KR100650296B1 - 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법 - Google Patents

카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

시스템 사용자의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법에 있어서, 시스템은 컴퓨터-판독가능 메모리, 시스템 사용자의 제스쳐들과 시스템 사용자를 둘러싸는 상호작용 영역을 나타내는 비디오 신호들을 생성하는 비디오 카메라, 및 비디오 이미지 디스플레이를 포함한다. 비디오 이미지 디스플레이는 시스템 사용자 앞에 위치한다. 시스템은 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들을 결정하기 위해 컴퓨터-판독가능 메모리에 저장된 프로그램에 따라, 비디오 신호들을 처리하는 마이크로프로세서를 더 포함한다. 마이크로프로세서는 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들에 기초하여 비디오 이미지 디스플레이 상에 시스템 사용자와 상호작용 영역의 3차원 이미지들을 구축한다. 비디오 이미지 디스플레이는 물체가 상호작용 영역을 점유한 것처럼 보이도록 중첩되는 3차원 그래픽 물체들을 보여주고, 시스템 사용자에 의한 움직임은 비디오 이미지 디스플레이 상에 디스플레이된, 중첩된 3차원의 물체들의 외견상 움직임을 유발시킨다.

Description

카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법{System and method for constructing three-dimensional images using camera-based gesture inputs}
본 발명은 멀티미디어 및 가상 현실 애플리케이션들에 관한 것이며, 특히, 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
멀티미디어 및 가상 현실 애플리케이션들은 사용자와 컴퓨터간에 흥미로운 상호작용을 가능하게 한다. 불행하게도, 현재의 컴퓨터/사용자 인터페이스들은 단순화한 사용자 상호작용성(interactivity)과, 그에 따른 멀티미디어 및 가상 현실 애플리케이션들에 대한 사용자 수용에 장벽이 있다. 이상적으로, 컴퓨터/사용자 인터페이스들은 직관적인 상호작용 포맷과 광범위한 상호작용 능력들을 결합시킬 것이다. 그러나, 실질적으로, 이 2가지 특징들은 서로 상반된다. 예를 들면, 컴퓨터 키보드는 광범위한 상호작용 능력들을 제공하지만 직관적이지는 않다. 반면에, 텔레비젼 원격 제어는 매우 직관적이지만 제한된 상호작용 능력들을 제공한다. 기기가 설치된 보디 슈트(instrumented body suit)와 같이, 아주 유연한 인터페이스들은 거추장스러우며 고가이다.
컴퓨터/사용자 인터페이스 디자인에 대한 다수의 접근법들이 제안되었다. 한 접근법은 시스템 사용자에게 디스플레이되는 이미지를 제어하기 위해서, 비디오 카메라를 비침해적 방법(non-invasive way)으로 사용하여 시스템 사용자의 제스쳐를 측정한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 인터페이스 시스템(10)은 그 앞에 사용자(14)가 서 있는 푸른색 벽(12)을 포함하며, 사용자(14)의 2차원 실루엣의 추출을 허용하며 그 실루엣을 크로마킹한다. 시스템(10)은 2차원의 사용자 실루엣을 식별하고, 비디오 신호를 생성하는 비디오 카메라(16)를 더 포함한다. 컴퓨터의 마이크로프로세서(18)는 비디오 카메라(16)에 의해 관찰된, 2차원의 사용자 실루엣을 단지 2차원의 형태로 식별한다. 그러므로, 사용자(14)의 움직임은 실루엣의 변화하는 이미지 좌표에 관해서 마이크로프로세서(18)에 의해서만 이해된다. 마이크로프로세서(18)는 사용자(14)의 이미지를 텔레비전 디스플레이(20)상에 디스플레이한다. 텔레비전(20)상에 디스플레이된 이미지는 사용자의 이미지가 크로마킹된 2차원의 장면(scene)으로 구성된다. 사용자(14)는 특정 포즈, 예를 들어, 손을 머리 위로 올린 포즈를 취하거나, 사용자의 실루엣의 일부가 이미지 좌표의 지정된 세트에 접촉하여 사용자(14)가 디스플레이된 물체를 접촉한 것처럼 보이도록 움직임으로써 디스플레이된 장면과 상호작용할 수 있다.
도 1에 도시된 인터페이스 시스템은 멀티미디어 및 가상 현실 애플리케이션과 사용하기 편리하고, 저렴한 인터페이스를 제공한다. 그러나, 인터페이스 시스템은 인터페이스의 능력을 2차원으로 제한하는, 컴퓨터-디스플레이된 물체와의 2차원 상호작용만을 허용한다. 예를 들면, 도 1의 2차원의 시스템에서, 컴퓨터-디스플레이된 모든 물체들은 사용자의 실루엣을 둘러싸는 윈도우에서 동일한 깊이에 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 도 1에 도시된 시스템에 의해 사용되는 종래의 2차원 실루엣 추출 프로세스는 하드웨어 프로세스(대쉬선의 상부)와, 소프트웨어 프로세스(대쉬선의 하부) 둘 다를 포함하며, 여기서 컴퓨터 마이크로프로세서(18)가 소프트웨어 프로세스 단계들을 실행한다. 하드웨어 프로세스는 아날로그 비디오 카메라 신호를 입력하는 단계(22)에 이어, 아날로그 카메라 신호를 디지털화하여 그레이 스케일의 2진 데이터 신호(gray-scale binary data signal)를 생성하는 단계(24)를 포함한다. 하드웨어 프로세스는 비디오 카메라의 해상도를 (높거나 낮게) 조정하는 단계(26)와, 카메라 뷰를, 관심 대상 이미지 즉, 사용자의 이미지의 윈도우로 제한하는 단계(28)를 더 포함한다. 하드웨어 프로세스는 그 다음에 그레이 스케일의 2진 데이터 신호가 디지털 2진 데이터, 예를 들어, 1 또는 0으로 변환되는 동적 문턱치 단계(30)를 포함한다. 단계(32)에서, 하드웨어 프로세스는 사용자의 이미지의 에지들(실루엣)을 결정하고, 에지 데이터에 기초하여, 화상 크기를 조정하고(단계(34)), 이것에 의해 단계(26)에서 해상도를 조정한다.
단계(34)의 에지 데이터로부터 배경을 빼고 사용자의 이미지의 이미지 윤곽만을 남기는 제 1 단계(36)를 포함한다. "배경"은 카메라에 의해 관찰된 빈 장면의 화상이며 단계(38)에서 제공된다. 소프트웨어 프로세스는 사용자의 이미지의 모든 에지 데이터를 모두 결합하여 사용자의 이미지 주위에 단일 윤곽을 제공하는 단계를 더 포함한다. 소프트웨어 프로세스는 또한 사용자 이미지 윤곽이 사람, 동물 등을 나타내는지를 결정하는 식별 단계(42)와, (x, y 좌표에서) 사용자의 실루엣 특징, 예를 들면, 머리, 손, 발, 팔, 다리 등을 식별하는 실루엣 특징 단계(44)를 포함한다. 단계(46)에서, 소프웨어 프로세스는 사용자 주위의 바운딩 박스(bounding box)를 계산하기 위해 윤곽 식별 데이터를 이용한다. 바운딩 박스 데이터는 사용자 주위의 카메라 윈도우의 크기를 제한하는 윈도우 제한 단계(28)에서 제공되며, 이에 의해 추출 프로세스의 속도가 증가한다.
