KR100919616B1 - 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2대의 카메라를 이용하여 운동자의 모션을 트래킹하여 운동자의 이동속도 및 회전방향과 같은 운동 상태 정보를 비접촉식으로 획득하며 이에 따라 360°의 전방향에 대하여 트랙의 속도와 방향을 조정하고 이미지 맵에 저장된 정지영상으로부터 8개의 출력화면에 대한 360° 전방향 세그먼트 영상을 획득하여 운동자의 진행 방향 및 진행속도와 일치하도록 실시간으로 재구성된 영상을 각 출력화면으로 출력함으로써, 운동의 효과와 효율을 극대화할 수 있는 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템에 관한 것이다.

본 발명인 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템은,

인식마크가 부착된 운동복과;

상기 운동복에 부착된 인식마크를 트래킹하기 위한 적어도 한 개 이상의 카메라와;

상기 카메라에 의해 트래킹된 운동자의 운동 상태를 분석하여 운동자의 회전 각도 및 회전 방향과 이동 속도 및 이동 거리를 주제어수단으로 전송하는 모션분석수단(200)과;

적어도 한 개 이상의 방향에 대하여 촬영한 정지 영상을 제공하는 이미지맵부(300)와;

상기 이미지맵부에 저장된 세그먼트 영상을 상기 모션분석수단에 의해 분석된 운동자의 운동 상태에 따라 실시간으로 조합하여 영상출력기에 전송하는 적어도 한 개 이상의 고속병렬연산처리부(400)와;

상기 고속병렬연산처리부에서 전송되는 영상을 스크린(30)에 출력하는 적어도 한 개 이상의 영상출력기(500)와;

상기 고속병렬연산처리부를 제어하는 주제어수단(600);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 통해 사용자가 실제와 같은 상황 속에서 직접 운동을 하는 것과 같은 현실감을 느낄 수 있으므로 운동에 대한 흥미와 집중력이 향상되어 지속적인 사용이 가능해 짐에 따라 운동효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

Description

이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템{omnidirectional running system using image map and motion tracking.}

본 발명은 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2대의 카메라를 이용하여 운동자의 모션을 트래킹하여 운동자의 이동속도 및 회전방향과 같은 운동 상태 정보를 비접촉식으로 획득하며 이에 따라 360°의 전방향에 대하여 트랙의 속도와 방향을 조정하고 이미지 맵에 저장된 정지영상으로부터 8개의 출력화면에 대한 360° 전방향 세그먼트 영상을 획득하여 운동자의 진행 방향 및 진행속도와 일치하도록 실시간으로 재구성된 영상을 각 출력화면으로 출력함으로써, 운동의 효과와 효율을 극대화할 수 있는 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템에 관한 것이다.

종래의 운동시스템 또는 러닝머신은 자동 속도변환 및 경사각 조절, 등의 다양한 기능들을 제공하지만 운동 형태에 따른 여러 가지 상황에 맞는 운동 환경을 제공할 수가 없을 뿐 아니라 운동시간, 속도, 거리, 칼로리 등과 같은 기초적인 정보만을 제공함으로써 단순 반복적인 운동으로 인해 사용자가 쉽게 지루함을 느끼며 운동의 부담감을 증대시키는 문제점을 가지고 있었다.

