KR101726388B1

KR101726388B1 - 가상 공간의 가상 객체와 인터랙션하는 사용자에게 실제와 유사한 역감을 제공하는 장치

Info

Publication number: KR101726388B1
Application number: KR1020150080185A
Authority: KR
Inventors: 염기원; 권정흠; 이지용; 유범재
Original assignee: 재단법인 실감교류인체감응솔루션연구단
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2015-06-05
Publication date: 2017-04-26
Also published as: US20160357258A1; KR20160143442A

Abstract

본 발명은 가상 공간의 가상 객체와 인터랙션하는 사용자에게 실제와 유사한 역감을 제공하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 가상 공간의 가상 객체와 인터랙션하는 사용자에게 실제와 유사한 역감을 제공하는 장치로서, 상기 사용자의 신체의 적어도 일부분에 착용 가능한 케이스부; 상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있으며, 상기 사용자의 신체의 적어도 일부분에 직접 또는 간접적으로 접촉하는 일단 및 탄성부재를 통해 상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있는 타단을 포함하고, 상기 탄성부재의 작용에 의해 상기 일단이 상기 가상 객체와의 인터랙션에 따른 접촉감을 상기 사용자의 신체의 적어도 일부분에 제공하는 역감 제공부; 상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있으며, 외부의 단말과 통신하는 통신부; 및 상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있으며, (i) 상기 케이스부와 결합된 상기 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임에 따른 벡터 정보 및 상기 가상 객체에 대한 정보를 참조로 하여 생성된 제1 역감 제어 데이터 및 상기 케이스부와 결합된 상기 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임을 촬영한 영상 정보 및 상기 가상 객체에 대한 정보를 참조로 하여 생성된 제2 역감 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 상기 통신부를 통해 상기 외부 단말로부터 수신하여 상기 역감 제공부를 제어하는 프로세스 또는 (ii) 상기 제1 역감 제어 데이터 및 상기 제2 역감 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 생성하여 상기 역감 제공부를 제어하는 프로세스를 수행하는 프로세서부를 포함하는 장치가 제공된다.

Description

가상 공간의 가상 객체와 인터랙션하는 사용자에게 실제와 유사한 역감을 제공하는 장치{APPARATUS FOR PROVIDING FORCE FEEDBACK TO HELP USER TO INTERACT WITH VIRTUAL OBJECT IN VIRTUAL SPACE}

본 발명은 가상 공간의 가상 객체와 인터랙션하는 사용자에게 실제와 유사한 역감을 제공하는 장치에 관한 것이다.

3D 입체 영상을 만드는 기술이 발전함에 따라 가상 현실에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한, 가상 현실에서의 인터랙션에 관한 기술은 꾸준히 발전해 왔으며, 사용자가 실감 있게 느끼도록 해 주는 기술을 구현하는 것이 가장 큰 관건으로 남아있다. 가상 공간에서의 인터랙션에 따른 감각은, 시각, 청각, 미각, 후각, 촉각 등으로 다양하며, 이 중 촉각을 제공하는 햅틱(Haptic) 기술은 의료, 게임, 로봇 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 기술이다.

본 발명자는 사용자의 신체의 일부에 결합되어, 가상 공간에서의 인터랙션에 따른 역감을 사용자에게 제공하는 장치를 제안하고자 한다.

본 발명은, 사용자가 3차원 가상 공간에서 3차원으로 표현된 객체를 조작할 때, 실제 공간에서 어떤 물체를 만지거나 움직일 때 느끼는 접촉감각을 가상의 물체로부터 체득할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 3차원 안경이나 HMD 등을 사용해서 가상의 물체와 상호작용하는 경우, 가상물체에 대한 직접적인 접촉감을 실제 공간에서 어떤 물체를 조작할 때 느끼는 접촉감과 유사한 감각으로 전달할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은, 가상환경 시스템에서 물리적인 피드백이 가능하기 때문에, 3차원 객체가 가상의 물체와 접촉되지 않고, 일정 거리만큼 이격되어 있거나, 물체를 관통하거나 하는 현상을 방지할 수 있는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 가상 공간의 가상 객체와 인터랙션하는 사용자에게 실제와 유사한 역감을 제공하는 장치로서, 상기 사용자의 신체의 적어도 일부분에 착용 가능한 케이스부; 상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있으며, 상기 사용자의 신체의 적어도 일부분에 직접 또는 간접적으로 접촉하는 일단 및 탄성부재를 통해 상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있는 타단을 포함하고, 상기 탄성부재의 작용에 의해 상기 일단이 상기 가상 객체와의 인터랙션에 따른 접촉감을 상기 사용자의 신체의 적어도 일부분에 제공하는 역감 제공부; 상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있으며, 외부의 단말과 통신하는 통신부; 및 상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있으며, (i) 상기 케이스부와 결합된 상기 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임에 따른 벡터 정보 및 상기 가상 객체에 대한 정보를 참조로 하여 생성된 제1 역감 제어 데이터 및 상기 케이스부와 결합된 상기 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임을 촬영한 영상 정보 및 상기 가상 객체에 대한 정보를 참조로 하여 생성된 제2 역감 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 상기 통신부를 통해 상기 외부 단말로부터 수신하여 상기 역감 제공부를 제어하는 프로세스 또는 (ii) 상기 제1 역감 제어 데이터 및 상기 제2 역감 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 생성하여 상기 역감 제공부를 제어하는 프로세스를 수행하는 프로세서부를 포함하는 장치가 제공된다.

