KR101091571B1 - 촉각 흐름 구현 기기 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 진동자를 이용한 촉각 흐름 구현 방법 및 이를 구현한 기기에 관한 것이다. 본 발명은 서로 다른 가속도를 가지는 진동자들을 구비하는 진동자 그룹; 및 진동자 그룹에 구비된 진동자 각각에 연결되어 있고, 촉각 지수(tactile gamma)와 촉각 흐름 속도가 반영된 인지적 요소를 결정하는 인지적 요소 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기를 제공한다. 본 발명에 따르면, 복수의 진동자의 진동 자극 세기를 조절하여 소망하는 인지적 이동 거리 등과 같은 인지적 요소를 정확히 구현할 수 있다.

Description

촉각 흐름 구현 기기 및 그 방법 {Apparatus and method for materializing tactile flow}

본 발명은 촉각 흐름 구현 기기 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 복수의 진동자를 이용한 촉각 흐름 구현 기기 및 그 방법에 관한 것이다.

진동에 의해 정보를 전달하는 기기, 예를 들어 휴대폰, 네비게이션 등과 같은 모바일 기기에는 사람의 손에 진동 촉각 피드백을 제공하기 위해 일반적으로 하나의 진동자가 들어 있다. 하지만 이로서는 촉각으로 다양한 정보를 전달하는 데에 한계가 있다. 앞으로는 두 개 혹은 그 이상의 진동자가 모바일 기기에 장착될 것이고, 이는 하나의 진동자를 사용했을 때에 비해 다양한 촉각 정보를 전달할 수 있을 것이다.

현재 모바일 기기에서 두 개의 진동자를 이용하여 발생시킬 수 있는 1차원 촉각 흐름 "tactile flow"에 대한 연구가 진행 중이다. 촉각 흐름이란 시간이 경과함에 따라 진동 감각이 공간적으로 흐름처럼 이동하는 듯한 느낌을 말한다. 이와 같은 촉각 흐름은 고정된 2개의 진동자의 진동 자극 세기를 조절하여 구현할 수 있는데, 한 쪽의 진동 자극 세기를 감소시키면서 다른 쪽의 진동 자극 세기를 증가시키는 방법으로 구현할 수 있다.

그러나, 사용자가 인지하는 이동 거리와 같은 인지적 요소와 진동 자극 세기의 조절과의 정확한 관계에 대해서는 아직 개시되고 있지 않다.

본 발명의 목적은 복수의 진동자를 이용한 촉각 흐름 구현 방법 및 이를 구현한 기기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 또한 복수의 진동자의 진동 자극 세기를 조절하여 소망하는 인지적 요소를 정확히 구현하는 방법 및 이를 구현한 기기를 제공하는 데 있다.

일 양태에 있어서, 복수의 진동자를 이용한 촉각 흐름 구현이 가능한 기기는, a₁(t)=a_max(t/T)^γ와 같은 가속도 a₁을 가지는 제1 진동자(여기서, γ는 촉각 지수, T=8/ν, ν는 촉각 흐름 속도이다); a₂(t)=a_max(1-t/T)^γ와 같은 가속도 a₂를 가지는 제2 진동자; 및 상기 제1 진동자 및 상기 제2 진동자에 연결되어 있고, 상기 촉각 지수 및 촉각 흐름 속도에 따라 인지적 요소가 결정되는 인지적 요소 결정부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 기기는 소망하는 인지적 요소에 대응하는 상기 촉각 지수 및 촉각 흐름 속도를 결정하여 상기 제1 진동자 및 상기 제2 진동자에 적용하도록 제어하는 인지적 요소 결정부를 더욱 포함한다.

상기 인지적 요소는 인지적 이동 거리, 인지 속도의 변화량, 인지 세기의 변화량 및 연속성에 관한 주관적 평가 중 적어도 하나이고, 상기 인지적 요소는 실험에 의해 결정된다. 여기서, 상기 인지적 이동거리 d는, 촉각 지수에 비례하고, 촉각 흐름 속도에는 반비례하고, 특히 d=4.32+0.264lnγ-0.146ν/γ에 의해 표현되고, 상기 인지 속도의 변화량 var_v_p는, var_v_p=0.391+0.106γ에 의해 표현되고, 상기 인지 세기의 변화량 var_i_p는, var_i_p=0.341+0.564γ에 의해 표현되고, 상기 연속성 정도 Conf_rating은, Conf_rating=4.01-0.730(lnγ)²에 의해 표현된다.

다른 일 양태에 있어서, 복수의 진동자를 이용한 촉각 흐름 구현 방법은, 소망하는 인지적 이동거리 d를 입력하는 단계; d=4.32+0.264lnγ-0.146ν/γ에 의해, 상기 입력된 인지적 이동 거리에 따라 촉각 지수 및 촉각 흐름 속도를 결정하는 단계(여기서, γ는 촉각 지수, T=8/ν, ν는 촉각 흐름 속도이다); 및 상기 결정된 촉각 지수 및 촉각 흐름 속도를 a₁(t)=a_max(t/T)^γ와 같은 가속도 a₁을 가지는 제1 진동자 및 a₂(t)=a_max(1-t/T)^γ와 같은 가속도 a₂를 가지는 제2 진동자에 적용하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 소망하는 인지적 이동 거리는 사용자의 입력에 의해 결정되거나 사용자의 특정 동작에 대응하여 유추된다.

본 발명에 따라 복수의 진동자의 진동 자극 세기를 조절하여 소망하는 인지적 이동 거리 등과 같은 인지적 요소를 정확히 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉각 흐름 구현 기기를 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 Funneling illusion과 Tactile Flow에 관한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 피실험자가 기기 모형을 손에 쥔 그림이다.
도 4는 두가지 진동 세기 조절 방식에 따른 시간에 따라 느껴지는 위치를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 지수 값에 따른 한 쪽 진동자의 세기 증가 형태를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 프로그램을 이용한 입력 예를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 흐름의 인지적 이동거리 d, 인지 속도의 변화량 δ_v, 및 인지 세기의 변화량 δ_i에 대한 정의를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 촉각적 흐름에 대해 평균 낸 결과를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 각각 촉각 지수와 촉각 흐름의 속도와 인지적 이동 거리와의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 흐름의 인지적 이동 거리에 대한 추정 모델을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 지수와 촉각 흐름 속도의 변화량과의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 지수와 촉각 흐름의 인지 세기의 변화량과의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 지수와 주관적 평가와의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉각 흐름 구현 방법을 도시한 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉각 흐름 구현 기기를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에 따르면, 촉각 흐름 구현 기기(100)는 적어도 두개의 진동자를 구비하는 진동자 그룹(110), 인지적 요소 결정부(120), 전원부(130) 및 주제어부(140)를 포함한다.

