KR101593659B1 - 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구를 제공한다. 본 발명은 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구로 퍼즐맞춤판(12)에 퍼즐(10)을 특정한 피사체를 형성하도록 끼워넣은 후, 피사체를 단말기(20)에 영상입력 한 후 인터넷을 통해 서버로부터 매칭하여 다시 단말기(20)로 자료를 받아 증강현실을 이용해 입체적 콘텐츠 학습이 가능하도록 한다.

Description

증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구{EXPERIENTIAL LEARNING PUZZLE TEACHING AIDS BASED ON AUGMENTED REALITY}

본 발명은 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 재미와 교육적 효과를 동시에 가질 수 있는 퍼즐 교구에 증상현실 기술을 접목하여 학습자의 오감을 자극해 창의력과 학습능력을 배가할 수 있는 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구에 관한 것이다.

증강현실(Augmented Reality, AR)은 현실의 이미지나 배경에 3차원 가상 이미지를 겹쳐서 하나의 영상으로 보여주는 기술로써 사용자가 스마트폰 등의 내장 카메라(캠)로 특정 사물을 비추면 정보가 단말기에 임시 기록된다. 그런 다음 인터넷을 통해 특정 정보 시스템에 전송하고 사용자로부터 사물의 상세 정보를 데이터베이스에서 검색한 후 그 결과를 다시 단말기로 전송한다. 이 데이터를 수신한 단말기는 증강현실 애플리케이션을 통해 현 정보와 매칭 시킨 후 실시간 화면으로 보여주는 것이다.

증강현실과 관련하여 대한민국 등록특허공보 제10-1261400호 "스티커를 이용한 증강현실 서비스 방법 및 시스템"은 사용자가 제작한 3D 동영상을 증강현실 사이트에 업로드하여 등록하면, 증강현실 사이트에서 사용자 단말기에 AR 스티커를 발부해 주며, 사용자가 발부받은 AR 스티커를 상품이나 제품 등 목적물에 부착하여 관계자에게 전달하며, 해당 관계자가 스마트폰을 이용해 목적물에 부착된 AR 스티커를 촬영하여 증강현실 사이트에 전송하면, 증강현실 사이트에서 AR 스티커에 대응된 3D 동영상을 스마트폰으로 제공해 줌으로써, AR 스티커를 이용해 증강현실 서비스를 실현할 수 있도록 하는 기술을 제안하고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0124998호 "증강 현실 구현 시스템 및 방법"은 영상에 포함된 식별 기호를 기초로 생성된 재구성 영상 및 재구성 음성과 상기 영상을 합성하여 출력하는 증강 현실 구현 시스템 및 방법에 관한 기술을 제안하고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0076466호 "증강현실을 이용한 교육자재 및 사용방법"은 제어부와 연결된 카메라로 교재를 비춘 다음, 표시부에서 증강(입체화)시켜 보다 쉽게 이해시키려고 3차원 공간을 이용하고, 표시부에 나타난 3D증강(입체) 교재에 맞추어 음성으로 설명하도록 한 증강현실을 이용한 교육자재 및 사용방법에 관한 기술을 제안하고 있다.

이와 같이 증강현실과 관련되어 제안되고 있는 기술은 AR스티커와 같은 식별 기호를 인식하여 한정적인 이미지를 통해 특징점을 추출하여야 하며, 교재 내의 제한된 자료로 흥미의 지속성을 잃어버릴 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래기술을 더욱 개선하기 위해 제안된 것으로, 일반적으로 특징점 추출 및 교구의 위치를 파악하여 매칭이 되는 특징점을 검색하여 렌더링부로 정보를 전달하고 다양한 퍼즐 결과물을 만들어 증강현실로 결과물을 확인하는 기술을 더욱 발전시켜 퍼즐을 조립하는 맞춤판과 퍼즐 조각들을 이용하여 학습능력을 배가하며 학습자의 호기심을 증대시키고 지속적인 흥미를 증진 시킬 수 있는 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구를 제공함에 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 다수개의 맞춤자리가 구획되어 형성되는 퍼즐맞춤판과; 상기 맞춤자리에 끼워지는 모양을 갖도록 형성된 다수개의 조각을 갖는 퍼즐과; 영상입출력이 가능하고 네트워크 구동과 프로그램 구동기능이 가능하며 상기 퍼즐에 의해 형성된 피사체의 영상을 획득하여 매칭되는 정보를 전송하기 위한 단말기와; 상기 단말기에서 받은 매칭되는 정보와 대응되는 증강현실 콘텐츠를 상기 단말기로 전송하는 서버를 포함하여; 상기 퍼즐맞춤판에 상기 퍼즐을 끼워 넣은 후 다양한 피사체를 만들어 상기 단말기에서 증강현실을 이용해 입체적 콘텐츠학습이 가능하다.