본 발명에 의하면, 반지형 장치를 착용한 사용자가 3차원 가상 공간에서 3차원으로 표현된 객체를 조작할 때, 실제 공간에서 어떤 물체를 만지거나 움직일 때 느끼는 접촉감각을 가상의 물체로부터 체득할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 3차원 안경이나 HMD 등을 사용해서 가상의 물체와 상호작용하는 경우, 가상물체에 대한 직접적인 접촉감을 실제 공간에서 어떤 물체를 조작할 때 느끼는 접촉감과 유사한 감각으로 전달할 수 있기 때문에, 가상물체에 대한 상호작용성과 조작성능 상의 향상을 가져올 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 사용자가 3D 가시화 보조 도구를 이용해서 가상 객체와의 상호작용 중에 객체의 면에 접촉하면 접촉 피드백을 사용자에게 전달해 주므로, 객체와의 접촉 또는 충돌 등에 대한 감각을 전달할 수 있게 되고, 이를 통해서 사용자는 객체에 대한 실감적인 조작을 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자에게 가상 객체와의 접촉감을 제공하는 장치의 외형을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자에게 가상 객체와의 접촉감을 제공하는 장치의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자에게 접촉감을 제공하는 역감 제공부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자에게 접촉감을 제공하는 복수 개의 역감 제공부의 단면을 나타내는 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 시스템은 역감 제공 장치(100), 외부 단말(200) 및 가상 객체(300)를 포함하여 구성될 수 있다. 참고로, 역감 제공 장치(100)를 통해 사용자에게 제공하는 역감은, 사용자가 물체와 접촉했을 때 발생할 수 있는 근감각, 질감, 방향감 등의 감촉을 뜻한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 역감 제공 장치(100)는 사용자의 신체의 적어도 일부분에 착용 가능한 형태로 구성될 수 있으며, 사용자는 역감 제공 장치(100)를 착용하여 가상 객체(300)를 조작할 수 있다. 여기서 가상 객체(300)는, 소정의 3D 공간 상에 출력되는 가상의 객체일 수 있으나, 2D 형태의 가상의 객체를 배제하는 것은 아닐 것이다.

