KR101595410B1

KR101595410B1 - 골격 오토 로케이션 방법

Info

Publication number: KR101595410B1
Application number: KR1020130152807A
Authority: KR
Inventors: 정낙은; 김정안
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2016-02-26
Also published as: KR20150067451A

Abstract

본 발명은 골격 오토 로케이션이 실행되는 프로그램과 프로그램 실행을 위한 뼈의 3차원 측정 데이터가 저장되며 제어부에 연결된 저장부와, 제어부에 연결되고 사용자 명령이 입력되는 수단인 입력부와, 제어부에 연결되며 저장부에 저장된 자료나 연산 결과가 표시되는 디스플레이부와, 상기 저장부, 입력부, 디스플레이부에 연결되어 제어 하는 제어부로 이루어진 시스템에서 실행되는 골격 오토 로케이션 방법에 있어서; 골격 오토 로케이션은 저장부에 저장된 하나 이상의 뼈에 대한 3차원 데이터 파일의 3차원 데이터를 이루는 데이터노드(101)들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 이루는 2개의 데이터노드가 추출되는 단계(기준축용 데이터노드 추출 단계), 최대거리를 이루는 상기 2개의 데이터노드를 지나는 기준축(301)이 도출되는 단계(ST-111, 기준축 연산 단계), 최대거리를 이루는 데이터노드들로부터 기준축(301) 상의 가상의 제1 중심점(301-1)이 연산되는 단계(제1 중심점 연산 단계), 기준축(301)과 경사를 이루는 제1 보조축(303)이 도출되는 단계(ST-115, 제1 보조축 연산 단계)를 포함하는 골격 오토 로케이션 방법에 관한 것이다.

Description

골격 오토 로케이션 방법{A Method For Bone Auto Locating}

본 발명은 골격 오토 로케이션 방법에 관한 것으로, 인체 유골(골격)의 위치 정렬시 특히 사건 사고 현장에서 수습되는 인체 골격의 위치 정렬시 용이하게 자동 정렬되도록 하기 위한 골격 오토 로케이션 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 유골 수습 및 정렬 과정을 설명하기 위하여 도시한 순서도이며, 도 2 및 도 3은 3차원 카메라로 촬영된 인체를 이루는 골격의 예시도이다. 각종 사건 사고 현장에서 인체 유골을 수습하는 때에는 수습된 각 골격의 사진을 촬영하고(ST-20), 특징을 기록하며, 의사 등 인체 전문가들이 수습된 골격이 인체의 어느 부분에 해당되는 골격인지 구분하고, 각 골격을 인덱싱한 후 탁자 등의 위에 골격의 대략적인 상대 위치에 각 골격을 위치시킨 후(ST-30) 전체 사진을 촬영(ST-40)하여 보관하고, 수습된 유골은 유족에게 인계하였다. 인덱싱 방법으로는 골격의 명칭을 기재한 메모지를 각 골격에 임시 부착시키는 방법이 있다.

그리고 추후에 추가적인 조사가 필요한 경우에는 사진을 보면서 필요한 내용에 대한 추가 조사를 실시하였다.

최근에는 3차원 사진 촬영 기법의 발전으로 인하여, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 수습된 각 골격을 3차원 촬영하여 3차원 데이터로 보관할 수 있게 되었다. 도 2는 촬영되어 3차원 데이터로 저장된 길이를 가지는 정강이뼈를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3은 촬영되어 3차원 데이터로 저장된 척추뼈를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2 및 3에서 101은 3차원 촬영시 획득되는 데이터노드를 도시한 것이다. 3차원 데이터는 복수의 데이터노드(101)들이 그 좌표계(X, Y, Z) 상의 위치와 함께 획득되어 저장되며, 데이터노드들(101)을 연결한 가상 표면을 형성하여 프로그램상에서 입체적인 형상으로 디스플레이된다. 3차원 데이터로 저장할 때 파일 명칭을 각 골격의 명칭으로 하였다.

그러나 각 골격에 대한 3차원 데이터가 마련되더라도, 인체 골격의 특성상(형태의 복잡성, 형태의 불규칙성) 각 골격을 상대 위치에 정렬시키기 위한 골격 데이터를 산출하는 것이 용이하지 않으므로, 프로그램(예, 포토?) 내에서 각 골격의 상대 위치에 골격을 정렬시키는 작업은 수작업으로 실시하여야만 하였다. 반복되는 경우에도 반복시마다 수작업으로 정렬하여야만 하였다. 예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이 직립 상태로 인체 골격을 정렬시키는 경우, 프로그램 상(예를 들면, 포토샵)에 디스플레이된 각 골격의 이미지를 마우스 등과 같은 입력 수단으로 선택하여 이동 및 회전시켜서 정렬하였다.

그리고 이를 개선하기 위한 발명이 개발되지 않아 반복되는 경우에도 작업시마다 수작업으로 정렬할 수밖에 없는 문제점이 있었다. 더욱이 하나의 사건 또는 사고 현장에서 여러 구의 인체 골격들이 수습되는 경우 수작업에 의한 시간이 장시간 소요되며, 수작업에 의한 정렬이 더욱더 용이하지 않은 문제점이 있었다.

또한, 각 뼈의 이미지를 저장할 때 파일 명칭을 각 뼈의 해부학 명칭으로 함으로써 작업이 번거롭고 규칙적이지 못하며 파일 명칭으로부터 뼈의 위치에 대한 정리가 신속하게 이루어질 수 없는 문제점이 있었다.