매사추세츠공과대학(Massachusetts Institute of Technology("MIT"))의 미디어 랩(Media Lab)에 의해 제안된 대안적인 접근법은, 카메라 기반의 시스템 사용자의 신체 움직임과 제스쳐를 이용함으로써, 사용자가 컴퓨터로 작성된 그래픽 세계(computer-generated graphical world)와 상호 작용하는 것을 허용한다. 이러한 시스템은 현재 이용가능한 종류 중 가장 다방면으로 사용되는 것 중 하나이나, 다음과 같은 문제점을 가지고 있다. (1) 표준 그래픽 인터페이스(SGI) 플랫폼에 기초한다; (2) 시스템 사용자 주위의 조명 조건들에 민감하다; (3) 사용자의 발 위치를 3차원으로 추적한다 하더라도, 사용자의 신체의 나머지 부분들을 2차원 물체로 처리한다; (4) 단일 사용자로 제한된다; (5) 손가락과 같은 사용자 손의 상세를 보기에는 해상도가 너무 조악(coarse)하다; (6) 아래에 설명된, "매직 미러(magic mirror)" 상호작용 비디오 환경(IVE; interactive video environment) 패러다임에만 연관된다. 그러므로, 이 대안적인 접근법은 다른 많은 문제점뿐만 아니라, 종래의 2차원 접근법이 직면하게 되는 것과 동일한 제한을 받게 된다.
일본 특허 공개 공보 평 07-038873호("JP 07-038873")에 개시된 바와 같이, 또 다른 접근법은 인간 이미지의 실시간 인식 방법을 포함한다. JP 07-038873에는 표정, 머리의 회전, 손가락들의 움직임, 인간 신체의 회전을 검출하는 사람의 3차원 그래픽 생성이 기술된다. 그러나, JP 07-038873은 인간 신체의 그래픽 모델 생성에 제한된다. 게다가, JP 07-038873은 주로 원격회의의 목적을 위해 사용자의 3차원 그래픽 애니메이션을 사용하는 것에 초점을 맞추고 있으며, 여기서 사용자는 컴퓨터로 작성된 장면의 물체를 제어할 수 없다. 결국, 상기 인용문헌은 로컬 사용자의 3차원 애니메이션에 반하여, 원격회의의 목적을 위해 원격 사용자의 3차원 애니메이션을 사용하는 것을 개시한다.
국제 특허 출원(PCT) WO 96/21321("PCT 96/21321")에서 발견된 마지막 접근법은 카메라 및 마이크로폰을 이용하여, 이벤트(예를 들어, 풋볼 게임)의 3차원 시뮬레이션을 실시간으로 제작하거나, CD ROM상에 이를 저장하는 것으로 이루어져 있다. 그러나, PCT 96/21321에 개시된 이 시스템은 단지 카메라에 의해 관찰된 이벤트의 3차원 장면들을 재생한다. 게다가, PCT 96/21321 시스템의 사용자는 단지 3차원 장면의 경치를 변경할 수 있을 뿐, 장면에서 물체들을 제어할 수는 없다.
불행하게도, 상기 제안된 접근법 중 어느 것도 직관적인 상호작용 포맷과 광범위한 상호작용 능력을 결합시키는 컴퓨터/사용자 인터페이스를 제공하지 못한다.
본 발명의 목적은 2차원의 인터페이스 시스템과, 매사추세츠공과대학의 미디어 랩에 의해 제안된 대안적인 접근법과, 상술된 다른 관련 기술이 직면하게 되는 문제점들을 처리하는 것이다. 다른 목적은 물체들이 컴퓨터 사용자들 주위의 3차원 공간을 점유하고 컴퓨터 사용자들이 통상의 신체 움직임을 통해 물체와 상호작용하고 제어할 수 있도록 컴퓨터로 작성된 물체의 3차원 디스플레이를 제공하는 것이다.
삭제
본 발명의 최종 목적은 3차원으로 디스플레이된 컴퓨터 사용자들이 통상의 신체 움직임들을 통해 상호작용하고 제어할 수 있는 멀티미디어와 가상 현실 애플리케이션을 제공하는 것이다.
본 발명의 부가적인 목적들과 이점들은 부분적으로 다음에 오는 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로 그 설명으로부터 명확해질 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알 수 있게 될 것이다. 본 발명의 목적들과 이점들은 첨부된 청구항들에서 특히 지적된 구성 요소들과 조합들에 의해 실현되고 달성될 것이다.
상기 목적을 달성하고, 본 발명의 목적에 따라 구현되며 본 명세서에 광범위하게 기술된 바와 같이, 본 발명은 시스템의 사용자의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템을 포함하며, 상기 시스템은 컴퓨터-판독가능 메모리 수단들과, 시스템 사용자의 제스쳐와, 시스템 사용자를 둘러싸는 상호작용 영역을 나타내는 비디오 신호를 생성하는 수단들과, 비디오 이미지를 디스플레이하며, 시스템 사용자의 앞에 위치하는 비디오 이미지 디스플레이 수단들과, 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치를 결정하기 위해 상기 컴퓨터-판독가능 메모리 수단에 저장된 프로그램에 따라, 비디오 신호들을 처리하는 수단들을 포함하며, 여기서 비디오 신호 처리 수단은 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들에 기초하여, 비디오 이미지 디스플레이 수단들 상에 시스템 사용자와 상호작용 영역의 3차원 이미지를 구축하고, 비디오 이미지 디스플레이 수단들은 물체가 상호작용 영역을 점유하는 것처럼 보이도록 중첩된 3차원 그래픽 물체를 디스플레이하고, 시스템 사용자에 의한 움직임은 비디오 이미지 디스플레이 수단들 상에 디스플레이된, 중첩된 3차원의 물체들의 외견상 움직임을 유발시킨다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 컴퓨터-판독가능 메모리와, 이 컴퓨터-판독 가능 메모리에 저장된 프로그램을 이용하는 마이크로프로세서에 연결되는 비디오 이미지 디스플레이를 갖는 컴퓨터 시스템의 사용자의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 방법을 포함하며, 상기 방법은 시스템 사용자의 제스쳐와 상기 시스템 사용자를 둘러싸는 상호작용 영역을 나타내는 비디오 신호를 생성하는 단계와; 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들을 결정하기 위해 마이크로프로세서에서 비디오 신호들을 처리하는 단계와; 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들에 기초하여 비디오 이미지 디스플레이 상에 시스템 사용자와 상호작용 영역의 3차원 이미지를 구축하기 위해 마이크로프로세서를 사용하는 단계와; 물체들이 상호작용 영역을 점유한 것처럼 보이도록 중첩된 3차원 그래픽 물체를 비디오 이미지 디스플레이 상에 디스플레이하기 위해 마이크로프로세서를 사용하는 단계를 포함하며, 여기서 시스템 사용자에 의한 움직임은 비디오 이미지 디스플레이상에 디스플레이된, 중첩된 3차원의 물체들의 외견상 움직임을 유발시킨다.