역감 제공 장치(100)를 통해 가상 객체(300)와의 인터랙션에 따른 역감을 사용자에게 제공하기 위해서는, 사용자가 착용한 역감 제공 장치(100)와 가상 객체(300) 간의 접촉 여부를 확인하는 프로세스와 상기 접촉에 따라 역감 제공 장치(100)를 제어하는 데이터를 생성하는 프로세스가 필요할 것이며, 이 프로세스는 역감 제공 장치(100) 또는 역감 제공 장치(100)와 연동된 외부 단말(200)을 통해 수행될 수 있고, 이에 대해서는 아래에서 설명하기로 한다. 이 때, 외부 단말(200)은 데스크탑 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 워크스테이션, PDA, 웹 패드, 이동 전화기, HMD 등과 같이 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 디지털 기기라면 얼마든지 본 발명에 따른 외부 단말(200)로서 채택될 수 있을 것이다. 도 1에서는, 사용자가 손가락에 역감 제공 장치(100)를 착용하여 가상 객체(300)를 조작하는 것을 예시적으로 나타내었다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자에게 가상 객체(300)와의 접촉감을 제공하는 역감 제공 장치(100)의 외형을 다양한 각도에서 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 역감 제공 장치(100)는 사용자의 손가락에 착용 가능하도록 형성되어 있으나 이에 한정되지 않으며, 사용자의 신체의 적어도 일부분에 착용 가능한 형태로 형성되어 있다면 본 발명에 속한다고 할 것이다. 또한, 사용자 손가락에 착용되는 역감 제공 장치(100)의 형상은 도 2에 나타낸 형상뿐만 아니라 원통형 형상일 수도 있으며, 손가락에 착용 가능한 반지형의 역감 제공 장치(100)라면 본 발명에 속한다고 할 것이다. 물론, 반드시 반지와 같이 360도를 에워싸는 것이 필수적으로 요구되지는 않으며, 소정의 각도 이상 에워싸는 형태라면 본 발명에 속할 것이다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 역감 제공 장치(100)에는 사용자의 손가락에 역감을 제공하는 복수 개의 역감 제공부(120)가 설치되고, 이러한 역감 제공부(120)를 제어함으로써 근감각, 질감, 방향감 등의 감촉을 사용자에게 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 역감 제공부(120)의 일단이 사용자의 손가락과 맞닿을 수 있게 형성되어 있지만, 역감 제공부(120) 위에 커버가 존재할 수 있어 사용자의 손가락에 간접적으로 맞닿는 구조로 형성되어 있을 수도 것이다. 역감 제공부(120)에 대해서는 도 3과 도 4를 통해 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자에게 가상 객체(300)와의 접촉감을 제공하는 역감 제공 장치(100)의 내부 구성을 나타내는 분해도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 역감 제공 장치(100)는, 케이스부(110), 역감 제공부(120), 통신부(130), 프로세서부(140) 및 전원부(150)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 케이스부(110)는, 사용자의 신체의 적어도 일부분에 착용 가능한 형상을 가진다. 가령, 서로 결합 가능한 외부 케이스부(115)와 내부 케이스부(116)로 구성되어 있을 수도 있다. 여기서, 외부 케이스부(115)는, 제1 외부 케이스부(115a) 및 이와 결합 가능한 제2 외부 케이스부(115b)로 구성될 수도 있으며. 내부 케이스부(116)는, 제1 외부 케이스부(115a)와 결합 가능한 제1 내부 케이스부(116a) 및 제2 외부 케이스부(115b)와 결합 가능한 제2 내부 케이스부(116b)로 구성될 수도 있다.

한편, 외부 케이스부(115)와 내부 케이스부(116) 사이에는, 역감 제공부(120)를 수용할 수 있는 격벽부(111)가 형성되어 있을 수 있다. 또한, 외부 케이스부(115)와 내부 케이스부(116) 사이에 통신부(130), 역감 제공부(120), 프로세서부(140) 및 전원부(150)가 설치될 수 있지만, 이에 한정되지 않을 것이다. 가령, 태양열 전지를 전원부(150)로 사용하는 경우 태양열 전지는 케이스부(110)의 외곽면에 직접 또는 간접적으로 설치될 수도 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 외부 케이스부(115)와 내부 케이스부(116) 사이에 존재하는 격벽부(111)는 내부 케이스부(116)에 결합될 수 있는데, 격벽부(111)의 상면에는 개구부(미도시)가 형성될 수 있고, 격벽부(111)의 상면과 결합되는 내부 케이스부(116)에도 개구부에 대응되는 홀(112)이 형성되어 있어, 격벽부(111)에 의해 형성되는 공간 내에 수용될 수 있는 역감 제공부(120)의 일단이 개구부 및 홀(112)을 통해 내부 케이스부(116)의 내부로 진입하여 내부 케이스부(116) 내에 삽입된 사용자의 손가락 등에 역감을 제공할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자에게 접촉감을 제공하는 역감 제공부(120)의 구성을 자세하게 나타내는 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 역감 제공부(120)는 핀부(121), 엑추에이터(122), 탄성부재(123) 및 진동 흡수 부재(124)를 포함할 수 있으나, 반드시 이들을 전부 포함해야 하는 것은 아니다.

구체적으로, 핀부(121)는 사용자 신체의 적어도 일부분에 접촉감을 직접 또는 간접적으로 전달하는 부위에 해당한다.

다음으로, 엑추에이터(122)는 상단이 핀부(121)의 하단의 적어도 일부분과 연동되게 설치되고 하단이 탄성부재(123)의 적어도 일부분과 연동되게 설치되며, 프로세서부(140)의 제어에 따라 핀부(121)를 진동시키는 기능을 수행한다.

