KR101239370B1 - 가상 환경의 햅틱 속성의 정의를 통한 촉각 정보 표현 방법 및 촉각 정보 전송 시스템 - Google Patents
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Abstract
가상 환경의 햅틱 속성의 정의를 통한 촉각 정보 표현 방법 및 촉각 정보 전송 시스템이 제공된다. 상기 가상 환경의 햅틱 속성의 정의를 통한 촉각 정보 표현 방법은, 가상 환경 및 상기 가상 환경에 대응하는 촉감 및 역감 정보를 포함하는 촉각 정보를 전송하여, 촉감 장치 및 역감 장치를 포함하는 촉각 기기를 통한 촉각 정보 표현 방법에 있어서, 상기 가상 환경의 햅틱 속성을 정의하는 단계, 상기 가상 환경에 대한 터치 여부를 감지하는 단계, 상기 가상 환경에 대한 터치가 감지될 경우, 상기 정의된 가상 환경의 햅틱 속성을 기준으로, 상기 감지에 대응하는 피드백 촉각 정보를 제공하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 촉각 기술에 관한 것으로, 상세하게는 오디오-비디오 멀티미디어에 촉각을 부가하여 사용자로 하여금 현실감을 느끼게 하는 촉각 정보 표현 방법 및 전송 시스템에 관한 것이다.
종래의 MPEG와 같은 오디오-비디오 기반의 표준들이 진행된 바 있으나, 이는 어디까지나 시각적 청각적 감각을 전달하는 데에 불과하였으며, 사용자가 촉감에 의하여 몰입감을 느낄 수 있는 효과는 제공하지 못하였다. 또한, 햅틱 기술이 휴대폰, 의료 기기, 게임 등에 일부 채용되고 있기는 하지만, 이와 같이 오디오-비디오 스트림에 햅틱 기술을 적용하기 위하여는 많은 기술적인 문제점들이 해결되어야 하므로 햅틱 기술을 영화, TV 프로그램과 같은 오디오/ 비디오 스트림 및 다양한 가상환경에 적용하기에는 어려움이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 가상 환경의 햅틱 속성을 정의함으로써, 사용자에게 보다 현실감 있는 멀티미디어를 제공하는 촉감 정보 표현 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는 가상 환경의 햅틱 속성을 정의함으로써, 사용자에게 보다 현실감 있는 멀티미디어를 제공하는 촉감 정보 표현 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 가상 환경의 햅틱 속성의 정의를 통한 촉각 정보 표현 방법은, 가상 환경 및 상기 가상 환경에 대응하는 촉감 및 역감 정보를 포함하는 촉각 정보를 전송하여, 촉감 장치 및 역감 장치를 포함하는 촉각 기기를 통한 촉각 정보 표현 방법에 있어서, 상기 가상 환경의 햅틱 속성을 정의하는 단계, 상기 가상 환경에 대한 터치 여부를 감지하는 단계, 상기 가상 환경에 대한 터치가 감지될 경우, 상기 정의된 가상 환경의 햅틱 속성을 기준으로, 상기 감지에 대응하는 피드백 촉각 정보를 제공하는 단계를 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 가상 환경의 햅틱 속성의 정의를 통한 촉각 정보 전송 시스템은, 가상 환경 및 상기 가상 환경에 대응하는 촉감 및 역감 정보를 포함하는 촉각 정보를 전송하는 수단, 촉감 장치 및 역감 장치를 포함하는 촉각 기기를 통한 촉각 정보 표현 시스템에 있어서, 상기 가상 환경의 햅틱 속성을 정의하는 수단, 상기 가상 환경에 대한 터치 여부를 감지하는 수단, 상기 가상 환경에 대한 터치가 감지될 경우, 상기 정의된 가상 환경의 햅틱 속성을 기준으로, 상기 감지에 대응하는 피드백 촉각 정보를 제공하는 수단을 포함한다.
가상 환경의 햅틱 속성을 정의함으로써, 사용자에게 보다 현실감 있는 멀티미디어를 제공하는 촉감 정보 표현 방법을 제공할 수 있다.
또 다른 효과는, 가상 환경의 햅틱 속성을 정의함으로써, 사용자에게 보다 현실감 있는 멀티미디어를 제공하는 촉감 정보 표현 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 구동자를 포함하는 촉감 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역감 정보를 제공하는 역감 장치의 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 햅틱 텍스쳐를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구동자 어레이 및 이에 대응하는 촉감 비디오를 도시한 도면이다.
도 6은 비디오를 바탕으로 하여 촉감 비디오를 생성한 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 MPEG-4에서 장면 기술자의 MovieTexture 노드의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8은 촉감 정보 표현을 위한 TactileDisplay 노드를 나타낸 도면이다.
