KR101290112B1

KR101290112B1 - 골프 시뮬레이션 장치 및 골프 시뮬레이션 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체

Info

Publication number: KR101290112B1
Application number: KR1020120075885A
Authority: KR
Inventors: 이종원; 노우진
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2013-07-26

Abstract

본 발명은 골프 시뮬레이션 장치 및 골프 시뮬레이션 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 골프 시뮬레이션 장치는, 이용자에게 가상의 골프 환경을 제공하는 골프 시뮬레이션 장치이고, 이용자가 친 실제의 볼의 속도 및 방향을 검지하는 센서부; 검지된 속도 및 방향이 입력데이터로서 입력되는 중앙처리부; 및 중앙처리부가 행하는 시뮬레이션이 디스플레이되는 스크린을 포함한다. 중앙처리부는, 검지된 속도를 기초로 가상의 볼이 날아가 가상의 그린에 충돌할 때의 상기 가상의 볼의 입사 속도, 입사 각, 입사 각속도를 계산하고, 계산된 입사 각속도가, 가상의 볼의 진행방향에 대하여 반대 방향의 각속도로서 5500rpm보다 작을 경우, 가상의 볼이 진행 방향 그대로 굴러가는 것으로 시뮬레이션하고, 가상의 볼의 진행방향에 대하여 반대 방향의 각속도로서 5500rpm과 같을 경우, 가상의 볼이 가상의 그린 상에 정지하는 것으로 시뮬레이션하며, 가상의 볼의 진행방향에 대하여 반대 방향의 각속도로서 5500rpm보다 클 경우, 가상의 볼이 진행 방향의 반대 방향으로 굴러가는 것으로 시뮬레이션한다.
본 발명에 의하면, 보다 현실감 있는 어프로치 샷 시뮬레이션이 가능하게 되고, 이를 이용하는 이용자는 보다 현실감 있는 어프로치 샷 연습이 가능하게 되어, 흥취성이 높아진다.

Description

골프 시뮬레이션 장치 및 골프 시뮬레이션 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체{GOLF SIMULATION APPARATUS AND COMPUTER READABLE MEDIUM ON WHICH GOLF SIMULATION PROGRAM IS RECORDED}

본 발명은 골프 시뮬레이션 장치 및 골프 시뮬레이션 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 관한 것이다.

일반적으로, 골프라 함은 코스 위에 정지하여 있는 볼을 클럽으로 잇달아 쳐서 정해진 홀(球孔)에 넣어 그때까지 소요된 타수(打數)의 많고 적음으로 우열을 겨루는 경기이다.

최근, 이와 같은 골프를 실내에서 즐길 수 있는 스크린 골프장이 많이 개장되어 골퍼들에 의하여 이용되고 있다. 특히, 스크린골프장은 계절과 날씨에 관계없이 저렴한 가격으로 시간에 구애받지 않고 골프를 즐길 수 있다는 장점을 기반으로 상당히 많이 대중화되어, 스크린골프장이 전국 약 4000여 곳에 달할 정도로 성업중에 있다.

그런데, 우리나라에서 선풍적인 인기를 끌고 있는 스크린 골프를 즐기다 보면 드라이버나 우드로 티 샷(tee shot)을 할 경우는 실제와 매우 유사하게 구현되는 것을 알 수 있다. 그러나 아이언을 이용한 그린 공략 어프로치 샷(approach shot)에서는 실제와는 다르게 구현되는 것을 많이 경험할 수 있는데, 이는 어프로치 샷 이후 공이 그린과 충돌하는 과정이 물리적으로 정확하게 묘사되지 않기 때문이다. 실제 골프장에서는 그린을 공략하기 위해 아이언을 이용하여 어프로치 샷을 환상적으로 했을 경우 그린과 충돌 이후 공에 백 스핀(back spin)이 생겨서 뒤로 굴러가는 현상을 심심치 않게 목격할 수 있는데 종래의 스크린 골프에서는 이것이 구현되어 있지 않았다.

이에, 아래와 같은 선행기술은, 스크린 골프 시스템에서 골프공의 움직임을 측정하는 골프공 궤적 측정 센서의 기술에 관한 것으로, 어프로치 샷과 같이 수직 방향으로 궤적이 큰 골프공의 움직임에 대한 측정도 보다 정확하게 측정할 수 있도록 하여, 골프공의 타격 위치에 상관없이 골프공의 수평, 수직 방향 궤적을 정확하게 측정할 수 있는 것과 함께, 골프공의 회정 정도도 측정하여 골프공이 낙하한 뒤의 움직임도 보다 현장감 있게 구현할 수 있도록 지원하는 시스템을 제공하고 있다.