이 때, 탄성부재(123)는, 적어도 일부분이 외부 케이스부(115a, 115b)와 결합되어 있어, 엑추에이터(122)에 의해 발생되는 진동이 엑추에이터(122)의 하단 방향(즉, 외부 케이스부가 위치하는 방향)으로 전달되는 것을 방지하고, 진동이 엑추에이터(122)의 상단 방향으로 전달되도록 엑추에이터(122)를 지지할 수 있다. 여기서, 핀부(121)의 상단은, 엑추에이터(122)에 의한 진동에 따라, 도 3에서 살펴봤던 내부 케이스부(116)의 홀(112)을 통해 내부 케이스부(116) 내로 진입 가능하여, 이에 따라 사용자 신체의 특정 부위로 역감을 전달할 수 있다.

다음으로, 진동 흡수 부재(124)는, 핀부(121)와 엑추에이터(122)의 적어도 일부분을 둘러싸는 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조로 인하여 해당 엑추에이터(122)에 의해 발생되는 진동이 해당 엑추에이터(122)에 대응되는 핀부(121)가 접촉하는 사용자 신체의 특정 부위 이외로 전달되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 이 때, 진동 흡수 부재(124)의 외측면의 적어도 일부분과 직접 또는 간접적으로 결합되는 격벽부(111)도 역감 제공부(120)에 의해 발생되는 진동이 특정 부위 이외로 전달되는 것을 방지할 수 있을 것인데, 이에 대해서는 도 5를 참조로 후술한다.

도 4의 구조를 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.

엑추에이터(122)의 측면과 진동 흡수 부재(124)의 내측면 사이에는 제1 공간부가 존재하여, 엑추에이터(122)가 제1 공간부에서 좌우로 진동할 수 있고, 진동 흡수 부재(124)의 내측면과 이에 대응되는 핀부(121)의 외곽면 사이에는 제2 공간부가 존재하여, 엑추에이터(122)에 의해 핀부(121)가 제2 공간부에서 상하로 진동될 수 있다.

역감 제공 장치(100)에 복수 개의 역감 제공부(120)가 설치되어 있는 경우, 진동 흡수 부재(124)는, 제1 공간부에서 엑추에이터(122)에 의해 발생되는 좌우 진동이 도 4의 역감 제공부(120)와 이웃해 있는 다른 역감 제공부(120)로 전달되는 것을 방지함과 동시에, 진동이 상측 방향으로 전달되도록 할 수 있는데, 이는, 엑추에이터(122) 하단의 적어도 일부분이 탄성부재(123) 상단의 적어도 일부분과 연동되어 있기 때문이며, 엑추에이터(122)가 탄성부재(123)의 복원력에 의해 상측 방향으로 지지되어 진동이 상측 방향으로 전달될 수 있기 때문이다.

한편, 진동 흡수 부재(124)는, 실리콘 고무패드일 수 있으며, 엑추에이터(122)는, 진동 모터, 리니어 모터, VCM 모터, 스텝 모터, 서보모터, 솔레노이드 밸브, 유공압 중 어느 하나일 수 있고, 탄성부재(123)는, 스프링일 수 있을 것이다. 다만, 도 4에서는, 진동 흡수 부재(124)가 실리콘 고무패드이고, 엑추에이터(122)가 회전 진동 모터이고, 탄성부재(123)가 판 스프링으로 형성된 역감 제공부(120)인 것으로 나타내었다. 여기서, 판 스프링의 적어도 하나의 상측 부위는 엑추에이터(122)의 하단의 적어도 일부와 연동되게 설치되고, 적어도 하나의 하측 부위는 케이스부(도 3의 115b, 115a 참조)에 직접 또는 간접적으로 결합된다.

다시 도 3을 참조하면, 통신부(130)와 프로세서부(140)는 케이스부(110)에 직접 또는 간접적으로 결합될 수 있는데, 통신부(130)는, 외부의 단말(200)과의 통신을 수행하고, 프로세서부(140)는, (i) 케이스부(110)와 결합된 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임에 따른 벡터 정보 및 가상 객체(300)에 대한 정보를 참조로 하여 생성된 제1 역감 제어 데이터 및 케이스부(110)와 결합된 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임을 촬영한 영상 정보 및 가상 객체(300)에 대한 정보를 참조로 하여 생성된 제2 역감 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 통신부(130)를 통해 외부 단말(200)로부터 수신하여 역감 제공부(120)를 제어하는 프로세스 또는 (ii) 제1 역감 제어 데이터 및 제2 역감 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 생성하여 역감 제공부(120)를 제어하는 프로세스를 수행할 수 있다. 여기서, 벡터 정보란, 각속도, 가속도, 방향, 위치 등을 나타내는 정보를 뜻하고, 가상 객체 정보란, 가상 공간에서의 가상 객체(300)의 위치, 크기, 형상 등을 나타내는 정보를 뜻한다.

