장치를 공간 내에서 임 의로 움직임으로써 발생하는 사용자의 3차원적인 입력을 검출하기 위한 3개의 센서를 포함한다(단, 1개의 센서는 키보드 상의 특정 키를 이용하는 방법에 대하여는 추후에 기술함). 즉, X 축 방향의 사용자 입력 장치의 움직임을 감지 또는 검출하는 X 좌표 검출부(10) (이하, X-센서라고 간략히 표현함), X 축 방향과 평면상에서 수직을 이루는 Y 축 방향의 움직임을 검출하는 Y 좌표 검출부(11) (이하, Y-센서라고 간략히 표현함), X 축 방향과 Y 축 방향 각각과 공간상에서 수직을 이루는 Z 축 방향의 움직임을 검출하는 Z 좌표 검출부(12) (이하, Z-센서라고 간략히 표현함)를 포함한다. 이 3개의 센서에 의하여 사용자 입력 장치의 공간상에서의 움직임은 X, Y 및 Z 축 방향의 각 좌표축에 대한 움직임으로 분리되어 감지 또는 검출된다. 예를 들어, X-센서(10)는 사용자 입력 장치의 움직임 중에서 X 축 방향의 움직임만을 검출한다.
일반적으로 이러한 센서는 사용자 입력 장치의 절대 좌표를 직접 검출하는 대신, 단위 시간 동안의 사용자 입력 장치의 움직임을 검출하여, 이전 좌표와 검출된 움직임을 결합하여 새로운 좌표값을 결정한다. 본 실시예에서 이러한 움직임의 검출은 X, Y 및 Z-센서(10, 11, 12)에 의하여 수행되고, 검출된 움직임에 근거하여 새로운 좌표값을 결정하는 부분은 추후 기술될 좌표 계산부(18)에서 수행된다.
본 실시예에서 사용될 수 있는 센서는 현재 시판되고 있는 어떠한 센서라도 가능하며, 향후 개발될 센서를 사용하는 것도 본 발명의 범위에 포함된다고 해석되어야 할 것이다. 예를 들어, 초소형의 자이로스코프를 사용할 경우를 가정하면, 자이로스코프는 사용자 입력 장치의 움직임에 의해 발생하는 가속도를 측정하는 방식 으로 사용자 입력 장치의 움직임을 감지 또는 검출한다.
위에서 설명한 X, Y 및 Z-센서(10, 11, 12)가 직접 디지탈 출력을 지원하면, 이들 센서에 의하여 검출된 값(즉, 사용자 입력 장치의 움직임)은 데이터 전송부(15)로 곧바로 전달된다. 예를 들어, 현재 널리 사용되고 있는 2차원 사용자 입력 장치인 볼 마우스에 내장된 센서는 직접 디지탈 신호를 출력하므로, 본 실시예에서 이와 유사한 센서를 채용할 경우에는 아래에서 기술될 A/D 변환기(14)를 거칠 필요없이 직접 데이터 전송부(15)로 검출된 움직임을 전달할 수 있을 것이다. 그러나, 센서에 의하여 검출된 움직임이 아날로그 형태로만 출력될 경우에는 본 발명의 실시예에서 선택적인 구성 요소로 포함되는 A/D 변환기(14)를 거친다. A/D 변환기(14)는 입력되는 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력하는 일반적인 기기이며, A/D 변환기(14)를 통하여 변환된 디지탈 신호는 데이터 전송부(15)로 전달된다.
본 실시예에서는 이러한 A/D 변환기를 각 센서마다 둘 수도 있을 것이고, 하나의 A/D 변환기를 사용하여 순차적으로 각 축에 대한 변환을 수행할 수도 있을 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 자는 A/D 변환기의 배치 및 사용 방식에서 경제적이고, 효율적으로 다양한 변형을 할 수 있을 것이다.
데이터 전송부(15)은 각 센서에 의하여 검출된 움직임을 데이터 처리 장치(10b)로 전송하는 역할을 수행한다. 일반적으로 사용자 입력부(10a)와 데이터 처리부는 상호 분리되어 구현되며, 시리얼 케이블(serial cable) 또는 광케이블(optical fiber) 등의 유선 매체나, 대기를 통하여 직접적으로 전달되는 무선 매체 등의 전송 매체를 통하여 연결된다. 본 실시예에서는 사용자가 손에 들 수 있는 공간상의 입력 장치를 사용하므로 무선 매체를 이용하는 것이 바람직하나, 반드시 무선 매체를 사용하여야만 하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 자는 데이터를 전송하기 위한 데이터 포맷을 특정 형태로 구성할 수 있을 것이며, 성능 또는 기타 인자를 고려하여 데이터 포맷을 다양하게 변형시킬 수도 있을 것이다.
