KR101633810B1 - 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀에 관한 것으로, 지형의 높낮이를 화면으로 표출하면서 그 화면상에 표시되는 지형의 높낮이에 따라 사용자의 운동환경을 직접 변화시켜 구동하기 위한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 트레드밀에 있어서, 사용자의 하중을 지지하도록 설치되며 다수의 엑추에이터에 의해 3차원의 실물 입체지형을 데크 상에 형성하는 입체 데크, 입체 데크에 의한 3차원의 실물 입체지형 형성 동작을 제어하며 가상현실 헤드셋에 시각적으로 표출되는 3차원 가상현실 공간의 영상정보 생성 동작 제어를 위한 지형정보를 발생시켜 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부를 제어하는 입체 트레드밀 제어부, 가상현실 헤드셋을 통해 시각적으로 표출하기 위한 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 발생시켜 무선 송출하는 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부, 및 무선통신수단을 구비하여 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부에서 무선 송출되는 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 수신하여 표출하는 가상현실 헤드셋을 포함하여, 사용자가 운동환경의 변화를 직접 체감하면서 야외에서 운동하는 것과 같은 분위기 및 운동효과를 얻을 수 있게 한다.

Description

3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀{A solid treadmill to express 3 dimension topography}
본 발명은 3차원 지형표현이 가능한 트레드밀에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지형의 높낮이를 화면으로 표출하면서 그 화면상에 표시되는 지형의 높낮이에 따라 사용자의 운동환경을 직접 변화시켜 구동함으로써, 사용자가 운동환경의 변화를 직접 체감하면서 야외에서 운동하는 것과 같은 분위기 및 운동효과를 얻을 수 있도록 하여 가상의 공간속에서 보다 실제공간에 있는 듯한 느낌을 체감할 수 있게 하는 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀에 관한 것이다.
일반적으로 트레드밀은 무한 궤도로 회전하는 벨트를 이용하여 속도를 조절하면서 좁은 공간에서 반복적으로 걷거나 뛰는 운동을 할 수 있고, 날씨나 계절에 관계없이 적당한 온도의 실내에서 사용할 수 있어 가정용이나 스포츠센터 등에서 널리 사용되고 있다.
이러한 트레드밀은 사용자의 운동 목적에 따라 그 이용방법이 달라질 수 있으므로, 다양한 사용자의 욕구에 충족하기 위하여 최근 출시되고 있는 트레드밀은 사용자가 각자의 운동 목적에 따라 다양한 방법으로 운동 프로그램을 설정하여 운동할 수 있도록 다양한 프로그램 설정기능이 부가되어 제공되고 있다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2007-0084976호(2007.08.27 공개; 이하 '특허문헌 1'이라 약칭함)에는, 구간 설정이 가능한 트레드밀 및 그 제어 방법에 관한 기술이 공지되어 있다.
특허문헌 1에 의하면, 사용자가 원하는 운동 목적을 달성하도록 하기 위하여 런닝 속도나 경사도 등의 파라미터를 운동 목적을 달성하기에 적합한 구간으로 미리 설정하면 해당 구간으로 파라미터가 설정된 이후에는 파라미터를 조작하더라도 최초 설정된 구간 내에서만 파라미터가 변동되도록 하여, 사용자가 원하는 운동 목적을 신뢰성있게 달성할 수 있게 하였다.
또한 대한민국 공개특허 제10-2013-0127724호(2013.11.25 공개; 이하 '특허문헌 2'라 약칭함)에는, 실시간 영상 출력을 갖는 트레드밀 시스템에 관한 기술이 공지되어 있다.
특허문헌 2에 의하면, 트랙 패드 전면 상부에 구비되어 트랙 패드 상의 사용자의 움직임을 감지하는 모션 캡쳐 센서를 통해 사용자의 움직임에 대한 정보를 입력받고, 조작부를 통해 사용자의 선택 또는 명령을 입력받아 디스플레이를 통해 운동에 필요한 영상 또는 음향을 출력하며, 접거나 조립 분해하여 보관 및 휴대가 용이하게 하였다.
또한 대한민국 공개특허 제10-2014-0051591호(2014.05.02 공개; 이하 '특허문헌 3'이라 약칭함)에는, 체중부하 조절용 보행분석 트레드밀에 관한 기술이 공지되어 있다.
특허문헌 3에 의하면, 스포츠 분야 또는 의료기관에서 보행의 장애가 발생할 때 몸의 체중부하를 감소시켜 몸의체중에 따른 무릎 또는 발목의 하중을 최소화하여 보행훈련에 도움을 줄 수 있는 체중부하 조절용 트레드밀과 트레드밀 발판에 보행감지 센서를 바닥에 부착하여 보행의 보폭, 보행속도, 좌우 대칭성을 분석할 수 있게 하였다.