또한 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 컴퓨터-판독가능 메모리 장치에 저장된 명령을 이용하는 마이크로프로세서에 연결되는 비디오 이미지 디스플레이를 갖는 컴퓨터 시스템의 사용자의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지를 구축하는 프로그램을 저장하는 컴퓨터-판독가능 메모리 장치를 포함하며, 상기 컴퓨터-판독가능 메모리 장치는 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들을 결정하기 위해 시스템 사용자의 제스쳐를 나타내는 비디오 신호들을 처리하는 명령들과; 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들에 기초하여 비디오 이미지 디스플레이 상에 시스템 사용자와 상호작용 영역의 3차원 이미지를 구축하는 명령들과; 물체들이 상호작용 영역을 점유한 것처럼 보이도록 중첩된 3차원 그래픽 물체를 비디오 이미지 디스플레이 상에 디스플레이하는 명령들을 포함하며, 여기서, 시스템 사용자에 의한 움직임은 비디오 이미지 디스플레이상에 디스플레이된, 중첩된 3차원의 물체들의 외견상 움직임을 유발시킨다.
또 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 마이크로프로세서에 연결되는 비디오 이미지 디스플레이를 갖는 컴퓨터 시스템의 사용자의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지를 구축하는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함하며, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들을 결정하기 위해 시스템 사용자의 제스쳐를 나타내는 비디오 신호들을 처리하는 수단들과; 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들에 기초하여 비디오 이미지 디스플레이 상에 시스템 사용자와 상호작용 영역의 3차원 이미지를 구축하는 수단들과; 물체가 상호작용 영역을 점유한 것처럼 보이도록 중첩되는 3차원 그래픽 물체를 비디오 이미지 디스플레이 상에 디스플레이하는 수단을 포함하며, 여기서, 시스템 사용자에 의한 움직임은 비디오 이미지 디스플레이 상에 디스플레이된, 중첩된 3차원의 물체들의 외견상 움직임을 유발시킨다.
상기의 일반적인 설명과 하기의 상세한 설명은 예를 들어 설명한 것일 뿐, 청구된 본 발명을 제한하는 것이 아님을 알아야 할 것이다.
이 명세서의 일부분에 포함되며 또한 일부분을 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 몇 가지 실시예를 도시한 것이며, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 사용자의 카메라-기반 실루엣을 이용하여 2차원 이미지들을 구축하는 종래의 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 사용자의 실루엣을 이용하여 2차원 이미지들을 추출하는 종래의 소프트웨어 프로세스에 관련된 단계들을 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 사용자의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템의 블록도.
도 4는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 사용자의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템의 블록도.
도 5는 사용자와 상호작용 영역의 2차원 이미지 특징들을 도 3과 도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 따라 상호작용 영역 내의 3차원 위치들 상에 맵핑하는 소프트웨어 프로세스에 관련된 단계를 도시한 흐름도.
도 6은 도 3에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법으로 3차원 축구 경기를 도시한 블록도.
도 7은 도 6에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법을 이용하여 3차원 축구 경기용의 애플리케이션 프로그램들에 관련된 단계를 도시한 흐름도.
도 8은 신체 부분의 길이를 신체 높이(H)의 비로써 도시한 생물측정 데이터 테이블이며, 여기서 신체 높이(H)는 서있는 사람의 키이다.
이제 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 상세가 언급될 것이며, 실시예들은 첨부된 도면에 도시된다. 가능한 한, 동일한 또는 유사한 부분에 대해서는 도면에 걸쳐 동일한 참조번호들이 사용될 것이다.
바람직한 실시예에 따라, 본 발명은 시스템 사용자의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법을 포함한다. 상기 시스템은 컴퓨터-판독가능 메모리 수단, 시스템 사용자의 제스쳐와 시스템 사용자를 둘러싸는 상호작용 영역을 나타내는 비디오 신호를 생성하는 수단, 비디오 이미지를 디스플레이하는 수단들을 포함한다. 비디오 이미지 디스플레이 수단들은 시스템 사용자 앞에 위치한다. 시스템은 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분의 3차원 위치를 결정하기 위해 컴퓨터-판독가능 메모리 수단에 저장된 프로그램에 따라 비디오 신호를 처리하는 수단을 더 포함하며, 비디오 신호 처리 수단은 시스템 사용자의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들에 기초하여 비디오 이미지 디스플레이 수단들 상에 시스템 사용자와 상호작용 영역의 3차원 이미지를 구축하며, 비디오 이미지 디스플레이 수단들은 물체들이 상호작용 영역을 점유하는 것처럼 보이도록 중첩되는 3차원 그래픽 물체를 디스플레이하고, 시스템 사용자들에 의한 움직임은 비디오 이미지 디스플레이 상에 디스플레이된, 중첩된 3차원의 물체들의 외견상 움직임을 유발시킨다.
다시 말하면, 본 발명은 시스템 사용자에 의해 컴퓨터 비전 상호작용에 기초하여 자연스럽고 직관적인 컴퓨터/사용자 인터페이스에 관한 것이다. 여기서 사용된 바와 같이, "컴퓨터 비전"은 이미지 기기가 어떤 대상물을 관찰하였는가 하는 측면에서 비디오 이미지 기기로부터 수신된 정보를 해석하기 위해 컴퓨터를 사용하는 것을 의미한다. 컴퓨터 비전은 사용자 제스쳐, 신체 움직임, 머리 움직임, 눈 움직임 등의 인식을 허용한다. 인식된 사용자 움직임은 멀티미디어 및 가상 현실 애플리케이션과의 상호작용을 위해 사용된다. 특히, 본 발명은 시스템 사용자의 실루엣을 2차원 이미지 좌표로 취하여 이를 시스템 사용자가 상호작용 영역에서 점유하는 3차원 이미지 좌표로 투영한다.
이러한 접근법은 시스템 사용자에 대한 요구사항도 없고 저가이다. 시스템 사용자가 커다란 스크린 디스플레이를 통해 상호작용한다면, 컴퓨터는 시스템 사용자가 검색하고 지정하는 장소 등을 알 수 있으며, 이것에 의해 디스플레이 상에 정보를 처리한다. 또한, 디스플레이 스크린 앞의 시스템 사용자의 위치와 포즈가 추출되어 3차원 그래픽 모델과 상호작용하기 위해 사용된다. 본 발명의 컴퓨터 비전 시스템에 제스쳐 해석을 추가하는 것은 컴퓨터와의 상호작용에 현실감을 부여하기 위함이다. 예를 들면, 직관적인 손 제스쳐를 컴퓨터 시스템과의 인터페이스로서 사용할 수 있다.
종래의 SGI-기반 소프트웨어에 따르는 대신, 본 발명은 도 3에 가장 잘 도시된 카메라-기반 사용자 인터페이스 시스템(50)을 이용한다. 시스템(50)은 비디오 카메라(56), 비디오 디스플레이 스크린(54), 필립스®단일 보드 이미지 프로세서(SBIP)(60)를 가진 컴퓨터(58)를 포함한다. SBIP(60)는 매사추세츠공과대학의 미디어 랩에 의해 제안된 접근법에서 직면하게 되는 문제점들 (1)~(3)을 제거하며, 또한 2차원 시스템에서 직면하게 되는 문제점을 제거한다. 컴퓨터(58)는 또한 3차원 이미징 소프트웨어로 인코딩되는 컴퓨터-판독가능 메모리(66)를 포함한다. SBIP 60은 시스템(50)이 시스템 사용자의 3차원 신체 움직임을 처리할 수 있도록 소프트웨어를 이용한다. 본 발명의 3차원 이미징 소프트웨어는 매사추세츠공과대학의 미디어 랩에 의해 제안된 접근법에서 직면하게 되는 문제점들 (4) 및 (5)를 해결한다.