진동자 그룹(110)은 서로 다른 가속도를 가지는 진동자들로 구비된다. 바람직하게는, 진동자 그룹(110)은 제1 가속도를 가지는 제1 진동자 및 제2 가속도를 가지는 제2 진동자를 포함한다.

인지적 요소 결정부(120)는 진동자 그룹(110)에 구비된 진동자 각각에 연결되어 있고, 촉각 지수(tactile gamma)와 촉각 흐름 속도가 반영된 인지적 요소를 결정하는 기능을 수행한다.

인지적 요소 결정부(120)는 인지적 요소로 인지적 이동 거리, 인지 속도 변화량, 인지 세기 변화량 및 연속성 정도 중 적어도 하나를 결정한다. 상기에서, 인지적 이동 거리는 촉각 지수에 비례하고 촉각 흐름 속도에 반비례한다.

인지적 요소 결정부(120)는 인지적 이동 거리를 아래 수학식을 고려하여 결정한다.

[수학식]

d=4.32+0.264lnγ-0.146ν/γ

상기에서, d는 상기 인지적 이동 거리, γ는 촉각 지수, ν는 촉각 흐름 속도이다.

인지적 요소 결정부(120)는 인지 속도 변화량을 아래 수학식을 고려하여 결정한다.

[수학식]

var_v_p=0.391+0.106γ

상기에서, var_v_p는 상기 인지 속도 변화량, γ는 촉각 지수이다.

인지적 요소 결정부(120)는 인지 세기 변화량을 아래 수학식을 고려하여 결정한다.

[수학식]

var_i_p=0.341+0.564γ

상기에서, var_i_p는 상기 인지 세기 변화량, γ는 촉각 지수이다.

인지적 요소 결정부(120)는 연속성 정도를 아래 수학식을 고려하여 결정한다.

[수학식]

Conf_rating=4.01-0.730(lnγ)²

상기에서, Conf_rating은 상기 연속성 정도, γ는 촉각 지수이다.

인지적 요소 결정부(120)는 인지적 요소를 실험에 의해 결정한다.

전원부(130)는 촉각 흐름 구현 기기(100)를 구성하는 각 구성부에 전원을 공급하는 기능을 수행한다.

주제어부(140)는 촉각 흐름 구현 기기(100)를 구성하는 각 구성부의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다.

촉각 흐름 구현 기기(100)는 가속도 가정부(150)를 더욱 포함할 수 있다.

가속도 가정부(150)는 진동자 각각의 가속도, 예컨대 제1 가속도와 제2 가속도를 가정한다. 가속도 가정부(150)는 아래 수학식을 고려하여 제1 가속도와 제2 가속도를 가정한다.

[수학식]

a₁(t)=a_max(t/T)^γ

a₂(t)=a_max(1-t/T)^γ

상기에서, a₁(t)는 시간 t일 때 상기 제1 가속도, a₂(t)는 시간 t일 때 상기 제2 가속도, a_max는 최대 진폭에서의 가속도, γ는 촉각 지수, T=8/ν, ν는 촉각 흐름 속도이다.

촉각 흐름 구현 기기(100)는 계산부(160)와 진동자 제어부(170)를 더욱 포함할 수 있다.

계산부(160)는 결정된 인지적 요소로부터 촉각 지수와 촉각 흐름 속도를 계산하는 기능을 수행한다.

진동자 제어부(170)는 계산된 촉각 지수와 계산된 촉각 흐름 속도를 이용하여 진동자 그룹(110)에 구비된 진동자 각각을 제어하는 기능을 수행한다.

촉각 흐름 구현 기기(100)는 예컨대 모바일 기기로 구현될 수 있다.

본 실시예에 따른 촉각 흐름 구현 기기(100)를 이용하면 사람이 모바일 기기를 손에 쥐고 있을 때 사람에게 어떤 벡터에 대한 정보를 진동의 공간적 움직임을 이용해서 전달해 줄 수 있다. 두 개의 진동자가 실제로 움직이지 않고 고정된 상태에서 진동의 세기를 조절하면 공간적으로 움직이는 가상 진동 감각을 발생시킬 수 있으며, 이는 손바닥 위에 실제 진동자를 대고 진동자를 움직일 때의 느낌과 비슷한 느낌을 준다.

두 개의 진동자가 실제로는 움직이지 않고 고정된 상태에서 시간에 따라 두 진동의 세기를 조절하여 마치 하나의 실제 진동자를 움직인 것과 같은 효과를 내려고 한다. 뿐만 아니라, 이때 움직이는 진동 감각의 이동 거리를 조절하는 방법을 제시한다.

움직이는 듯한 가상 진동 감각("Tactile flow")은 "Funneling Illusion"을 이용하여 구현할 수 있다. 이 진동 감각의 이동 거리 조절은 두 진동의 시간에 따른 세기 조절 방식을 변화함으로써 가능해진다. 진동 세기 조절 알고리즘은 시간에 따라 변화하므로, 간단한 모델을 세워보면 t^γ의 형식을 띤다. γ 값의 변화에 따라 사람이 실제로 느끼는 가상 진동 감각의 이동 거리와의 관계를 사용자 실험을 통해 구하면 움직이는 가상 진동 감각의 이동 거리를 조절할 수 있다.

이는 모바일 기기의 UI에서 스크롤을 조작할 때 적용할 수 있다. 화면에 보이는 스크롤 바를 위에서 아래로 3cm 정도 내렸을 때, 가상 진동 감각을 위에서 아래로 3cm 정도 내려가게 발생시킴으로써 스크롤 바를 내렸을 때의 인식률을 극대화 할 수 있고 좀 더 실제적이고 직관적인 느낌을 받게 된다.

Funneling Illusion

Funneling illusion은 사람의 몸에 약간의 거리가 있는 두 개의 진동 감각을 동시에 주었을 때, 양 끝에서 발생하는 두 개의 진동으로 느껴지는 것이 아니라, 마치 중간 부분에서 하나의 진동이 발생하는 듯한 느낌을 받는 것을 말한다. 만일 두 진동 중에서 한 쪽의 세기가 세면 세기가 큰 부분에 가깝게 진동이 느껴진다. Funneling Illusion은 Phantom Sensation으로 불리기도 한다.

도 2의 (a)는 Funneling illusion에 관한 도면이다. 도 2의 (a)에서 노란 원이 모바일 기기에 부착된 진동자의 위치를 나타내며 원의 크기는 진동자에서 발생하는 진동의 세기를 나타낸 것이다. 점선으로 표시된 원이 사람이 느끼는 진동의 위치를 나타낸다.