이와 같은 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구는 상기 퍼즐의 다수개의 조각이 서로 다른 색상을 갖도록 하여 상기 퍼즐맞춤판에 상기 퍼즐을 끼워 넣은 후 다양한 피사체를 만들어 상기 단말기에서 증강현실을 이용해 입체적 콘텐츠학습을 할 수 있다.

이와 같은 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구는 상기 단말기로 학습자의 손동작과 음성을 인식하여 구동할 수 있도록 함으로써, 상기 퍼즐맞춤판에 상기 퍼즐을 끼워 넣은 후 다양한 피사체를 만들어 상기 단말기에서 증강현실을 이용해 입체적 콘텐츠학습을 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 체감형 퍼즐 학습 교구는, 특징점 추출 및 교구의 위치를 파악하여 매칭이 되는 특징점을 검색하여 렌더링부로 정보를 전달하고 퍼즐을 조립하는 맞춤판과 퍼즐 조각들을 이용하여 다양한 퍼즐 결과물을 만들어 증강현실로 결과물을 확인함으로써 학습능력을 배가하며 학습자의 호기심을 증대시키고 지속적인 흥미를 증진 시킬 수 있는 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구를 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구를 설명하는 도면;
도 2는 본 발명에 따른 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구의 학습방법을 나타내는 블록 다이아그램;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 퍼즐맞춤판과 퍼즐을 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구의 학습방법을 나타내는 블록 다이아그램;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피사체를 단말기로 영상입력하는 것을 보여주는 도면;
도 6은 단말기에서 증강현실을 구현하는 것을 보여주는 도면이다.

도 1은 본 발명에 따른 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구를 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구는 퍼즐맞춤판(12)에 퍼즐(10)을 특정한 피사체를 형성하도록 끼워넣은 후, 피사체를 단말기(20)에 영상입력 한 후 인터넷을 통해 서버로부터 매칭하여 다시 단말기(20)로 자료를 받아 증강현실을 이용해 입체적 콘텐츠 학습이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.

이때, 퍼즐맞춤판(12)은, 다수개의 맞춤자리(14)가 구획되어 형성되고 맞춤자리(14)에 퍼즐(10)의 조각(11)을 끼워 넣을 수 있도록 형성된다. 이때, 구획(13)으로 인하여 만들어지는 맞춤자리(14)의 형태를 제한하는 것은 아니며 퍼즐(10)의 조각(11)이 수용될 수 있도록 구획(13)으로 형성되어진 맞춤자리(14)를 구성할 수 있다.

퍼즐(10)의 조각(11)은 퍼즐 맞춤판(12)의 맞춤자리(14)에 끼워지는 모양을 가지며 다수개의 조각(11)으로 퍼즐맞춤판(12)에 끼워져 다양한 피사체를 형성할 수 있는 것으로 학습자가 직접 퍼즐(10)을 이용해 피사체를 형성할 수 있다.

단말기(20)는 카메라 기능, 인터넷 구동, 프로그램 구동과 학습자의 손동작,음성을 인식하여 구동이 가능한 단말기(20)로써, 피사체를 찍고 인터넷을 통하여 받은 콘텐츠를 학습자가 볼 수 있도록 렌더링이 가능한 프로그램을 구동할 수 있는 단말기(20)로 적용될 수 있을 것이다.

서버는 피사체의 특징점과 매칭되는 자료를 저장할 수 있으며, 단말기(20)로 부터 받은 자료와 매칭되는 자료를 다시 단말기(20)로 전송하는 기능을 가질 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구는 학습자가 직접 퍼즐맞춤판(12)에 퍼즐(10)을 이용하여 다양한 피사체를 형성할 수 있어 호기심을 자극시키고, 단말기(20)를 통하여 서버로부터 받은 자료를 구동하여 증강현실을 이용해 입체적 콘텐츠학습이 가능하도록 할 수 있을 것이다.