또한 사용자가 일정 사항의 입력 및 관련 사항을 표시하는 조작 패널의 버튼을 조작하여 러닝 벨트의 회전 속도, 거리나 시간 등을 세팅하거나 이러한 러닝 조건들이 미리 세팅된 다수의 프로그램 중 어느 하나를 선택한 후 세팅된 조건을 채울 때까지 단순 반복적으로 달리기만을 하게 되므로 사용자의 신체 상태나 컨디션에 따라 걷기 또는 러닝 속도를 조절하지 못하여 무리하거나 비효율적인 운동이 강요되고 쉽게 흥미를 잃을 수 있는 단점을 가지며 이러한 문제점을 감안해 TV를 시청하면서 달리거나, 각 운동기구 앞에 모니터를 설치하여 개인의 선택에 따른 음악을 듣거나, 영화를 보면서 달릴 수 있도록 하고 있으나 상기의 러닝머신은 운동자가 운동과 관련 없는 다양한 정보 및 화상에 관심을 집중하게 되므로, 러닝머신의 보다 효율적인 달리기 기능을 높이는데 별다른 효과가 없을 뿐만 아니라 운동기구와는 별개의 장치를 설치하는 것으로 사고의 위험이 높으며 전신을 이용해야 하는 달리기 운동의 효과가 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 아바타를 이용하거나 가상현실을 이용하여 운동의 효과를 높이기 위한 방법들이 있으나 이는 유산소 운동을 통한 체력 증진의 기본적인 기능을 향상시키기 보다는 단순히 사용자의 흥미와 재미를 유발시키는 역할을 할 뿐 현실성이 부족하고 모션베이스와 같은 시뮬레이터 기술을 접목한 경우에도 기능성에 비하여 제작 및 설치, 유지보수비용이 과다한 단점을 가지고 있었다.

특히 접촉식으로 운동자의 이동속도를 감지하여 트랙의 회전속도와 경사각을 자동으로 조절하여 주는 시스템의 경우 시스템적 오차로 인하여 실제 운동자의 속도와 일치하지 않아 운동의 효과를 저해하거나 트랙에서 운동자가 이탈되는 현상이 발생할 소지가 많으며 고정된 한 방향으로의 운동은 단순히 발을 구르는 동작에 의한 제자리 운동과 같아 실제로 지면을 달릴 때의 자세나 근육 사용방식과 다름으로 인하여 운동의 효과가 떨어지는 단점을 가지고 있었다.

따라서, 자발적인 흥미를 유도하여 규칙적이고 지속적인 유산소 운동이 가능한 운동시스템을 생활공간 내에 위치시킴으로서 지루함을 방지하고 운동의 집중력과 효과를 극대화함과 동시에 영상인식 및 고속의 영상처리 기술을 이용하여 가격대 성능비가 매우 우수한 모달리티의 운동시스템이 요구되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 트랙을 달리는 운동자의 모션을 비접촉식으로 트래킹하고 획득한 운동자의 속도와 진행방향에 따라 360°로 회전 가능한 트랙의 회전각도와 운전속도가 자동으로 조정되며 이미지 맵으로부터 읽어 들인 세그먼트 영상을 조합하여 실시간으로 생성한 영상을 8개의 스크린에 360°의 전방위 방향으로 디스플레이 함으로써 방향 전환에 따른 이동방향 변경, 등과 같이 실제 달리는 것과 동일하게 다양한 운동 행위가 가능한 전방위 운동시스템을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,

본 발명의 일실시예에 따른 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템은,

인식마크가 부착된 운동복과;

상기 운동복에 부착된 인식마크를 트래킹하기 위한 적어도 한 개 이상의 카메라와;

상기 카메라에 의해 트래킹된 운동자의 운동 상태를 분석하여 운동자의 회전 각도 및 회전 방향과 이동 속도 및 이동 거리를 주제어수단으로 전송하는 모션분석수단(200)과;

적어도 한 개 이상의 방향에 대하여 촬영한 정지 영상을 제공하는 이미지맵부(300)와;

상기 이미지맵부에 저장된 세그먼트 영상을 상기 모션분석수단에 의해 분석된 운동자의 운동 상태에 따라 실시간으로 조합하여 영상출력기에 전송하는 적어도 한 개 이상의 고속병렬연산처리부(400)와;

상기 고속병렬연산처리부에서 전송되는 영상을 스크린(30)에 출력하는 적어도 한 개 이상의 영상출력기(500)와;

상기 고속병렬연산처리부를 제어하는 주제어수단(600);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이상의 구성 및 작용을 지니는 본 발명인 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템은,