도 9는 TactileDisplay 노드를 MovieTexture 노드와 연결하여 촉감 비디오 객체를 정의하는 것을 나타낸 도면이다.
도 10은 촉감 정보 표현을 위한 TactileDisplayTexture 노드를 나타낸 도면이다.
도 11 및 도 12는 역감 정보 표현을 위한 Kinesthetic 노드를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 촉각 정보 전송 시스템에 대한 블록도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 가상 환경의 햅틱 속성을 기준으로 피드백 촉감 정보를 제공하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 역감 정보를 제공하는 역감 장치의 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 햅틱 텍스쳐를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 구동자 어레이 및 이에 대응하는 촉감 비디오를 도시한 도면이다.
도 6은 비디오를 바탕으로 하여 촉감 비디오를 생성한 일 예를 도시한 도면이다.
도 7은 MPEG-4에서 장면 기술자의 MovieTexture 노드의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8은 촉감 정보 표현을 위한 TactileDisplay 노드를 나타낸 도면이다.
도 9는 TactileDisplay 노드를 MovieTexture 노드와 연결하여 촉감 비디오 객체를 정의하는 것을 나타낸 도면이다.
도 10은 촉감 정보 표현을 위한 TactileDisplayTexture 노드를 나타낸 도면이다.
도 11 및 도 12는 역감 정보 표현을 위한 Kinesthetic 노드를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 촉각 정보 전송 시스템에 대한 블록도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 가상 환경의 햅틱 속성을 기준으로 피드백 촉감 정보를 제공하는 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"는 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
도 1은 구동자를 포함하는 촉감 장치를 도시한 도면이다. 도 2는 역감 장치를 도시한 도면이다. 또한, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 햅틱 텍스쳐를 나타내는 도면이다. 아바타 또는 가상객체 표면의 거칠기(roughness)를 표현하기 위해 힘이 사용자에게 전해지기 전 햅틱 텍스쳐에 의한 섭동(perturbated) 된 힘이 계산되어 사용자에게 전달된다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 촉감 장치(100)는 촉감 제시부(120,130), 구동자(200) 및 기기 송수신부(350)를 포함한다. 또한, 역감 장치(150)는 역감 정보를 사용자에게 제시하는 다수의 엑츄에이터(미도시)로 구성될 수 있다.
촉각은 진동, 열, 전류를 포함하는 촉각 정보인 촉감과 힘, 토크, 강성을 포함하는 촉각 정보인 역감으로 대별될 수 있다. 이 촉감 정보 및 역감 정보를 포함하는 개념이 감각 정보(sensory information)이다. 또한, 촉감을 제시하는 장치가 촉감 장치이고, 역감을 제시하는 장치가 역감 장치이며, 이 촉감 장치와 역감 장치를 포함하여 촉각 기기라고 칭할 수 있다.
그리고, 역감은 수동 움직임의 효과에 관한 역감 데이터와 능동 움직임의 효과에 관한 역감 데이터로 구분할 수 있다. 이 구분은 사용자측면을 기준하여 정의한 것으로, 수동 움직임의 효과는 사용자가 촉각 기기를 장착하면, 기 생성된 촉각 정보가 촉각 기기를 통해 사용자에게 제공되는 것을 말한다. 반면에, 능동 움직임 효과란, 촉각 기기를 장착한 사용자가 자신의 의지로 객체를 터치하면, 객체에 설정된 촉각 정보가 촉각 기기를 통해 제공되는 것을 의미한다.
촉감 제시부(120,130)는 좌/우 촉감 제시부를 포함하며, 이 촉감 제시부에(120,130)는 다수의 구동자(200)가 배치될 수 있다. 촉감 제시부(120,130)는 장갑 형태로 구현하여 사용자가 손에 착용할 수 있는 것을 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 형태로 구비될 수 있음은 물론이다. 촉감 제시를 위한 형태에 따라 촉감 제시부(120,130)는 장갑 형태, 신발 형태 이외에도 모자 형태로 머리에 착용할 수 있도록 하거나 팔이나 다리또는 등이나 허리 등에 부착할 수 있도록 구현될 수 있다.
구동자(200)는 촉감 제시부(120,130)에 배치되며, 진동 촉감(vibrotactile stimulation) 방식 또는 공기 촉감(pneumatic tactile stimualation) 방식 등에 의해 이루어질 수 있다. 구동자는 진동 촉감 방식의 경우에는 편심된 모터나 선형모터, 보이스 코일, 초음파 모터, 압전(piezoelectric) 소자로 이루어질 수 있으며, 공기 촉감 방식의 경우에는 공기를 공급하는 노즐 형태나 공기막구조(pneumatic membrane) 형태로 이루어질 수 있다.