상기 프로세서부(140)가 수행하는 프로세스 (i) 및 (ii)를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 프로세스 (i)를 구체적으로 설명한다.

역감 제공 장치(100)에는, 케이스부(110)에 직접 또는 간접적으로 결합되어 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임에 따른 벡터 정보를 센싱하는 자이로스코프 센서, 가속도 센서 등의 센서부(미도시)가 더 포함될 수 있는데, 이 경우, 프로세서부(140)는, 센서부로부터 벡터 정보를 획득하고, 통신부(130)를 통해 외부 단말(200)로 전송함으로써, 외부 단말(200)이, 벡터 정보와 가상 객체 정보를 참조로 사용자 신체의 적어도 일부분과 가상 객체(300)의 접촉 여부를 판단하도록 지원한 후, 외부 단말(200)이 사용자 신체의 적어도 일부분과 가상 객체(300)가 접촉한 것으로 판단한 경우, 벡터 정보와 가상 객체 정보를 참조로 생성한 제1 역감 제어 데이터를 통신부(130)를 통해 수신하여 역감 제공부(120)를 제어할 수 있을 것이다.

또한, 프로세서부(140)는, 외부 단말(200)이 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임을 촬영한 영상 정보 및 가상 객체(300)에 대한 정보를 참조로 하여 제2 역감 제어 데이터를 생성하면, 이를 외부 단말(200)로부터 수신하여 역감 제공부(120)를 제어할 수도 있을 것이다. 여기서, 영상 정보는, 외부 단말(200)에 연동되어 있는 카메라를 통해 촬영한 영상 자체일 수도 있고, 영상 처리가 수행된 외부 단말(200)에 연동되어 있는 카메라를 통해 촬영한 영상의 정보일 수도 있다.

다음으로, 프로세스 (ii)를 구체적으로 설명한다.

프로세서부(140)는, 센서부로부터 벡터 정보를 획득하고, 통신부(130)를 통해 외부 단말(200)로부터 가상 객체(300)에 대한 정보를 획득하여, 벡터 정보와 가상 객체 정보를 참조로 사용자 신체의 적어도 일부분과 가상 객체(300)의 접촉 여부를 판단하는 프로세스를 수행할 수도 있을 것이다. 사용자 신체의 적어도 일부분과 가상 객체(300)가 접촉한 것으로 판단되면, 프로세서부(140)는, 벡터 정보와 가상 객체 정보를 참조로 하여 제1 역감 제어 데이터를 생성하여 역감 제공부(120)를 제어할 수도 있을 것이다. 또한, 프로세서부(140)는, 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임을 촬영한 영상 정보 및 가상 객체(300)에 대한 정보를 통신부(130)를 통해 외부 단말(200)로부터 획득하여, 영상 정보와 가상 객체 정보를 참조로 사용자 신체의 적어도 일부분과 가상 객체(300)의 접촉 여부를 판단하는 프로세스를 수행할 수도 있을 것이다. 사용자 신체의 적어도 일부분과 가상 객체(300)가 접촉한 것으로 판단되면, 영상 정보와 가상 객체 정보를 참조로 하여 제2 역감 제어 데이터를 생성하여 역감 제공부(120)를 제어할 수도 있을 것이다.

도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 사용자에게 접촉감을 제공하는 복수 개의 역감 제공부(120)의 단면을 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 역감 제공 장치(100)에는 복수 개의 역감 제공부(120)가 배열되어 있다.

도 5a와 도 5b는 유사한 구조이지만, 도 5a는 각각의 역감 제공부(120)가 곡선 형태로 배열되어 있는 것을 도시하고 있고, 도 5b는 각각의 역감 제공부(120)가 직선 형태로 나란히 배열되어 있는 것을 도시하고 있다.

도 5를 참조하면, 복수 개의 역감 제공부(120)는 각각이 격벽부(111)와 결합되어 있어, 서로 이웃하는 역감 제공부(120)로 진동이 전달되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 5에서와 같이 역감 제공 장치(100)에 복수 개의 역감 제공부(120)가 설치되어 있는 경우, 프로세서부(140)는, 복수 개의 역감 제공부(120) 중 가상 객체(300)와의 인터랙션에 대응되는 역감 제공부(120)에 대해서 제어를 수행할 수 있을 것이다.