사용자가 실제와 같은 상황 속에서 직접 운동을 하는 것과 같은 현실감을 느낄 수 있으므로 운동에 대한 흥미와 집중력이 향상되어 지속적인 사용이 가능해 짐에 따라 운동효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

또한, 정지영상으로 구성된 이미지맵을 이용하여 각 화면에 출력될 영상을 운동자의 속도와 이동거리, 이동방향에 따라 실시간으로 구성하고 초당 24프레임의 속도로 동영상을 재생하는 기술을 제공함으로서 동영상 기반의 영상 출력시스템 분야에 디지털 영상처리기술과 접목된 새로운 모달리티를 제공할 수 있게 되어 다양한 영상 출력 분야에서 응용할 수 있게 된다.

또한, 유산소 운동을 위한 운동기구에 대한 수요의 상승에 따라 대상 시장의 지속적인 성장을 유발할 수 있으며 계속적인 데이터베이스 업그레이드 및 유지보수를 통한 부가적인 수익 창출을 제공할 수 있게 된다.

또한, 사용자가 본 발명의 운동시스템을 이용하여 운동을 할 때 운동자의 운동상태와 정보데이터를 저장하여 활용할 수 있기 때문에 운동자의 운동량, 운동주기 등을 비교해봄으로써, 운동선수의 운동능력을 체크할 수 있고, 재활운동이 필요한 환자의 경우 운동상태를 실시간으로 점검하고, 그 상태에 따라서 운동량을 조절하도록 함으로써, 환자에게 무리하지 않으면서도 충분한 재활운동을 유도할 수 있으며 매일 운동효과를 체크함으로써, 재활 치료계획을 세울 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템의 전체 블록도이다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템을 적용하기 위해서 운동복의 상의 전면과 상의 후면 및 하의 측면에 인식마크와 특징점이 부착되는 예를 나타낸 예시도이다.

도 3d 내지 도 3f는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템을 적용하기 위해서 상의에 부착된 인식마크의 수평성분에 의한 회전 각도와 회전방향을 획득하기 위한 방법을 나타낸 예시도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템의 스크린에 영사되는 8개의 구분된 화면 형태를 나타낸 예시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 전면카메라

110 : 측면카메라

200 : 모션분석수단

300 : 이미지맵부

400 : 고속병렬연산처리부

500 : 영상출력기

600 : 주제어수단

700 : 모터제어부

710 : 3축모터구동부

720 : 수직회전방향모터

730 : 수평모터

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템은,

인식마크가 부착된 운동복과;

상기 운동복에 부착된 인식마크를 트래킹하기 위한 적어도 한 개 이상의 카메라와;

상기 카메라에 의해 트래킹된 운동자의 운동 상태를 분석하여 운동자의 회전 각도 및 회전 방향과 이동 속도 및 이동 거리를 주제어수단으로 전송하는 모션분석수단(200)과;

적어도 한 개 이상의 방향에 대하여 촬영한 정지 영상을 제공하는 이미지맵부(300)와;

상기 이미지맵부에 저장된 세그먼트 영상을 상기 모션분석수단에 의해 분석된 운동자의 운동 상태에 따라 실시간으로 조합하여 영상출력기에 전송하는 적어도 한 개 이상의 고속병렬연산처리부(400)와;

상기 고속병렬연산처리부에서 전송되는 영상을 스크린(30)에 출력하는 적어도 한 개 이상의 영상출력기(500)와;

상기 고속병렬연산처리부를 제어하는 주제어수단(600);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 부가적인 양상에 따른 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템은,

상기 모션분석수단을 통해 획득되는 운동자의 회전 각도 및 회전 방향과 이동 속도 및 이동 거리를 이용하여 3축모터구동부를 제어하기 위한 모터제어부(700)와;

상기 모터제어부에 의해 트랙(20)에 구성된 수직회전방향모터(720)와 수평모터(730)를 구동시키는 3축모터구동부(710);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 운동복의 상의 전면과 상의 후면 및 하의 측면에 인식마크(10)를 부착하며,