대한민국 특허 제10-0593055호 등록특허공보

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 정렬을 위한 각 골격의 데이터가 마련되어 1회의 수동 작업 후에는 정렬이 자동으로 이루어질 수 있도록 하여 반복 작업이나 다수의 유골을 정렬하는 경우에도 단시간에 유골정렬이 가능하게 되는 골격 오토 로케이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 이루기 위하여 본 발명은 골격 오토 로케이션이 실행되는 프로그램과 프로그램 실행을 위한 뼈의 3차원 측정 데이터가 저장되며 제어부에 연결된 저장부와, 제어부에 연결되고 사용자 명령이 입력되는 수단인 입력부와, 제어부에 연결되며 저장부에 저장된 자료나 연산 결과가 표시되는 디스플레이부와, 상기 저장부, 입력부, 디스플레이부에 연결되어 제어 하는 제어부로 이루어져 골격 오토 로케이션이 실행되는 골격 오토 로케이션 방법에 있어서; 골격 오토 로케이션은 저장부에 저장된 하나 이상의 뼈에 대한 3차원 데이터 파일의 3차원 데이터를 이루는 데이터노드들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 이루는 2개의 데이터노드가 추출되는 단계(기준축용 데이터노드 추출 단계), 최대거리를 이루는 상기 2개의 데이터노드를 지나는 기준축이 도출되는 단계(기준축 연산 단계), 최대거리를 이루는 데이터노드들로부터 기준축 상의 가상의 제1 중심점이 연산되는 단계(제1 중심점 연산 단계), 기준축과 경사를 이루는 제1 보조축이 도출되는 단계(제1 보조축 연산 단계)를 포함하는 골격 오토 로케이션 방법을 제공한다.

상기에서, 기준축용 데이터노드 추출 단계에서는 데이터노드(101)들 사이의 거리가 연산되어 최소거리를 이루는 2개의 데이터노드가 추출되며, 상기 기준축 연산 단계(ST-111)에서는 최소거리를 이루는 상기 2개의 데이터노드를 지나는 축이 기준축(301)으로 되는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 제1 보조축 연산 단계(ST-115)는 상기 제1 중심점(301-1)에 대하여 기준축(301)과 같은 경사각을 가지는 데이터노드들이 연산되어 추출되는 단계(제1 동일 경사 데이터노드 도출단계)와, 같은 경사각을 가지는 데이터노드들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 가지는 2개의 데이터노드(제1 보조 데이터노드)가 추출되는 단계(제1 보조축용 데이터노드 도출단계)를 포함하며; 상기 제1 보조축(303)은 상기 2개의 제1 보조 데이터노드를 지나는 축인 것을 특징으로 한다.

상기에서, 제1 보조축 연산 단계(ST-115)는 제1 중심점(301-1)으로부터 기준축(301)을 따라 이격된 위치에 제1 이격점(301-2)이 연산되어 도출되는 단계(제1 이격점 도출단계)와, 상기 제1 이격점(301-2)에 대하여 기준축(301)과 같은 경사각을 가지는 데이터노드들이 연산되어 추출되는 단계(제1 동일 경사 데이터노드 도출단계)와, 같은 경사각을 가지는 데이터노드들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 가지는 2개의 데이터노드(제1 보조 데이터노드)가 추출되는 단계(제1 보조축용 데이터노드 도출단계)를 포함하며; 상기 제1 보조축(303)은 상기 2개의 제1 보조 데이터노드를 지나는 축인 것을 특징으로 한다.

상기에서, 저장부에 저장된 파일이 사용자의 선택에 의하여 디스플레이부에 디스플레이되고, 선택되어 디스플레이된 파일을 이루는 데이터노드들에 대하여 디스플레이부 좌표계 상의 중심점, 기준축, 제1 보조축(제1 보조축용 데이터노드)이 연산되어 저장되는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 사용자의 명령에 의하여 디스플레이부(14) 상에 디스플레이 된 파일의 데이터노드들에 대한 중심점, 기준축, 제1 보조축은 디스플레이부(14)의 좌표계에 대하여 연산되어 저장된 중심점, 기준축, 제1 보조축에 일치되도록 데이터노드들이 위치되어 디스플레이(ST-200) 되는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 기준축(301)과 경사를 이루는 제2 보조축(305)이 도출되는 단계(ST-119, 제2 보조축 연산 단계)가 더 포함되며; 상기 제2 보조축 연산 단계(ST-119)는 제1 중심점(301-1)으로부터 기준축(301)을 따라 이격된 위치에 제2 이격점(301-3)이 연산되어 도출되는 단계(제2 이격점 도출단계)와, 상기 제2 이격점(301-3)에 대하여 기준축(301)과 같은 경사각을 가지는 데이터노드들이 연산되어 추출되는 단계(제2 동일 경사 데이터노드 도출단계)와, 같은 경사각을 가지는 데이터노드들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 가지는 2개의 데이터노드(제2 보조 데이터노드)가 추출되는 단계(제2 보조축용 데이터노드 도출단계)를 포함하며; 상기 제2 보조축(305)은 2개의 제2 보조 데이터노드를 지나는 축이며, 상기 제2 이격점(301-3)의 제1 중심점(301-1)으로부터 이격 거리는 제1 이격점(301-2)의 제1 중심점(301-1)으로부터 이격 거리와 상이한 것을 특징으로 한다.

상기에서, 선택되어 디스플레이된 파일을 이루는 데이터노드들에 대하여 디스플레이부 좌표계 상의 제2 보조축이 연산되어 저장되는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 사용자의 명령에 의하여 디스플레이부 상에 디스플레이 된 파일의 데이터노드들에 대한 제2 보조축은 디스플레이부의 좌표계에 대하여 연산되어 저장된 제2 보조축에 일치되도록 데이터노드들이 위치되어 디스플레이되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 골격 오토 로케이션 방법에 의하면, 정렬을 위한 각 골격의 데이터가 마련되며, 정렬이 자동으로 이루어질 수 있도록 하며, 반복 작업이나 다수의 유골을 정렬하는 경우에도 단시간에 유골정렬이 가능하게 되며, 뼈의 이미지 파일 명칭으로부터 뼈의 위치가 인식될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 유골 수습 및 정렬 과정을 설명하기 위하여 도시한 순서도이며,
도 2 및 도 3은 3차원 카메라로 촬영된 인체를 이루는 골격의 예시도이며,
도 4는 본 발명 골격 오토 로케이션이 실행되는 시스템을 도시한 구조도이며,
도 5는 본 발명에 따른 골격 오토 로케이션 방법을 설명하기 위하여 도시한 순서도이며,
도 6 및 도 7은 인체 골격 분류를 설명하기 위하여 도시한 인체 골격도이며,
도 8은 본 발명에 구비된 분류 단계에 따라 인체를 이루는 각 뼈에 코드를 부여하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 것이며,
도 9는 본 발명 오토 로케이션 방법을 이루는 분류 단계에 의하여 인체를 이루는 뼈에 부여된 코드들을 도시한 것이며,
도 10은 본 발명에 따른 골격 오토 로케이션 방법에서 기준축 도출을 설명하기 위하여 도시한 것이며,
도 11은 본 발명에 따른 골격 오토 로케이션 방법에서 보조축 도출을 설명하기 위하여 도시한 것이며,
도 12는 본 발명에 따른 골격 오토 로케이션 방법에서 기준축에 대한 각도가 연산되는 과정을 설명하기 위하여 도시한 것이다.