기기 제어부(300)는 구동자(200)를 제어하는 역할을 한다. 컴포지터(776) 내의 메인 제어부(미도시)에서 생성된 구동 신호를 수신받아, 그에 따라 구동자(200)의 작동을 제어한다.
또한, 기기 제어부(300)는 촉각 기기를 착용한 사용자가 가상 환경 내의 객체를 터치 할 경우, 이 터치 여부를 터치 감지부(440)로부터 전달 받는다. 그 후, 기기 제어부(300)는 가상 환경 속성 정의부(420)에 정의 되어 있는 가상 환경의 햅틱 속성을 기준으로, 피드백 촉각 정보를 생성한다.
여기서 가상 환경이란 아바타, 가상 객체 및 주변의 환경을 포함하는 개념이다.
가상 환경의 햅틱 속성은 소재 속성(MaterialProperty), 역학적 힘 효과(DynamicForceEffect) 및 촉감 속성(TactileProperty)을 포함한다.
소재 속성(MaterialProperty)은 가상 환경의 단단한 정도인 강성(Stiffness), 가상 환경의 정적 마찰력(StaticFriction), 가상 환경의 동적 마찰력(DynamicFriction), 가상 환경의 감쇠인 댐핑(Damping) 및 햅틱 텍스쳐 파일로의 링크를 포함하는 텍스쳐(Texture, 예: bump 영상)를 포함한다.
역학적 힘 효과(DynamicForceEffect)는 가상 환경의 질량(Mass), 힘 필드 벡터 파일로의 링크를 포함하는 힘 필드(ForceField) 및 힘 궤적 파일로의 링크를 포함하는 이동 궤적(MovementTrajectory, 예: 모션 데이터의 합을 포함하는 .dat 파일)을 포함한다.
촉감 속성(TactileProperty)은 가상 환경의 온도(Temperature), 가상 환경의 진동(Vibration) 및 촉감 패턴 파일로의 링크를 포함하는 촉감 패턴(TactilePatterns, 예: .avi, h.264 또는 .dat 파일과 같은 그레이 스케일 비디오)을 포함한다.
이렇게 정의된 햅틱 속성을 기준으로 촉각 기기(774)를 통해 사용자에게 터치(감지)에 대한 피드백 촉각 정보를 제공한다.
예를 들어, 사용자가 제어하는 아바타가 가상 환경을 여행하다가 적 아바타와 칼 싸움을 하게 되었다고 가정하자. 아바타가 칼 싸움을 하는 과정에서, 칼과 칼의 충돌로 인한 상대편 칼의 강성인 피드백 촉각 정보를 아바타를 제어하는 사용자는 제공받게 된다.
여기서, 강성이라는 가상환경의 햅틱 속성은 가상 환경 속성 정의부(420)에 정의되어 있으며, 터치 감지부(440)가 아바타의 칼이 서로 충돌을 일으키는 터치를 감지하고, 이 터치 정보가 기기 제어부(300)에 전송된다. 이 후, 기기 제어부(300)는 가상 환경 속성 정의부(420)에 정의되어 있는 강성을 사용자에게 제공하기 위해, 칼과 칼의 충돌인 터치에 대응하는 피드백 촉각 정보를 계산하여, 사용자에게 이 피드백 촉각 정보를 제공한다. 물론, 칼과 칼 간의 충돌이 클 수록, 더 큰 피드백 촉각 정보가 사용자에게 제공된다.
다른 예로, 아바타가 가상 환경 내에 있는 용암 주변의 물을 터치할 경우, 이 용암 주변의 뜨거운 물의 온도가 사용자에게 제공될 수도 있다. 기기 제어부는 가상 환경 속성 정의부(420)에 정의되어 있는 온도 속성을 사용자에게 제공하는 것이다.
또 다른 예로는, 가상 환경의 어느 지점이 바위가 있고, 이 바위는 거칠한 표면을 가지고 있다고 한다. 이러한 객체의 표면의 요철 또는 질감을 표현하고 자 할 때, 햅틱 텍스쳐가 이용될 수 있다. 물론, 이러한 시각적 표현뿐만 아니라, 거친 느낌 또한 사용자에게 제공된다면, 한 층 더 높은 촉각 정보를 제공할 수 있다.(도 3 및 도 4 참조)
이렇듯, 사용자에게 가상 환경 속성 정의부(420)에 정의되어 있는 항목에 따라 사용자에게 터치(감지)에 대응하는 촉각 정보가 제공될 수 있다.
기기 송수신부(350)는 기기를 제어하는 제어 신호를 송수신하여 기기 제어부(300)로 전달하는 역할을 한다.