이상에서 설명한 사용자 입력부(10a)는 그 자체로 하나의 입력 장치를 구성할 수 있을 뿐만 아니라, 이하에서 설명되는 데이터 처리부(10b)와 결합하여 전체적인 입력 장치를 구성할 수도 있다.
데이터 처리부(10b)에 위치한 데이터 수신부(17)는 사용자 입력부(10a)의 데이터 전송부(15)에서 전송된 데이터를 수신하여, 좌표 계산 계산부(18)로 전달한다. 데이터 수신부(17)는 수신한 데이터를 그대로 좌표 계산부(18)에 전달할 수도 있을 것이고, 좌표 계산부(18)에서의 효율적인 처리를 위하여 수신 데이터에 대한 약간의 작업을 수행한 후에 좌표 계산부(18)로 전달할 수도 있을 것이다.
데이터 수신부(17)에서 수신되어 좌표 계산부(18)로 전달된 데이터는 결국 사용자 입력부(10a)의 X, Y 및 Z-센서에서 검출된 사용자 입력 장치의 움직임(단위 시간당 움직임)에 해당하는 값이며, 좌표 계산부(18)는 이에 근거하여 실제 공간상의 사용자 입력 장치의 좌표값을 산출 또는 계산한다. 즉, 이전 좌표값과 움직임에 해당하는 값을 결합하여 새로운 좌표값을 결정한다. 여기서, 초기 좌표값은 임의로 설정해도 무관하며, 각 좌표축의 좌표 원점이나 중간점 또는 지난번 사용시의 최종 위치 등으로 설정할 수 있다.
좌표 출력부(19)는 좌표 계산부(18)에서 계산된 좌표값을 출력하는 기능을 수행하며, 이러한 출력은 일반적으로 모니터 화면 등을 통하여 사용자에게 적절한 공간적 인터페이스로 제공되며, 또한 사용자 입력 좌표값을 대기하고 있는 응용 프로그램에 전달될 수도 있을 것이고, 시스템에서의 추가적인 사용 또는 기타의 목적을 위하여 이용될 수도 있을 것이다.
이제까지의 본 발명의 바람직한 일 실시예에 대한 설명은 사용자 입력 장치 자체의 방향이 고정된 상태, 즉, 입력 장치 자체의 상하 좌우 및 전후가 고정되고 이에 따라 X, Y 및 Z 축 방향의 기준축도 항상 고정되어 있는 상태를 가정하고 있다. 그러나, 사용자는 공간상에서 입력 장치 자체의 방향을 임의로 틀 수 있을 것이므로, 기준축에 대하여 기울어짐(tilt)이 발생할 수 있을 것이다. 즉, 사용자 입력 장치의 X 축 방향의 기준축이 공간상에서 임의로 변할 수 있고, 이에 따라 Y 축 및 Z 축 방향의 기준축이 연동하여 변화할 수 있다. 이 경우에는 X, Y 및 Z 축 센서를 통하여 검출된 움직임에 근거하여 계산된 좌표값을 입력 장치 자체의 기울어짐, 즉 자세에 따라 보정하는 과정을 거쳐야 할 것이다. 이러한 입력 장치의 "자세"를 고려하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 자세 검출부(13)를 선택적 구성 요소로 포함할 수 있으며, 좌표 계산부(18)는 검출된 자세값을 사용하여 좌표값의 보정을 수행하는 추가적인 기능을 수행할 수 있다. 이하에서 이에 대하여 살핀다.
자세 검출부(13)는 사용자 입력 장치 자체의 X, Y 및 Z 축 방향의 기준축에 대한 공간상의 자세를 검출하는 기능을 수행한다. 이러한 자세 검출부(13)는, 예를 들어, 나침반과 같이 전후 좌우(또는 동서남북) 방향을 감지하는 센서와 중력에 의한 상하 방향을 감지하는 센서를 포함하여 구성될 수 있으며, 공간상에서 사용자 입력 장치 자체의 기울어짐 또는 자세(이하, 자세라고 표현함)를 결정하기 위하여 필요한 정보, 예를 들어, X, Y 및 Z 축 방향의 기준축에 대한 각변위를 검출한다. 자세 검출부(13)는 사용자 입력 장치의 "자세를 계산하기 위하여 필요한 정보"를 검출하는 기능을 수행할 수 있도록 다양한 방법으로 구현될 수 있으며, 본 발명은 앞의 예에서 설명한 방법에 한정된 것은 아니다.