공간적으로 움직이는 진동 감각(Tactile Flow)

도 2의 (b)는 Tactile Flow에 관한 도면이다. 도 2의 (b)에서 보는 바와 같이 Funneling Illusion을 이용하면 Tactile Flow을 구현할 수 있다. 두 진동 중에 한 쪽의 진동 세기는 감소시키고 동시에 다른 쪽의 진동 세기는 증가시켜 진동 감각이 공간적으로 이동하는 듯한 느낌(Tactile Flow)을 줄 수 있다.

Tactile Flow의 이동 거리 렌더링

Tactile Flow는 앞에 언급한 바와 같이 두 진동의 세기를 조절하여 발생시킨다. Tactile Flow를 발생시켰을 때 사람이 인지하는 이동 거리의 크기는 두 진동의 세기를 어떤 비율로 증가시키는지에 따라 바뀔 수 있다.

다양한 진동 세기 조절 방식(렌더링 방식)이 존재할 수 있는데, 우선 Linear로 증가하는 방식과 Log로 증가하는 방식을 고려해 볼 수 있다.

두 가지 세기 조절 방식(Linear, Log)으로 Tactile Flow를 발생시켰을 때, 시간에 따라 느껴지는 위치를 피실험자 10명(20~29세)을 대상으로 측정하였다.

도 3은 피실험자가 손에 핸드폰 모형을 쥔 모습을 보여주는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 피실험자는 핸드폰 모형을 손에 쥐고 시간에 따라 느껴지는 위치를 그래프로 표현하였다. 두 진동자의 거리는 8cm로 떨어져 있었다.

결과는 도 4의 그림과 같다. 도 4는 두가지 진동 세기 조절 방식에 따른 시간에 따라 느껴지는 위치를 도시한 그래프이다. 도 4에서 (a)는 Linear로 증가하는 방식에서의 시간에 따라 느껴지는 위치를 나타내며, (b)는 Log로 증가하는 방식에서의 시간에 따라 느껴지는 위치를 나타낸다.

도 4의 그래프에서 x축은 상대적인 시간을 나타내며 0은 진동이 시작하는 시점, 6은 진동이 끝나는 시점을 나타낸다. y축은 느껴지는 위치를 나타내며 0은 왼쪽에 붙어있는 진동자의 위치, 6은 오른쪽에 붙어있는 진동자의 위치를 말한다. 즉 y축에서 0과 6사이의 차이는 실제로 8 cm를 나타낸다.

위의 결과를 통해 하나의 가설을 세워 볼 수 있다.

a₁(t)=(a_max/T^γ)×t^γ

a₂(t)=(a_max/T^γ)×(T-t)^γ

위와 같이 두 진동자의 진폭을 변화시킬 때 γ값을 조절하면 시간에 따라 느껴지는 위치의 변화를 원하는 크기로 바꿀 수 있다. 상기에서, t는 Tactile Flow가 처음 울린 때부터 경과한 시간, T는 Tactile Flow가 울리기 시작할 때부터 끝날 때까지의 전체 시간이다.

위의 가설에 대한 구체적인 식을 세우는 것은 피실험자를 모집한 뒤 실험을 해야 얻을 수 있다. 현재 실험을 통해 얻은 결과는 γ이 1일 때(진폭이 Linear로 증가하는 방식)와 γ 값이 1/2과 가까울 때(진동자의 진폭의 세기가 Log로 증가하는 방식) 밖에 없다. γ 값을 다양한 값으로 변화시켜 피실험자를 통한 인지 실험을 하면 위의 가설에 대한 구체적인 식을 세울 수 있다. 세기 조절 방식과 움직이듯이 느껴지는 진동 감각의 이동 거리와의 관계식을 구하면 이를 이용해서 원하는 이동 거리만큼 움직이는 듯한 진동 감각을 렌더링할 수 있다.

현재 모바일 기기에서 두 개의 진동자를 이용하여 발생시킬 수 있는 1-D "tactile flow"에 대한 연구가 진행 중이다. Tactile flow란 시간이 경과함에 따라 진동 감각이 공간적으로 flow처럼 이동하는 듯한 느낌을 말한다. Tactile flow는 한 쪽의 진동 자극 세기를 감소시키고 다른 쪽의 진동 자극 세기를 증가시키는 방법으로 구현할 수 있다. 이 때 진동의 세기는 일정하게 증감시킬 수도 있고 Log 함수 형태로 증감시킬 수도 있다. 우리는 Linear 증가 방식과 Logarithm 증가 방식, 두가지 방식에 대한 Tactile flow의 인지 실험 결과, 진동 세기 조절 방식에 따라 tactile flow의 인지적 이동 거리 및 세기의 변화가 다르게 느껴진다는 사실을 알게 되었다. 이에 착안하여, 진동을 특정 차수에 비례하도록 증가시켜 보았더니 차수가 증가함에 따라 tactile flow의 인지적 이동 거리가 증가하고 세기의 변화도 커지는 경향이 있음을 확인하였다. 또한, 연구 결과 tactile flow의 속도(1~2cm/s) 역시 Tactile flow의 인지에 영향을 미쳤고, 속도가 늦어짐에 따라 tactile flow의 인지적 이동 거리가 증가하고 세기의 변화는 커졌다.

따라서, 진동 세기 증가 차수(이하, "tactile gamma") 및 tactile flow의 속도가 인지적으로 어떤 영향을 미치는지 알아보았다. 추후 어플리케이션 적용을 위해 인지적인 요소로 고려된 design variable들은 flow의 인지적 이동 거리, flow 인지 속도의 변화량, flow 인지 세기의 변화량, 그리고 '진동이 끊김없이 부드럽게 흐르는 듯한 느낌'이 나는지에 관한 주관적 평가이다.

본 발명에 의한 사용자가 인지하는 이동 거리와 같은 인지적 요소와 진동 자극 세기의 조절과의 관계는 피실험자를 동원한 실험에 의해 보다 정확하게 규명될 수 있다.

1. 실험 준비

Tactile flow의 tactile gamma 및 속도와 네가지 인지적 요소(flow의 인지적 이동 거리, flow 인지 속도의 변화량, flow 인지 세기의 변화량, 그리고 '진동이 끊김없이 부드럽게 흐르는 듯한 느낌'이 나는지에 관한 주관적 평가와의 관계를 알아보고 수식으로 도출한다(f(γ,ν)=k의 형태, γ는 tactile gamma, ν는 tactile flow의 속도, k는 인지적 요소).

촉각 흐름(tactile flow)은, 앞에서 언급한 바와 같이 두 진동자의 진동 자극 세기를 조절하여 구현할 수 있다. 즉, 하나의 진동자는 시간이 경과함에 따라 세기를 증가시키고, 다른 하나의 진동자는 시간이 경과함에 따라 세기를 감소시킨다.