그러나, 이러한 상기의 종래 트레드밀은 런닝머신 형태의 단방향 이동수단으로서의 기능 또는 발판의 경사도를 조절하여 언덕을 올라가는 것과 같은 운동효과를 낼 수 있도록 프로그램을 구비하여 제공하고 있으나, 이러한 트레드밀은 항상 일정한 환경 하에 있게 되므로, 실제 운동하는 사용자에게 지루함을 유발할 수 있는 단점이 있다.
따라서 트레드밀에서 운동하는 사용자들은 개인적으로 이어폰을 이용하여 음악을 듣거나 TV 시청을 하면서 운동을 병행하게 되므로, 운동에 집중할 수 없는 단점이 있으며, 날씨나 계절, 또는 지형의 변화에 따라 운동환경의 변화를 직접 체감하면서 야외에서 운동하는 것과 같은 분위기 및 운동효과를 얻을 수 있도록 가상의 공간속에서 보다 실제에 있는 듯한 느낌을 체감할 수 있게 하는 트레드밀의 개발을 필요로 하고 있다.
KR 10-2007-0084976 A 2007.08.27 공개 KR 10-2012-0097119 A 2012.09.03 공개 KR 10-2014-0051591 A 2014.05.02 공개
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 지형의 높낮이를 화면으로 표출하면서 그 화면상에 표시되는 지형의 높낮이에 따라 사용자의 운동환경을 직접 변화시켜 구동함으로써, 사용자가 운동환경의 변화를 직접 체감하면서 야외에서 운동하는 것과 같은 분위기 및 운동효과를 얻을 수 있도록 하여 가상의 공간속에서 보다 실제공간에 있는 듯한 느낌을 체감할 수 있게 하는 3차원 지형 표현이 가능한 입체 트레드밀을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 트레드밀에 있어서, 사용자의 하중을 지지하도록 설치되며 다수의 엑추에이터에 의해 3차원의 실물 입체지형을 데크 상에 형성하는 입체 데크, 입체 데크에 의한 3차원의 실물 입체지형 형성 동작을 제어하며 가상현실 헤드셋에 시각적으로 표출되는 3차원 가상현실 공간의 영상정보 생성 동작 제어를 위한 지형정보를 발생시켜 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부를 제어하는 입체 트레드밀 제어부, 가상현실 헤드셋을 통해 시각적으로 표출하기 위한 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 발생시켜 무선 송출하는 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부, 및 무선통신수단을 구비하여 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부에서 무선 송출되는 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 수신하여 표출하는 가상현실 헤드셋을 포함하는, 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀이다.
본 발명에 의하면, 가상현실 헤드셋을 이용하여 지형의 높낮이를 가상현실 공간의 영상화면으로 표출하면서 그 화면상에 표시되는 지형의 높낮이를 입체 데크를 이용하여 실물 입체지형으로 직접 구현할 수 있게 되므로, 사용자의 운동환경을 직접 변화시켜 가상의 공간속에서 보다 실제공간에 있는 듯한 느낌을 체감할 수 있게 하는 이점을 얻을 수 있으며, 또한 사용자가 운동환경의 변화를 직접 체감하면서 야외에서 운동하는 것과 같은 분위기 및 운동효과를 얻을 수 있게 하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀에서 입체 데크의 상세 구성을 발췌하여 예시한 상세도이다.
도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 의한 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀에서 표면 접촉부의 동적 기울기 변화를 설명하기 위하여 예시한 참고도이다.
이하, 본 발명에 의한 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀의 전체적인 구성 및 동작을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 의한 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀에서 입체 데크(20)의 상세 구성을 발췌하여 예시한 상세도이고, 도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 의한 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀에서 표면 접촉부의 동적 기울기 변화를 설명하기 위하여 예시한 참고도로서, 도 1에 예시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀은, 입체 데크(20), 입체 트레드밀 제어부(30), 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부(40), 및 가상현실 헤드셋(41)을 포함하는 형태로 구성된다.
입체 데크(20)는 지면으로부터 사용자의 하중을 지지하도록 설치되며, 다수의 엑추에이터(21a-21n)로 구현되어 각각의 엑추에이터(21a-21n)의 구동을 통해 3차원의 실물 입체지형을 데크 상에 형성한다.
다수의 엑추에이터(21a-21n)는 도 2에 예시된 바와 같이 지면에 대하여 수직으로 직립하게 설치되되, 사용자를 중심으로 일정 반경의 크기를 갖는 바닥면(도 2의 점선 표시부분 참조)을 형성하도록 설치되는 것이 바람직하며, 데크의 전면에 설치되어도 무방하다. 이러한 다수의 엑추에이터(21a-21n)는 도 2에 예시된 바와 같이 엑추에이터 묶음으로 구성되며, 이때 각각의 엑추에이터(21a-21n)는 사용자의 발바닥을 안정적으로 지지하기 위하여 행렬 또는 벌집 구조로 배열되어 형성되는 것이 바람직하다.