가상 환경은 가상환경 생성부(712)에서 생성되며, 가상 객체(예: 아바타), 비디오 및 오디오 정보를 포함한다. 가상 환경 중 미디어(비디오, 오디오) 정보에 대응하여 맵핑된 촉감 비디오(600), 역감 데이터 및 장면기술자 정보는 촉각 기기(774)를 통해 사용자에게 촉감/역감을 제공하게 된다.
또한 컴포지터(776) 내에는 촉감 장치(100)의 구동자(200)를 제어하기 위한 신호를 생성하는 메인 제어부(미도시)와 상기 촉감 장치(100)의 기기 송수신부(350)로 메인 제어부의 제어 신호를 전송하는 메인 송수신부가 구비된다.
메인 제어부는 각각의 구동자(200)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하여 메인 송수신부와 기기 송수신부(350)를 통해 기기 제어부(300)로 전송하고, 기기 제어부(300)는 상기 제어 신호를 바탕으로 각각의 구동자(200)의 구동을 제어한다. 여기서 메인 송수신부와 기기 송수신부(350)는 유선 또는 무선 통신 방식으로 연결될 수 있다.
각 구동자(200)의 구동은 구동 강도를 특정함으로써 제어할 수 있다. 따라서 각 구동자(200)에 구동 강도에 대한 정보를 기기 제어부(300)로 전송함으로써 사용자에게 촉감 정보를 나타낼 수 있다. 메인 제어부에서는 기기 제어부로 각 구동자의 구동 강도에 대한 정보를 전송하는데 본 발명에 있어서 각 구동자(200)의 구동에 대한 강도 정보는 촉감 비디오 형태로 메인 제어부로 전달되는데 메인 제어부에서는 촉감 비디오의 각 프레임이 바뀔 때마다 각 픽셀 값을 구동 강도를 변환하여 기기 제어부(300)로 전송할 수 있다.
도 5는 구동자 어레이 및 이에 대응하는 촉감 비디오를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 도 1에서 좌측 촉감 제시부(120)와 우측 촉감 제시부에(130)는 각각 4×5의 구동자가 구비되는데, 이를 모두 합하면 4×10의 구동자 어레이(500)로 표현할 수 있다. 즉, 도 2에서와 같이 구동자들의 조합은 사각형의 어레이(rectangular array) 형태로 나타낼 수 있는데, 촉감 비디오(600)는 각 구동자에 대응하는 픽셀로 이루어진다.
촉감 비디오(600)의 각 픽셀에는 픽셀의 인텐시티 정보가 포함되고, 인텐시티 정보는 그 픽셀에 대응하는 구동자의 구동 강도에 대응한다. 촉감 비디오(600)를 그레이 스케일의 흑백 비디오로 나타낼 경우 각 픽셀은 0 내지 255의 인텐시티 정보를 갖게 되는데 이 정보를 바탕으로 구동자(200)를 구동시킨다. 예를 들어 하얀색 픽셀에 해당하는 구동자는 강하게 구동시키고, 검은색 픽셀에 해당하는 구동자는 약하게 진동시킨다.
촉감 장치(100)의 구동자 어레이(500)와 촉감 비디오(600)의 픽셀이 1:1로 대응하는 경우에는 각 픽셀의 인텐시티 정보와 각 구동자(200)의 구동 세기를 1:1 대응시킬 수 있다. 그런데, 촉감 비디오(600)의 디멘젼(dimension)이 구동자 어레이(500)의 디멘젼보다 큰 경우라면 그 비율에 따라 리사이징을 할 수 있다. 즉, 요구 촉감 정보와 제시 가능한 촉감 정보에 차이가 발생하는 경우에, 기기 제어부(300)에서 리사이징을 수행할 수 있다.
이러한 촉감 비디오(600)는 일반적인 컬러 또는 흑백 비디오의 형식과 같으므로 일반적인 비디오 인코딩 및 디코딩 방법을 사용하여 전송할 수 있다. 또한 촉감 비디오(600)는 다수의 프레임으로 이루어지며 각각의 프레임에서의 픽셀의 인텐시티 정보는 촉감 제시 장치의 각각의 구동자(200)의 구동 강도에 대응한다.
역감의 경우, 숙련자가 작업공간에서 조작하는 도구의 3자유도 또는 6자유도의 움직임을 저장한다. 숙련자의 움직임과 힘을 저장하기 위해서, 끝단에 숙련자가 사용하는 도구가 달려있는 로봇팔을 이용하는데 로봇팔의 각 관절에는 엔코더가 달려 있어 도구의 위치 데어터를 얻을 수 있고, 도구에 부착된 힘/토크 센서를 통해 숙련자가 도구에 가하는 힘/토크 또한 구할 수 있다. 그러면 역감 재생을 위한 역감 데이터는 일련의 위치 데이터 및 힘 데이터가 되고 각 데이터가 샘플링되는 시간이 포함된다.