이하에서 도면을 참조하여, 본 발명에 따르는 골격 오토 로케이션 방법의 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명 골격 오토 로케이션이 실행되는 시스템을 도시한 구조도이며, 도 5는 본 발명에 따른 골격 오토 로케이션 방법을 설명하기 위하여 도시한 순서도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명 골격 오토 로케이션 방법을 이루는 코드 부여 단계를 설명하기 위하여 도시한 인체 골격도이며, 도 8은 본 발명에 구비된 분류 단계에 따라 인체를 이루는 각 뼈에 코드를 부여하는 방법을 설명하기 위하여 도시한 것이며, 도 9는 본 발명 오토 로케이션 방법을 이루는 분류 단계에 의하여 인체를 이루는 뼈에 부여된 코드들을 도시한 것이며, 도 10은 본 발명에 따른 골격 오토 로케이션 방법에서 기준축 도출을 설명하기 위하여 도시한 것이며, 도 11은 본 발명에 따른 골격 오토 로케이션 방법에서 보조축 도출을 설명하기 위하여 도시한 것이며, 도 12는 본 발명에 따른 골격 오토 로케이션 방법에서 기준축에 대한 각도가 연산되는 과정을 설명하기 위하여 도시한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 골격 오토 로케이션 시스템(10)은 골격 오토 로케이션 방법이 실행되는 프로그램과 프로그램 실행을 위한 자료가 저장되며 제어부(11)에 연결되는 저장부(12)와, 제어부(11)에 연결되고 사용자 명령이 입력되는 수단인 입력부(13)와, 제어부(11)에 연결되며 저장부(12)에 저장된 자료나 연산 결과가 표시되는 디스플레이부(14)와, 상기 저장부(12), 입력부(13), 디스플레이부(14)에 연결되어 제어하는 제어부(11)로 이루어진다. 도 1에서 도면부호 15는 제어부(11)에 연결되어 연산이 실행되는 연산부를 도시한 것이다. 별도의 연산부가 구비되지 않고 제어부(11)에서 연산이 수행되는 시스템도 가능하다.

도 5에 도시된 바와 같이 골격 오토 로케이션 시스템(10)에서 실행되는 본 발명 골격 오토 로케이션 방법은 골격(뼈) 3차원 DATA 생성 단계(ST-100)와, 골격 DB 연산 단계(ST-110)와, 정렬 단계(ST-200)로 이루어져 실행된다. 골격(뼈) 3차원 DATA 생성 단계(ST-100) 전에 코드 생성을 위한 단계(ST-90, 코드 생성 단계)가 실행된다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 인체를 이루는 골격(뼈)을 분류하는 방법에 있어서, 인체가 직립한 상태에서 골반 부분을 기준으로 상하로 나누고, 좌우 중심으로 기준으로 좌우로 나누어진다. 그리고 좌우에서 중심을 이루는 뼈는 별도의 영역으로 구분하여 분류된다. 상하로 구분하여 상부 영역에 위치하는 뼈에는 인덱스(색인) '1'이 부여되고, 하부 영역에 위치하는 뼈에는 인덱스 '2'가 부여된다. 그리고 좌우 영역에서 우측 영역에 위치하는 뼈에는 인덱스 '1'이, 좌측 영역에 위치하는 뼈에는 인덱스 '2'가 부여된다. 그리고 좌우 중심부에 위치하는 뼈에는 인덱스 '0'이 부여된다. 골반 부분을 기준을 상하로 나눔으로써 좌우 중심부에 위치하는 골격은 모두 상부 영역에 위치하게 된다. 상기와 같이 인체 골격이 분류되면 도 7에 도시한 바와 같이 중심 부분에 위치하는 골격에는 인덱스 '00'이 부여되고, 우측 중심부에 위치하는 골격에는 인덱스 '01'이 부여되고, 좌측 중심부에 위치하는 골격에는 인덱스 '02'가 부여되며, 왼쪽 팔과 손을 이루는 골격에는 인덱스 '11'이 부여되고, 오른쪽 팔과 손을 이루는 골격에는 인덱스 '12'가 부여된다. 그리고 왼쪽 다리와 발을 이루는 골격에는 인덱스 '21'이 부여되고, 오른쪽 다리와 발을 이루는 골격에는 인덱스 '22'가 부여된다. 상기와 같이 위치에 따라 영역이 분할되어 인덱스를 부여되고, 이 위치 인덱스에 더하여 각 골격의 명칭에 약어가 보조 인덱스로 부여되어 인체를 이루는 골격의 위치를 인덱스만으로 알 수 있게 된다.

도 8은 코드 생성의 예를 도시한 것으로, 위에서 설명한 뼈의 위치에 따르는 2개의 숫자와, 뼈의 약어가 함께 코드로 생성되어 각 뼈를 나타내는 코드로 저장부(120)에 저장될 수 있다. 도 8에서 좌측의 빈 2개의 박스에는 위에서와 같이 위치에 따라 분할된 영역의 2개의 숫자 자리이다. "location"은 위치를 나타내는 것으로, 경추, 요추, 손의 기절골, 중절골, 말절골, 발의 근지골, 중지골, 원지골과 같이 반복되는 경우에는 이를 구분하기 위하여 "01", "02", "03" 등과 같이 위치를 나타내는 숫자를 부가하여 코드가 생성된다. 경추, 요추 등은 위에서부터 차례로 "01", "02" 등과 같이 위치 숫자가 부여될 수 있다.