만약, 자세 검출부(13)가 직접 디지탈 출력을 지원하면, 자세 검출부(13)에 의하여 검출된 자세값은 데이터 전송부(15)로 직접 전달될 것이다. 그러나 자세값이 아날로그 형태로만 출력될 경우에는 앞에서 설명된 A/D 변환기(14)를 통하여 디지탈 신호로 변환된 후에 데이터 전송부(15)로 전달된다. 그러므로 앞에서 설명한 A/D 변환기(14)는 자세 검출부(13)가 선택적으로 포함될 경우에 사용자 입력 장치의 X, Y 및 Z 축 방향의 움직임 뿐만 아니라 자세값에 대한 A/D 변환도 아울러 수행할 수 있도록 구성된다.
또한, 데이터 전송부(15)는 X, Y 및 Z 축 방향의 움직임 뿐만 아니라 자세값도 아울러 전송할 수 있도록 구성되며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 자는 이를 위한 전송 데이터 포맷을 쉽게 구현할 수 있을 것이다. 그리고 데이터 수신부(17)는 자세값을 포함하는 데이터를 수신하여 좌표 계산부(18)로 전달한다.
좌표 계산부(18)는 데이터 수신부(17)에서 수신되어 전달된 데이터에 포함되 어 있는 X, Y 및 Z 축 방향의 움직임에 근거하여 실제 공간상의 입력 장치의 좌표값을 산출 또는 계산할 뿐만 아니라, 자세 검출부(13)에서 검출된 자세값을 사용하여 X, Y 및 Z 좌표값의 보정을 아울러 수행한다. 예를 들어 설명하면, 자세 검출부(13)를 통하여 검출된 3차원 공간상에서의 사용자 입력 장치의 X, Y 및 Z 축 방향의 기본축에 대한 기울어짐을
Figure 111999009162109-pat00001
이라 하고, X, Y 및 Z 축 방향의 움직임에 근거하여 계산된 좌표값이 (PX, PY, PZ)라고 가정할 경우에, 보정된 좌표값 (X, Y, Z)는 변환함수 f(
Figure 111999009162109-pat00002
)를 사용하여 다음과 같이 계산할 수 있다.
Figure 111999009162109-pat00003
여기서 변환함수는
Figure 111999009162109-pat00004
의 함수로 표현되었으며, 3차원 회전에 의한 좌표값을 얻기 위한 행렬 형태로 주어진다.
즉, 이러한 변환 함수를 통하여, 사용자 입력 장치의 자세와는 무관한 X, Y 및 Z 기준축(예를 들어, 지구 절대 좌표계)에 대한 사용자 입력 장치의 좌표를 구할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 일 실시예를 살펴보았으며, 계속해서 다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 사용자 입력을 지원하는 사용자 입력 처리 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1b에 도시된 본 발명의 실시예(이하, b 실시예)는 도 1a에 도시된 본 발명의 실시예(이하, a 실시예)와 거의 유사한 기능을 수행하는 구성 요소를 포함하며, 좌표 계산부(18)가 사용자 입력부(12a)에서 구현된다는 점에서 차이가 있다. 즉, 사용자 입력부(12a)는 X, Y 및 Z 좌표 검출부(10, 11, 12), 좌표 계산부(18), 데이터 전송부(15)와 선택적으로 포함될 수 있는 자세 검출부(13), A/D 변환기(14)를 포함하고, 데이터 처리부(12b)는 데이터 수신부(17), 좌표 출력부(19)를 포함하며, 사용자 입력부(12a)와 데이터 처리부(12b)는 광, 유선, 무선 등의 전송 매체로 연결된다.
이하에서 a 실시예와의 차이점을 중심으로 b 실시예를 설명한다.
사용자 입력부(12a)의 X, Y 및 Z 좌표 검출부(10, 11, 12), 자세 검출부(13), A/D 변환기(14)의 구성 및 동작은 a 실시예와 동일하다.