상기 카메라는 운동자의 전면을 트래킹하기 위한 전면카메라(100)와,

운동자의 측면을 트래킹하기 위한 측면카메라(110)로 구성되어 상기 전면카메라를 통해 운동복의 상의 전면 혹은 상의 후면에 부착된 인식마크를 트래킹하며, 상기 측면카메라를 통해 운동복의 측면에 부착된 인식마크를 트래킹하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 하의 측면에는,

7개의 특징점으로 구성되는 인식마크를 부착하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 모션분석수단은,

운동자의 회전 방향과 회전각을 계산하기 위하여 운동복 상의에 부착된 인식마크의 수평 성분에 대한 방향 벡터를 분석하기 위한 회전방향회전각분석부와,

운동자의 이동 속도와 이동 거리를 계산하기 위하여 운동복 하의에 부착된 인식 마크의 가장 높은 곳에 위치한 중심점과 가장 낮은 곳에 위치한 끝점에 대한 수직 방향 분석에 따라 제자리 걸음과 실제 이동이 발생하는 운동을 구별하기 위한 운동구별부와,

상기 끝점이 트랙에서 올라가는 상향 운동의 시작점과 다시 트랙에 도달하는 하향 운동의 끝 지점과의 거리 분석에 따라 이동속도 및 이동거리를 계산하기 위한 이동속도거리계산부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 다른 양상에 따른 상기 모션분석수단은,

운동자의 회전 방향과 회전각을 계산하기 위하여 운동복 상의에 부착된 인식마크의 수평 성분에 대한 방향 벡터를 분석하기 위한 회전방향회전각분석부와,

운동자의 이동 속도와 이동 거리를 계산하기 위하여 운동복 하의에 부착된 인식 마크의 가장 높은 곳에 위치한 중심점과 가장 낮은 곳에 위치한 끝점에 대한 수직 방향 분석에 따라 제자리 걸음과 실제 이동이 발생하는 운동을 구별하기 위한 운동구별부와,

상기 끝점이 트랙에서 올라가는 상향 운동의 시작점과 다시 트랙에 도달하는 하향 운동의 끝 지점과의 거리 분석에 따라 이동속도 및 이동거리를 계산하기 위한 이동속도거리계산부로 구성되되, 획득된 운동자의 회전 방향과 회전각 및 이동 속도와 이동 거리를 주제어수단의 제어에 의하여 모터제어부에 전송하여 운동자의 상태에 따른 트랙의 움직임을 비접촉식으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 이미지맵부는,

사람이 걷는 속도를 기준으로 5.2cm/프레임으로 8개의 방향에 대하여 촬영한 정지영상을 저장하고 화면의 전환 속도를 거리로 맵핑하여 기준거리로 정렬된 정지영상을 고속병렬연산처리부로 전송하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 고속병렬연산처리부는,

전면으로 진행되는 전진에 대한 영상 출력을 위하여 운동자의 이동속도와 이동거리를 기준으로 임의의 거리에 대한 영상을 Bi-cubic Spline 방식의 보간법에 의하여 실시간으로 생성하여 진행거리와 일치되는 영상을 24프레임/초 단위로 출력하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템은,

영상출력기에서 출력하는 영상을 적어도 한 개 이상의 스크린(30)을 통해 디스플레이시키게 된다.

또한, 트랙(20)의 전면에는 운동자의 운동 전면을 촬영하기 위한 전면카메라(100)가 설치 구성되며, 측면에는 운동자의 운동 측면을 촬영하기 위한 측면카메라(110)가 설치 구성되게 된다.인식마크가 부착된 운동복을 입고 운동하는 사람을 운동자라 하며, 카메라는 상기 인식마크를 인식하여 궤적을 추적하는 카메라를 말한다.이때, 상기 인식마크를 추적하는 카메라의 구성 및 동작 원리는 이미 당업자들에게 널리 알려진 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