예를 들어 좌측 7번째 늑골은 늑골의 영문명칭 'Rib'의 약어 'R'과 7번째를 나타내는 숫자 '07'을 보조 인덱스로 부여함으로써 '01R07'로 인덱스를 부여할 수 있으며, 12번째 흉추는 흉추의 영문명칭 'Thoracic Vertebra'의 약어 'T'와 12번째를 나타내는 숫자 '12'를 보조 인덱스로 부여함으로써 '00T12'로 인덱스를 부여할 수 있으며, 두개골은 두개골의 영문명칭인 'Cranium'의 약어 'CRA'를 보조 인덱스로 부여함으로써 '00CRA'로 인덱스를 부여할 수 있다.

위와 같이 위치 인덱스와 보조 인덱스가 인체 골격에 부여되고, 뼈 사진 촬영시 파일 명칭을 위와 같은 인덱스로 함으로써 파일 명칭에 의하여 저장된 뼈 이미지가 어느 위치에 위치하는 어떤 뼈인지 용이하게 알 수 있으며, 각 골격을 3차원 촬영하여 마련한 3차원 데이터의 저장 파일 이름으로 사용될 수 있는 편리함이 있다.

도 9는 위와 같은 과정에 따라 분류되어 저장된 각 뼈의 코드들을 그 위치에 따라 정렬하여 나타낸 것이다. 상기와 같은 방법에 따라 인체를 이루는 뼈가 분류되고 코드가 부여되어 저장됨으로써, 인체 뼈에 대한 기본적인 지식이 있는 사용자라면 누구나 사고 현장등에서 수습되는 뼈에 대하여 간단하면서도 일률적으로 코드를 생성하여 부여할 수 있다. 기존에는 수습되는 뼈에 그 뼈의 명칭을 기재한 태그를 부착하고 촬영하면서 수습하였다.

도 4에 도시된 골격 오토 로케이션 시스템(10)에 로딩되어 실행되는 본 발명 골격 오토 로케이션 방법은 도 2, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 3차원 촬영되어 마련된 골격의 3차원 데이터(100)로부터 골격 오토 로케이션을 위한 데이터가 생성(추출)되는 단계(ST-110, 골격 DB 연산 단계)로 이루어진다. 이하의 설명에서 도 2에 도시한 바와 같은 골격의 3차원 데이터를 참조하여 본 발명을 설명한다.

3차원 촬영되어 마련된 골격의 3차원 데이터(100)를 이루는 복수의 데이터노드(101)는 각 뼈의 이미지의 좌표계(국부좌표계; Local Coordinate) 상의 좌표로 저장된다.

본 발명에 따르는 골격 오토 로케이션 방법은 도 5, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 촬영되어 마련된 골격의 3차원 데이터(100)로부터 해당 골격에 대한 기준축(301)과 제1 보조축(303)이 도출되는 단계로 이루어진다. 그리고 여기에 더하여 제2 보조축(305)이 도출되는 단계를 포함한다.

먼저, 기준축(301)이 도출되는 단계(ST-111)에 대하여 설명한다.

골격의 3차원 데이터를 이루는 데이터노드(101)들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 이루는 2개의 데이터노드(101-1, 101-2)가 추출된다(기준축용 데이터노드 추출 단계). 골격의 3차원 데이터를 이루는 2개의 데이터노드(101)의 좌표가 각각 (x10, y10, z10), (x20, y20, z20)이라고 할 때, 이들 2개의 데이터노드(101) 사이의 거리(L)는

식으로 연산된다.

상기 최대거리를 이루는 2개의 데이터노드(101-1, 101-2)는 각각 3차원 상의 좌표((x1, y1, z1), (x2, y2, z2))를 가지고 있다. 기준축(301)은 상기 2개의 데이터노드(101-1, 101-2)의 3차원상의 좌표((x1, y1, z1), (x2, y2, z2))를 지나는 직선축이 된다. 상기 기준축(301)과 최대거리를 이루는 2개의 데이터노드(101-1, 101-2)에 대한 정보는 골격의 3차원 데이터(100)와 함께 저장된다.

상기 기준축용 데이터노드 추출 단계에서는 데이터노드(101)들 사이의 거리가 연산되어 최소거리를 이루는 2개의 데이터노드가 추출되어, 상기 기준축 연산 단계(ST-111)에서는 최소거리를 이루는 상기 2개의 데이터노드를 지나는 축이 기준축(301)이 되도록 하는 것도 가능하다.

골격의 3차원 데이터를 이루는 데이터노드(101)들의 갯수는 촬영 정밀도에 따라 달라지나 그 수가 많으므로, 위와 같이 모든 데이터노드(101)들에 대하여 서로의 거리가 연산되고, 연산된 거리가 비교되어 최대거리를 이루는 2개의 데이터노드(101-1, 101-2)가 추출되는 경우 연산이나 비교 횟수가 많아지게 되므로, 연산되는 데이터노드(101) 들을 분류하여 일부에 대해서만 위와 같이 연산되도록 하는 것이 바람직한다.

도 10에 도시한 바와 같이 데이터노드(101)들 좌표값으로부터 좌표값들의 크기가 비교되어 제1 축(X축)의 최대값(Xmax)과 최소값(Xmin), 제2 축(Y축)의 최대값(Ymax)과 최소값(Ymin), 제3 축(Z축)의 최대값(Zmax)과 최소값(Zmin)이 도출되며(최대 최소값 도출 단계), 상기 6개의 최대값과 최소값의 조합으로 골격의 데이터노드를 내부에 위치시키는 가상의 육면체(200)를 이루는 꼭지점이 형성된다(가상 육면체 형성단계).

가상의 육면체(200)를 이루는 8개의 꼭지점은 1(Xmax, Ymin, Zmin), 2(Xmax, Ymin, Zmax), 3(Xmax, Ymax, Zmin), 4(Xmax, Ymax, Zmax), 5(Xmin, Ymin, Zmin), 6(Xmin, Ymin, Zmax), 7(Xmin, Ymax, Zmin), 8(Xmin, Ymax, Zmax)이 된다.