먼저, 두 진동자의 가속도를 다음과 같이 가정한다.

a₁(t)=a_max(t/T)^γ 식 (1)

a₂(t)=a_max(1-t/T)^γ 식 (2)

여기서, a₁, a₂은 시간 t에서의 각각의 진동자의 가속도, T는 촉각 흐름에 사용된 전체 시간, a_max는 최대 진폭에서의 가속도, γ는 촉각 지수(tactile gamma), ν는 촉각 흐름 속도(velocity of tactile flow)를 나타낸다. 상기 두 식(즉, 식 (1)과 식 (2))에서 두 진동자의 시간에 따른 가속도의 변화는 T=8/ν로 두었을 때의 값이다.

두 개의 진동자는 8cm의 간격을 두고, 아크릴로 제작된 기기 모형의 한 면에 부착하였으며, 진동자는 LG Innotek 제품을 사용하였다.

이에 앞서, 진동자는 소망하는 가속도로 구동시키기 위해 세기 조정(intensity calibration)을 하였다. 가속도계를 이용하여 입력 전압에 해당하는 가속도 값을 측정하고, 이를 역연산하여 20 level의 가속도 값을 발생시키기 위한 입력 전압의 값을 구하였다. 20 level에 해당하지 않는 가속도 값을 발생시키기 위한 입력 전압의 값은 20 level의 가속도 값들을 인터폴레이션(interpolation)하여 추정하였다.

각 진동자에 구동한 최대 전압은 약 1.45V로, 모바일 기기 모형이 약 1.28 G로 진동하게 하는 정도로 하였다. 실험에 사용한 진동자는 최대 3V까지 전압을 인가할 수 있지만, 강도가 세지는 경우 촉각 흐름이 부드럽게 느껴지지 않고 adaptation이 빨리 되기 때문에, 파일럿(pilot) 실험을 통해 적정한 세기를 선정하였다. 또한, 각 진동자의 주파수는 공진 주파수에 가까운 175Hz로 고정하였다. 두 진동자의 frequency response를 측정해본 결과 공진주파수가 175Hz와 가까웠기 때문이다. 비록 PC에서 동시에 두 진동자를 구동시키지만 하드웨어나 소프트웨어의 문제로 두 진동이 약간의 시간차를 두고 시작될 수 있다. 이 경우, 두 진동이 만났을 때 위상의 차이가 생기고 파동의 간섭 효과로 인해 핸드폰 모형 전체가 울리는 세기를 감소시키게 된다. 따라서, 우리는 두 진동의 위상의 차이를 변경시켜 가면서 핸드폰 모형 전체가 가장 세게 울리는 위상 차이를 찾아내었고, 이를 이용하여 위상 차이를 보상하였다.

0.25, 0.5, 1, 2, 3, 4의 6개의 서로 다른 촉각 지수와 2, 3, 4cm/s의 3개의 서로 다른 촉각 흐름 속도를 조합하여 총 18가지의 촉각 흐름을 제작하였다. 여기서, 촉각 지수의 최소값은 방향성이 어느 정도 느껴지는 범위 내에서 정했고, 촉각 지수의 최대값은 끊기지 않고 흐르는 듯한 느낌이 발생하는 범위 내에서 정하였다. 흐름의 방향은 한 쪽으로 고정하여 기기 모형을 쥐었을 때(도 3 참조) 새끼손가락 쪽에서 검지손가락 쪽으로 촉각 흐름이 흘러가도록 하였다.

촉각 지수 값에 따른 한 쪽 진동자의 세기 증가 형태는 도 5에 굵은 실선으로 나타냈다. 즉, 촉각 지수가 1에 가까울 때에는 선형적으로 증가하고, 0.5일 때에는 로그 형태로 증가하는 것을 볼 수 있다. 도 5는 촉각 지수(tactile gamma)값에 따른 한쪽 진동자의 세기 증가 형태를 굵은 실선으로 보여주는 도면이다.

2. 실험 진행

피실험자에게 촉각 지수 6가지와 촉각 흐름 속도 3가지의 조합인 총 18가지의 촉각 흐름 중 하나를 무작위로 경험하게 하고, 이에 대한 시간별 인지 위치와 세기를 그래프로 작성하도록 하였으며, 각 촉각 흐름에 대해 진동 감각이 자연스럽고 끊김없이 흐르는 듯한 느낌이 나는 정도, 즉 연속성 정도를 0부터 6 사이의 값으로 표현하도록 하였다.

그래프 작성은 도 6에 도시된 MFC 입력 프로그램을 통해 하도록 하였는데, 피실험자는 'vibration' 버튼을 눌러 하나의 촉각 흐름을 경험하고 시간-위치 그래프를 작성한 후, 'reference+vibration' 버튼을 눌러 기준 진동과 촉각 흐름을 연이어 경험한 후 시간-세기 그래프를 작성하였다. 피실험자는 무한정 진동을 반복하여 경험할 수 있으며 그래프 작성시 마우스 클릭 또는 드래그를 이용하여 점을 찍을 수 있도록 하였다.

피실험자는 '진동 재생'을 눌러 18가지 중 하나의 촉각 흐름을 느낀 후 시간-위치 그래프를 작성하였다. 이때 y축의 0과 6은 진동자가 붙어있는 위치를 나타내고, x축의 0과 6은 촉각 흐름이 시작하는 시간과 끝나는 시간을 나타낸다. 시간-위치 그래프를 작성한 뒤 피실험자는 'Reference+진동'을 눌러 reference 진동과 촉각 흐름을 연이어 느낀 후 시간-세기 그래프를 작성하였다. Reference는 1초간 짧게 울렸다가 꺼지며, 촉각 흐름을 발생시킬 때 최대로 구동했던 전압인 1.45V로 구동하였다. 이를 시간-세기 그래프의 y축의 4로 설정하여 기준을 주고 이와 비교하여 촉각 흐름의 세기를 표현하도록 하였다. 기준 진동을 level 6이아니라 4로 정한 이유는 피실험자가 기준 진동보다 더 크게 세기를 인지할 수도 있음을 고려하였기 때문이다. 단, 이때 level 0부터 4 사이의 피실험자의 인지 level의 scaling과 level 4부터 6 사이의 scaling이 다를 수 있는데, pilot 실험 결과 대부분의 값이 4를 넘는 경우가 거의 없었기 때문에 큰 문제가 없을 것으로 예상하였다. 피실험자는 무한정 진동을 반복하여 느껴볼 수 있도록 하였다. 또한, 그래프 작성시 마우스로 클릭하여 점을 찍을 수 있으며 드래그를 통해서도 점을 찍을 수 있도록 하였다. 그래프의 해상력은 7×21으로, x축에서 수직으로 봤을 때 선 위에 7개의 다른 점을 찍을 수 있고, y축에서 수직으로 봤을 때 선 및 선과 선 사이의 3등분 지점에 21개를 찍을 수 있도록 하였다.