상기 미디어 랩 접근법의 문제점 (6)을 처리하기 위해서, 본 발명은 매사추세츠공과대학에 의해 제안된 "매직 미러" 패러다임 외에, 몇 개의 IVE 패러다임을 평가할 수 있는 상호작용 비디오 환경("IVE"; interactive video environment)을 제공한다. 본 발명은 다음의 4가지 IVE 패러다임을 평가할 수 있다. (1) 디스플레이는 원격 사이트의 카메라 입력의 라이브 비디오를 보여주며, 시스템 사용자의 비디오 카메라 입력은 디스플레이상의 라이브 비디오와 합성된다 (이것은 MIT 접근법에서 "미러" 효과로 알려져 있다); (2) 디스플레이는 원격 사이트의 라이브 비디오를 보여주며, 사용자의 카메라 입력은 디스플레이상의 라이브 비디오와 합성되지 않는다 (이것은 "윈도우" 효과로 알려져 있다); (3) 디스플레이는 가상 현실에서 그래픽 이미지를 보여주며, 시스템 사용자의 카메라 입력은 디스플레이상의 그래픽 이미지와 합성된다; (4) 디스플레이는 그래픽 이미지를 보여주며, 시스템 사용자의 카메라 입력은 디스플레이상의 그래픽 이미지와 합성되지 않는다.
A. 바람직한 실시예의 시스템 하드웨어의 상세한 설명
여기서 구현되는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법이 도 3에 도시된다. 특히, 시스템(50)은 비디오 카메라(56)와 같이 비디오 신호를 생성하는 수단에 전기적으로 연결된, 컴퓨터(58)와 같은 비디오 신호를 처리하는 수단을 포함한다. 컴퓨터(58)는 비디오 디스플레이 스크린(54)과 같이 비디오 이미지를 디스플레이하는 수단들에 전기적으로 연결된다. 바람직하게, 비디오 디스플레이 스크린(54)은 시스템 사용자(62)가 서있는 상호작용 영역(52) 앞에 위치한다. 비디오 카메라(56)는 사용자(62)와 상호작용 영역(52)의 이미지를 전기적으로 판독하여, 이러한 이미지에 대응하는 비디오 신호를 생성하고 그 비디오 신호를 컴퓨터(58)에 제공한다.
바람직하게, 컴퓨터(58)는 IBM-호환 개인용 컴퓨터와 같이 전형적인 마이크로프로세서-기반 컴퓨팅 기기를 포함한다. 컴퓨터(58)는 마이크로프로세서(60)에 연결되며 비디오 카메라(56)로부터 비디오 신호를 수신하는 직렬 포트(64)와, 소프트웨어 프로그램으로 인코딩될 수 있는 통상적인 컴퓨터-판독가능 메모리(66)를 더 포함한다. 마이크로프로세서(60)는 필립스®단일 보드 이미지 프로세서(SBIP)인 것이 바람직하다. SBIP(60)는 사용자(62)와 상호작용 영역(52)의 2차원 이미지 특징을 맵핑하며 상호작용 영역(52)내에서 시스템 사용자(62)의 3차원 위치를 계산하기 위해, 컴퓨터 메모리에서 인코딩된 (아래에 설명된) 소프트웨어를 사용한다. 또한, 바람직하게, SBIP(60)은 컴퓨터-판독가능 메모리(66)내에서 영구적으로 인코딩되거나, 예를 들면 플로피 디스크나 CD ROM과 같은 외부 컴퓨터-판독가능 메모리를 통해 거기서 일시적으로 인코딩된 애플리케이션 프로그램을 사용한다. 컴퓨터(58)는 원격 제어와 같은 다른 상호작용 제어로부터 데이터를 수신하기 위해 SBIP(60)에 연결된 모드 제어 포트(68)와, 비디오 디스플레이 스크린(54)에 비디오 신호를 전송하는 비디오 프로세서 포트(70)를 더 포함한다. 컴퓨터-판독가능 메모리(66)에서 인코딩되며 SBIP(60)에 의해 사용된 소프트웨어는 시스템 사용자의 윤곽을 분리하고, 3차원 이미지 공간에서의 사용자의 신체와 팔다리의 위치를 결정하고, 신체와 팔다리의 위치에 대응하는 비디오 신호를 비디오 디스플레이 스크린(54)에 생성한다.
바람직하게, 디스플레이 스크린(54)은 3차원 그래픽 정보를 디스플레이할 수 있는 종래의 오디오/비주얼 모니터 시스템으로 구성된다. 본 발명에서 사용되는 디스플레이 스크린(54)과 비디오 카메라(56)의 유형은 임의적이며 본 발명의 시스템의 의도된 애플리케이션에만 기초하여 선택될 수 있다.
바람직한 실시예의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템의 보다 바람직한 실시예에서, 비디오 디스플레이 스크린(54)은 리트로스캔(Retroscan) RS125SW®스크린(y 방향으로 높이 6피트, x방향으로 폭 8피트)을 가진 후방-투사형 이케가미(Ikegami) TPP 1000/1500®프로젝터이며; 상호작용 영역(52)은 비디오 디스플레이 스크린(54) 앞의 11피트(z 방향으로)×12피트 (x 방향으로) 영역이며; 비디오 카메라(56)는 Sony®NTSC 비디오 카메라이다.
본 발명에 따른 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법의 대안적인 실시예가 도4에 도시된다. 도시된 바와 같이, 대안적인 실시예(80)는 도 3에 관하여 기술된 것과 유사한 비디오 카메라(56) 및 SBIP(60)와 컴퓨터-판독가능 메모리(66)를 갖는 컴퓨터(58)를 포함한다. 그러나, 대안적인 실시예는 CD ROM상에 인코딩된 애플리케이션 프로그램을 판독할 수 있고 그러한 애플리케이션 프로그램을 SBIP(60)에 제공하는 콤팩트 디스크 판독기(84)를 더 포함한다. 대안적인 실시예는 또한 애플리케이션 프로그램의 특징을 제어하는 원격 제어기(86)를 포함한다. 또한, 도 3에 도시된 실시예의 디스플레이 스크린과 달리, 대안적인 실시예는 SBIP(60)으로부터 비디오 신호를 수신하고 정보를 SBIP(60)로 전송할 수 있는 종래의 텔레비전 디스플레이(82)를 포함한다.
B. 바람직한 실시예의 시스템 소프트웨어에 대한 설명
지금부터, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 바람직한 실시예에 사용되는 애플리케이션 프로그램뿐만 아니라, 시스템 사용자와 상호작용 영역의 2차원 이미지 특징을 상호작용 영역내의 3차원 위치로 맵핑하는 소프트웨어를 설명할 것이다. 설명의 편이를 위해, 소프트웨어와 애플리케이션 프로그램은 단일 시스템 사용자와 관련하여 설명된다. 그러나, 본 발명의 카메라-기반 제스쳐 인식 기술은 각 사용자를 개별적으로 구별하고 그에 따라 각 사용자들과 상호작용함으로써 다수의 사용자들에 대해서도 사용될 수 있음을 알아야 한다.