그리고 제1 축(X축)의 최대값(Xmax)과 최소값(Xmin)으로부터 제1 축의 중심값(Xm)이 연산되고, 제2 축(Y축)의 최대값(Ymax)과 최소값(Ymin)으로부터 제2 축의 중심값(Ym)이 연산되고, 제3 축(Z축)의 최대값(Zmax)과 최소값(Zmin)으로부터 제3 축의 중심값(Zm)이 연산되어 각 중심값을 좌표로 하는 중심점(201, (Xm, Ym, Zm))이 도출된다(중심점 도출 단계).

상기 중심점의 좌표는 각각

,

,

식에 의하여 연산된다.

상기 중심점(201, (Xm, Ym, Zm))으로부터 각 데이터노드들까지의 거리가 연산되며(중심거리 연산단계), 상기 중심점(201)을 중심으로 하는 가상의 구체(203)가 형성될 수 있다(가상 구체 형성단계). 중심점(201)으로부터 동일한 거리에 있는 점들이 구체(203)로 형성된다. 따라서 중심점(201)으로부터 거리가 사용자에 의하여 입력될 수도 있고, 골격에 따라 프로그램에 미리 저장될 수도 있다. 그리고 상기 중심점(201)으로부터의 거리에 따라 데이터노드(101)들이 구체(203) 내에 위치하는 데이터노드들과 구체(203) 외부에 위치하는 데이터노드들로 분류되며(데이터노드 분류 단계), 구체(203) 외부에 위치하는 데이터노드들 사이에서의 거리만 연산되어 최대거리를 이루는 2개의 데이터노드가 추출될 수 있다. 상기와 같은 단계를 거쳐 최대 거리에 위치하는 2개의 데이터노드(101-1, 101-2)를 추출하는 연산 과정이 단축되는 것이 가능하였다. 도 10에서 도면부호 205와 207은 구체(203) 양측으로 위치하는 데이터노드들을 나타낸 것이다.

상기 제1 보조축 연산 단계(ST-115)에 대하여 설명하면, 먼저 상기 제1 보조축 연산 단계(ST-115)는 최대거리를 이루는 2개의 데이터노드(101-1, 101-2)들로부터 기준축(301) 상의 중심인 제1 중심점(301-1)이 연산되어 도출된다(제1 중심점 연산 단계). 최대 거리를 이루는 2개의 데이터노드(101-1, 101-2)는 각각 3차원상의 좌표를 각각 (x1, y1, z1)와 (x2, y2, z2)라 하고, 제1 중심점(301-1)의 좌표를 (x3, y3, z3)이라 할 때, 제1 중심점(301-1)의 좌표는 각각

,

,

와 같이 연산된다.

그리고 제1 중심점(301-1)으로부터 기준축(301)을 따라 이격되어 위치하는 제1 이격점(301-2)이 연산되어 도출된다(제1 이격점 도출단계). 제1 이격점(301-2)의 좌표를 (x4, y4, z4)라 할 때, 제1 이격점(301-2)의 좌표는 각각

,

,

와 같이 연산된다. 상기에서

(이하에서 '이격팩터'라고 한다)는 0보다 크고 1보다 작은 소수이다.

본 발명에 따르는 골격 오토로케이션 시스템(10)에 로딩되어 실행될 때, 입력부를 통하여 상기 이격팩터(δ) 값이 사용자에 의하여 입력될 수도 있고, 미리 설정되어 저장될 수도 있다.

상기 제1 이격점(301-2)에 대하여 기준축(301)에 대하여 같은 경사각을 가지는 데이터노드들이 연산되어 추출된다(제1 동일 경사 데이터노드 도출단계). 도 8에서 도면부호 401은 제1 이격점(301-2)에 대하여 기준축(301)에 대하여 같은 경사각을 가지는 데이터노드들을 도시한 것이다. 같은 경사각을 가지는 데이터노드(401)들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 이루는 2개의 데이터노드(제1 보조 데이터노드)가 추출된다. 상기 제1 보조축(303)은 최대거리를 이루는 2개의 제1 보조 데이터노드를 지나는 축이며, 제1 보조축(303)과 제1 보조축(303) 상의 데이터노드(401)들 사이의 최대거리는 데이터노드(101)에 대한 정보와 함께 저장된다.

상기 제1 동일 경사 데이터노드 연산단계에서 제1 이격점(301-2)에 대하여 기준축(301)과 직각을 이루어 같은 경사각을 가지는 데이터노드들이 연산되어 추출될 수 있다.

데이터노드가 제1 이격점(301-2)에 대하여 기준축(301)과 이루는 각도를 연산하는 과정에 대하여 도 12를 참조하여 설명한다.

도 12에서 도면부호 101-1과 101-2는 최대 거리를 이루는 데이터노드를, 301-2는 중심점(301-1)에서 기준축(301)을 따라 이격된 제1 이격점을, A는 제1 이격점(301-2)을 중심으로 기준축(301)에 대하여 각도(θ)가 연산되는 데이터노드를 도시한 것이다. 도 12에는 제1 이격점(301-2)을 중심으로 각도가 연산되는 것을 도시하였으나, 기준축(301)과 이루는 데이터노드(A)의 각도(θ)는 중심점(301-1)을 중심으로 연산되는 것도 가능하다. 상기에서 각도(θ)는 제1 이격점(301-2)에서 데이터노드(A)를 연결한 벡터와 제1 이격점(301-2)에서 데이터노드(101-2)를 연결한 벡터 사이의 각이다. 상기 각도(θ)는 제1 이격점(301-2)에서 데이터노드(A)를 연결한 벡터와 제1 이격점(301-2)에서 데이터노드(101-1)를 연결한 벡터 사이의 각일수도 있다.

먼저, 최대거리 데이터노드 중 어느 한 데이터노즈(101-2)와 제1 이격점(301-2) 사이의 거리(L1)가 연산된다.