즉, 트랙을 달리는 운동자의 모션을 트래킹하고 획득한 운동자의 속도와 진행 방향에 따라 이미지맵부(300)로부터 읽어들인 세그먼트 영상을 조합하여 실시간으로 생성한 영상을 8개의 스크린을 이용하여 360°의 전방위 방향으로 디스플레이함으로써 방향 전환에 따른 이동방향 변경 등과 같이 실제 달리는 것과 동일하게 다양한 운동 행위가 가능한 특성을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에서는 8개의 스크린 및 해당 스크린에 각각 영상을 제공하기 위한 8개의 영상출력기 및 8개의 고속병렬연산처리부를 구성하고 있으나, 8 개의 갯수보다 적거나 많음은 설치 환경에 따라 변경되는 것은 누구나 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

또한, 운동자의 수직 방향으로 각 면에 대한 8개의 영상출력기를 설치하고 영상출력기와 스크린 사이의 비대칭 관계에 의한 기하학적인 영상 왜곡을 해소하고 정상적인 영상을 출력하기 위하여 비선형 비구면 렌즈를 구비하게 된다.

도 3a 내지 도 3c에 도시한 바와 같이, 본 발명의 시스템을 적용하기 위해서는 운동복의 상의 전면(도 3a)과 상의 후면(도 3b) 및 하의 측면(도 3c)에 인식마크(10)를 부착하게 된다.

이때, 상기 상의 전면과 상의 후면을 구분하기 위하여 인식마크의 형태를 달리하고 있음을 도면을 통해 알 수 있을 것이다.

또한, 운동자의 전면을 트래킹하기 위한 전면카메라(100)와, 운동자의 측면을 모니터링하기 위한 측면카메라(110)를 구성하여 상기 전면카메라를 통해 운동복의 상의 전면 혹은 상의 후면에 부착된 인식마크를 트래킹하며, 상기 측면카메라를 통해 운동복의 측면에 부착된 인식마크를 트래킹하게 되며, 해당 트래킹된 정보를 모션분석수단에 전송하여 모션에 대한 분석을 실행할 수 있도록 하게 하는 것이다.

한편, 상기 하의 측면에는 7개의 특징점으로 구성되는 인식마크를 부착하는 것을 특징으로 하는데, 이에 대한 설명은 하기에서 구체적으로 설명하도록 하겠다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템의 전체 블록도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템은,

상기 카메라는 운동자의 전면을 트래킹하기 위한 전면카메라(100)와,

운동자의 측면을 트래킹하기 위한 측면카메라(110)와,

상기 카메라들에 의해 트래킹된 운동자의 운동 상태를 분석하여 운동자의 회전 각도 및 회전 방향과 이동 속도 및 이동 거리를 주제어수단으로 전송하는 모션분석수단(200)과;

적어도 한 개 이상의 방향에 대하여 촬영한 정지 영상을 제공하는 이미지맵부(300)와;

상기 이미지맵부에 저장된 세그먼트 영상을 상기 모션분석수단에 의해 분석된 운동자의 운동 상태에 따라 실시간으로 조합하여 영상출력기에 전송하는 적어도 한 개 이상의 고속병렬연산처리부(400)와;

상기 고속병렬연산처리부에서 전송되는 영상을 스크린(30)에 출력하는 적어도 한 개 이상의 영상출력기(500)와;

상기 고속병렬연산처리부를 제어하는 주제어수단(600);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 모션분석수단은,

운동자의 회전 방향과 회전각을 계산하기 위하여 운동복 상의에 부착된 인식마크의 수평 성분에 대한 방향 벡터를 분석하기 위한 회전방향회전각분석부와,

운동자의 이동 속도와 이동 거리를 계산하기 위하여 운동복 하의에 부착된 인식 마크의 가장 높은 곳에 위치한 중심점과 가장 낮은 곳에 위치한 끝점에 대한 수직 방향 분석에 따라 제자리 걸음과 실제 이동이 발생하는 운동을 구별하기 위한 운동구별부와,

상기 끝점이 트랙에서 올라가는 상향 운동의 시작점과 다시 트랙에 도달하는 하향 운동의 끝 지점과의 거리 분석에 따라 이동속도 및 이동거리를 계산하기 위한 이동속도거리계산부를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 회전방향회전각분석부는 상의에 부착된 인식마크의 수평성분을 계속적으로 트래킹하고 웨이브렛 기반의 에지 검출 알고리즘을 적용하여 상의에 부착된 인식마크의 수평성분에 대한 외곽선의 에지(Edge)의 변화에 따른 면적변화를 계산함으로서 도 3d와 같이 회전각(θ)을 획득할 수 있게 된다.