도 5는 시스템 사용자(62)의 2차원 이미지 특징을 도 3과 도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 시스템 사용자(62)가 위치한 방의 3차원 위치로 맵핑하는 소프트웨어 프로세스에 관련된 단계를 도시한 흐름도이다. 3차원 이미징 소프트웨어는 컴퓨터-판독가능 메모리(66)내에서 영구적으로 인코딩될 수 있으며, 또는 디스켓, CD ROM 또는 유사 메모리 저장 수단을 통해 메모리(66)에서 일시적으로 인코딩될 수 있다. 도시된 바와 같이, 3차원 이미징 소프트웨어 프로세스는 도 2에 도시된 2차원 추출 프로세스를 이용하여 이미지 공간 좌표(u,v)에서의 사용자의 2차원 머리, 손, 발 특징을 추출하는 단계(100)를 포함한다. 좌표(u,v)는 비디오 카메라(56) 앞의 사용자의 2차원 x-y 평면에 대응한다. 3차원 이미징 프로세스는 방에 대한 비디오 카메라(36)의 방향과 위치를 3차원 좌표(x, y, z)로 판독하는 단계(102)를 더 포함한다. 사용자의 발이 바닥에 있다는 가정하에, (알려진 좌표 평면에서) 단계(104)에서 소프트웨어 프로세스는 카메라로부터의 뷰 라인을 따라 2차원으로 추출된 사용자의 발 특징을, 방에 대한 카메라(36)의 (x, y, z) 방향을 이용하여 사용자의 발의 3차원 좌표(x, y, z)로 투영한다. 단계(106)에서, 소프트웨어 프로세스는 사용자의 머리와 손의 2차원의 추출된 특징을 머리와 손이 발의 위치로부터 z 방향으로 약간 오프셋된다고 가정하고 방에 대한 카메라(36)의 (x,y,z) 방향을 이용하는, 사용자의 머리와 손의 3차원 좌표(x, y, z)로 투영한다.
3차원 이미징 프로세스는 높이로 인덱스되며 컴퓨터-판독가능 메모리(66)에 저장된 생물측정 데이터(단계(110)에 도시됨)에 액세스하기 위해 사용자의 측정된 키(H)를 이용하는 단계(108)를 더 포함한다. 본 발명에서 사용가능한 생물측정 데이터 테이블의 일예가 도 8에 도시된다. 본 발명은 도 8에 도시된 생물측정 데이터에만 한정되지 않는다. 그 이유는 다른 생물측정 데이터가 디. 샤핀(D. Chaffin) & 지. 앤더슨(G. Andersson)의 "Occupational Biomechanics", 2d ed.(1991), 엘. 파커스(L. Farkas)의 "Anthropometry of the Head and Face", 2d ed.(1994), 및 엔. 에이. 에스. 에이(N. A. S. A.)의 "Anthropometric Source Book", vols.1-3(1978)에서 설명된 바와 같이 이용될 수 있기 때문이다. 3차원 이미징 프로세스는 사용자의 어깨가 사용자의 머리 꼭대기에서 사용자의 목이 끝나는 지점까지 y방향으로 0.182h의 거리만큼 오프셋되며, 사용자의 등의 중심에서 어깨 견갑골의 끝까지의 어깨 폭이 x방향으로 0.129h라고 가정한다. 여기서, H는 사용자의 키이다. 이미징 프로세스는 또한 사용자의 팔 길이가 0.44h라고 가정하며, 0.44h보다 긴 측정된 팔 길이가 비디오 카메라(56)에 의해 추출될 때까지 가정된 팔 길이(0.44h)를 사용한다. 소프트웨어 프로세스는 단계(108)에서 계산된 가정된 팔 길이(0.44h)를 사용하여, 발로부터 z방향으로 대응하는 각 팔의 오프셋을 계산하는 단계(112)를 더 포함한다. 단계(112)에서, z방향으로 각 팔의 실제 길이는 포어쇼트닝(foreshortening)의 원리를 이용하여 가정된 팔 길이로부터 계산된다. 소프트웨어 프로세스는 사용자의 머리, 손, 발의 3차원 위치를 애플리케이션 프로그램에 공급하는 최종 단계(114)를 포함한다.
C. 바람직한 실시예에 사용된 애플리케이션 프로그램의 예
본 발명은 본 발명의 카메라-기반 입력을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법에 사용할 수 있는 애플리케이션 프로그램의 아래 예들에 의해 보다 명확해질 것이다. 애플리케이션 프로그램은 본 발명의 바람직한 실시예들의 사용예를 보여주기 위한 것으로, 본 발명의 광범위한 특징 범위를 한정하지 않는다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 사용자들이 그래픽 컴퓨터-제작 물체를 3차원으로 조정할 수 있도록 사용자의 3차원 위치의 계산을 요구하는 임의의 애플리케이션 프로그램에 사용될 수 있다. 애플리케이션 프로그램의 예로는 3차원 축구 비디오 게임, 홈쇼핑 애플리케이션, 다수 사용자 상호작용을 위한 정보벽, 원격통신 애플리케이션, 제스쳐-기반 원격 제어, 가정용 운동 애플리케이션이 있다.
1. 3차원 축구 비디오 게임
도 6은 도 3에 도시된 바람직한 실시예의 시스템 및 방법을 이용하여 3차원 축구(세계적으로 "풋볼"이라고 알려져 있음) 비디오 게임 애플리케이션을 도시한 블록도이다. 축구 경기의 사용자(62)는 가상 축구 경기의 그래픽 이미지가 디스플레이되는 비디오 디스플레이 스크린(54) 앞에 서있다. 비디오 카메라(56)는 사용자(62)를 보며 SBIP(60)는 사용자(62)의 이미지를 추출하고 상기 설명한 바와 같은 사용자의 머리, 손, 다리, 발 등의 3차원 위치와 같은, 사용자 신체 움직임을 식별함으로써 카메라(56)로부터 수신된 데이터를 처리한다.
비디오 디스플레이 스크린(54)은 사용자(92)와 상호작용 영역(52)의 카메라 이미지를 디스플레이하고, 또한 상호작용 영역(52)과 축구장의 그래픽 오버레이를 디스플레이한다. 스크린(54)은 상호작용 영역(52)의 한 측면을 향한 바닥 상에 골 영역(96)의 그래픽 이미지를 디스플레이하며, 상호작용 영역(52)의 중간의 바닥에 축구공(94)의 그래픽 이미지를 디스플레이한다. 바람직하게, 골 영역(96)과 축구공(94)은 바닥 상에 있는 것처럼 보이도록 스케일되고 회전된 방법으로 디스플레이된다.
사용자가 그래픽 축구공(94)이 머무르는 상호작용 영역(52)의 일부에 접근하면, 사용자는 외관상으로는 축구공(94)을 "킥(kick)"할 수 있다. 본 발명의 시스템은 실제로 "킥"에 응답하지 않는다. 오히려, 이 시스템은 사용자가 축구공(94)에 접근하는 방향과 사용자와 축구공(94)간의 근접성에 응답한다. 축구공(94)은 사용자가 "찬" 축구공(94)에 접근하는 방향과 속도에 따른 속도로 이동한다. 이것은 사용자에 의한 "차는" 효과를 시뮬레이션한다. 축구공(94)이 상호작용 영역(52)의 측면들 중 하나, 예를 들어, 디스플레이 스크린(54)의 앞, 시뮬레이트된 후면 벽, 또는 디스플레이 스크린(54)의 양측 패널을 치면, 축구공(94)은 경기 영역으로 되돌아온다. 가상 축구 경기의 목적은 축구공(94)을 골 영역(96)으로 넣는 것이다.