또한 이러한 입체 데크(20)는 다수의 표면 접촉부(22a-22n)를 더 구비하여, 도 3의 (b) 내지 (c)에 예시된 바와 같은 동적 기울기 변화를 통해, 기울기 변화가 발생되지 않는 경우(도 3의 (a) 참조)에 비해 사용자 발바닥과의 접촉면적을 증대시키도록 구현될 수도 있다.
다수의 표면 접촉부(22a-22n)는 도 2의 상세도에 예시된 바와 같이 각 엑추에이터(21a-21n)의 상단부에 각각 대응 설치되되 바닥면에 대하여 수평하게 설치되며, 각 엑추에이터(21a-21n)에 하단부가 연결되어 자체적인 자유도(degree of freedom; 바람직하게는 2[dof]의 자유도를 갖는 표면 접촉부일 수 있음)에 의해 3차원의 실물 입체지형이 갖는 기울기에 따라 자체 기울기를 동적으로 변화시켜 사용자 발바닥과의 접촉면적을 증대시키도록 구성된다.
또한 이러한 각각의 표면 접촉부(22a-22n)는 각 엑추에이터(21a-21n)와의 사이에 적어도 3개 또는 그 이상의 개수로 다수의 작동축(23a-23n)이 각각 설치될 수 있다. 이러한 각 작동축(23a-23n)은 각 표면 접촉부(22a-22n)를 하부에서 균등하게 분배하여 지지하도록 각 엑추에이터(21a-21n)의 둘레에 균등하게 이격 배치되되, 자체적인 길이변화에 의해 각 표면 접촉부(22a-22n)의 각 엑추에이터(21a-21n)에 대한 개별 기울기를 조절하도록 구성된다.
입체 트레드밀 제어부(30)는 입체 데크(20)를 구성하는 각 엑추에이터(21a-21n)를 구동하여 입체 데크(20)에 의한 3차원의 실물 입체지형 형성 동작을 제어하며, 가상현실 헤드셋(41)을 통해 시각적으로 표출하기 위한 3차원 가상현실 공간의 영상정보 생성 동작 제어를 위한 지형정보를 발생시켜 무선 송출하도록 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부(40)를 제어한다. 이를 위하여 입체 트레드밀 제어부(30)는 모션 검출부(31), 입체 데크/헤드셋 제어부(32), 실제지형 생성 엔진부(33), 입체 데크 제어부(34), 및 입체 데크 구동부(35)를 포함하여 구성될 수 있다.
모션 검출부(31)는 입체데크(20)의 상부에 구비되어 입체데크(20) 상의 사용자 움직임을 판독하고, 판독된 사용자 움직임 정보로부터 하체 및 전신의 움직임 정보를 각각 검출하여 사용자의 각 움직임에 따른 실제 이동량 및 전신의 각 관절에 대한 사이각을 각각 산출하여 입체 데크/헤드셋 제어부(32)로 전달한다. 이를 위하여 모션 검출부(31)는 움직임 판독부(31a), 실제 이동량 산출부(31b), 및 전신 관절각 도출부(31c)를 포함하여 구성된다.
움직임 판독부(31a)는 입체데크(20)의 상부에 구비되어 입체 데크(20) 상의 사용자 움직임 정보를 판독한다.
실제 이동량 산출부(31b)는 움직임 판독부(31a)에서 판독된 사용자 움직임 정보로부터 하체의 움직임 정보를 검출하여 지정된 시간동안 사용자의 움직임에 따른 실제 이동량을 산출한다.
전신 관절각 도출부(31c)는 움직임 판독부(31a)에서 판독된 사용자 움직임 정보로부터 전신의 움직임 정보를 검출하여 사용자의 움직임에 따른 전신의 각 관절에 대한 사이각을 도출한다.
입체 데크/헤드셋 제어부(32)는 모션 검출부(31)를 통해 산출된 사용자의 실제 이동량 및 전신 관절각에 따라 3차원 가상현실 공간에서의 가상 이동량을 측정 및 3차원 가상현실 공간에 표출할 캐릭터의 애니메이션을 구현하여 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 입체 데크(20)에 의해 형성되는 3차원의 실물 입체지형과 매칭시키거나 캐릭터 애니메이션의 표현을 사용자의 실제 움직임에 매칭시킨다. 이를 위하여 입체 데크/헤드셋 제어부(32)는 입체 데크/가상현실 공간 매칭 처리부(32a), 및 사용자/캐릭터 매칭 처리부(32b)를 포함하여 구성될 수 있다.