도 6은 비디오를 바탕으로 하여 촉감 비디오를 생성한 일 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 영화의 영상 오른쪽에 위치하는 것이 촉감 편집/저작 도구로 생성된 영화 대응 촉감 비디오(850)이다. 이 촉감 비디오 우측에 도시된 것이 촉감 비디오 대응 구동자 어레이(900)를 표현한 것이다. 촉감 비디오(850)는 비디오/오디오 정보를 바탕으로 촉감 편집/저작 도구가 장면에 맞는 촉감을 각 프레임 마다 다른 촉감세기(0~255)를 적용하여 비디오 프레임 수에 정확히 맞추어 생성한다.
그리고, 이렇게 생성된 촉감 비디오는 장치의 규격에 맞추어 재생된다. 좀 더 자세하게는, 장치의 크기뿐만 아니라 장치가 제공할 수 있는 촉감 세기의 수에 맞게 변환되어 재생된다. 예를 들어, 촉감 비디오의 제시는 256단계이지만, 장치는 8단계 밖에 재생을 못 할 경우는, 256단계가 8단계로 나뉘어져 재생되게 된다.
도면을 보면, 배우가 오른쪽에서 왼쪽으로 점프를 하며 이동하는 화면이 도시되어 있다. 본 도면은 3인칭 관찰자의 시점에서 배우의 움직임을 사용자에게 촉감으로 전달 할 수 있는 예를 도식화하고 있다. 촉감비디오는 3인칭 관찰자 시점뿐만 아니라 1인칭 주인공 시점 또는 촉감 배경 효과 시점을 기반으로 저작될 수도 있다. 처음 프레임에서, 배우가 점프를 시작할 때, 검은 색으로 촉감 비디오가 맵핑되고, 구동자 어레이는 맵핑된 색에 대응하여 약한 강도의 촉감을 제시한다. 마지막 프레임에서, 배우가 강한 점프를 통해, 왼쪽으로 이동을 하는 순간은, 흰 색으로 촉감 비디오가 맵핑되고, 구동자 어레이는 이에 대응하여 강한 강도의 촉감을 제시한다.
도 7은 MPEG-4에서 장면 기술자의 MovieTexture 노드의 일례를 나타낸 도면이다. 노드 촉감 정보는 일반적인 미디어(오디오 및 비디오) 정보와 함께 전송되는데 이하에서는 촉감 비디오 형태로 표현된 촉감 정보를 미디어 정보와 함께 전송하기 위한 노드 구조 및 전송 방법과 시스템에 대해 설명한다.
MPEG-4에서는 객체의 표현을 위한 정보들은 복수개의 기초스트림(ES : Elementary Stream)을 통하여 전송한다. 그리고, 이러한 각 기초스트림(ES)간의 상호관계 및 링크의 구성 정보는 MPEG-4에서 정의하고 있는 객체기술자에 의해 전송된다.
MPEG-4 기반으로 장면을 구성하기 위해서는 일반적으로 초기객체기술자(IOD: Initial Object Descriptor), 장면기술자(BIFS : Binary Format for Scenes), 객체기술자 및 미디어 데이터들이 필요하다. 초기객체기술자(IOD)는 MPEG-4 장면을 구성하기 위해 가장 먼저 전송되어야 하는 정보로, 각 미디어의 프로파일과 레벨을 기술하고, 장면기술자(BIFS) 스트림과 객체기술자 스트림에 대한 기초스트림기술자(ESDescriptor)를 포함한다.
객체기술자는 장면을 구성하는 각 미디어 데이터에 대한 정보를 기술하는 기초스트림기술자들의 집합으로써, 각 미디어 데이터의 기초스트림(ES)과 장면기술과의 연결을 제공한다. 여기서 장면기술자(BIFS)는 각각의 객체들이 시공간적으로 어떠한 관계를 갖는지 기술하는 정보이다.
MPEG-4에 있어서 장면기술자(BIFS)에는 비디오 객체를 정의하는 MovieTexture 노드가 구비된다.
도 7을 참조하면, MovieTexture 노드에서 stratTime은 비디오가 플레이되는 시작 시각을 나타내고, stopTime은 비디오의 플레이가 정지되는 시각을 나타낸다. 이에 따라 비디오를 다른 객체와 동기화시킬 수 있다. 또한 url은 비디오의 위치를 설정한다.