그러나, b 실시예에서는 좌표 계산부(18)가 데이터 처리부(10b)에서 구현되는 것이 아니라, 사용자 입력부(12a)에서 구현된다. X, Y 및 Z 좌표 검출부(10, 11, 12)와 자세 검출부(13)가 디지탈 출력을 지원할 경우에는 검출된 움직임과 자세값이 직접 좌표 계산부(18)로 전달되고, 만약 아날로그 출력만을 지원할 경우에는 선택적으로 A/D 변환기(14)를 거친 디지탈 출력이 좌표 계산부(18)로 전달된다. 좌표 계산부(18)의 구성 및 동작은 a 실시예에서와 동일하다. 즉, X, Y 및 Z 검출부(10, 11, 12)에서 검출된 사용자 입력 장치의 움직임에 근거하여 실제 공간상의 사용자 입력 장치의 좌표값을 계산하고, 또한 선택적으로 자세 검출부(13)가 포함된 경우에는 자세 검출부(13)에서 검출된 자세값을 사용하여 X, Y 및 Z 좌표값의 보정을 아울러 수행한다.
좌표 계산부(18)에서 계산된 좌표값(보정된 경우에는 보정된 좌표값)이 데이터 전송부(15)로 전달되며, 데이터 전송부(15)는 이를 데이터 처리부(12b)의 데이터 수신부(17)로 전송한다. 이는 a 실시예와 유사하나, 자세 검출부(13)이 선택적으로 포함된 경우에 a 실시예에서는 자세 검출부(13)에서 검출된 자세값도 아울러 데이터 전송부(15)를 통하여 전송되는 반면, b 실시예에서는 이미 자세값을 이용한 보정이 좌표 계산부(18)에서 수행되었기 때문에 데이터 처리부(12b)로 전송되는 데이터에는 자세값은 포함되지 않고, 보정된 좌표값만이 전송된다.
데이터 처리부(12b)의 데이터 수신부(17)는 데이터 전송부(15)에서 전송된 데이터를 좌표 출력부(19)로 직접 전달하며, 좌표 출력부(19)는 이를 출력하는 바, 좌표 출력부(19)의 구성 및 동작은 a 실시예와 동일하다. 그러므로 b 실시예에서의 데이터 처리부(12b)는 단지 데이터를 수신하여 출력하는 간단한 기능만을 수행하게 된다.
이제까지 도 1a에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예와 비교하면서 도 1b에 도시된 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 대하여 설명하였다. 계속해서 a 실시예와 b 실시예에 동일하게 적용될 수 있는 변형된 또다른 실시예(도면 생략)에 대하여 설명한다.
이제까지 설명한 본 발명의 실시예는 사용자가 손에 들 수 있는 공간상의 입력 장치를 공간 내에서 임의로 움직임으로써 발생하는 사용자의 3차원적인 입력을 가정하고 있다. 그러나, 기존 시스템을 활용하기 위하여, 공간상의 입력 장치가 아 닌 기존의 마우스 등의 2차원적인 입력 장치에 특정 버튼들을 추가하여 가상적인 3차원 입력을 제공하는 방법도 가능하다. 즉, 사용자 입력 장치의 X, Y 축 방향의 움직임은 기존의 마우스 등에 구현된 X, Y-센서를 사용하여 검출하고, Z 축 방향의 움직임은 마우스상에 추가된 특정 버튼들(예를 들어, UP/DOWN 버튼)의 입력으로 검출하는 방식으로 3차원적인 사용자 입력을 지원할 수 있다. 그러므로 본 발명의 또다른 실시예에서는 a, b 실시예에서 설명된 X와 Y 좌표 검출부(10, 11)는 기존의 2차원적인 마우스 등을 움직임을 검출하고, Z 좌표 검출부(12)는 마우스상에 추가된 특정 버튼들의 입력을 검출한다. 또한, 자세를 제어하기 위한 추가적인 특정 버튼들을 구비할 수도 있을 것이다. 나머지 구성 요소는 a, b 실시예에서와 유사하다.
이제까지 본 발명의 실시예에 따른 3차원 사용자 입력 장치에 대하여 설명하였으며, 계속해서 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3차원 사용자 입력 처리 방법에 대하여 기술한다.
도 2는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 3차원 사용자 입력을 지원하는 사용자 입력 처리 방법의 흐름도이다.