입체 데크/가상현실 공간 매칭 처리부(32a)는 모션 검출부(31)의 실제 이동량 산출부(31b)를 통해 산출된 실제 이동량에 따라 3차원 가상현실 공간에서의 가상 이동량을 측정하여, 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 입체 데크(20)에 의해 형성되는 3차원의 입체지형과 매칭시킨다.
사용자/캐릭터 매칭 처리부(32b)는 모션 검출부(31)의 전신 관절각 도출부(31c)를 통해 도출된 사용자의 전신 관절각에 따라 3차원 가상현실 공간에 표출할 캐릭터의 애니메이션을 구현하고, 구현된 캐릭터 애니메이션의 표현을 사용자의 실제 움직임에 매칭시킨다.
실제지형 생성 엔진부(33)는 입체 데크(20) 상의 3차원의 입체지형과 매칭된 3차원 가상현실 공간 내에서 사용자 이동량에 따라 캐릭터가 현재 위치하는 지점의 좌표, 및 캐릭터의 위치좌표를 중심으로 일정 반경 내 가상현실 공간의 주변 지형 지물에 대한 높낮이 정보와 사용자 이동량에 따른 캐릭터 위치지점의 지형 지물에 대한 높낮이 정보를 각각 획득하여 3차원의 실물 입체지형 구현을 위한 다수의 실물 입체지형 정보를 생성하여 입체 데크 제어부(34)에 전달한다. 이를 위하여 실제지형 생성 엔진부(33)는 주변 높낮이 획득 엔진부(33a), 캐릭터위치 높낮이 획득 엔진부(33b), 및 실물 입체지형 정보 생성부(33c)를 포함하여 구성될 수 있다.
주변 높낮이 획득 엔진부(33a)는 입체 데크(20) 상의 3차원의 입체지형과 매칭된 3차원 가상현실 공간 내에서 사용자 이동량에 따라 캐릭터가 현재 위치하는 지점의 좌표를 실시간 획득하고, 캐릭터의 위치좌표를 중심으로 일정 반경 내 가상현실 공간의 주변 지형 지물에 대한 높낮이 정보를 획득한다.
캐릭터위치 높낮이 획득 엔진부(33b)는 입체 데크(20) 상의 3차원의 입체지형과 매칭된 3차원 가상현실 공간 내에서 사용자 이동량에 따른 캐릭터 위치지점의 지형 지물에 대한 높낮이 정보를 획득한다.
실물 입체지형 정보 생성부(33c)는 주변 높낮이 획득 엔진부(33a) 및 캐릭터위치 높낮이 획득 엔진부(33b)에서 각각 획득된 가상현실 공간 상의 주변 지형 지물 및 캐릭터 위치의 높낮이 정보에 부합하는 3차원의 실물 입체지형 구현을 위한 다수의 실물 입체지형 정보를 생성하여 입체 데크 제어부(34)로 전달한다.
입체 데크 제어부(34)는 실제지형 생성 엔진부(33)의 실물 입체지형 정보로 입체 데크(20)의 각 엑추에이터(21a-21n)를 구동하여, 가상현실 공간에서 획득한 주변 지형 지물 및 캐릭터 위치의 높낮이 정보에 부합하는 실물 입체지형을 실시간 표출하고, 실물 입체지형의 높낮이에 따라 입체 데크(20)의 접촉부 경사도를 조절한다. 이를 위하여 입체 데크 제어부(34)는 실물 입체지형 표출부(34a), 실시간 반영부(34b), 및 접촉면 경사도 조절부(34c)를 포함하여 구성될 수 있다.
실물 입체지형 표출부(34a)는 실물 입체지형 정보 생성부(33c)에서 전달되는 다수의 실물 입체지형 정보로 입체 데크(20)의 각 엑추에이터(21a-21n)를 구동하여, 가상현실 공간에서 획득한 주변 지형 지물 및 캐릭터 위치의 높낮이 정보에 부합하는 실물 입체지형을 표출한다.
실시간 반영부(34b)는 3차원 가상현실 공간에서 캐릭터의 위치좌표에 따라 실시간 가변하는 주변 지형 지물 및 캐릭터 위치의 높낮이 정보를 상기 실물 입체지형 표출부(34a)에 의한 각 엑추에이터(21a-21n)의 구동에 실시간 반영한다.
접촉면 경사도 조절부(34c)는 사용자 안정성의 보강을 위해 실물 입체지형 표출부(34a)에 의해 표출되는 실물 입체지형의 높낮이에 따라 입체 데크(20)의 접촉면 경사도를 조절한다.