프로세서부(140)는, 사용자 신체의 적어도 일부분이 움직임 없이 가상 객체(300)의 특정 부분과 단접점(single contact point)의 상태로 인터랙션 하고 있는 경우에는, 인터랙션에 대응되는 역감 제공부(120)에 대해서만 제어를 수행함으로써, 사용자가 실제 객체와 접촉한 지점에서 발생하는 접촉감을 사용자가 느끼도록 지원할 수도 있을 것이다. 가령, 역감 제공 장치(100)를 착용한 손가락의 방향의 변화가 없는 상태로 가상 객체(300)의 특정 부분에 접촉시키면, 복수 개의 역감 제공부(120) 중 가상 객체(300)와의 인터랙션에 대응되는 (가령, 하측) 1 개의 역감 제공부(120)만 제어하여 사용자에게 정적인 접촉감을 제공할 수 있을 것이다. 이 때, 프로세서부(140)는, 사용자의 신체(가령, 손가락)의 기울어진 각도 또는 가상 객체(300)의 형태나 질감 등에 따라 역감 제공부(120)의 엑추에이터(122)에 의해 발생되는 진동의 강도가 다르게 발생되도록 제어할 수도 있을 것이다.

또한, 프로세서부(140)는, 사용자 신체의 적어도 일부분이 움직임 없이 가상 객체(300)의 특정 부분과 단접점(single contact point)의 상태로 인터랙션한 상태(바로 앞 패러그래프에서 예로 든 것처럼 가상 객체(300)와의 인터랙션에 대응되는 역감 제공부(120)가 하측 1개인 것으로 가정)에서, 단접점 상태(즉, 손가락 등의 방향이 일정한 상태)를 유지하면서 사용자 신체의 적어도 일부분을 움직여 가상 객체(300) 상에서 이동시키는 경우에도, 사용자가 가상 객체(300)에 접촉되는 해당 신체의 부위를 동일하게 유지하면(즉, 이동 중에도 여전히 가상 객체(300)와의 인터랙션에 대응되는 역감 제공부(120)가 하측 1개가 되도록 유지하면), 제어 대상이 되는 액추에이터(122)에는 변화가 없으므로, 일정한 힘으로 혹은 접촉감을 유지하면서 가상 객체(300)을 조작할 수 있다.

프로세서부(140)는, 또한, 사용자 신체의 적어도 일부분이 면접점(multi contact point) 상태로 움직이며 가상 객체(300)의 소정의 영역과 인터랙션 하고 있는 경우에는, 사용자 신체의 적어도 일부분이 움직이는 방향의 반대 방향으로 각각의 N 개의 역감 제공부를 순차적으로 제어함으로써, 사용자가 실제 객체와 접촉하여 이동할 때 접촉면에서 발생하는 방향감을 사용자가 느끼도록 지원할 수도 있을 것이다. 가령, 역감 제공 장치(100)를 착용한 손가락의 소정의 면을 가상 객체(300)와 접촉한 상태로 왼쪽에서 오른쪽으로 이동시키면, 복수 개의 역감 제공부(120) 중 가상 객체(300)와의 인터랙션에 대응되는 3 개의 역감 제공부(120)를 오른쪽에서 왼쪽으로 순차적으로 제어하여 사용자에게 동적인 접촉감을 제공할 수 있을 것이다. 이 때, 프로세서부(140)는, 3 개의 역감 제공부(120) 각각을 개별적으로 제어하여 엑추에이터(122)에 의해 발생되는 진동의 강도가 다르게 발생되도록 제어할 수 있을 것이다. 3 개의 역감 제공부(120)를 우측부터 A, B, C 라 하고, 엑추에이터(122)의 강도를 4(최강), 3(강), 2(중), 1(약)으로 괄호 안에 표시하면, A(4)B(0)C(0) → A(3)B(1)C(0) → A(2)B(3)C(0) → A(1)B(1)C(0) → A(0)B(0)C(1) → A(0)B(0)C(0) 와 같이 A 부터 순차적으로 제어하여 사용자에게 방향감을 제공할 수도 있을 것이다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 역감 제공 장치
200: 외부 단말
300: 가상 객체