즉, 도 3d에서 운동자의 회전에 따라 카메라에 촬영되는 상의에 부착된 인식마크의 수평성분의 Image Plane 상의 정사영은 y방향의 높이는 변화하지 않지만 x방향으로 폭이 A에서 식 1과 같이 A'로 변화되어 정상영의 전체면적은 식 2와 같이 축소되며 이에 따라 운동자의 회전에 의한 회전각을 식 3과 같이 구할 수 있다.

A' = A cosθ (식 1)

정사영의 전체면적 ( Area )= 2AB cosθ (식 2 )

회전각(θ) = (식 3)

또한, 운동자의 회전방향에 따라 도 3e 및 도 3f와 같이 상의에 부착된 인식마크의 수평성분은 방향성을 가지고 틀어지게 되며 이에 따라 상단면과 하단면의 에지(Edge)에 대한 방향 벡터를 계산함으로서 회전 방향을 결정할 수 있어 정면을 기준으로 좌측으로 회전할 경우 도 3e와 같이 xy의 기준좌표계로부터 양의 방향으로 x축이 이동하는 방향각을 가지는 θ1과 정면을 기준으로 우측으로 회전할 경우 도 3f와 같이 xy의 기준좌표계로부터 음의 방향으로 x축이 이동하는 방향각을 가지는 θ2를 획득하여 정확한 회전 방향을 얻을 수 있게 된다.

운동자의 이동속도는 7개의 특징점(11,12,13)으로 구성된 하의의 인식마크를 측정함으로써 이동 속도 및 보폭변화에 따른 이동거리를 정확하게 계산할 수 있는데, 특히 7개의 특징점 중 가장 높은 곳(대퇴부 상위)에 위치한 중심점과 가장 낮은 곳(발목)에 위치한 끝점을 이용하여 상기 운동구별부에 의해 운동 상태 중 중심점과 끝점에 대한 수직 방향 분석에 따라 제자리걸음과 실제 이동이 발생하는 운동을 구별하게 된다.

즉, 제자리걸음은 운동자의 다리가 올라가기 시작하는 상향운동의 시작 시점의 하단점 위치와 다리가 내려오기 시작하는 하향운동의 종료 시점의 하단점 위치가 같으며 이에 따라 한걸음의 운동이 종료되었을 때 상담점과 하단점이 수직을 이루고 양다리가 교차하여 움직이는 특징을 가진다.

또한, 실제 이동이 발생하는 운동은 제자리걸음과 달리 다리가 올라가기 시작하는 상향운동의 시작 시점의 하단점 위치와 다리가 내려오기 시작하는 하향운동의 종료 시점의 하단점 위치가 다르며 양 다리의 중심점이 동시에 움직이는 특징을 가진다.

따라서, 상기 이동속도거리계산부에 의하여 실제 이동이 발생하는 운동의 경우 다리가 올라가기 시작하는 상향운동의 시작 시점의 하단점 위치와 다리가 내려오기 시작하는 하향운동의 종료 시점의 하단점 위치의 거리를 연산함으로서 운동자의 정확한 이동거리를 획득할 수 있으며 상향운동의 시작으로부터 하향운동의 종료까지의 시간을 계산함으로서 운동자의 정확한 이동속도를 획득할 수 있다.