입체 데크 구동부(35)는 가상현실 헤드셋(41)를 통해 제공되는 가상현실 영상정보에 동기되는 상태로 입체 데크(20)의 각 엑추에이터(21a-21n)를 구동시킨다. 이러한 입체 데크 구동부(35)는 입체 데크 제어부(34)에서 전달되는 전기신호를 이용하여 입체 데크(20)의 각 엑추에이터(21a-21n)의 움직임을 생성함으로써, 실질적으로 입체 데크(20) 상에서 3차원의 실물 입체지형을 형성할 수 있게 한다.
실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부(40)는 입체 트레드밀 제어부(30)에 의해 구동되며, 가상현실 헤드셋(41)을 통해 시각적으로 표출하기 위한 3차원 가상현실 공간의 영상정보(42)를 발생시켜 무선 송출한다.
가상현실 헤드셋(41)은 무선통신수단을 구비하여 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부(40)에서 무선 송출되는 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 수신하여 표출한다. 이러한 가상현실 헤드셋(41)은 입체 트레드밀 제어부(30)에서 무선 송출되는 동기신호에 의해 입체 데크(20)와 함께 실시간 동기되어야 함은 물론이다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 입체 트레드밀의 동작 및 그에 의한 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자의 하중을 지지하도록 입체 데크(20)가 설치된 상태에서, 사용자가 입체 데크(20) 상에 올라가 움직임을 발생시키게 되면, 입체 트레드밀 제어부(30)에 의해 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부(40)가 구동되면서 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부(40)에서는 미리 수집 또는 저장된 3차원 가상현실 공간의 영상정보(42)를 발생시켜 가상 현실 헤드셋(41)으로 무선 송출하게 되고, 따라서 가상현실 헤드셋(41)에는 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부(40)에서 무선 송출되는 3차원 가상현실 공간의 영상정보가 수신되어 표출될 수 있게 된다.
이와 함께 입체데크(20)의 상부에 구비된 입체 트레드밀 제어부(30)의 모션 검출부(31)에서는 움직임 판독부(31a)를 통해 입체 데크(20) 상의 사용자 움직임 정보를 즉시 판독한다.
이어서 모션 검출부(31)에서는 실제 이동량 산출부(31b)를 통해 움직임 판독부(31a)의 사용자 움직임 정보로부터 하체의 움직임 정보를 검출하여 지정된 시간동안 사용자의 움직임에 따른 실제 이동량을 산출하고, 아울러 모션 검출부(31)는 전신 관절각 도출부(31c)를 통해 움직임 판독부(31a)의 사용자 움직임 정보에서 전신의 움직임 정보를 검출하여 사용자의 움직임에 따른 전신의 각 관절에 대한 사이각을 도출할 수 있게 된다.
이렇게 산출 및 도출된 실제 이동량 정보와 전신의 관절각 정보는 입체 데크/헤드셋 제어부(32)에 직접 전달된다.
다음으로 입체 데크/헤드셋 제어부(32)에서는 입체 데크/가상현실 공간 매칭 처리부(32a)를 통해 모션 검출부(31)의 실제 이동량에 따라 3차원 가상현실 공간에서의 가상 이동량을 측정하여, 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 입체 데크(20)에 의해 형성되는 3차원의 입체지형과 매칭시킬 수 있게 되며, 아울러 사용자/캐릭터 매칭 처리부(32b)를 통해 모션 검출부(31)의 전신 관절각에 따라 3차원 가상현실 공간에 표출할 캐릭터의 애니메이션을 구현하고, 구현된 캐릭터 애니메이션의 표현을 사용자의 실제 움직임에 매칭시킬 수 있게 된다.
이후 실제지형 생성 엔진부(33)에서는 주변 높낮이 획득 엔진부(33a)를 통해 입체 데크(20) 상의 3차원의 입체지형과 매칭된 3차원 가상현실 공간 내에서 사용자 이동량에 따라 캐릭터가 현재 위치하는 지점의 좌표를 실시간 획득하고, 캐릭터의 위치좌표를 중심으로 일정 반경 내 가상현실 공간의 주변 지형 지물에 대한 높낮이 정보를 획득하며, 아울러 캐릭터 위치 높낮이 획득 엔진부(33b)를 통해 입체 데크(20) 상의 3차원의 입체지형과 매칭된 3차원 가상현실 공간 내에서 사용자 이동량에 따른 캐릭터 위치지점의 지형 지물에 대한 높낮이 정보를 획득한다.