연산은

식에 의하여 이루어진다. 그리고 제1 이격점(301-2)과 데이터노드(A) 사이의 거리(L2)가 연산된다. 연산은

식에 의하여 이루어진다.

그리고 제3 거리(L3)가 연산되며, 연산은

식으로 이루어지며,

각도(θ)의 연산은

식에 의하여 이루어진다.

위와 같은 각도의 연산에 의하여 연산된 데이터노드들 중에서 같은 각도로 경사진 데이터노드가 추출될 수 있으며, 직각을 이루는 데이터노드들이 추출될 수도 있다. 상기 연산에서 연산 특성상 정확하게 같은 각도로 계산되어 경사진 데이터노드는 없을 수도 있으므로, 오차범위가 부여되어 같은 각도로 경사진 데이터노드가 추출될 수 있다. 오차범위에 대하여 유용성을 확인하기 위하여 발명자는 0.001라디안보다 작은 범위로 설정하여 실행되도록 하고, 인체 정렬에서 정렬이 자동으로 이루어지는 것을 확인하였다.

같은 경사를 가지는 데이터노드들 사이의 거리가 연산되고, 최대거리를 이루는 2개의 데이터노드들이 추출된다.

상기와 같은 방법에 의하여 도출된 기준축(301), 제1 중심점(301-1) 및 제1 보조축(303)에 대한 정보는 골격의 3차원 데이터에서 데이터노드(101)에 대한 정보와 함께 저장부(12)에 저장된다.

인체를 이루는 각 뼈들에 대하여 복수의 데이터노드(101)들, 기준축(301), 제1 중심점(301-1) 및 제1 보조축(303)에 대한 정보가 저장부(12)에 저장된다.

상기에서 골격이 인체를 이루도록 정렬될 때, 이동 위치와 회전 위치를 처음 정렬 위치와 일치시키는 것이 가능하나, 상하가 바뀔 수 있으므로, 기준축(301)과 경사를 이루는 제2 보조축(305)이 도출되는 단계(ST-119, 제2 보조축 연산 단계)가 더 포함된다. 상기 제2 보조축 연산 단계(ST-119)는 제1 중심점(301-1)으로부터 기준축(301)을 따라 이격된 위치에 제2 이격점(301-3)이 연산되어 도출되는 단계(제2 이격점 도출단계)와, 상기 제2 이격점(301-3)에 대하여 기준축(301)과 같은 경사각을 가지는 데이터노드들이 연산되어 추출되는 단계(제2 동일 경사 데이터노드 도출단계)와, 같은 경사각을 가지는 데이터노드들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 가지는 2개의 데이터노드(제2 보조 데이터노드)가 추출되는 단계(제2 보조축용 데이터노드 도출단계)가 포함된다.

기준축(301)을 따라 이격된 위치에 제2 이격점(301-3)이 연산되어 도출되는 단계(제2 이격점 도출단계)에서는, 제1 중심점(301-1)으로부터 기준축(301)을 따라 이격되어 위치하는 제1 이격점(301-2)이 연산되어 도출는 단계(제1 이격점 도출단계)의 이격팩터(δ)와 다른 값의 이격팩터(δ)가 부여되어 연산된다.

본 발명에 따르는 골격 오토로케이션 시스템(10)에 로딩되어 실행될 때, 입력부를 통하여 2개의 서로 다른 이격팩터(δ) 값이 사용자에 의하여 입력되거나 미리 설정되어 저장되어, 서로 다른 제1 이격점(301-2)과 제2 이격점(301-3)이 연산되어 도출되고 저장부(12)에 저장된다.

상기 제2 보조축(305)은 최대거리를 가지는 2개의 제2 보조 데이터노드를 지나는 축이며, 상기 제2 이격점(301-3)의 제1 중심점(301-1)으로부터 이격 거리는 제1 이격점(301-2)의 제1 중심점(301-1)으로부터 이격 거리와 상이하게 된다. 상기 제1 이격점(301-2)과 제2 이격점(301-3)은 제1 중심점(301-1)을 사이에 두고 서로 반대 방향으로 이격되어 위치하는 것도 가능하다.

상기 제2 보조축(305)의 추출과정은 제1 보조축(303)의 추출과정과 같으므로 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 제1 동일 경사 데이터노드 도출단계와 제2 동일 경사 데이터노드 도출단계에서 각각 제1 이격점(301-2) 및 제2 이격점(301-3)에 대하여 기준축(301)과 직각을 이루어 같은 경사각을 가지는 데이터노드들이 연산되어 추출될 수 있으며, 이 경우, 상기 제1 보조축(303)과 제2 보조축(305)은 기준축(301)과 직각을 이루게 된다.

제2 보조축(305)이 추출되는 경우, 기준축(301), 중심점(201) 및 제1 보조축(303)과 함께 제2 보조축(305), 최대거리를 이루는 2개의 제1 보조 데이터노드 사이의 거리, 최대거리를 가지는 2개의 제2 보조데이터노드 사이의 거리로 함께 저장된다.

상기 2개의 제1 보조 데이터노드와 제2 보조데이터노드의 최대 거리에 의하여 상하가 역전되어 정렬되는 것이 방지된다.

도 4에 도시된 골격 오토 로케이션 시스템(10)에 로딩된 프로그램이 실행되면, 본 발명에 따르는 골격 오토 로케이션 방법이 실행된다. 사용자가 입력부(13)를 통하여 저장부(12)에 저장된 각 골격의 3차원 DATA(100) 파일을 선택(클릭)하여 불러들이는 명령을 입력하면, 위와 같은 연산 과정이 실행되어 각 뼈들에 대하여 각 뼈들의 국부좌표계상에서 데이터노드(101)들에 더하여 기준축(301), 제1 중심점(301-1), 제1 보조축(303), 제2 보조축(305)에 대한 데이터가 함께 저장부(12)에 저장된다. 그리고 이와 함께 선택된 뼈들의 이미지는 디스플레이부(14)에 디스플레이된다. 입력부(13)를 통하여 별도의 디스플레이를 위한 명령이 입력되고 저장부(12)에 저장된 이미지 파일이 선택된 후 디스플레이부(14)에 디스플레이되는 것도 가능하다.