우선, X, Y 및 Z 초기 좌표값과 기준 자세를 설정한다(20). 이 단계는 X, Y 및 Z 좌표값 설정 부단계와 기준 자세 설정 부단계를 포함한다. 이처럼 두 개의 부단계를 하나의 단계로 표현한 것은 이들 부단계의 실행 순서는 무관하기 때문이다. 즉, 초기 좌표값 설정 부단계와 기준 자세 설정 부단계의 실행 순서는 어느 것이 먼저 수행되어도 상관없으며, 동시에 수행될 수도 있다. 이하에서도 특정 단계가 두개 이상의 부단계들을 포함하는 경우에는 각 부단계의 실행 순서는 무관하다.
초기 좌표값은 예를 들어, 각 축의 기준 좌표나 중간 좌표 또는 이전에 사용했던 좌표값으로 설정할 수 있으며, 각 축의 좌표값의 설정 순서는 어느 것이 먼저 수행되어도 상관없으며, 동시에 수행될 수도 있다. 기준 자세 또한 임의로 설정가능하나, 이는 아래에서 설명될 X, Y 및 Z 축 방향의 움직임 및 자세 검출 단계(21)에서의 자세 검출 부단계가 선택적으로 포함되는 경우에만 수행된다.
다음으로, X, Y 및 Z 축 방향의 사용자 입력 장치의 움직임 및 사용자 입력 장치 자체의 자세를 검출한다(21). 각 축 방향의 움직임은 각 축에 위치한 센서에 의하여 검출되며, 각 축의 움직임 검출 순서는 무관하다. 그리고 자세의 검출 부단계는 사용자 입력 장치 자체의 각 축 방향의 기준축에 대한 기울어짐을 검출하며, 본 실시예에서 선택적으로 채택될 수 있다.
각 축 센서에 의하여 검출된 움직임에 해당하는 값이 아날로그 신호일 경우에는 본 실시예에서 선택적으로 포함되는 A/D 변환 단계(22)를 거친다. A/D 변환 단계(22)는 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환한다. 본 실시예에서 선택적으로 포함되는 자세 검출 부단계에서 검출된 자세값이 아날로그 신호로 출력될 경우에도 A/D 변환 단계(22)를 거친다.
다음 단계는 검출된(선택적으로 A/D 변환 단계(22)를 거친) 각 축 방향의 움직임에 근거하여 이전 좌표와의 결합에 의하여 사용자 입력 장치의 실제 공간상의 현재의 좌표값을 계산하는 단계(23)이다.
만약, 단계 21에서 자세 검출 부단계가 선택적으로 포함된 경우에는 자세 검출 부단계에서 검출된 자세값을 이용하여 단계 23에서 계산된 좌표값을 보정하는 단계(24)를 거친다.
이처럼 선택적으로 좌표값 보정 단계(24)를 거치거나, 단계 23에서 계산된 좌표값은 출력 수단을 통하여 출력된다(25).
모든 단계를 완료한 후에는 다시 X, Y 및 Z 축 방향의 움직임 및 자세 검출 단계(21)로 복귀하여 반복 과정을 수행한다.
본 발명에 의하면, 3차원적인 사용자 인터페이스를 제공할 수 있으며, 이를 통하여, 화면상에 3차원적인 그래픽 사용자 인터페이스를 구현할 수 있고, 3차원 공간상에 표시된 오브젝트를 본 장치를 통해 접근할 수 있게 되어 다양하고 편리한 사용자 인터페이스가 가능해진다. 또한, 3차원 CAD나 게임 등의 3차원적인 사용자 입력이 요구되는 응용 프로그램에 활용할 수 있다.