이러한 결과로 실제지형 생성 엔진부(33)의 실물 입체지형 정보 생성부(33c)는 주변 높낮이 획득 엔진부(33a) 및 캐릭터위치 높낮이 획득 엔진부(33b)에서 각각 획득된 가상현실 공간 상의 주변 지형 지물 및 캐릭터 위치의 높낮이 정보에 부합하는 3차원의 실물 입체지형 구현을 위한 다수의 실물 입체지형 정보를 생성하여 입체 데크 제어부(34)로 전달할 수 있게 된다.
따라서 입체 데크 제어부(34)에서는 실제지형 생성 엔진부(33)의 실물 입체지형 정보를 전달받아, 실물 입체지형 표출부(34a)를 통해 입체 데크(20)의 각 엑추에이터(21a-21n)를 구동하여, 가상현실 공간에서 획득한 주변 지형 지물 및 캐릭터 위치의 높낮이 정보에 부합하는 실물 입체지형을 표출할 수 있게 된다. 이때 입체 데크 제어부(34)에서는 실시간 반영부(34b)를 통해 3차원 가상현실 공간에서 캐릭터의 위치좌표에 따라 실시간 가변하는 주변 지형 지물 및 캐릭터 위치의 높낮이 정보를 실물 입체지형 표출부(34a)에 의한 각 엑추에이터(21a-21n)의 구동에 실시간 반영하게 됨으로써, 입체 데크(20) 상에서 움직이는 사용자가 자신의 운동환경의 변화를 직접 체감하면서 실제 공간에 있는 듯한 느낌을 가질 수 있게 한다.
아울러 입체 데크 제어부(34)에서는 접촉면 경사도 조절부(34c)를 통해 실물 입체지형 표출부(34a)에 의해 표출되는 실물 입체지형의 높낮이에 따라 입체 데크(20)의 접촉면 경사도를 조절하게 된다.
마지막으로 입체 데크 구동부(35)에서는 가상현실 헤드셋(41)를 통해 제공되는 가상현실 영상정보에 동기되는 상태로 입체 데크 제어부(34)에서 전달되는 전기신호를 이용하여 입체 데크(20)의 각 엑추에이터(21a-21n)의 움직임을 생성함으로써, 실질적으로 입체 데크(20) 상에서 3차원의 실물 입체지형을 형성할 수 있게 한다.
이때 입체 데크(20)의 각 엑추에이터(21a-21n)의 상단부에 설치된 표면 접촉부(22a-22n)는 접촉면 경사도 조절부(34c)에 의해 조절된 접촉면 경사도, 및 자체적인 자유도에 의해 3차원의 실물 입체지형이 갖는 기울기에 따라 자체 기울기가 동적으로 변화되면서 사용자 발바닥과의 접촉면적을 증대시켜 사용자의 발바닥을 안정적으로 지지시킬 수 있게 된다.
이상과 같은 본 발명의 입체 트레드밀에 의하면, 지형의 높낮이를 화면으로 표출하면서 그 화면상에 표시되는 지형의 높낮이에 따라 사용자의 운동환경을 직접 변화시킬 수 있게 되므로 이러한 운동환경의 변화를 사용자가 직접 체감할 수 있게 하여, 사용자로 하여금 가상의 공간속에서 보다 실제공간에 있는 듯한 느낌을 갖게 할 수 있으며, 따라서 야외에서 운동하는 것과 같은 분위기 및 운동효과를 얻을 수 있게 하는 이점을 제공한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 아래에 기재된 특허 청구 범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
20 : 입체 데크 21a-21n : 엑추에이터
22a-22n : 표면 접촉부 23a-23n : 작동축
30 : 입체 트레드밀 제어부 31 : 모션 검출부
31a : 움직임 판독부 31b : 실제 이동량 산출부
31c : 전신 관절각 도출부 32 : 입체 데크/헤드셋 제어부
32a : 입체데크/가상현실공간 매칭처리부
32b : 사용자/캐릭터 매칭처리부 33 : 실제지형 생성 엔진부
33a : 주변 높낮이 획득 엔진부 33b : 캐릭터위치 높낮이 획득 엔진부
33c : 실물 입체지형정보 생성부 34 : 입체 데크 제어부
34a : 실물 입체지형 표출부 34b : 실시간 반영부
34c : 접촉면 경사도 조절부 35 : 입체 데크 구동부
40 : 실시간 3차원 가상현실영상 엔진부
41 : 가상현실 헤드셋

Claims (11)

  1. 트레드밀에 있어서,
    사용자의 하중을 지지하도록 설치되며, 다수의 엑추에이터(21a-21n)에 의해 3차원의 실물 입체지형을 데크 상에 형성하는 입체 데크(20);
    상기 입체 데크(20)를 구성하는 각 엑추에이터(21a-21n)를 구동하여 상기 입체 데크(20)에 의한 3차원의 실물 입체지형 형성 동작을 제어하며, 가상현실 헤드셋(41)에 시각적으로 표출되는 3차원 가상현실 공간의 영상정보 생성 동작 제어를 위한 지형정보를 발생시켜 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부(40)를 제어하는 입체 트레드밀 제어부(30);