특히, 상기 모션분석수단에 의한 운동자의 회전각도 및 회전방향과 이동속도 및 이동거리의 연산과 획득은 이미지맵에 의하여 실시간으로 생성되는 출력 영상과 동기를 맞추기 위하여 초당 24회 이상 이루어진다.

한편, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 본 발명의 시스템은 상기 모션분석수단을 통해 획득되는 운동자의 회전 각도 및 회전 방향과 이동 속도 및 이동 거리를 이용하여 3축모터구동부를 제어하기 위한 모터제어부(700)와,

상기 모터제어부에 의해 트랙(20)에 구성된 수직회전방향모터(720)와 수평모터(730)를 구동시키는 3축모터구동부(710)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 모션분석수단을 통해 획득되는 운동자의 회전 각도 및 회전 방향과 이동 속도 및 이동 거리를 주제어수단의 제어에 의하여 모터제어부에 전송하여 운동자의 상태에 따른 트랙의 움직임을 비접촉식으로 제어할 수 있는 장점을 제공할 수 있게 된다.

상기 이미지맵부는 일반적으로 사람이 걷는 속도를 기준으로 5.2cm/프레임으로 8개의 방향에 대하여 촬영한 정지영상으로 구성하고 화면의 전환 속도를 측정된 운동자의 실제 이동거리로 맵핑하여 기준거리로 정렬된 정지영상을 고속병렬연산처리부로 전송하여 운동자의 모션트래킹 결과와 동기화시켜 출력시키게 된다.

또한, 영상 출력기에 의하여 스크린에 출력되는 영상은 사람의 착시현상을 이용하여 24프레임/초 단위로 영사하고 운동자의 이동속도와 이동거리 및 회전에 따른 임의의 거리에 대한 영상을 출력하게 된다.

상기 고속병렬연산처리부에서 전면으로 진행되는 전진에 대한 영상 출력은 운동자의 이동속도와 이동거리를 기준으로 임의의 거리에 대한 영상을 Bi-cubic Spline 방식의 보간법에 의하여 실시간으로 생성함으로써 정확하게 진행거리와 일치되는 영상을 24프레임/초 단위로 출력하게 된다.

따라서, 도 4에 도시한 바와 같이 고속병렬연산처리부에 의해 출력되는 영상이 스크린에 영사되는 화면은 8개의 구분된 화면이 파노라마 형태로 구성되며 회전의 경우 스크린 1을 운동자의 기준방향으로 보았을 때 운동자의 이동벡터에 따라 화면의 출력을 조정함으로써 이루어지고 운동자가 기준방향에서 θ만큼 회전하게 되면 스크린 1에 출력되던 영상이 수평방향으로 이동하게 된다.

영상의 수평이동을 위한 화면 조합은 기준방향을 중심으로 각 화면을 논리적 영역으로 설정하고 전체 파노라마 영상을 세로방향으로 구분된 세그먼트 영상으로 미세하게 나눔으로써 실제로 화면상의 굽을 길을 보고 진행방향을 변경한 운동자의 모션트래킹 결과에 따라 회전방향만큼 세그먼트 영상들을 수평 이동하는 것이며 이때 트랙과 연결된 수직회전방향모터에 의하여 트랙이 회전함으로써 운동자는 회전한 방향으로 계속 달릴 수 있도록 트랙이 유지되는 것이다.

또한, 고속병렬연산처리부는 고속의 영상처리를 수행하기 위하여 고성능 DSP와 FPGA가 결합된 하드웨어 기반 위에 적용된 병렬 연산 알고리즘에 의하여 작동하며 시스템 운영의 효율성을 위하여 무선 랜 방식의 데이터 전송 방식을 적용할 수 있다.

상기와 같은 구성 및 동작에 의하여 사용자가 실제와 같은 상황 속에서 직접 운동을 하는 것과 같은 현실감을 느낄 수 있으므로 운동에 대한 흥미와 집중력이 향상되어 지속적인 사용이 가능해 짐에 따라 운동효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명인 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템은,

사용자가 실제와 같은 상황 속에서 직접 운동을 하는 것과 같은 현실감을 느낄 수 있으므로 운동에 대한 흥미와 집중력이 향상되어 지속적인 사용이 가능해 짐에 따라 운동효과를 극대화시킬 수 있게 가상 운동머신 분야에 널리 유용하게 활용될 것이다.