Claims (16)

  1. X 축 방향의 움직임을 검출하는 X 좌표 검출 수단;
    상기 X 축 방향과 평면상에서 수직을 이루는 Y 축 방향의 움직임을 검출하는 Y 좌표 검출 수단;
    상기 X 축 방향과 상기 Y 축 방향 각각과 공간상에서 수직을 이루는 Z 축 방향의 움직임을 검출하는 Z 좌표 검출 수단;
    상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 수단에서 검출된 값을 전송하는 데이터 전송 수단을 포함함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 수단에서 검출된 값이 아날로그 신호로 출력되는 경우에,
    상기 아날로그 신호들을 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환기를 더 포함함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 수단이 자이로스코프임을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 X 좌표 검출 수단과 Y 좌표 검출 수단은 2차원적인 사용자 입력 장치의 2차원 평면상에서의 움직임을 검출하고,
    상기 Z 좌표 검출 수단은 상기 2차원적인 사용자 입력 장치에 추가된 특정 버튼들의 버튼 입력을 검출함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 X, Y 및 Z 축 방향의 기준축에 대한 공간상의 자세를 검출하는 자세 검출 수단을 더 포함하고,
    상기 데이터 전송 수단은 상기 자세 검출 수단에서 검출된 자세값을 더 전송 함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 전송 수단에서 전송된 데이터를 수신하는 데이터 수신 수단;
    상기 데이터 수신 수단에서 수신된 데이터에 근거하여 실제 공간상의 좌표를 계산하는 좌표 계산 수단;
    상기 좌표 계산 수단에서 계산된 좌표값을 출력하는 좌표 출력 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 데이터 전송 수단에서 전송된 데이터를 수신하는 데이터 수신 수단;
    상기 데이터 수신 수단에서 수신된 데이터에 포함되어 있는 상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 수단에서 검출된 값에 근거하여 실제 공간상의 입력 장치의 좌표를 계산하고, 상기 자세 검출 수단에서 검출된 자세값을 사용하여 상기 X, Y 및 Z 좌표값의 보정을 수행하는 좌표 계산 수단;
    상기 좌표 계산 수단에서 계산된 좌표값을 출력하는 좌표 출력 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  8. X 축 방향의 움직임을 검출하는 X 좌표 검출 수단;
    상기 X 축 방향과 평면상에서 수직을 이루는 Y 축 방향의 움직임을 검출하는 Y 좌표 검출 수단;
    상기 X 축 방향과 상기 Y 축 방향 각각과 공간상에서 수직을 이루는 Z 축 방향의 움직임을 검출하는 Z 좌표 검출 수단;
    상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 수단에서 검출된 값에 근거하여 실제 공간상의 좌표를 계산하는 좌표 계산 수단;
    상기 좌표 계산 수단에서 계산된 좌표값을 전송하는 데이터 전송 수단을 포함함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 수단에서 검출된 값이 아날로그 신호로 출력되는 경우에,
    상기 아날로그 신호들을 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환기를 더 포함함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 수단이 자이로스코프임을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 X 좌표 검출 수단과 Y 좌표 검출 수단은 2차원적인 사용자 입력 장치의 2차원 평면상에서의 움직임을 검출하고,
    상기 Z 좌표 검출 수단은 상기 2차원적인 사용자 입력 장치에 추가된 특정 버튼들의 버튼 입력을 검출함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 X, Y 및 Z 축 방향의 기준축에 대한 공간상의 자세를 검출하는 자세 검출 수단을 더 포함하고,
    상기 좌표 계산 수단은 상기 자세 검출 수단에서 검출된 자세값을 사용하여 상기 X, Y 및 Z 좌표값의 보정을 더 수행함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  13. 제 8항 내지 제 12항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 데이터 전송 수단에서 전송된 데이터를 수신하는 데이터 수신 수단;
    상기 데이터 수신 수단에서 수신된 데이터를 출력하는 좌표 출력 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 장치.
  14. X 축 방향의 움직임을 검출하는 X 좌표 검출 단계;
    상기 X 축 방향과 평면상에서 수직을 이루는 Y 축 방향의 움직임을 검출하는 Y 좌표 검출 단계;
    상기 X 축 방향과 상기 Y 축 방향 각각과 공간상에서 수직을 이루는 Z 축 방향의 움직임을 검출하는 Z 좌표 검출 단계;
    상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 단계에서 검출된 값에 근거하여 실제 공간상의 좌 표를 계산하는 좌표 계산 단계;
    상기 좌표 계산 단계에서 계산된 좌표값을 출력하는 좌표 출력 단계를 포함함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 처리 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 X, Y 및 Z 좌표 검출 단계에서 검출된 값이 아날로그 신호로 출력되는 경우에,
    상기 아날로그 신호들을 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 처리 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 X, Y 및 Z 축 방향의 기준축에 대한 공간상의 자세를 검출하는 자세 검출 단계를 더 포함하고,
    상기 좌표 계산 단계는 상기 자세 검출 단계에서 검출된 자세값을 사용하여 상기 X, Y 및 Z 좌표값의 보정을 더 수행함을 특징으로 하는 3차원 사용자 입력 처리 방법.
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