이러한 장면기술자의 MovieTexture 노드를 이용하여 촉감 비디오를 전송하기 위하여 TactileDisplay 노드를 정의한다.
도 8은 촉감 정보 표현을 위한 TactileDisplay 노드를 나타낸 도면이다. 도 9는 TactileDisplay 노드를 MovieTexture 노드와 연결하여 촉감 비디오 객체를 정의하는 것을 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 도 8에 따르면 TactileDisplay 노드는 texture 노드의 일종임을 표시한다. 도 7에 있어서, "url" 필드는 촉감 비디오의 위치를 나타내며, "stratTime" 필드는 시작 시각을, "stopTime" 필드는 종료 시각을 나타낸다. 즉, TactileDisplay 노드의 texture 필드에 MovieTexture 노드를 연결하여 하나의 촉감 비디오 객체를 정의한다.
도 9의 예에 있어서, "tatile_video.avi"로 설정된 촉감 비디오는 플레이 된 후 3초후부터 7초까지 촉감 제시 장치에서 플레이된다.
도 10은 촉감 정보 표현을 위한 TactileDisplayTexture 노드를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 도 9에 따르면 MPEG-4의 장면기술자(BIFS)에 있어서 촉감 비디오의 전송을 위한 TactileDisplayTexture를 새롭게 정의하였다. TactileDisplayTexture는 촉감 비디오 파일의 플레이 시작 시각과 정지 시각을 정의하며, "url" 필드는 촉감 비디오 파일의 위치를 나타낸다.
도 11 및 도 12는 역감 노드를 나타낸 도면이다. 앞에서 언급한 촉감 노드와 마찬가지로 본 도면은 역감 데이터에 대한 객체를 정의할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉감정보 전송 시스템에 대한 블록도이다.
도 13을 참조하면, 촉감 정보 전송 시스템은 객체 데이터 생성부(710), 인코더부(720), 다중화기(MUX, 730), 전송채널(740), 역다중화기(DEMUX, 750), 디코더부(760), 및 재생부(770)를 포함한다.
객체 데이터 생성부(710)는 가상 환경, 가상 환경에 대응하는 촉감 비디오 및 역감 데이터를 생성하여 편집 또는 저작하는 기능을 수행한다. 가상 환경에는 가상 객체(예: 아바타) 및 미디어(오디오, 비디오)를 포함한다.
촉감 비디오 생성부(716)에서의 촉감 비디오 생성은 오디오 정보 또는 비디오 정보의 종류에 따라 자동으로 생성되거나, 사용자가 오디오 또는 비디오를 바탕으로 직접 생성함으로써 이루어질 수 있다.
촉감 비디오 생성부(716)에서 생성된 촉감 비디오 및 역감 데이터 생성부(717)에서 생성된 역감 데이터는 편집/저작부에서 가상 환경내의 미디어(오디오, 비디오) 정보와 편집, 저작되어 각각의 시간 축에 맞게 배치된다. 이에 따라 편집/저작부(718)는 가상 환경, 촉감 비디오 및 역감 데이터의 시공간적 위치에 따라 장면기술자를 생성한다.
인코더부(720)는 가상 환경(오디오 및 비디오 포함), 촉감 비디오, 역감 데이터 및 장면기술자를 인코딩하는 기능을 수행한다. 가상 환경은 가상 환경 인코더(722)에서 인코딩되며, 촉감 비디오는 일종의 흑백 비디오에 해당하므로 일반적인 비디오 인코딩 방법에 의해 인코딩될 수 있는데, 촉감 비디오 인코더에서 인코딩된다. 역감 데이터는 역감 데이터 인코더(727)에서 인코딩 된다.
또한, 장면기술자는 BIFS 인코더(728)에서 인코딩된다. 이러한 인코딩은 MPEG-4 오디오 및 비디오 인코딩 방법에 의해 이루어질 수 있다. 인코더부(720)에서 인코딩된 정보는 다중화기를 통해 다중화되어 하나의 MP4 파일로 생성되고 이는 전송 채널(740)을 통해 전송된다. 다만, 인코딩 방식이 MPEG-4 오디오 및 비디오 인코딩 방법에 국한 되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 전송 채널(740)은 유무선 통신망을 포괄하는 개념으로 이해되어야 하며 IP Network, DMB 통신망, 인터넷망 등이 될 수 있다.
전송 채널(740)을 통해 전송된 MP4 파일은 역다중화기(750)에서 역다중화되어 디코더부(760)에서 각각의 정보별로 디코딩된다. 가상환경 디코더(762)는 가상환경을 디코딩하고, 비디오 디코더(764)는 비디오를 디코딩하며, 촉감 비디오 디코더(766)는 촉감 비디오를 디코딩하고, 역감데이터 디코더(767)는 역감 데이터를 디코딩하며, BIFS 디코더(768)는 장면기술자를 디코딩한다.