그러나, 이것도, 상기의 문제점을 해결할 수 있는 것이 아니다.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0115828호(2009년 11월 9일 공개)

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스크린 골프의 이용자가 어프로치 샷 등을 행할 시, 그린과 충돌 이후 공에 백 스핀(back spin)이 생겨서 뒤로 굴러가는 현상을 구현할 수 있는 골프 시뮬레이션 장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.

본 발명에 따른 골프 시뮬레이션 장치는, 이용자에게 가상의 골프 환경을 제공하는 골프 시뮬레이션 장치이고, 이용자가 친 실제의 볼의 속도 및 방향을 검지하는 센서부; 검지된 속도 및 방향이 입력데이터로서 입력되는 중앙처리부; 및 중앙처리부가 행하는 시뮬레이션이 디스플레이되는 스크린을 포함한다. 중앙처리부는, 검지된 속도를 기초로 가상의 볼이 날아가 가상의 그린에 충돌할 때의 상기 가상의 볼의 입사 속도, 입사 각, 입사 각속도를 계산하고, 계산된 입사 각속도의 값과, 입사 속도(v1), 입사 각도(θ1), 등가 접촉 경사각(θc), 가상의 볼의 반지름(Rb)으로 이루어지는 다음의 수학식 1에 의한 값을 비교하여,

(여기서 등가 접촉 경사각(θc)는 실험값으로서, 다음의 식으로 정의된다.

계산된 입사 각속도의 값이 수학식 1에 의한 값보다 작을 경우, 가상의 볼이 상기 진행 방향 그대로 굴러가는 것으로 시뮬레이션하고, 계산된 입사 각속도의 값이 수학식 1에 의한 값과 같을 경우, 가상의 볼이 가상의 그린 상에 정지하는 것으로 시뮬레이션하며, 계산된 입사 각속도의 값이 수학식 1에 의한 값보다 클 경우, 가상의 볼이 상기 진행 방향의 반대 방향으로 굴러가는 것으로 시뮬레이션한다.

이러한 골프 시뮬레이션 장치는, 실제의 물리적인 운동 법칙에 따른 소정의 조건에 따라 구분하여, 볼이 그린에 충돌하고 앞으로 굴러가는 것, 정지하는 것, 뒤로 굴러가는 것을 시뮬레이션하여 스크린을 통해 보여 주고 있기 때문에, 보다 현실감 있는 어프로치 샷 시뮬레이션이 가능하게 되고, 이를 이용하는 이용자는 보다 현실감 있는 어프로치 샷 연습이 가능하게 된다.

본 발명에 따른 골프 시뮬레이션 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체는, 이용자에게 가상의 골프 환경을 제공하는 골프 시뮬레이션 장치를 컴퓨터로 제어하기 위한 골프 시뮬레이션 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체이고, 이용자가 친 실제의 볼의 속도 및 방향을 검지하는 기능; 검지된 속도를 기초로 가상의 볼이 날아가 가상의 그린에 충돌할 때의 가상의 볼의 입사 속도, 입사 각, 입사 각속도를 계산하는 기능; 계산된 입사 각속도의 값과, 입사 속도(v1), 입사 각도(θ1), 등가 접촉 경사각(θc), 가상의 볼의 반지름(Rb)으로 이루어지는 다음의 수학식 1에 의한 값을 비교하여,

[수학식 1]

[수학식 2]

)

계산된 입사 각속도의 값이 수학식 1에 의한 값보다 작을 경우, 가상의 볼이 상기 진행 방향 그대로 굴러가는 것으로 시뮬레이션하고, 계산된 입사 각속도의 값이 수학식 1에 의한 값과 같을 경우, 가상의 볼이 가상의 그린 상에 정지하는 것으로 시뮬레이션하며, 계산된 입사 각속도의 값이 수학식 1에 의한 값보다 클 경우, 가상의 볼이 상기 진행 방향의 반대 방향으로 굴러가는 것으로 시뮬레이션하는 기능; 및 시뮬레이션을 스크린에 디스플레이하는 기능;을 컴퓨터에 의하여 수행되도록 하는 골프 시뮬레이션 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체이다.