상기와 같은 과정을 거쳐 저장된 골격의 3차원 데이터는 디스플레이부(14)에 디스플레이 되고, 사용자가 마우스와 같은 입력부(13)를 이용하여 디스플레이부(14, LCD 화면) 상에서 이동키고 회전시키면서 도 6과 같은 위치로 인체 골격을 이루도록 정렬시키고 저장하는 경우, 정렬된 위치(위치이동 및 회전이동)에서 데이터노드(101)와 함께 디스플레이부(14) 좌표계 상의 기준축(301), 제1 중심점(301-1), 제1 보조축(303) 및 제2 보조축(305)에 대한 정보도 저장된다.

도 4에 도시된 본 발명에 따르는 골격 오토 로케이션 시스템(10)에 로딩된 골격 오토 로케이션 방법이 실행되고, 사용자가 저장부(12)에 저장된 각 뼈에 대한 파일을 선택하여 디스플레이부(14)에 디스플레이되도록 하는 명령을 입력부(13)를 통하여 입력하면, 선택된 파일의 데이터노드들이 디스플레이부(14)에 디스플레이된다. 선택된 파일의 데이터노드들은 디스플레이부(14)에 디스플레이되고, 사용자가 입력부(13)를 통하여 디스플레이부(14) 상에 디스플레이된 파일의 데이터노드를 선택하면, 디스플레이된 파일을 이루는 데이터노드들이 선택되어, 디스플레이부(14) 상에서 함께 이동(회전)된다.

사용자가 저장부(12)에 저장된 뼈에 대한 3차원 측정 파일을 선택하고, 디스플레이부(14) 상에 디스플레이되도록 한 후 뼈의 위치를 도 6에 도시된 바와 같은 인체를 이루는 위치로 이동시킬 수 있다. 이동시킨 후, 사용자에 의하여 입력부(13)를 통하여 좌표 추출 등의 명령이 입력되면 디스플레이부(14)의 좌표계 상에서 각 뼈를 이루는 데이터노드들의 좌표값이 저장되고, 위에서 설명한 바와 같은 같은 방법에 의하여 디스플레이부(14) 좌표계 상에서 각 뼈를 이루는 데이터노드에 대한 중심값이 연산되고, 기준축, 제1 보조축, 제2의 보조축에 대한 연산이 이루어지고 연산 결과는 각 뼈의 파일 이름과 링크되어 저장부(12)에 저장된다. 입력부(13)이 마우스의 변위 값이 변위로 데이터노드들의 좌표값으로 연산된다.

이때, 각 파일에서 제1 이격점과 제2 이격점을 도출하기 위하여 부여된 이격팩터(δ)는 디스플레이부(14)의 좌표계 상에서 기준축, 제1 보조축, 제2의 보조축 연산시 동일하게 적용된다.

각 뼈에 대하여 측정되어 저장된 파일 명칭과 디스플레이부(14)의 좌표계 상에서의 좌표값이 서로 링크되어 저장된다.

사용자에 의하여 저장부(12)에 저장된 뼈에 대한 파일이 선택되면, 선택된 파일을 이루는 데이터노드들이 디스플레이부(14) 상에 디스플레이된다. 그리고 사용자에 의하여 정렬 명령이 입력되면, 디스플레이부(14) 상에 디스플레이 된 파일의 데이터노드들에 대한 중심점, 기준축, 제1 보조축, 제2 보조축이 디스플레이부(14)의 좌표계에 대하여 연산되어 저장된 중심점, 기준축, 제1 보조축, 제2 보조축에 일치되도록 데이터노드들이 위치되어 디스플레이된다(ST-200).

CT 촬영 등과 같은 과정을 거쳐 인체 골격에 대한 촬영이 이루어지고, 인체를 이루는 각 뼈의 형상이 촬영되고, 인체에서 각 뼈에 대하여 위와 같은 방법으로 중심점과, 기준축, 제1 보조축 및 제2 보조축에 대한 연산이 이루어지고, 인체에서의 각 뼈의 위치의 중심점이 저장부(12)에 저장될 수 있다. 촬영된 인체 상에서 각 뼈의 중심점의 좌표는 각 뼈의 파일이름으로 저장되는 코드와 링크되어, 사용자가 입력부(13)를 통하여 저장부(12)에 저장된 파일 이름을 선택하면, 선택된 파일의 중심점은 디스플레이부(14) 상의 좌표에서 디스플레이된다(ST-200).

따라서 반복 작업의 경우 또는 다수의 인체에 해당되는 골격들을 정렬하는 경우, 위와 같은 기준축(301), 제1 중심점(301-1) 및 제1 보조축(303)에 대한 데이터를 데이터노드(101)와 함께 저장되도록 함으로써 처음 사용자가 설정한 위치로 자동 정렬되도록 하는 것이 가능하다.

100: 3차원 골격 데이터 101: 데이터노드
200: 가상 육면체 201: 중심점
203: 가상 구체 301: 기준축
303: 제1 보조축 305: 제2 보조축