3. 데이터 분석

도 7의 (a)와 (b)는 인지적 요소, 예를 들어, 촉각 흐름의 인지적 이동 거리 d, 인지 속도의 변화량 δ_ν, 및 인지 세기의 변화량 δ_i에 대한 정의를 보여주는 도면이다. 상기에서 언급한 도면을 참조하여, 그 각각을 설명한다.

(1) 촉각 흐름의 인지적 이동 거리 d

촉각 흐름이 얼마나 많이 이동하는 것처럼 느껴지는지를 보기 위한 것으로서, 시간 축이 0일 때의 위치와 시간 축이 6일 때의 위치 차이의 절대값으로 구한다.

(2) 촉각 흐름의 인지 속도의 변화량 δ_ν

시간-위치 그래프의 각 시간 축에서 관찰된 인지 위치값(x_i; i = 0, 1, …, 6)과 선형 회귀선(f(t, p) = 0; t는 시간, p는 인지 위치) 사이의 유클리드언 거리 중 가장 큰 값, 즉 max||x_i-f(t,p)||로 정의한다. 이는, 파일럿 실험 결과 대부분의 피실험자들이 촉각 흐름의 인지 속도에 대하여 시작과 끝에서는 속도가 느리다가 중간 지점에서 빨라지거나 그렇지 않으면 전 구간에서 일정한 속도를 유지하는 것으로 인식하는 경향을 반영한 것으로, δ_ν를 통상적인 유클리디언 거리

로 정의하는 대신, max||x_i-f(t,p)||로 정의하였다.

(3) 촉각 흐름의 인지 세기의 변화량 δ_i

시간-세기 그래프에서 인지 세기의 최대값과 최소값의 차이, max(i_j)-min(i_j)로 정의하였다. 이는 촉각 흐름의 인지 세기에 대해 피실험자 대부분이 일정하다고 인식하거나, 그렇지 않으면 급격한 변동 없이 처음과 끝 시점을 비슷한 세기로 인식하고 중간 시점에서 좀 더 작은 세기로 인식하는 경향을 반영한 것이다.

촉각 흐름의 인지 속도의 변화량 δ_ν 및 촉각 흐름의 인지 세기의 변화량 δ_i은 촉각 흐름이 얼마나 일정한 속도와 세기로 이동하는 것처럼 인식하는지를 보기 위한 측정(measure)이며, 0에 가까울수록 촉각 흐름이 일정한 속도와 세기로 이동하는 것으로 인식한다는 것을 의미한다.

(4) 촉각 흐름의 연속성에 관한 주관적 평가 conf_rating

이는 진동 감각이 자연스럽고 끊김없이 흐르는 듯한 느낌이 나는가에 관한 신뢰도 평가이다. 이 값은 0부터 6까지이며 높을수록 그 정도가 크다는 것을 의미한다.

4. 결과

도 8은, 18가지의 각각의 촉각 흐름에 대한 피실험자들의 결과를 평균 낸 결과를 도시한 것이다. 이를 이용하여, 촉각 지수 γ, 및 촉각 흐름의 속도 ν와, 인지적 요소, 예를 들어, 촉각 흐름의 인지적 이동 거리 d, 인지 속도의 변화량 δ_ν, 및 인지 세기의 변화량 δ_i, 촉각 흐름의 연속성 정도 conf_rating 와의 관계식을 도출해 본다. 도 8에서 검은색 원은 인지 위치, 회색 삼각형은 인지 세기, x축은 시간, y축은 인지 위치 혹은 인지 세기를 각각 나타낸다.

(1) 촉각 흐름의 인지적 이동 거리(sensation movement distance) d

ANOVA 분석 결과, 독립 변수인 촉각 지수 γ, 및 촉각 흐름의 속도 ν는, 모두 d에 통계적으로 유의한 영향을 미쳤다(γ: F(5,45)=15.22, p<0.0001; ν: F(2,18)=0.90, p=0.4253). 각 독립 변수와 인지적 이동 거리와의 관계를 밝히기 위해 하나의 독립 변수 중 하나를 평균내어 나머지 하나의 독립 변수와 d와의 관계를 살펴보았다. 그 결과는 각각 촉각 지수 및 촉각 흐름의 속도(x축)와 인지적 이동 거리(y축)와의 관계를 보여주는 그래프인 도 9의 (a)와 (b)를 참조한다. 상기 도면에서 알 수 있는 바와 같이, d는 γ에는 로그 형태로 비례하며 증가하고, ν가 증가함에 따라서는 감소하는 경향을 나타낸다. 이러한 경향을 반영하여 구한 모델의 회귀 분석식은,

d=4.32+0.264lnγ-0.146ν/γ 식 (3)

일 때, R²=95.3%로 나타났으며, 이 모델은 도 10에 도시되어 있다. 도 10은 촉각 흐름의 인지적 이동 거리에 대한 추정 모델이다.

(2) 촉각 흐름의 인지 속도의 변화량(sensation movement velocity) var_v_p

ANOVA 분석 결과, var_v_p에 대해 촉각 지수는 통계적으로 유의한 영향을 미쳤으나, 촉각 흐름 속도는 그렇지 않았다(F(5,45)=4.70, p=0.0016; F(2,18)=2.32, p=0.1266). 촉각 흐름의 인지 속도의 변화량과 촉각 지수의 관계는 표준 오차(standard error)와 함꼐 도 11에 도시되어 있다. 도 11은 촉각 지수(x축)와 인지 속도의 변화량(y축)과의 관계를 나타낸 그래프로서, 회색 점선은 fitted line(var_ν_p=0.391+0.106γ, R²=0.996)이다. 도 11을 참조하면, var_v_p는 γ에 선형적으로 비례하여 증가함을 알 수 있다. 이러한 관계를 반영하여 구한 회귀분석식은

var_v_p=0.391+0.106γ 식 (4)

일 때, R²=99.6%로 나타났다.

(3) 촉각 흐름의 인지 세기의 변화량(sensation intensity variation) var_i_p

ANOVA 분석 결과, var_i_p에 대해 촉각 지수는 통계적으로 유의한 영향을 미쳤으나, 촉각 흐름 속도는 그렇지 않았다(F(5,45)=51.82, p<0.0001; F(2,18)=0.90, p=0.4253). 촉각 흐름의 인지 세기의 변화량과 촉각 지수의 관계는 표준 오차와 함께 도 12에 도시되어 있다. 도 12는 촉각 지수(x축)와 인지 속도의 변화량(y축)과의 관계를 나타낸 그래프로서, 회색 점선은 fitted line(var_i_p=0.341+0.564γ, R²=0.997)이다. 도 12를 참조하면, var_i_p는 γ에 선형적으로 비례하여 증가함을 알 수 있다. 이러한 관계를 반영하여 구한 회귀분석식은

var_i_p=0.341+0.564γ 식 (5)

일 때, R²=99.7%로 나타났다.