이러한 골프 시뮬레이션 프로그램은, 실제의 물리적인 운동 법칙에 따른 소정의 조건에 따라 구분하여, 볼이 그린에 충돌하고 앞으로 굴러가는 것, 정지하는 것, 뒤로 굴러가는 것을 시뮬레이션하여 스크린을 통해 보여 주고 있기 때문에, 보다 현실감 있는 어프로치 샷 시뮬레이션이 가능하게 되고, 이를 이용하는 이용자는 보다 현실감 있는 어프로치 샷 연습이 가능하게 된다.

본 발명에 의하면, 보다 현실감 있는 어프로치 샷 시뮬레이션이 가능하게 되고, 이를 이용하는 이용자는 보다 현실감 있는 어프로치 샷 연습이 가능하게 되어, 흥취성이 높아진다.

도 1은 이용자가 본 발명에 따른 골프 시뮬레이션 장치를 이용하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 골프볼이 그린에 충돌할 때의 운동을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 가상의 볼의 궤적을 전체적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 가상의 볼이 날아가 가상의 그린에 충돌한 후의 운동을 포커싱하여 보여주는 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

도 1은 이용자가 본 발명에 따른 골프 시뮬레이션 장치를 이용하는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 골프 시뮬레이션 장치(1)를 이용하는 이용자(10)는 스크린(20)에 묘사된 가상의 골프 환경을 마치 실제의 것처럼 바라보며 골프클럽(30)를 가지고 볼(40)을 실제로 친다. 이렇게 쳐진 볼의 속도 및 방향은 센서부(200)에 의하여 감지된다. 감지된 속도 및 방향은 중앙처리부(300)에 입력데이터로서 입력되고, 중앙처리부(200)는 이 입력데이터에 기초하여 볼의 진행경로 및 진행경로 상의 각각의 위치에서의 속도 등을 계산하여 가상의 볼(40)의 이동을 시뮬레이션하고, 스크린(100)에는 이 시뮬레이션이 디스플레이된다.

본 발명은 볼과 홀 간에 실제로 벌어지는 운동관계를 가상의 골프 환경 상에서 보다 현실감 있게 시뮬레이션하고자 하는 것이다.

구체적으로, 중앙처리부(300)는, 검지된 속도를 기초로 가상의 볼이 날아가 가상의 그린에 충돌할 때의 가상의 볼의 입사 속도, 입사 각, 입사 각속도를 계산한다. 중앙처리부는(300)는, 계산된 입사 각속도가, 가상의 볼의 진행방향에 대하여 반대 방향의 각속도로서 5500rpm보다 작을 경우에는, 가상의 볼이 진행 방향 그대로 굴러가는 것으로 시뮬레이션한다. 중앙처리부는(300)는, 계산된 입사 각속도가, 가상의 볼의 진행방향에 대하여 반대 방향의 각속도로서 5500rpm과 같을 경우에는 가상의 볼이 가상의 그린 상에 정지하는 것으로 시뮬레이션한다. 중앙처리부는(300)는, 계산된 입사 각속도가, 가상의 볼의 진행방향에 대하여 반대 방향의 각속도로서 5500rpm보다 클 경우에는, 가상의 볼이 진행 방향의 반대 방향으로 굴러가는 것으로 시뮬레이션한다.

이렇게 함으로써, 실제의 어프로치 샷에서 심심치 않게 일어나고 있는, 그린 과의 충돌 이루 볼에 백스핀이 생겨서 뒤로 굴러가는 것을, 본 발명의 골프 시뮬레이션 장치에서도 가상으로 구현하여 이용자에게 실제의 어프로치 샷에서 일어나는 것과 똑같은 느낌을 가질 수 있도록 하고 있다.

본 발명의 발명자는 상술한 내용을 실제로 시뮬레이션하여 보았다.

본 발명에 있어서 사용한 볼과 그린의 충돌은 다음과 같은 충돌 식을 통해서 계산된다.

위 식을 정리하여 공이 그린과 충돌 이후 뒤로 구르는 경우의 조건을 나타내면 다음과 같다.