Claims

가상 공간의 가상 객체와 인터랙션하는 사용자에게 실제와 유사한 역감을 제공하는 장치로서,
상기 사용자의 신체의 적어도 일부분에 착용 가능한 케이스부;
상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있으며, 상기 사용자의 신체의 적어도 일부분에 직접 또는 간접적으로 접촉하는 일단 및 탄성부재를 통해 상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있는 타단을 포함하고, 상기 탄성부재의 작용에 의해 상기 일단이 상기 가상 객체와의 인터랙션에 따른 접촉감을 상기 사용자의 신체의 적어도 일부분에 제공하는 역감 제공부;
상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있으며, 외부의 단말과 통신하는 통신부; 및
상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있으며, (i) 상기 케이스부와 결합된 상기 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임에 따른 벡터 정보 및 상기 가상 객체에 대한 정보를 참조로 하여 생성된 제1 역감 제어 데이터 및 상기 케이스부와 결합된 상기 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임을 촬영한 영상 정보 및 상기 가상 객체에 대한 정보를 참조로 하여 생성된 제2 역감 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 상기 통신부를 통해 상기 외부 단말로부터 수신하여 상기 역감 제공부를 제어하는 프로세스 또는 (ii) 상기 제1 역감 제어 데이터 및 상기 제2 역감 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 생성하여 상기 역감 제공부를 제어하는 프로세스를 수행하는 프로세서부
를 포함하고,
상기 역감 제공부는,
상기 사용자 신체의 적어도 일부분에 접촉감을 직접 또는 간접적으로 전달하는 핀부; 및
상단이 상기 핀부의 하단의 적어도 일부분과 연동되게 설치되며, 상기 프로세서부의 제어에 따라 상기 핀부를 진동시키는 엑추에이터를 포함하되,
상기 탄성부재는,
상단의 적어도 일부분이 상기 엑추에이터의 하단에 연동되게 설치되며, 상기 엑추에이터에 의해 발생되는 진동이 상기 엑추에이터의 하단 방향으로 전달되는 것을 방지하고, 상기 진동이 상기 엑추에이터의 상단 방향으로 전달되도록 상기 엑추에이터를 지지하며,
상기 역감 제공부는,
상기 핀부와 상기 엑추에이터의 적어도 일부분을 둘러쌈으로써 상기 엑추에이터에 의해 발생되는 진동이 상기 엑추에이터에 대응되는 상기 핀부가 접촉하는 상기 사용자 신체의 특정 부위 이외로 전달되는 것을 방지하는 진동 흡수 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제1항에 있어서,
측면에서 상기 진동 흡수 부재의 일부분과 직접 또는 간접적으로 결합되어 상기 역감 제공부에 의해 발생되는 진동이 상기 특정 부위 이외로 전달되는 것을 방지하고, 상면에서 상기 핀부의 적어도 일부분이 이동할 수 있도록 홀이 생성되어 있는 격벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 엑추에이터의 측면과 상기 진동 흡수 부재의 내측면 사이에 제1 공간부가 존재하여, 상기 엑추에이터가 상기 제1 공간부에서 좌우로 진동하고,
상기 진동 흡수 부재의 내측면과 이에 대응되는 상기 핀부의 외곽면 사이에 제2 공간부가 존재하여, 상기 엑추에이터에 의해 상기 핀부가 상기 제2 공간부에서 상하로 진동되는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서,
상기 역감 제공부는 복수 개 설치되어 있으며,
상기 각각의 역감 제공부의 각각의 상기 격벽부는, 서로 이웃하는 역감 제공부로부터의 진동을 흡수하여 전달되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 역감 제공부는 복수 개 설치되어 있으며,
상기 사용자 신체의 적어도 일부분이 상기 가상 객체의 특정 부분과 단접점의 상태로 인터랙션한 상태에서 상기 단접점 상태를 유지하면서 상기 사용자 신체의 적어도 일부분을 움직여 상기 가상 객체 상에서 이동시키는 경우, 상기 프로세서부는, 상기 복수 개의 상기 역감 제공부 중 상기 가상 객체와의 인터랙션에 대응되는 상기 역감 제공부에 대해서 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 역감 제공부는 복수 개 설치되어 있으며,