촉각 흐름의 인지 속도와 인지 세기는 모두 촉각 지수(tactile gamma) 값이 커질수록 변화가 컸다. 이는 촉각 지수 값이 낮을수록 일정한 속도와 세기로 촉각 흐름이 움직이는 것처럼 느낀다는 것을 말한다. 촉각 지수가 0과 같아지면 두 진동자에서 나오는 진동의 세기가 constant로 같기 때문에 당연한 결과라고 볼 수 있다.

(4) 촉각 흐름의 신뢰성 평가

ANOVA 분석 결과, 진동이 얼마나 끊김없이 흐르는 듯한 느낌이 나는지의 정도, 즉 연속성에 관한 주관적 평가에 대해 촉각 지수는 통계적으로 유의한 영향을 미쳤으나, 촉각 흐름 속도는 그렇지 않았다(F(5,45)=2.48, p=0.0454; F(2,18)=2.41, p=0.1180). 주관적 평가와 촉각 지수의 관계는 표준 오차와 함께 도 13에 도시되어 있다. 도 13은 촉각 지수(x축)와 confidence rating(y축)과의 관계를 나타낸 그래프로서, 회색 점선은 fitted line(Conf_rating=4.003+0.0314lnγ-0.7325(lnγ)², R²=0.9827)이다.

주관적 평가는 γ가 1에 가까울 때 가장 끊기지 않고 자연스럽게 흐르는 것으로 인지한다고 대답하였다. 주관적 평가와 γ와의 관계식을 구해보면, 회귀분석식이

Conf_rating=4.01-0.730(lnγ)² 식 (6)

일 때, R²=96.3%로 나타났다.

이와 같이, 촉각 지수와 촉각 흐름의 속도에 따라 인지적 이동 거리를 결정할 수 있는 식을 도출하였고, 촉각 지수의 인지 속도 및 인지 세기의 변화량, 촉각 흐름의 자연스러운 흐름 정도에 대한 주관적 평가에 영향을 미치는 인자에 대해 분석해 보았다. 영향을 미치는 인자는 촉각 지수이고, 촉각 흐름 속도는 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 촉각 흐름의 인지 속도 및 인지 세기의 변화량은 촉각 지수에 선형에 가깝게 비례하였고, 자연스러운 흐름에 대한 주관적 평가는 촉각 지수가 1에 가까울수록 높게 나타났다.

촉각 지수 값과 촉각 흐름의 속도를 조절하여 원하는 길이만큼 이동하는 촉각 흐름을 발생시킬 수 있게 되었다. 근본적으로 촉각 지수에 따라 이동 거리가 다르게 느껴지는 원인은 무엇일까? 처음 flow가 발생하는 순간에 각 진동자에 인가하는 전압은 모두 같음에도 불구하고 이의 인지 위치를 다르게 느끼는 이유는 아마도 temporal inhibition 효과에 의한 것으로 추측된다. 사람이 transient로 세기가 변하는 자극을 느꼈을 때 모든 순간의 변화를 감지하는 것이 아니라 특정 시간 간격 내에서 자극 정보를 축약하여 하나로 느낄 것이다. 즉, 최초로 느껴지는 자극이 temporal inhibition되고 이들이 phantom sensation을 일으켜 최초 인지 위치를 다르게 만들 것이다. 따라서, temporal inhibition이 일어나는 시간 간격을 알아내면 flow의 인지 이동 거리를 좀더 정확하게 렌더링할 수 있을것이다.

문제는 촉각 흐름의 quality, 즉 얼마나 일정한 속도 및 세기로 이동하고 끊김없이 자연스럽게 이동하는 것처럼 느껴지는가에 관한 것이다. 촉각 흐름의 속도는 촉각 흐름의 quality에 대해 큰 영향을 미치지 않았기 때문에 24cm/s의 속도로 발생하는 flow에 대해서는 속도에 대해 크게 고려하지 않아도 된다. 하지만 촉각 지수 값이 변함에 따라 촉각 흐름의 quality가 일정하지 않다는 단점이 있다. 촉각 지수가 낮을 때는 비교적 일정한 속도와 세기로 flow가 움직이는 것처럼 느껴지지만 촉각 지수가 증가할수록 일정하지 않게 느껴진다. 촉각 지수가 증가하게 되면 진동이 한쪽 끝에서 느껴졌다가 사라지고 다른쪽 끝에서 갑자기 나타나는 듯한 느낌을 강하게 받게 된다. 따라서, 항상 똑같은 flow의 느낌을 제공하면서 인지되는 이동거리만 바꾸는 것은 촉각 지수를 바꾸는 방식으로는 불가능하다. 하지만 항상 똑같은 flow의 느낌을 줄 필요가 없이 이동 거리 정보만 제공하면 되는 어플리케이션에 유용하게 쓰일 수 있을 것이다. 오히려 다른 flow 느낌을 제공하여 더 그럴 듯한 느낌을 주는 예를 꼽을 수도 있는데, 바로 공을 던지는 모습을 표현하는 경우이다. 촉각 지수가 증가하게 되면 진동이 한쪽 끝에서 느껴졌다가 사라지고 다른 쪽 끝에서 갑자기 나타나는 듯한 느낌이 난다고 했는데, 이는 공을 상대적으로 멀리 던졌을 때 시각적으로 처음에 빠르게 공이 날아가는 것이 보이고 중간 지점에서는 잘 보이지 않다가 다시 공이 떨어지는 순간에 빠르게 낙하하는 것이 보이는 것과 유사하므로 촉각 흐름으로 비슷한 감각을 표현할 수 있을 것이다. 굳이 일정한 속도와 세기로 flow가 움직이는 듯한 느낌이 필요한 어플리케이션에 적용할 때에는 촉각 지수를 0.5 이상 3 이하인 범위로 쓰는 것이 좋을 것이다. 촉각 지수가 이 범위를 벗어나면, 진동이 흐르는 듯한 느낌이 나는가에 대한 rating이 상대적으로 낮았고, 촉각 지수가 3 이상이면 flow의 인지적 속도와 세기가 다소 일정하지 못하기 때문이다.

촉각 흐름의 촉각 지수 및 속도와 인지적 이동 거리와의 관계를 수식으로 도출하였다. 또한, 촉각 지수가 증가함에 따라 촉각 흐름의 인지 속도 및 세기의 비균일성이 선형과 가깝게 증가하였다. 그리고, 사람들은 촉각 지수가 1과 가까울수록 촉각 흐름에 대해 끊기지 않고 흐르는 듯한 감각처럼 느꼈다. 촉각 흐름의 속도는 촉각 흐름의 인지 속도 및 세기의 비균일성에 영향을 미치지 않았다.