디코더부(760)에서 디코딩된 정보는 재생부(770)에서 재생되는데, 재생부(770)는 컴포지터(compositor, 776)와, 가상환경 출력장치(772) 및 촉각 제시 장치를 포함한다. 컴포지터(776)는 전송된 가상 환경, 촉감 비디오, 역감 데이터 등의 객체들을 장면기술자(BIFS) 정보를 이용하여 시공간적으로 구성한다. 이 정보를 바탕으로 가상 환경 출력장치(772)는 가상 객체, 오디오 및 비디오 정보를 출력하고, 촉감 장치(774)는 구동자 어레이를 통해 촉감 정보를 제시한다. 또한, 역감데이터는 역감 장치(774)를 통해 역감 정보를 제공한다.
촉각 제시 장치는 촉감/역감 장치(774), 가상 환경 속성 정의부(420), 터치 감지부(440) 및 기기 제어부(300)를 포함한다.
가상 환경 속성 정의부(420)에는 가상 환경 햅틱 속성이 정의되어 있다. 앞에서도 언급했듯이, 가상 환경 햅틱 속성은 소재 속성(MaterialProperty), 역학적 힘 효과(DynamicForceEffect) 및 촉감 속성(TactileProperty)을 포함하며, 각 구성 요소는 다시 몇몇 하부 요소를 포함한다.
이렇게 가상 환경 정의부(420)에 정의된 햅틱 속성을 기준으로, 촉각 기기는 사용자에게 촉각 정보를 제공한다.
터치 감지부(440)는 촉각 기기(774)를 착용한 사용자가 가상 환경 내의 가상 객체를 터치했는 지 여부를 판단한다. 사용자가 가상 객체를 터치했는 지 판단 기준은, 사용자의 위치가 가상 객체의 볼륨(volume) 내부에 있는 지를 판단한다. 이 때, 사용자의 위치는 한 점으로 고려할 수 있다.
기기 제어부(300)는 터치 감지부(440)에서 터치를 알려 오면, 가상 환경 속성 정의부(420)에 정의된 햅틱 속성에 맞춰, 터치(감지)에 대응하는 피드백 촉각 정보를 계산하여, 사용자에게 계산된 피드백 촉각 정보를 제공한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 가상 환경의 햅틱 속성을 기준으로 피드백 촉감 정보를 제공하는 흐름도이다.
도 14를 참고하면, 가상 환경의 햅틱 속성을 가상 환경 속성 정의부에서 정의한다(S100). 사용자가 가상 환경을 터치(충돌)했는 지 여부를 터치 감지부에서 판단한다(S200). 사용와 가상 환경이 충돌했다는 정보가 기기 제어부에 전송되면, 기기 제어부는 가상 환경 햅틱 속성을 기준으로, 계산된 피드백 촉각 정보를 사용자에게 제공한다(S300).
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 촉감 장치 120,130: 촉감 제시부
150: 역감 장치 200: 구동자
300: 기기 제어부 350: 기기 송수신부
420: 가상 환경 속성 정의부 440: 터치 감지부
500: 구동자 어레이 600: 촉감 비디오
700: 촉감 정보 전송 시스템 710: 객체 데이터 생성부
712: 가상 환경 생성부 716: 촉감 비디오 생성부
717: 역감데이터 생성부 718: 편집/저작부
720: 인코더부 722: 가상 환경 인코더
726: 촉감 비디오 인코더 727: 역감데이터 인코더
728: BIFS 인코더 730: 다중화기
740: 전송채널 750: 역다중화기
760: 디코더부 762: 가상 환경 디코더
766: 촉감 비디오 디코더 767: 역감데이터 디코더
768: BIFS 디코더 770: 재생부
772: 가상 환경 출력장치 774: 촉각기기(촉감/역감 장치)
776: 컴포지터 800: 비디오 프레임
850: 영화 대응 촉감 비디오
900: 촉감 비디오 대응 구동자 어레이
150: 역감 장치 200: 구동자
300: 기기 제어부 350: 기기 송수신부
420: 가상 환경 속성 정의부 440: 터치 감지부
500: 구동자 어레이 600: 촉감 비디오
700: 촉감 정보 전송 시스템 710: 객체 데이터 생성부
712: 가상 환경 생성부 716: 촉감 비디오 생성부
717: 역감데이터 생성부 718: 편집/저작부
720: 인코더부 722: 가상 환경 인코더
726: 촉감 비디오 인코더 727: 역감데이터 인코더
728: BIFS 인코더 730: 다중화기
740: 전송채널 750: 역다중화기
760: 디코더부 762: 가상 환경 디코더
766: 촉감 비디오 디코더 767: 역감데이터 디코더
768: BIFS 디코더 770: 재생부
772: 가상 환경 출력장치 774: 촉각기기(촉감/역감 장치)
776: 컴포지터 800: 비디오 프레임
850: 영화 대응 촉감 비디오
900: 촉감 비디오 대응 구동자 어레이
Claims (12)