또한, 환경적으로 외부에서의 달리기를 통한 유산소 운동이 불가능한 오지나 산간지역 또는 장기간 항해하는 선박에 설치하여 사용하는 등의 다양한 활용분야에서 신개념의 운동시스템으로서 새로운 시장을 개척하고 지속적으로 성장할 것으로 예상된다.

Claims (8)

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3. 운동자가 착용하며, 인식마크가 부착된 운동복과;

   상기 운동복에 부착된 인식마크를 트래킹하기 위한 적어도 한 개 이상의 카메라와;

   상기 카메라에 의해 트래킹된 인식마크의 움직임을 분석하여 운동자의 회전 각도 및 회전 방향과 이동 속도 및 이동 거리를 주제어수단으로 전송하는 모션분석수단(200)과;

   적어도 한 개 이상의 방향에 대하여 촬영한 정지 영상을 제공하는 이미지맵부(300)와;

   상기 이미지맵부에 저장된 세그먼트 영상을 상기 모션분석수단에 의해 분석된 운동자의 회전 각도 및 회전 방향과 이동 속도 및 이동 거리에 따라 실시간으로 한 개 이상의 방향에 대한 여러 개의 세그먼트 영상과 운동자의 회전 각도 및 회전 방향과 이동 속도 및 이동 거리에 맞게 조합하여 영상출력기에 전송하는 적어도 한 개 이상의 고속병렬연산처리부(400)와;

   상기 고속병렬연산처리부에서 전송되는 영상을 스크린(30)에 출력하는 적어도 한 개 이상의 영상출력기(500)와;

   상기 고속병렬연산처리부를 제어하는 주제어수단(600)과;

   상기 모션분석수단을 통해 획득되는 운동자의 회전 각도 및 회전 방향과 이동 속도 및 이동 거리를 이용하여 3축모터구동부(710)를 제어하기 위한 모터제어부(700)와;

   상기 모터제어부에 의해 트랙(20)에 구성된 수직회전방향모터(720)와 수평모터(730)를 구동시키는 3축모터구동부(710);를 포함하여 구성되되,

   상기 운동복의 상의 전면과 상의 후면 및 하의 측면에 인식마크(10)를 부착하며,

   상기 카메라는 운동자의 전면을 트래킹하기 위한 전면카메라(100)와,

   운동자의 측면을 트래킹하기 위한 측면카메라(110)로 구성되어 상기 전면카메라를 통해 운동복의 상의 전면 혹은 상의 후면에 부착된 인식마크를 트래킹하며, 상기 측면카메라를 통해 운동복의 측면에 부착된 인식마크를 트래킹하는 것을 특징으로 하는 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 하의 측면에는,

   7개의 특징점으로 구성되는 인식마크를 부착하는 것을 특징으로 하는 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 모션분석수단은,

   운동자의 회전 방향과 회전각을 계산하기 위하여 운동복 상의에 부착된 인식마크의 수평 성분에 대한 방향 벡터를 분석하기 위한 회전방향회전각분석부와,

   운동자의 이동 속도와 이동 거리를 계산하기 위하여 운동복 하의에 부착된 인식 마크의 가장 높은 곳에 위치한 중심점과 가장 낮은 곳에 위치한 끝점에 대한 수직 방향 분석에 따라 제자리 걸음과 실제 이동이 발생하는 운동을 구별하기 위한 운동구별부와,

   상기 끝점이 트랙에서 올라가는 상향 운동의 시작점과 다시 트랙에 도달하는 하향 운동의 끝 지점과의 거리 분석에 따라 이동속도 및 이동거리를 계산하기 위한 이동속도거리계산부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이미지맵과 모션트래킹을 이용한 전방위 운동시스템.
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