도 7은 도 3에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법을 이용한 3차원 축구 경기용의 애플리케이션 프로그램에 관련된 단계들을 도시한 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 가상 축구 경기 애플리케이션 프로그램은 단계(200)에서 시작하며, x, z 좌표에서의 축구공 위치(f)를 (fx, fz) 좌표로 설정하는 단계(202)를 포함한다. 단계(204)에서, 사용자에 대한 비디오 카메라(56) 방향이 결정되며 사용자의 위치가 도 5의 3차원 이미징 프로세스에 의해 추출된 3차원 이미지 데이터로부터 판독된다. 단계(204)는 축구 경기의 그래픽 뷰(즉, 골 영역(96)과 축구공(94))가 카메라 뷰에 등록되도록 설정하고, 사용자에게 의미있는 환영(illusion)을 발생시키기 위해 카메라(56)로부터의 그래픽과 비디오를 루메이킹(lumakeying)(기술상 공지된 2개의 비디오 스트림을 믹싱하는 방법)한다. 가상 축구 경기 애플리케이션 프로그램은 축구공(94)과 골 영역(96)을 디스플레이 스크린(54)의 검은 배경으로 드로잉하며, 단계(204)에서 획득한 비디오를 디스플레이 스크린(54)의 검은 배경으로 조정(key)하기 위해 루메이키어(lumakeyer)를 설정하고, 루메이킹된 결과를 디스플레이 스크린(54)상에 디스플레이하는 단계(206)를 더 포함한다.
가상 축구 경기 애플리케이션 프로그램은 또한 x, z좌표에서 사용자의 현재 발 위치(p)를 (px, pz)로 측정하는 단계(208)를 포함한다. 단계(210)에서, 현재 발 위치(p)와 축구공 위치(f)간의 차의 절대값, 즉, │p-f│가 미리 결정된 변수(del)보다 작으면, 사용자의 발 속도(fv)는 k*(p-f)와 같다. 값 "k"는 스프링 상수와 같은 스케일링 인자로, 실험을 통해 1.1이 바람직하다. 값 "del"은 축구공으로부터의 발 위치를 나타내며, 실험을 통해 5인치가 바람직하다. 가상 축구 경기 애플리케이션 프로그램은 공 위치(f)를 발 속도(fv)에 따라 미리 결정된 반복 횟수, 예를 들어 20회만큼 이동시키는 단계(212)를 더 포함한다. 단계(212)에서, 발 속도(fv)는 축구공(94)의 속도를 줄이기 위해 각 반복에서 미리 결정된 변수(vdel)만큼 감소한다. 값 "vdel"은 각 반복에서 10%씩 발 속도를 줄이도록 정해진다. 모든 미리 결정된 값(k, del, vdel, 반복)은 축구공이 실제 축구공처럼 이동할 수 있도록 설정된다. 단계(212)에서, 축구공(94)이 "벽"을 치면, 즉, 벽으로 간주된 미리 결정된 y 또는 z좌표로 이동하면, 축구공(94)은 "벽"으로부터 튕겨져나온다. 결국, 단계(212)에서 축구공(94)이 골영역(96)으로 결정된 공간으로 들어가면, 벨 소리가 나며 축구공(94)은 최초 위치로 재설정된다.
2. 홈쇼핑 애플리케이션
홈쇼핑 애플리케이션 프로그램은 도 4에 도시된 바람직한 실시예에 사용될 수 있다. 홈쇼핑 애플리케이션 프로그램은 상기 3차원 축구 비디오 게임과 관련하여 상술된 개념과 동일한 개념을 이용하나, 축구공이 사용자 제스쳐에 기초하여 움직이는 것과 달리, 사용자가 옷을 입어보고자 할 때 옷들이 움직인다.
텔레비전 또는 컴퓨터 카탈로그를 통한 홈쇼핑이 흔하지 않은 이유는 소비자들이 상품을 입었을 때 어떻게 보이는지 판단하는 것이 어렵기 때문이다. 본 발명의 바람직한 실시예는 홈쇼핑에 사용될 때 이러한 문제들을 해결할 수 있다. 홈쇼핑 애플리케이션 프로그램은 텔레비전 방송 또는 CD ROM 카탈로그를 통해 판매할 상품들을(셔츠, 신발, 팬츠, 드레스, 모자 등) 제안한다. 홈쇼핑 애플리케이션에 의하면, 사용자는 텔레비전 앞에 서서 선택한 상품을 입은 자신을 텔레비전 상에서 보게 된다. 사용자가 움직이고 턴할 때, 본 발명의 바람직한 실시예는 신체 움직임을 결정하고 이에 따른 상품의 컴퓨터-제작 그래픽 이미지를 변환한다. 홈쇼핑 애플리케이션에서는 상품의 자동 크기 발생이 가능하다.
3. 다수 사용자 상호작용을 위한 정보벽
정보벽 애플리케이션 프로그램은 또한 도 3에 도시된 바람직한 실시예의 시스템과 방법을 이용할 수 있다. 정보벽은 다수의 사용자들이 상호작용할 수 있는 커다란 게시판형 디스플레이 스크린을 포함하며, 매우 직관적이고 상호작용적인 정보 시스템을 제공한다. 이러한 애플리케이션 프로그램은 쇼핑몰, 박물관, 도서관, 갤러리, 및 기타 유사한 환경에 배치되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 쇼핑몰에서, 정보벽은 이 쇼핑몰에 들어가는 쇼핑하는 사람이 정보벽을 활성화하기 위해서는 단순히 벽에서 일정 거리내에 서있기만 해도 된다. 그런 다음, 정보벽은 앞에 서있는 사람의 위치와 키에서 쇼핑몰의 전체 지도를 디스플레이한다. 다수의 정보 아이콘들이 지도 주위에 디스플레이되고 쇼핑하는 사람이 가리킴으로써 선택할 수 있다. 아이콘을 가리키면, 정보벽은 특정 상점 및 휴게실 등의 위치와 같은 다양한 정보를 디스플레이한다. 정보벽은 또한 광고의 형태도 지원할 수 있다. 예를 들면, 쇼핑하는 사람이 지도상의 상점을 가리키면 상품 및 그 상점의 서비스를 설명하는 간단한 비디오 시퀀스가 디스플레이된다. 또한, 정보벽은 쇼핑하는 사람이 걸을 때 디스플레이된 내용이 동행하며 정확한 방향을 가리키도록 하여 쇼핑하는 사람이 원하는 곳으로 이동할 수 있도록 한다.
4. 통신 애플리케이션
본 발명의 바람직한 실시예들은 또한 통신 애플리케이션에 사용될 수 있다. 현재, 대역폭 문제로 비디오를 통한 소비자 원격통신은 방해를 받고 있다. 본 발명에 의하면, 사용자는 실제 환경보다는 공용의 가상 현실 세계를 통해 통신할 수 있다. 사용자 실루엣의 영상만이 전송되고 가상 환경에서 보여질 필요가 있다. 여기서 본 발명의 바람직한 실시예는 사용자 실루엣을 추출한다. 이 접근법은 컴퓨터로 제작된 신체를 가진 사용자를 (본 발명이 이를 결정할 수 있으므로 정확한 위치와 포즈에서) 보여줌으로써 훨씬 간단해질 수 있으며, 머리 영역의 영상만이 전송된다.