- 가상 환경 및 상기 가상 환경에 대응하는 촉감 및 역감 정보를 포함하는 촉각 정보를 전송하여, 촉감 장치 및 역감 장치를 포함하는 촉각 기기를 통한 촉각 정보 표현 방법에 있어서,
상기 가상 환경의 햅틱 속성을 정의하는 단계;
상기 가상 환경에 대한 터치 여부를 감지하는 단계;
상기 가상 환경에 대한 터치가 감지될 경우, 상기 정의된 가상 환경의 햅틱 속성을 기준으로, 상기 감지에 대응하는 피드백 촉각 정보를 제공하는 단계를 포함하고,
상기 피드백 촉각 정보를 제공하는 단계는,
상기 촉각 기기의 사양에 따라 상기 피드백 촉각 정보를 리사이징하는 단계; 및
상기 리사이징된 피드백 촉각 정보를 제공하는 단계
를 포함하는, 촉각 정보 표현 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 가상 환경의 햅틱 속성은,
소재 속성(MaterialProperty), 역학적 힘 효과(DynamicForceEffect) 및 촉감 속성(TactileProperty)을 포함하는, 촉각 정보 표현 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 소재 속성(MaterialProperty)은,
강성(Stiffness), 정적 마찰력(StaticFriction), 동적 마찰력(DynamicFriction), 댐핑(Damping) 및 텍스쳐(Texture)를 포함하는, 촉각 정보 표현 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 역학적 힘 효과(DynamicForceEffect)는,
질량(Mass), 힘 필드(ForceField) 및 이동 궤적(MovementTrajectory)을 포함하는, 촉각 정보 표현 방법. - 제 2항에 있어서,
상기 촉감 속성(TactileProperty)은,
온도(Temperature), 진동(Vibration) 및 촉감 패턴(TactilePatterns)을 포함하는, 촉각 정보 표현 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 가상 환경에 대한 터치 여부를 감지하는 것은,
사용자의 위치가 상기 가상 환경의 볼륨 내부에 있는 지를 판단하는, 촉각 정보 표현 방법. - 가상 환경 및 상기 가상 환경에 대응하는 촉감 및 역감 정보를 포함하는 촉각 정보를 전송하는 수단, 촉감 장치 및 역감 장치를 포함하는 촉각 기기를 통한 촉각 정보 표현 시스템에 있어서,
상기 가상 환경의 햅틱 속성을 정의하는 수단;
상기 가상 환경에 대한 터치 여부를 감지하는 수단;
상기 가상 환경에 대한 터치가 감지될 경우, 상기 정의된 가상 환경의 햅틱 속성을 기준으로, 상기 감지에 대응하는 피드백 촉각 정보를 제공하는 수단을 포함하고,
상기 피드백 촉각 정보를 제공하는 수단은,
상기 촉각 기기의 사양에 따라 상기 피드백 촉각 정보를 리사이징하는 수단; 및
상기 리사이징된 피드백 촉각 정보를 제공하는 수단
을 포함하는, 촉각 정보 표현 시스템. - 제 7항에 있어서,
상기 가상 환경의 햅틱 속성은,
소재 속성(MaterialProperty), 역학적 힘 효과(DynamicForceEffect) 및 촉감 속성(TactileProperty)을 포함하는, 촉각 정보 표현 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 소재 속성(MaterialProperty)은,
강성(Stiffness), 정적 마찰력(StaticFriction), 동적 마찰력(DynamicFriction), 댐핑(Damping) 및 텍스쳐(Texture)를 포함하는, 촉각 정보 표현 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 역학적 힘 효과(DynamicForceEffect)는,
질량(Mass), 힘 필드(ForceField) 및 이동 궤적(MovementTrajectory)을 포함하는, 촉각 정보 표현 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 촉감 속성(TactileProperty)은,
온도(Temperature), 진동(Vibration) 및 촉감 패턴(TactilePatterns)을 포함하는, 촉각 정보 표현 시스템. - 제 7항에 있어서,
상기 가상 환경에 대한 터치 여부를 감지하는 것은,
사용자의 위치가 상기 가상 환경의 볼륨 내부에 있는 지를 판단하는, 촉각 정보 표현 시스템.
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