상기 사용자 신체의 적어도 일부분이 상기 가상 객체의 특정 부분과 면접점의 상태로 인터랙션한 상태에서 상기 면접점 상태를 유지하면서 상기 사용자 신체의 적어도 일부분을 움직여 상기 가상 객체 상에서 이동시키는 경우, 상기 프로세서부는, 상기 복수 개의 상기 역감 제공부 중 상기 가상 객체와의 인터랙션에 대응되는 N 개의 상기 역감 제공부에 대해서 제어를 수행하되, 상기 사용자 신체의 적어도 일부분이 움직이는 방향의 반대 방향으로 각각의 상기 N 개의 상기 역감 제공부를 순차적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 엑추에이터는, 진동 모터, 리니어 모터, VCM 모터, 스텝 모터, 서보모터, 솔레노이드 밸브, 유공압 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 탄성부재는,
적어도 하나의 하측 부위가 상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있고, 적어도 하나의 상측 부위가 상기 엑추에이터의 하단의 적어도 일부와 연동되는 판 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 상기 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임에 따른 상기 벡터 정보를 센싱하는 센서부를 더 포함하며,
상기 프로세서부는,
상기 센서부로부터 상기 벡터 정보를 획득하고, 상기 통신부를 통해 상기 외부 단말로부터 상기 가상 객체에 대한 정보를 획득하여, 상기 벡터 정보와 상기 가상 객체 정보를 참조로 상기 사용자 신체의 적어도 일부분과 상기 가상 객체의 접촉 여부를 판단하고, 상기 사용자 신체의 적어도 일부분과 상기 가상 객체가 접촉한 것으로 판단되면, 상기 벡터 정보와 상기 가상 객체 정보를 참조로 하여 상기 제1 역감 제어 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 케이스부에 직접 또는 간접적으로 결합되어 상기 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임에 따른 상기 벡터 정보를 센싱하는 센서부를 더 포함하며,
상기 프로세서부는,
상기 센서부로부터 상기 벡터 정보를 획득하여 상기 통신부를 통해 상기 외부 단말로 전송함으로써, 상기 외부 단말이, 상기 벡터 정보와 상기 가상 객체 정보를 참조로 상기 사용자 신체의 적어도 일부분과 상기 가상 객체의 접촉 여부를 판단하도록 지원한 후, 상기 외부 단말이 상기 사용자 신체의 적어도 일부분과 상기 가상 객체가 접촉한 것으로 판단한 경우, 상기 벡터 정보와 상기 가상 객체 정보를 참조로 생성한 상기 제1 역감 제어 데이터를 상기 통신부를 통해 수신하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 프로세서부는,
상기 사용자 신체의 적어도 일부분의 움직임을 촬영한 영상 정보 및 상기 가상 객체에 대한 정보를 상기 통신부를 통해 상기 외부 단말로부터 획득하여, 상기 영상 정보와 상기 가상 객체 정보를 참조로 상기 사용자 신체의 적어도 일부분과 상기 가상 객체의 접촉 여부를 판단하고, 상기 사용자 신체의 적어도 일부분과 상기 가상 객체가 접촉한 것으로 판단되면, 상기 영상 정보와 상기 가상 객체 정보를 참조로 하여 상기 제2 역감 제어 데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 케이스부는, 서로 결합 가능한 외부 케이스부와 내부 케이스부로 구성되어 있으며, 상기 외부 케이스부와 상기 내부 케이스부 사이에는, 상기 역감 제공부를 수용할 수 있는 격벽부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제14항에 있어서,
상기 외부 케이스부는, 제1 외부 케이스부 및 상기 제1 외부 케이스와 결합 가능한 제2 외부 케이스부로 구성되며,
상기 내부 케이스부는, 제1 외부 케이스부와 결합 가능한 제1 내부 케이스부 및 제2 외부 케이스부와 결합 가능한 제2 내부 케이스부로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제14항에 있어서,
상기 격벽부의 상면에 개구부가 형성되고, 상기 격벽부의 상면과 결합되는 상기 내부 케이스부에도 상기 개구부에 대응되는 홀이 형성되어, 상기 역감 제공부의 일단이 상기 개구부 및 홀을 통하여 이동할 수 있도록 지원하는 것을 특징으로 하는 장치.
제16항에 있어서,
상기 역감 제공부는, 상기 사용자 신체의 적어도 일부분에 접촉감을 직접 또는 간접적으로 전달하는 핀부; 및 상단이 상기 핀부의 하단의 적어도 일부분과 연동되게 설치되며, 상기 프로세서의 제어에 따라 상기 핀부를 진동시키는 엑추에이터를 포함하며,
상기 엑추에이터에 의해 상기 핀부의 상단이 진동하며 상기 홀을 통해 움직여짐으로써, 상기 엑추에이터에 대응되는 상기 핀부가 접촉하는 상기 사용자 신체의 특정 부위에 상기 가상 객체와의 인터랙션에 따른 접촉감이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제17항에 있어서,
상기 탄성부재는, 상단의 적어도 일부분이 상기 엑추에이터의 하단에 연동되게 설치되며, 상기 탄성부재의 적어도 일부분이 상기 외부 케이스부와 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.