한편, 단말기의 서버의 구성, 통신방법, 데이터 처리 방법은 기존기술을 활용하여 적용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구의 학습방법을 나타내는 블록 다이아그램이다.

도 2를 참조하면, 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구의 학습방법은 피사체를 형성하고 피사체를 단말기(20)를 통하여 영상입력한 뒤, 이 영상의 특징점을 추출하여 특징점 해쉬맵을 서버로 보내어 매칭시키고 매칭된 정보를 다시 단말기(20)로 받아 증강현실을 구현하여 입체적 콘텐츠를 렌더링하는 단계를 가져 학습자가 학습가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에서 피사체 형성단계는, 학습자가 퍼즐맞춤판(12)의 맞춤자리(14)에 다양한 색상의 퍼즐(10)조각들을 끼워 넣어 여러가지 형상을 갖도록 피사체를 형성할 수 있다.

피사체를 단말기(20)를 통해 영상입력 하는 단계는 카메라기능을 포함하고 있는 단말기(20)를 이용하여 피사체를 촬영한 후 단말기(20)에 저장하는 단계를 가질 수 있다.

서버로 영상을 보내 매칭하는 단계와 매칭된 정보를 단말기(20)로 받아 콘텐츠를 렌더링하는 단계는 통상의 증강현실을 구현하는 방법으로써, 입력된 정보를 받아 데이터베이스로부터 정보를 검색한 후, 다시 정보를 내보내어 증강현실이 구현될 수 있도록 해 학습자가 시각적으로 확인할 수 있는 것으로 종래기술의 증강현실 구현 방법과 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.

학습의 단계는 단말기(20)로 증강현실로 구현된 입체적 콘텐츠를 학습자가 눈으로 확인하면서 피사체의 결과물을 확인하며 학습에 흥미를 이끌 수 있다.

이와 같은 본 발명은 학습자가 직접적으로 퍼즐(10)의 조각(11)으로 여러가지 피사체를 표현하며 호기심을 자극하고 단말기(20)를 통하여 결과물인 입체적 콘텐츠를 볼 수 있으며, 체감형 학습 방법이 가능하고 이러한 학습 방법을 통해 학습 능력을 배가할 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 3 내지 6에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 각 도면에서 종래기술로부터 용이하게 확인할 수 있는 증강현실 구현은 단말기와 같이, 카메라, 인터넷, 프로그램 구동이 가능하고 입출력이가능한 장치와 증강현실을 구현할 수 있는 방법 등은 통상 본 발명에 적용되는 분야의 종사자들 및 그들이 관련분야의 종사자들을 중심으로 도시 및 설명하였다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 퍼즐맞춤판과 퍼즐을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구를 설명하기 위한 도면으로 퍼즐맞춤판(12)에 퍼즐(10)의 조각(11)을 끼워 넣어 학습자가 다양한 피사체를 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 본 실시예에서 퍼즐맞춤판(12)은 구획(13)으로 형성되어 있으며 이러한 구획(13)에 의해 형성된 맞춤자리(14)는 삼각형의 형태를 갖도록 형성된다.

퍼즐(10)은 맞춤자리(14)에 끼워질 수 있도록 삼각형 모양을 가지며, 다수개의 조각(11)으로써 색상 또한 다양하여 여러가지의 피사체를 학습자가 표현할 수 있도록 하는 퍼즐(10)로 구성된다. 다양한 색으로 구성된 퍼즐(10)의 조각(11)은 맞춤자리(14)에 끼워질 수 있는 크기의 퍼즐(10)로 구성된다.

이와 같은 본 실시예에 따르면 학습자는 퍼즐맞춤판(12)와 퍼즐(10)을 이용해 다양한 피사체를 형성할 수 있으며 피사체를 형성하는 과정에서 호기심을 자극하여 흥미를 유발할 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구의 학습방법을 나타내는 블록 다이아그램이다.

본 실시예에 따르면, 제공되는 가이드 북을 통하여 학습자가 퍼즐(10)을 조립하고 조립된 퍼즐(10)로 종료할 수 있고 이 조립된 퍼즐(10)을 단말기(20)를 이용하여 영상입력 한다. 입력된 영상은 색상과 특징점을 분할 추출하여 특징점 해쉬 맵 작성한 뒤 결과물을 매칭하는 단계를 갖는다. 이때, 특징점을 구분할 수 있는 데이터베이스로 결과물을 매칭한다. 이후 매칭된 결과물을 콘텐츠 렌더링할 수 있으며 학습자의 활용에 따라 손동작과 음성인식을 통하여 콘텐츠를 응용하여 사용한다.