Claims

골격 오토 로케이션이 실행되는 프로그램과 프로그램 실행을 위한 뼈의 3차원 측정 데이터가 저장되며 제어부에 연결된 저장부와, 제어부에 연결되고 사용자 명령이 입력되는 수단인 입력부와, 제어부에 연결되며 저장부에 저장된 자료나 연산 결과가 표시되는 디스플레이부와, 상기 저장부, 입력부, 디스플레이부에 연결되어 제어하는 제어부로 이루어진 시스템에서 실행되며; 저장부에 저장된 하나 이상의 뼈에 대한 3차원 데이터 파일의 3차원 데이터를 이루는 데이터노드(101)들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 이루는 2개의 데이터노드가 추출되는 단계(기준축용 데이터노드 추출 단계); 최대거리를 이루는 상기 2개의 데이터노드를 지나는 기준축(301)이 도출되는 단계(ST-111, 기준축 연산 단계); 최대거리를 이루는 데이터노드들로부터 기준축(301) 상의 가상의 제1 중심점(301-1)이 연산되는 단계(제1 중심점 연산 단계); 상기 제1 중심점(301-1)에 대하여 기준축(301)과 같은 경사각을 가지는 데이터노드들이 연산되어 추출되는 단계(제1 동일 경사 데이터노드 도출단계)와, 같은 경사각을 가지는 데이터노드들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 가지는 2개의 데이터노드(제1 보조 데이터노드)가 추출되는 단계(제1 보조축용 데이터노드 도출단계)를 포함하며, 상기 2개의 제1 보조 데이터노드를 지나는 제1 보조축(303)이 도출되는 제1 보조축 연산 단계(ST-115)로 이루어져; 저장부에 저장된 파일이 사용자의 선택에 의하여 디스플레이부에 디스플레이되고, 선택되어 디스플레이된 파일을 이루는 데이터노드들에 대하여 디스플레이부 좌표계 상의 중심점, 기준축, 제1 보조축(제1 보조축용 데이터노드)이 연산되어 저장되는 것을 특징으로 하는 골격 오토 로케이션 방법.
골격 오토 로케이션이 실행되는 프로그램과 프로그램 실행을 위한 뼈의 3차원 측정 데이터가 저장되며 제어부에 연결된 저장부와, 제어부에 연결되고 사용자 명령이 입력되는 수단인 입력부와, 제어부에 연결되며 저장부에 저장된 자료나 연산 결과가 표시되는 디스플레이부와, 상기 저장부, 입력부, 디스플레이부에 연결되어 제어하는 제어부로 이루어진 시스템에서 실행되며; 저장부에 저장된 하나 이상의 뼈에 대한 3차원 데이터 파일의 3차원 데이터를 이루는 데이터노드(101)들 사이의 거리가 연산되어 최소거리를 이루는 2개의 데이터노드가 추출되는 단계(기준축용 데이터노드 추출 단계); 최소거리를 이루는 상기 2개의 데이터노드를 지나는 기준축(301)이 도출되는 단계(ST-111, 기준축 연산 단계); 최소거리를 이루는 데이터노드들로부터 기준축(301) 상의 가상의 제1 중심점(301-1)이 연산되는 단계(제1 중심점 연산 단계); 상기 제1 중심점(301-1)에 대하여 기준축(301)과 같은 경사각을 가지는 데이터노드들이 연산되어 추출되는 단계(제1 동일 경사 데이터노드 도출단계)와, 같은 경사각을 가지는 데이터노드들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 가지는 2개의 데이터노드(제1 보조 데이터노드)가 추출되는 단계(제1 보조축용 데이터노드 도출단계)를 포함하며, 상기 2개의 제1 보조 데이터노드를 지나는 제1 보조축(303)이 도출되는 제1 보조축 연산 단계(ST-115)로 이루어져; 저장부에 저장된 파일이 사용자의 선택에 의하여 디스플레이부에 디스플레이되고, 선택되어 디스플레이된 파일을 이루는 데이터노드들에 대하여 디스플레이부 좌표계 상의 중심점, 기준축, 제1 보조축(제1 보조축용 데이터노드)이 연산되어 저장되는 것을 특징으로 하는 골격 오토 로케이션 방법.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 제1 보조축 연산 단계(ST-115)는 제1 보조축용 데이터노드 도출단계 전에 제1 중심점(301-1)으로부터 기준축(301)을 따라 이격된 위치에 제1 이격점(301-2)이 연산되어 도출되는 단계(제1 이격점 도출단계)를 더 포함하고, 제1 동일 경사 데이터노드 도출단계에서는 상기 제1 이격점(301-2)에 대하여 기준축(301)과 같은 경사각을 가지는 데이터노드들이 연산되어 추출되는 것을 특징으로 하는 골격 오토 로케이션 방법.
삭제
제1 항에 있어서, 사용자의 명령에 의하여 디스플레이부(14) 상에 디스플레이 된 파일의 데이터노드들에 대한 중심점, 기준축, 제1 보조축은 디스플레이부(14)의 좌표계에 대하여 연산되어 저장된 중심점, 기준축, 제1 보조축에 일치되도록 데이터노드들이 위치되어 디스플레이(ST-200) 되는 것을 특징으로 하는 골격 오토 로케이션 방법.
제6 항에 있어서, 제2 보조축(305)이 도출되는 단계(ST-119, 제2 보조축 연산 단계)가 더 포함되며; 상기 제2 보조축 연산 단계(ST-119)는 제1 중심점(301-1)으로부터 기준축(301)을 따라 이격된 위치에 제2 이격점(301-3)이 연산되어 도출되는 단계(제2 이격점 도출단계)와, 상기 제2 이격점(301-3)에 대하여 기준축(301)과 같은 경사각을 가지는 데이터노드들이 연산되어 추출되는 단계(제2 동일 경사 데이터노드 도출단계)와, 같은 경사각을 가지는 데이터노드들 사이의 거리가 연산되어 최대거리를 가지는 2개의 데이터노드(제2 보조 데이터노드)가 추출되는 단계(제2 보조축용 데이터노드 도출단계)를 포함하며; 상기 제2 보조축(305)은 2개의 제2 보조 데이터노드를 지나는 축이며, 상기 제2 이격점(301-3)의 제1 중심점(301-1)으로부터 이격 거리는 제1 이격점(301-2)의 제1 중심점(301-1)으로부터 이격 거리와 상이한 것을 특징으로 하는 골격 오토 로케이션 방법.
제7 항에 있어서, 선택되어 디스플레이된 파일을 이루는 데이터노드들에 대하여 디스플레이부 좌표계 상의 제2 보조축이 연산되어 저장되는 것을 특징으로 하는 골격 오토 로케이션 방법.
제8 항에 있어서, 사용자의 명령에 의하여 디스플레이부 상에 디스플레이 된 파일의 데이터노드들에 대한 제2 보조축은 디스플레이부의 좌표계에 대하여 연산되어 저장된 제2 보조축에 일치되도록 데이터노드들이 위치되어 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 골격 오토 로케이션 방법.