이 식의 의미는 입사 각속도(w1)의 값이 입사 속도(v1), 입사 각도(θ1), 등가 접촉 경사각(θc), 볼의 반지름(Rb)으로 이루어지는 위 식의 우변의 값보다 클 경우 공이 백스핀을 가지고 뒤로 구르게 된다는 것을 말하고 있다. 즉, 다시 말하여, 입사 각속도의 값이 상기 수학식 4의 우변의 값보다 작은 경우, 그대로 앞으로 굴러가며, 같은 경우 정지하고, 클 경우 뒤로 구르게 된다.

여기서 등가 접촉 경사각(θc)은 실험을 통해서 구한 값으로 다음과 같이 정의된다.

[수학식 2]

도 2는 골프볼이 그린에 충돌할 때의 운동을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 나타내었듯이 y는 수평 축, z는 수직 축, y'은 충돌 이후 변형된 수평 축, z'은 충돌 이후 변형된 수직축, mb는 공의 질량, Rb는 공의 반지름, F는 그린과 공의 마찰력, v1은 충돌 전 공의 입사 속도, v2은 충돌 후 공의 발사 속도, ω1은 충돌 전 공의 입사 각속도, ω2는 충돌 후 공의 발사 각속도, θ1은 충돌 전 공의 입사각, θ2는 충돌 전 공의 발사각, 그리고 θc는 충돌로 인하여 생긴 등가 접촉 경사각이다.

볼과 그린이 충돌할 때 볼의 착지 속도가 크거나 입사각이 작으면 잔디가 뜯겨 나가거나 깊이가 1cm에 달하는 옆으로 비스듬히 누운 분화구 자국이 생기기도 한다. 본 발명은 이와 같은 현상을 해석하기 위해서 등가 접촉 경사각이라는 θc를 다음과 같이 정의하여 사용하였는데, 이 값은 실험식(상술한 수학식 2)을 바탕으로 사용하였다.

본 발명은 이와 같은 해석을 바탕으로 도 3, 도 4와 같은 공의 궤적을 계산해서 보여줄 수 있고, 그린을 공략하기 위한 어프로치 샷(approach shot)에서 공이 뒤로 굴러가는 백 스핀(back spin)도 모두 구현이 가능하다.

구체적으로, 도 3은 가상의 볼의 궤적을 전체적으로 보여주는 도면이고, 도 3에 있어서 (a)는 드라이버 타격 속도 50m/s이고, 양각의 크기를 변화시킬 때, 본 발명에 따른 골프 시뮬레이터를 이용하여 계산한 가상의 공의 궤적을 나타낸 것이고, (b)는 (a)에서 계산한 볼의 궤적 중에서 볼이 그린에 충돌하고 난 이후의 볼의 궤적을 확대한 것이다.

구체적으로, 도 4는 가상의 볼이 날아가 가상의 그린에 충돌한 후의 운동을 포커싱하여 보여주는 도면이고, 도 4에 있어서, (a)는 볼이 그린에 떨어지고 난 이후의 볼의 궤적을 여러가지 조건을 바꿔가며 계산한 것이고, 이를 보면 그린과 충돌 이후 뒤로 굴러가는 백스핀이 구현가능함을 알 수 있고, (b)는 (a)와 마찬가지로 볼이 그린에 떨어지고 난 이후의 볼의 궤적을 여러가지 조건을 바꿔가며 계산한 것이고, 이를 보면 처음에 볼과 그린이 충돌한 이후 뜀은 앞으로 전진하다가 두번째 뜀부터는 후진하고 이후 백스핀되는 것이 구현 가능함을 알 수 있다.

본 발명에서 사용한 어프로치 샷에서 백 스핀이 일어나는 조건을 좀더 구체적으로 설명한다.

어프로치 샷(approach shot)을 했을 때 그린과 충돌이 일어난 이후 공이 뒤로 구르는데 영향을 미치는 요소는 크게 4가지가 있다. 공의 입사 속도(v1), 입사 각(θ1), 입사 각속도(ω1), 그리고 그린의 동 마찰계수(μk)이다. 그런데 공의 입사 속도(v1), 입사 각(θ1)은 어떤 클럽으로 타격했든지 항상 비슷하게 나오고, 그린의 동 마찰계수(μk) 또한 대략 0.2~0.25의 값을 가지므로 임의의 고정된 값을 사용할 수 있다. 결국 공의 그린에서 백 스핀을 결정하는 가장 중요한 요소는 입사 각속도(ω1)이다. 도 2에서 알 수 있듯이 운동방정식을 통해 입사 각속도(ω1)를 바꿔가면서 해석해보면, 입사 각속도(ω1)가 5000rpm일 때 공은 움직임 없이 그린에 거의 정지하는 것을 알 수 있다. 그리고 6000rpm 이상의 각속도 값을 가질 경우 백 스핀을 가지고 공이 뒤로 굴러가게 된다. 임계 각속도 값은 5500rpm으로 이 값보다 작을 경우 공은 앞으로 굴러가고, 클 경우는 뒤로 굴러가게 된다.