이번 실험을 통해 촉각 흐름의 촉각 지수 및 속도와 인지적 이동 거리와의 관계를 수식으로 도출하였으나 이 수식을 실제로 적용하기 위해서는 신뢰성의 검증이 필요하다. 일반적으로 촉각 흐름의 속도를 고정시킨 상태에서 촉각 지수의 값을 변화시켜 인지적 이동 거리를 변화시키는 것이 편하므로 이런 방식으로 적용된다고 가정했을 때, 이번 실험에서는 주어진 촉각 흐름의 속도에 대해 촉각 지수 값의 변화에 따른 인지적 이동 거리를 확인한 셈이다. 따라서 역으로, 주어진 촉각 흐름의 속도에서 원하는 인지적 이동 거리를 발생시키고 싶을 때 요구되는 촉각 지수의 값은 무엇인지 확인해볼 필요가 있다. 이런 검증 과정을 거치면 수식의 신뢰성을 보장할 수 있을 것이다.

나아가서, 촉각 지수를 조절하는 방식이 아닌 다른 방식으로 인지적 이동 거리를 변화시키는 방식을 찾는 연구가 필요하다. 촉각 지수를 조절하는 방식은 촉각 지수 값이 변화함에 따라 촉각 흐름의 quality가 변화하는데, quality가 변화하지 않는 다른 변화 방식을 찾아볼 필요가 있다. 이는 단순히 증가 함수의 형태를 변형시키는 방법으로는 찾기 힘들어 보이고 측정을 거쳐서 일정한 quality를 만족하는 촉각 흐름을 찾는 것이 바람직한 방법이다. 혹은 flow에 대한 사람의 인지적 이동 거리에 대한 인지심리학적인 이해를 바탕으로 flow의 인지적 이동 거리에 영향을 미치는 요소를 찾아내고, 이에 대해 사용자 실험을 하여 검증하는 방법이 있다. 이를 통해 원하는 quality를 보장하면서 인지적 이동 거리도 변경 가능한 flow를 발생시키는 알고리즘을 찾을 수 있을 것이다.

다음으로, 촉각 흐름 구현 기기(100)의 촉각 흐름 구현 방법에 대해 설명한다. 도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 촉각 흐름 구현 방법을 도시한 순서도이다. 이하 설명은 도 14를 참조한다.

먼저, 인지적 요소 결정부(120)가 서로 다른 가속도를 가지는 진동자들을 이용하여 촉각 지수(tactile gamma)와 촉각 흐름 속도가 반영된 인지적 요소를 결정한다(S10). 인지적 요소 결정부(120)는 인지적 요소로 인지적 이동 거리, 인지 속도 변화량, 인지 세기 변화량 및 연속성 정도 중 적어도 하나를 결정한다. 인지적 요소 결정부(120)는 사용자에 의해 입력된 값이나 사용자의 동작에 대응하여 유추된 값을 이용하여 인지적 이동 거리를 결정한다.

이후, 계산부(160)가 결정된 인지적 요소로부터 촉각 지수와 촉각 흐름 속도를 계산한다(S20).

이후, 진동자 제어부(170)가 계산된 촉각 지수와 촉각 흐름 속도를 이용하여 진동자 각각을 제어한다(S30).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은, 복수의 진동자를 이용하여 촉각 흐름 구현이 가능한 기기에는 어디든지 적용 가능하다.

즉, 본 발명에서 가정한 특성을 가진 복수의 진동자를 구비하고 있고, 실험에 의해 도출된, 촉각 지수 및 촉각 흐름 속도와 상기에서 언급한 인지적 요소와의 관계식을 적용하여 이를 결정할 수 있는 인지적 요소 결정부를 포함하고 있는 기기를 포함한다. 또한, 인지적 요소 결정부는, 소망하는 인지적 요소에 대응하는 상기 촉각 지수 및 촉각 흐름 속도를 결정하여, 상기 제1 진동자 및 상기 제2 진동자에 적용하도록 제어한다. 이로써, 소망하는 인지적 이동거리를 구현하기 위해 촉각 지수 및 촉각 흐름 속도를 조절할 수 있게 되는 것이다.

다시 말하면, 소망하는 인지적 이동거리 d에 해당하는 촉각 흐름을 발생시키기 위해, 본 발명의 관계식을 이용하여 촉각 지수 및 촉각 흐름 속도를 결정하고, 이를 복수의 진동자에 적용할 수 있는 기능을 구비한 기기도 포함된다. 이 때, 소망하는 인지적 이동거리는, 사용자가 직접 입력하거나, 또는 사용자의 특정 동작에 대응하여 유추될 수 있다.

여기서, 상기 인지적 요소 결정부 및 소망하는 인지적 이동거리 d에 해당하는 촉각 흐름을 발생시키기 위해, 본 발명의 관계식을 이용하여 촉각 지수 및 촉각 흐름 속도를 결정하고, 이를 복수의 진동자에 적용할 수 있는 기능은, 별도의 어플리케이션으로 존재하여 본 발명에 따른 기기에 내장되어 있는 내부 메모리에 탑재될 수 있다. 또한 상기 인지적 요소 결정부 및 소망하는 인지적 이동거리 d에 해당하는 촉각 흐름을 발생시키기 위해, 본 발명의 관계식을 이용하여 촉각 지수 및 촉각 흐름 속도를 결정하고, 이를 복수의 진동자에 적용할 수 있는 기능은 통상의 제어부 및/또는 진동자 구동부의 일부로 구현될 수도 있다.

보다 구체적인 응용 예를 들어 보면, 모바일 기기에서 스크롤 바를 조작할 때, 스크롤 바를 움직인 길이와 동일하게 움직이는 촉각 흐름을 발생시킬 수 있다. 만약 디스플레이에 보이는 스크롤 바를 3cm 만큼 위에서 아래로 내리면 움직이는 가상 진동 감각 역시 위에서 아래로 3cm 만큼 내려가는 느낌을 받게 된다. 화면을 보지 않고 가상 진동 감각만으로 스크롤 조작을 해도 자신이 스크롤을 어느 정도 움직였는지 알 수 있게 해 준다.

다른 예는, 시각 장애인용 도보 네비게이션에서 찾을 수 있다. 진동자는 사각형 형태의 휴대가능한 크기를 가지는 네비게이션의 대칭하는 네 지점, 예를 들어, 상, 하, 좌, 우에 배치되어 있다. 사용자가 우선 목적지를 입력하면 네비게이션은 최단 거리 및/또는 안전한 길을 찾아 이에 따라 안내한다. 목적지가 전방으로 멀리 있으면 아래에서 위로 움직이는 촉각 흐름이 수 초 간격으로 발생한다. 위쪽으로 계속 가다가 왼쪽으로 꺽어야 하는 부분에 가까워질수록 아래에서 위로 움직이는 촉각 흐름의 이동거리는 짧아진다. 그러다가 어느 순간부터 아래에서 위로 짧게 움직이는 촉각 흐름과, 오른쪽에서 왼쪽으로 길게 움직이는 촉각 흐름이 번갈아서 발생하게 된다. 이 때가 바로 왼쪽으로 방향을 바꿔야 하는 순간이며, 사용자는 이를 인식하여 왼쪽으로 돌아 이동하게 된다. 네비게이션은 방위의 변화를 인식하고 좌우의 진동은 사항의 진동으로 변경되게 된다. 이런 방식으로 시각 장애인은 목적지까지 무사히 도달할 수 있게 된다.