다수 사용자 영상 회의도 또한 본 발명에 의해 지원될 수 있다. 현재, 사용자는 원격회의의 사용자에서 사용자로 카메라를 팬(pan)하고 줌(zoom)할 필요가 있다. 본 발명은 카메라가 원격회의의 참가자들의 제스쳐에 의해 제어될 수 있는 상용 원격회의 시스템의 일부로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 참가자를 가리키면 카메라가 그 참가자에게 초점을 맞추도록 하며, 당신이 손을 들면, 카메라가 당신에게 초점을 맞추도록 하는 것 등이 있다.
5. 제스쳐-기반 원격 제어
본 발명의 바람직한 실시예들은 또한 현재 원격 제어 유닛에 의해 제공되는 기능들을 대신하여, 통합 가정 오락 및 통신 시스템의 인프라구조의 일부로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 사용자 신체 포즈 및 제스쳐 뿐만 아니라 방안에서의 사용자의 위치도 본 발명에 의해 모두 액세스될 수 있다. CD 플레이어를 가리키면 텔레비전상에 CD 플레이어에 대한 제어를 디스플레이할 수 있고, 텔레비전상의 메뉴 항목을 가리키면 그 항목들을 선택할 수 있다.
방안에 텔레비전(또는 디스플레이)이 한대 이상 있는 경우, 사용자의 위치를 이용하여 어느 텔레비전이 사용될 것인지를 결정할 수 있다. 사용자가 한명 이상인 경우, 본 발명은 서로 다른 사용자들로부터 발행된 개별적인 명령을 분리하거나 서로 다른 명령에 대한 권한의 계층을 구축할 수 있는 것으로 생각된다.
부가적으로, 종래의 원격 제어도 본 발명과 함께 사용될 수 있다. 이 경우, 본 발명은 예를 들면 4개의 버튼만 가지도록 원격 제어의 기능을 단순화한다. 본 발명에 의하면, 사용자는 CD 플레이어에서(또는 거기에 가까이 서서) 원격 제어를 지적할 수 있으며, 원격 제어는 원격 CD 플레이어로서의 기능할 수 있다. 대안으로, 사용자가 텔레비전앞에 앉아 있고 원격 제어는 채널 변환기로서 기능할 수 있다. 결국, 원격 제어는 권한의 계층을 확립하는데 사용될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예는 원격 제어를 보유한 사용자에게만 응답할 것이다.
6. 가정용 운동 애플리케이션
본 발명의 바람직한 실시예는 또한 사용자가 자신의 유명 트레이너(trainer)를 구입하는 경우의 가정용 운동 CD ROM 프로그램을 지원하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 트레이너가 항상 사용자의 방향으로 바라볼 수 있도록 방안에 있는 사용자의 위치에 대한 정보를 가정용 운동 프로그램에 제공한다. 본 발명은 또한 트레이너가 대안적인 운동 요법을 추천할 수 있도록, 운동 중에 사용자가 운동을 멈추어야 할 때를 결정할 수 있다. 또한 사용자가 운동하는 방법을 트레이너가 비평하고 유용한 정보를 제공할 수 있다.
가정용 운동 애플리케이션의 추가적인 특징은 사용자의 비디오 입력을 트레이너의 그래픽-제작 이미지와 결합하고 이 둘을 텔레비전상에 디스플레이하는 것이다.(홈쇼핑 애플리케이션에서 사용자에게 옷이 디스플레이되는 방법과 유사하다) 이러한 특징은 사용자들이 자신들의 움직임을 직접 볼 수 있도록 하며, 트레이너가 예를 들면, 다리를 높이 들어라 등의 충고를 전하기 위해 사용자의 비디오 이미지 중 일부를 지적 또는 터치할 수 있도록 한다.
본 발명의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템 및 방법에서 그리고 본 발명의 범위와 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 통상의 지식을 가진 사람이라면 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 발명의 시스템 및 방법은 이미지와 사용자들의 3차원 구축을 요구하며, 사용자와 3차원 이미지간 상호작용을 요구하는 다른 애플리케이션 프로그램들에 사용될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 시스템의 CD 판독기(84)와 원격 제어기(86)는 도 3에 도시된 시스템에 사용될 수 있다. 마지막으로, 오디오 특징이 바람직한 실시예에 포함되어 시스템 사용자로부터의 음성-인식 명령과 디스플레이 스크린에 사운드 효과를 제공할 수 있다.
본원에 개시된 본 발명의 명세와 실시예를 고려하면 통상의 지식을 가진 사람에게 본 발명의 다른 실시예들도 명확해질 것이다. 본문에 다루어진 예들은 후술하는 청구항에 의해 나타나는 본 발명의 진정한 범위와 정신을 가진 단지 예시일 뿐이다.

Claims (11)

  1. 시스템 사용자(62)의 카메라 기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 시스템에 있어서,
    컴퓨터-판독가능 메모리 수단(66);
    상기 시스템 사용자(62)의 상기 제스쳐들과 상기 시스템 사용자(62)를 둘러싸는 상호작용 영역(52)을 나타내는 비디오 신호들(56)을 생성하는 수단;
    상기 시스템 사용자(62)의 앞에 위치하며, 비디오 이미지들을 디스플레이하는 비디오 이미지 디스플레이 수단(54, 82); 및
    상기 시스템 사용자(62)의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들을 결정하기 위해 상기 컴퓨터-판독가능 메모리 수단(66)에 저장된 프로그램에 따라, 비디오 신호들을 처리하는 수단(58);을 포함하며,
    상기 비디오 신호 처리 수단(58)은 상기 시스템 사용자(62)의 신체와 주요 신체 부분들의 상기 3차원 위치들에 기초하여 상기 비디오 이미지 디스플레이 수단(54, 82) 상에 상기 시스템 사용자(62)와 상호작용 영역(52)의 3차원 이미지들을 구축하며, 상기 비디오 이미지 디스플레이 수단(54, 82)은 물체들이 상기 상호작용 영역(52)을 점유하고 있는 것처럼 보이도록 중첩되는 3차원 그래픽 물체들을 디스플레이하고, 상기 시스템 사용자(62)에 의한 움직임은 상기 비디오 이미지 디스플레이 수단(54, 82) 상에 중첩되어 디스플레이된 3차원 물체들의 외견상 움직임을 유발시키는, 3차원 이미지 구축 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비디오 신호 처리 수단은,
    상기 시스템 사용자의 발의 2차원 위치들(u,v)을 발의 3차원 좌표들(x,y,z)로 투영하고(104),
    상기 시스템 사용자의 머리 및/또는 손들을 머리 및 손들이 발들의 z 위치에서 오프셋된다고 가정한 3차원 좌표들로 맵핑하고(106),
    상기 계산된 상기 시스템 사용자의 머리 및/또는 손들의 3차원 위치를 상기 비디오 이미지 디스플레이 수단에 제공함으로써, 상기 시스템 사용자의 상기 3차원 이미지들을 구축하는, 3차원 이미지 구축 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비디오 신호 처리 수단들은, 생물측정 통계와 함께 상기 시스템 사용자의 키(h)를 이용하여 머리에서부터 상기 시스템 사용자의 어깨 오프셋을 계산하고, 상기 시스템 사용자의 팔 길이를 계산하며(108, 110), 상기 시스템 사용자의 발로부터 상기 시스템 사용자의 대응하는 각 팔의 오프셋을 계산하는(112), 3차원 이미지 구축 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 3차원 그래픽 물체들은,
    설정 위치(f)를 갖는 축구공(94); 및
    비디오 이미지 디스플레이 수단 상에 설정 위치를 가진 골 영역(96);을 포함하며,
    상기 비디오 신호 처리 수단은 상기 시스템 사용자의 발 속도(fv)를 계산하기 위해, 상기 시스템 사용자의 발 위치(p)와 상기 축구공(94)의 상기 설정 위치(f)를 비교하고, 상기 계산된 발 속도(fv)에 따라 상기 축구공(94)을 이동시키며, 미리 결정된 속도로 축구공(94)의 속도가 감소되며, 상기 축구공(94)이 상기 골 영역(96)에 들어가면 벨소리를 내는, 3차원 이미지 구축 시스템.