1 골프 시뮬레이션 장치
10 이용자
20 골프클럽
30 실제의 골프볼
40 가상의 골프볼
50 가상의 홀
100 스크린
200 센서부
300 중앙처리부

Claims

이용자에게 가상의 골프 환경을 제공하는 골프 시뮬레이션 장치이고,
상기 이용자가 친 실제의 볼의 속도 및 방향을 검지하는 센서부;
상기 검지된 속도 및 방향이 입력데이터로서 입력되는 중앙처리부; 및
상기 중앙처리부가 행하는 시뮬레이션이 디스플레이되는 스크린
을 포함하고,
상기 중앙처리부는,
상기 검지된 속도를 기초로 가상의 볼이 날아가 가상의 그린에 충돌할 때의 상기 가상의 볼의 입사 속도, 입사 각도, 입사 각속도를 계산하고,
상기 계산된 입사 각속도의 값과,
입사 속도(v1), 입사 각도(θ1), 등가 접촉 경사각(θc), 가상의 볼의 반지름(Rb)으로 이루어지는 다음의 수학식 1에 의한 값을 비교하여,
[수학식 1]

(여기서 등가 접촉 경사각(θc)는 실험값으로서, 다음의 식으로 정의된다.
[수학식 2]

)
상기 계산된 입사 각속도의 값이 상기 수학식 1에 의한 값보다 작을 경우, 상기 가상의 볼이 상기 진행 방향 그대로 굴러가는 것으로 시뮬레이션하고,
상기 계산된 입사 각속도의 값이 상기 수학식 1에 의한 값과 같을 경우, 상기 가상의 볼이 상기 가상의 그린 상에 정지하는 것으로 시뮬레이션하며,
상기 계산된 입사 각속도의 값이 상기 수학식 1에 의한 값보다 클 경우, 상기 가상의 볼이 상기 진행 방향의 반대 방향으로 굴러가는 것으로 시뮬레이션하는,
골프 시뮬레이션 장치.
이용자에게 가상의 골프 환경을 제공하는 골프 시뮬레이션 장치를 컴퓨터로 제어하기 위한 골프 시뮬레이션 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체이고,
상기 이용자가 친 실제의 볼의 속도 및 방향을 검지하는 기능;
상기 검지된 속도를 기초로 가상의 볼이 날아가 가상의 그린에 충돌할 때의 상기 가상의 볼의 입사 속도, 입사 각, 입사 각속도를 계산하는 기능;
상기 계산된 입사 각속도의 값과,
입사 속도(v1), 입사 각도(θ1), 등가 접촉 경사각(θc), 가상의 볼의 반지름(Rb)으로 이루어지는 다음의 수학식 1에 의한 값을 비교하여,
[수학식 1]

(여기서 등가 접촉 경사각(θc)는 실험값으로서, 다음의 식으로 정의된다.
[수학식 2]

)
상기 계산된 입사 각속도의 값이 상기 수학식 1에 의한 값보다 작을 경우, 상기 가상의 볼이 상기 진행 방향 그대로 굴러가는 것으로 시뮬레이션하고,
상기 계산된 입사 각속도의 값이 상기 수학식 1에 의한 값과 같을 경우, 상기 가상의 볼이 상기 가상의 그린 상에 정지하는 것으로 시뮬레이션하며,
상기 계산된 입사 각속도의 값이 상기 수학식 1에 의한 값보다 클 경우, 상기 가상의 볼이 상기 진행 방향의 반대 방향으로 굴러가는 것으로 시뮬레이션하는 기능; 및
상기 시뮬레이션을 스크린에 디스플레이하는 기능;
을 컴퓨터에 의하여 수행되도록 하는 골프 시뮬레이션 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.