    상기 입체 트레드밀 제어부(30)에 의해 구동되며, 가상현실 헤드셋(41)을 통해 시각적으로 표출하기 위한 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 발생시켜 무선 송출하는 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부(40); 및
    무선통신수단을 구비하여 상기 실시간 3차원 가상현실 영상 엔진부(40)에서 무선 송출되는 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 수신하여 표출하는 가상현실 헤드셋(41);을 포함하여 구성되며,
    상기 입체 트레드밀 제어부(30)는,
    상기 입체데크(20)의 상부에 구비되어 입체데크(20) 상의 사용자 움직임을 판독하고, 판독된 사용자 움직임 정보로부터 하체의 움직임 정보 및 전신의 움직임 정보를 각각 검출하여 사용자의 움직임에 따른 실제 이동량 및 전신의 각 관절에 대한 사이각을 각각 산출하여 입체 데크/헤드셋 제어부(32)로 전달하는 모션 검출부(31);
    상기 모션 검출부(31)를 통해 산출된 실제 이동량 및 사용자의 전신 관절각에 따라 3차원 가상현실 공간에서의 가상 이동량을 측정 및 3차원 가상현실 공간에 표출할 캐릭터의 애니메이션을 구현하여 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 상기 입체 데크(20)에 의해 형성되는 3차원의 입체지형과 매칭시키거나 캐릭터 애니메이션의 표현을 사용자의 실제 움직임에 매칭시키는 입체 데크/헤드셋 제어부(32);
    상기 입체 데크(20) 상의 3차원의 입체지형과 매칭된 3차원 가상현실 공간 내에서 사용자 이동량에 따라 캐릭터가 현재 위치하는 지점의 좌표, 및 캐릭터의 위치좌표를 중심으로 일정 반경 내 가상현실 공간의 주변 지형 지물에 대한 높낮이 정보와 사용자 이동량에 따른 캐릭터 위치지점의 지형 지물에 대한 높낮이 정보를 각각 획득하여 3차원의 실물 입체지형 구현을 위한 다수의 실물 입체지형 정보를 생성하는 실제지형 생성 엔진부(33);
    상기 실제지형 생성 엔진부(33)의 실물 입체지형 정보로 입체 데크(20)의 각 엑추에이터(21a-21n)를 구동하여, 가상현실 공간에서 획득한 주변 지형 지물 및 캐릭터 위치의 높낮이 정보에 부합하는 실물 입체지형을 실시간 표출하고, 실물 입체지형의 높낮이에 따라 상기 입체 데크(20)의 접촉부 경사도를 조절하는 입체 데크 제어부(34); 및
    상기 가상현실 헤드셋(41)를 통해 제공되는 가상현실 영상정보에 동기되는 상태로 입체 데크(20)의 각 엑추에이터(21a-21n)를 구동시키는 입체 데크 구동부(35);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀.
  2. 제1항에 있어서, 상기 입체 데크(20)는,
    지면에 대하여 수직으로 직립하게 설치되되, 사용자를 중심으로 일정 반경의 크기를 갖는 바닥면을 형성하도록 설치되는 다수의 엑추에이터(21a-21n)와,
    각 엑추에이터(21a-21n)의 상단부에 각각 대응 설치되되 바닥면에 대하여 수평하게 설치되며, 각 엑추에이터(21a-21n)에 하단부가 연결되어 자체적인 자유도(degree of freedom)에 의해 3차원의 실물 입체지형이 갖는 기울기에 따라 자체 기울기를 동적으로 변화시켜 사용자 발바닥과의 접촉면적을 증대시키는 다수의 표면 접촉부(22a-22n);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀.
  3. 제2항에 있어서, 상기 각 표면 접촉부(22a-22n)는,
    각 엑추에이터(21a-21n)와의 사이에 적어도 3개 또는 그 이상의 개수로 다수의 작동축(23a-23n)이 각각 설치되며,
    상기 각 작동축(23a-23n)은 상기 각 표면 접촉부(22a-22n)를 하부에서 균등하게 분배하여 지지하도록 각 엑추에이터(21a-21n)의 둘레에 균등하게 이격 배치되되, 자체적인 길이변화에 의해 상기 각 표면 접촉부(22a-22n)의 각 엑추에이터(21a-21n)에 대한 개별 기울기를 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀.