  5. 컴퓨터-판독가능 메모리(66)와, 상기 컴퓨터-판독가능 메모리에 저장된 프로그램을 이용하는 마이크로프로세서(58)에 연결되는 비디오 이미지 디스플레이(54, 82)를 갖는 컴퓨터 시스템의 사용자(62)의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 방법에 있어서,
    상기 시스템 사용자(62)의 상기 제스쳐들과 상기 시스템 사용자를 둘러싸는 상호작용 영역(52)을 나타내는 비디오 신호들을 생성하는 단계;
    상기 시스템 사용자(62)의 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들을 결정하기 위해, 상기 마이크로프로세서(58)에서 상기 비디오 신호들을 처리하는 단계;
    상기 마이크로프로세서(58)를 사용하여, 상기 시스템 사용자(62)의 상기 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들에 기초하여, 상기 비디오 이미지 디스플레이(54, 82) 상에 상기 시스템 사용자(62)와 상호작용 영역(52)의 상기 3차원 이미지들을 구축하는 단계; 및
    상기 마이크로프로세서(58)를 이용하여, 3차원 그래픽 물체들이 상기 상호작용 영역을 점유한 것처럼 보이도록 중첩되는 상기 3차원 그래픽 물체들을 상기 비디오 이미지 디스플레이(54, 82) 상에 디스플레이하는 단계로서, 상기 시스템 사용자(62)에 의한 움직임은 상기 비디오 이미지 디스플레이(54, 82) 상에 중첩되어 디스플레이된 3차원의 물체들의 외견상 움직임을 유발시키는 상기 단계;를 포함하는, 3차원 이미지 구축 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 3차원 이미지 구축 단계는,
    상기 시스템 사용자의 상기 발들의 2차원 위치들(u,v)을 상기 발들의 3차원 좌표들(x,y,z)로 투영하는 단계(104);
    상기 시스템 사용자의 머리 및 손들을 머리 및 손들이 상기 발들의 z 위치에서 오프셋된다고 가정하는 3차원 좌표들로 맵핑하는 단계(106);
    생물측정 데이터와 함께 상기 시스템 사용자의 키(h)를 이용하여 머리에서부터 상기 시스템 사용자의 어깨 오프셋을 계산하고, 상기 시스템 사용자의 팔 길이를 계산하는 단계(108, 110);
    상기 시스템 사용자의 발로부터 상기 시스템 사용자의 대응하는 각 팔의 오프셋을 계산하는 단계(112); 및
    상기 시스템 사용자의 상기 머리, 손, 및 발의 상기 계산된 3차원 위치들을 상기 비디오 이미지 디스플레이에 제공하는 단계;를 포함하는, 3차원 이미지 구축 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 3차원 그래픽 물체들은,
    설정 위치(f)를 가진 축구공(94); 및
    상기 비디오 이미지 디스플레이 상에 설정 위치를 가진 골 영역(96);을 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 시스템 사용자의 발 속도(fv)를 계산하기 위해 상기 시스템 사용자의 발 위치(p)와 상기 축구공의 설정 위치(f)를 비교하는 단계;
    상기 계산된 발 속도(fv)에 따라 상기 축구공(94)을 이동시키며, 미리 결정된 속도로 상기 축구공(94)의 속도를 늦추는 단계; 및
    상기 축구공(94)이 상기 골 영역(96)에 들어가면 벨소리를 내는 단계;를 포함하는, 3차원 이미지 구축 방법.
  8. 컴퓨터 시스템의 사용자(62)의 카메라-기반 제스쳐 입력들을 이용하여 3차원 이미지들을 구축하는 컴퓨터 시스템(66)으로서, 컴퓨터-판독가능 메모리 장치(66)에 저장된 명령들을 이용하는 마이크로프로세서(58)에 연결된 비디오 이미지 디스플레이(54, 82)를 갖는, 상기 컴퓨터 시스템은,
    상기 시스템 사용자(62)의 신체와 주요 신체 부분들의 상기 3차원 위치들을 결정하기 위해 상기 시스템 사용자(62)의 제스쳐를 나타내는 비디오 신호들을 처리하는 명령들,
    상기 시스템 사용자(62)의 상기 신체와 주요 신체 부분들의 3차원 위치들에 기초하여 비디오 이미지 디스플레이(54, 82) 상에 상기 시스템 사용자(62)와 상호작용 영역(52)의 3차원 이미지들을 구축하는 명령들, 및
    물체들이 상기 상호작용 영역(52)을 점유한 것처럼 보이도록 중첩되는 3차원 그래픽 물체들을 상기 비디오 이미지 디스플레이 상에 디스플레이하는 명령들로 프로그래밍되며,
    상기 시스템 사용자(62)에 의한 움직임은 상기 비디오 이미지 디스플레이 수단(54, 82) 상에 중첩되어 디스플레이되는 3차원의 물체들의 외견상 움직임을 유발시키는, 컴퓨터 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 3차원 이미지를 구축하는 명령은,
    상기 시스템 사용자의 상기 발들의 2차원 위치들(u,v)을 상기 발들의 3차원 좌표들(x,y,z)로 투영하는 명령들(104),
    상기 시스템 사용자의 머리 및/또는 손들을 머리 및 손들이 상기 발들의 z 위치에서 오프셋된다고 가정하는 3차원 좌표들로 맵핑하는 명령들(106), 및
    상기 시스템 사용자의 상기 머리, 손, 및 발의 계산된 3차원 위치들을 상기 비디오 이미지 디스플레이에 제공하는 명령들(114)을 포함하는, 컴퓨터 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 3차원 이미지를 구축하는 명령들은 생물측정 데이터와 함께 상기 시스템 사용자의 키(h)를 이용하여 머리에서부터 상기 시스템 사용자의 어깨 오프셋을 계산하고, 상기 시스템 사용자의 팔 길이를 계산하는 명령들을 포함하는, 컴퓨터 시스템.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 3차원 그래픽 물체들은,
    설정 위치(f)를 가진 축구공(94); 및
    상기 비디오 이미지 디스플레이 상에 설정 위치를 가진 골 영역(96);을 포함하며,
    상기 컴퓨터-판독가능 메모리 장치는,
    상기 시스템 사용자의 발 속도(fv)를 계산하기 위해 상기 시스템 사용자의 발 위치(p)와 상기 축구공의 설정 위치(f)를 비교하는 명령들,
    상기 계산된 발 속도(fv)에 따라 상기 축구공(94)을 이동시키는 명령들,
    미리 결정된 속도로 상기 축구공(94)의 속도를 늦추는 명령들, 및
    상기 축구공(94)이 상기 골 영역(96)에 들어가면 벨소리를 내는 명령들을 더 포함, 컴퓨터 시스템.
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