또 다른 예는, 모바일 기기 등에서 동작하는 야구 게임 등에 적용하면 훨씬 더 실감나게 게임을 즐길 수 있다. 타자가 공을 치는 순간 공이 날아가는 거리에 따라 진동 피드백을 제공한다. 예를 들어, 타자가 번트를 치면 아래에서 위로 짧게 움직이는 진동을 발생하고, 홈런을 치면 아래에서 위로 아주 길게 움직이는 진동이 발생하게 하는 것이다. 일정한 속도와 세기의 촉각 흐름을 필요로 하는 어플리케이션에서는 촉각 지수를 0.5 이상 3 이하의 범위에서 사용하는 것이 바람직할 것이다. 촉각 지수가 이 범위를 벗어나면, 촉각 흐름의 연속성에 관한 주관적 평가가 상대적으로 낮았고, 촉각 지수가 3 이상이면 촉각 흐름의 인지적 속도와 세기가 일정하다고 인식하지 못하기 때문이다.

즉, 촉각 지수가 커지면, 진동이 한 쪽 끝에서 느껴졌다가 사라지고 다른 쪽 끝에서 갑자기 나타나는 듯한 느낌을 강하게 받게 되는 것이다. 예를 들어, 공을 멀리 던지거나 홈런을 칠 때 처음에는 시각적으로 빠르게 공이 날아가는 것이 보이고, 중간 지점에서는 잘 보이지 않다가 다시 공이 떨어지는 순간에 빠르게 낙하하는 것이 보이는 것과 유사하므로, 이와 같이 일정한 속도와 세기로 촉각 흐름을 제공할 필요가 없이 이동 거리 정보만 제공하면 되는 어플리케이션에는 이러한 특성을 유용하게 사용할 수 있을 것이다.

핸드폰에서 작동되는 골프 게임을 만들 때, 골프채로 공을 쳤을 때 공이 날아가는 진동 감각을 거리 정보와 함께 구현할 수 있다. 멀리 치는 드라이브 같은 경우 이동 거리가 길게 느껴지는 Tactile Flow를 발생시키고, 거리가 짧은 퍼팅은 이동 거리가 짧게 느껴지는 Tactile Flow를 발생시킨다.

Claims (15)

1. 서로 다른 가속도를 가지는 진동자들을 구비하는 진동자 그룹; 및
   상기 진동자 그룹에 구비된 진동자 각각에 연결되어 있고, 촉각 지수(tactile gamma)와 촉각 흐름 속도가 반영된 인지적 요소를 결정하는 인지적 요소 결정부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동자 그룹은,
   제1 가속도를 가지는 제1 진동자; 및
   제2 가속도를 가지는 제2 진동자
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 가속도 또는 상기 제2 가속도를 가정하는 가속도 가정부
   를 더욱 포함하며,
   상기 가속도 가정부는 아래 수학식을 고려하여 상기 제1 가속도 또는 상기 제2 가속도를 가정하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
   [수학식]
   a₁(t)=a_max(t/T)^γ
   a₂(t)=a_max(1-t/T)^γ
   상기에서, a₁(t)는 시간 t일 때 상기 제1 가속도, a₂(t)는 시간 t일 때 상기 제2 가속도, a_max는 최대 진폭에서의 가속도, γ는 촉각 지수, T=8/ν, ν는 촉각 흐름 속도이다.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 결정된 인지적 요소로부터 상기 촉각 지수와 상기 촉각 흐름 속도를 계산하는 계산부; 및
   상기 계산된 촉각 지수와 상기 계산된 촉각 흐름 속도를 이용하여 상기 진동자 그룹에 구비된 진동자 각각을 제어하는 진동자 제어부
   를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 인지적 요소 결정부는 상기 인지적 요소로 인지적 이동 거리, 인지 속도 변화량, 인지 세기 변화량 및 연속성 정도 중 적어도 하나를 결정하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 인지적 이동 거리는 상기 촉각 지수에 비례하고 상기 촉각 흐름 속도에 반비례하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 인지적 요소 결정부는 상기 인지적 이동 거리를 아래 수학식을 고려하여 결정하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
   [수학식]
   d=4.32+0.264lnγ-0.146ν/γ
   상기에서, d는 상기 인지적 이동 거리, γ는 촉각 지수, ν는 촉각 흐름 속도이다.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 인지적 요소 결정부는 상기 인지 속도 변화량을 아래 수학식을 고려하여 결정하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
   [수학식]
   var_v_p=0.391+0.106γ
   상기에서, var_v_p는 상기 인지 속도 변화량, γ는 촉각 지수이다.
9. 제 5 항에 있어서,
   상기 인지적 요소 결정부는 상기 인지 세기 변화량을 아래 수학식을 고려하여 결정하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
   [수학식]
   var_i_p=0.341+0.564γ
   상기에서, var_i_p는 상기 인지 세기 변화량, γ는 촉각 지수이다.
10. 제 5 항에 있어서,
    상기 인지적 요소 결정부는 상기 연속성 정도를 아래 수학식을 고려하여 결정하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
    [수학식]
    Conf_rating=4.01-0.730(lnγ)²
    상기에서, Conf_rating은 상기 연속성 정도, γ는 촉각 지수이다.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉각 흐름 구현 기기는 모바일 기기인 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 인지적 요소 결정부는 상기 인지적 요소를 실험에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 기기.
13. (a) 서로 다른 가속도를 가지는 진동자들을 이용하여 촉각 지수(tactile gamma)와 촉각 흐름 속도가 반영된 인지적 요소를 결정하는 단계;
    (b) 상기 결정된 인지적 요소로부터 상기 촉각 지수와 상기 촉각 흐름 속도를 계산하는 단계; 및
    (c) 상기 계산된 촉각 지수와 상기 계산된 촉각 흐름 속도를 이용하여 진동자 각각을 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 상기 인지적 요소로 인지적 이동 거리, 인지 속도 변화량, 인지 세기 변화량 및 연속성 정도 중 적어도 하나를 결정하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 사용자에 의해 입력된 값이나 사용자의 동작에 대응하여 유추된 값을 이용하여 상기 인지적 이동 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 촉각 흐름 구현 방법.

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