이와 같은 학습자가 활용할 수 있는 학습방법에 있어서 학습자의 손동작을 단말기(20)가 인식하는 방법은 단말기(20)에서 콘텐츠를 확대, 회전, 이동, 축소할 수 있다. 이때, 확대는 학습자의 두 손가락을 단말기(20)에 접촉한 상태에서 두 손가락 사이를 벌리는 동작을 할 수 있으며, 축소는 두 손가락 사이의 간격을 좁히는 동작으로 구동되어 질 수 있다. 회전은 한 손가락을 단말기(20)에 접촉하여 회전을 원하는 방향으로 드래그한 뒤 접촉을 해제하는 동작으로 구동될 수 있으며, 이동은 손가락을 한번 터치한 다음 다시 터치하여 드래그할 경우 콘텐츠의 이동이 가능하도록 할 수 있다.

또한, 학습방법의 또 다른 방법은 단말기(20)에서 음성인식을 하는 방법으로 학습자의 음성을 받아 음성데이터를 샘플링한 음성 해쉬맵을 전송한 후 음성데이터베이스와 비교하여 매칭되는 명령어를 단말기(20)에서 수행할 수 있다.　예를 들어 " 뛰어" 라는 음성을 말하였을 경우　현재 단말기(20)에서 렌더링 되고 있는 콘텐츠가 가만히 있다가 　"뛰어"에 해당되는 "RUN(음성데이터베이스 매칭후 결과값)" 명령을 받아 콘텐츠가 뛰는 애니메이션을 진행하게 된다.

한편, 본 실시예의 학습자가 콘텐츠를 활용하기 위하여 사용되는 상세한 구동 시스템은 통상의 기술로 적용될 수 있을 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 5 및 도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습교구로, 도 5는 피사체를 단말기로 영상입력하는 것을 보여주는 도면이고 도 6은 단말기에서 증강현실을 구현하는 것을 보여주는 도면이다.

도 5및 도 6을 참조하면, 도 5에서 학습자가 특정한 피사체를 퍼즐(10)로 조립하면 이 피사체를 단말기(20)로 사진을 찍어 영상을 입력하고 인터넷을 통해 연결된 서버로부터 매칭된 자료가 단말기(20)로 다시 전송되어 도 6과 같은 증강현실을 구현하여 입체적 콘텐츠로 학습의 능력을 배가할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직할 실시예는 증강현실 기반의 체감형 퍼즐 학습 교구를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시 하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들을 잘 이해할 수 있을 것이다.

10 : 퍼즐 11 : (퍼즐)조각
12 : 퍼즐맞춤판 13 : 구획
14 : 맞춤자리 20 : 단말기

Claims (3)

1. 다수개의 맞춤자리가 구획되어 형성되는 퍼즐맞춤판과;
   상기 맞춤자리에 끼워지는 모양을 갖도록 형성된 다수개의 조각을 갖는 퍼즐과;
   영상입출력이 가능하고 네트워크 구동과 프로그램 구동기능이 가능하며 상기 퍼즐에 의해 형성된 피사체의 영상을 획득하여 매칭되는 정보를 전송하기 위한 단말기와;
   상기 단말기에서 받은 매칭되는 정보와 대응되는 증강현실 콘텐츠를 상기 단말기로 전송하는 서버를 포함하고 상기 퍼즐의 다수개의 조각은 서로 다른 색상을 갖도록 하여 상기 퍼즐맞춤판에 상기 퍼즐을 끼워 넣은 후 여러가지 형상을 갖는 다양한 피사체를 만들어 상기 단말기에서 증강현실을 이용해 입체적 콘텐츠학습이 가능한 것을 특징으로하는 체감용 퍼즐 학습 교구.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 단말기는 학습자의 손동작과 음성을 인식하여 구동할 수 있도록 함으로써, 상기 퍼즐맞춤판에 상기 퍼즐을 끼워 넣은 후 다양한 피사체를 만들어 상기 단말기에서 증강현실을 이용해 입체적 콘텐츠학습이 가능한 것을 특징으로하는 체감용 퍼즐 학습 교구.
3. 삭제

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