  4. 제1항에 있어서, 상기 입체 데크(20)는,
    다수의 엑추에이터(21a-21n) 묶음으로 구성되며, 각각의 엑추에이터(21a-21n)가 행렬 또는 벌집 구조로 배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가상현실 헤드셋(41)은,
    상기 입체 트레드밀 제어부(30)에서 무선 송출되는 동기신호에 의해 상기 입체 데크(20)와 함께 실시간 동기되는 것을 특징으로 하는 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 모션 검출부(31)는,
    상기 입체데크(20)의 상부에 구비되어 입체 데크(20) 상의 사용자 움직임 정보를 판독하는 움직임 판독부(31a); 및
    상기 움직임 판독부(31a)에서 판독된 사용자 움직임 정보로부터 하체의 움직임 정보를 검출하여 지정된 시간동안 사용자의 움직임에 따른 실제 이동량을 산출하는 실제 이동량 산출부(31b); 및
    상기 움직임 판독부(31a)에서 판독된 사용자 움직임 정보로부터 전신의 움직임 정보를 검출하여 사용자의 움직임에 따른 전신의 각 관절에 대한 사이각을 도출하는 전신 관절각 도출부(31c);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀.
  8. 제1항에 있어서, 상기 입체 데크/헤드셋 제어부(32)는,
    상기 모션 검출부(31)의 실제 이동량 산출부(31b)를 통해 산출된 실제 이동량에 따라 3차원 가상현실 공간에서의 가상 이동량을 측정하여, 3차원 가상현실 공간의 영상정보를 상기 입체 데크(20)에 의해 형성되는 3차원의 입체지형과 매칭시키는 입체 데크/가상현실 공간 매칭 처리부(32a);
    상기 모션 검출부(31)의 전신 관절각 도출부(31c)를 통해 도출된 사용자의 전신 관절각에 따라 3차원 가상현실 공간에 표출할 캐릭터의 애니메이션을 구현하고, 상기 캐릭터 애니메이션의 표현을 사용자의 실제 움직임에 매칭시키는 사용자/캐릭터 매칭 처리부(32b);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀.
  9. 제1항에 있어서, 상기 실제지형 생성 엔진부(33)는,
    상기 입체 데크(20) 상의 3차원의 입체지형과 매칭된 3차원 가상현실 공간 내에서 사용자 이동량에 따라 캐릭터가 현재 위치하는 지점의 좌표를 실시간 획득하고, 캐릭터의 위치좌표를 중심으로 일정 반경 내 가상현실 공간의 주변 지형 지물에 대한 높낮이 정보를 획득하는 주변 높낮이 획득 엔진부(33a);
    상기 입체 데크(20) 상의 3차원의 입체지형과 매칭된 3차원 가상현실 공간 내에서 사용자 이동량에 따른 캐릭터 위치지점의 지형 지물에 대한 높낮이 정보를 획득하는 캐릭터위치 높낮이 획득 엔진부(33b); 및
    상기 주변 높낮이 획득 엔진부(33a) 및 캐릭터위치 높낮이 획득 엔진부(33b)에서 각각 획득된 가상현실 공간 상의 주변 지형 지물 및 캐릭터 위치의 높낮이 정보에 부합하는 3차원의 실물 입체지형 구현을 위한 다수의 실물 입체지형 정보를 생성하여 입체 데크 제어부(34)로 전달하는 실물 입체지형 정보 생성부(33c);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀.
  10. 제9항에 있어서, 상기 입체 데크 제어부(34)는,
    상기 실물 입체지형 정보 생성부(33c)에서 전달되는 다수의 실물 입체지형 정보로 상기 입체 데크(20)의 각 엑추에이터(21a-21n)를 구동하여, 가상현실 공간에서 획득한 주변 지형 지물 및 캐릭터 위치의 높낮이 정보에 부합하는 실물 입체지형을 표출하는 실물 입체지형 표출부(34a);
    상기 3차원 가상현실 공간에서 캐릭터의 위치좌표에 따라 실시간 가변하는 주변 지형 지물 및 캐릭터 위치의 높낮이 정보를 상기 실물 입체지형 표출부(34a)에 의한 각 엑추에이터(21a-21n)의 구동에 실시간 반영하는 실시간 반영부(34b); 및
    사용자 안정성의 보강을 위해 상기 실물 입체지형 표출부(34a)에 의해 표출되는 실물 입체지형의 높낮이에 따라 상기 입체 데크(20)의 접촉면 경사도를 조절하는 접촉면 경사도 조절부(34c):를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀.
  11. 제10항에 있어서, 상기 입체 데크 구동부(35)는,
    상기 입체 데크 제어부(34)에서 전달되는 전기신호를 이용하여 상기 입체 데크(20)의 각 엑추에이터(21a-21n)의 움직임을 생성하는 것을 특징으로 하는 3차원 지형표현이 가능한 입체 트레드밀.
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