KR101737012B1 - 회전모니터 적용한 시뮬레이터 - Google Patents

회전모니터 적용한 시뮬레이터 Download PDF

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KR101737012B1
KR101737012B1 KR1020160062342A KR20160062342A KR101737012B1 KR 101737012 B1 KR101737012 B1 KR 101737012B1 KR 1020160062342 A KR1020160062342 A KR 1020160062342A KR 20160062342 A KR20160062342 A KR 20160062342A KR 101737012 B1 KR101737012 B1 KR 101737012B1
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driving
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류제규
정종호
오중석
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(주)이노시뮬레이션
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Abstract

탑승자가 탑승하는 탑승석과 운전조작부가 설치되는 모션베이스와, 시뮬레이션 영상이 출력되도록 모션베이스의 전방에 배치되는 모니터와, 모니터에 설치되어 탑승석에 탑승한 탑승자의 머리방향을 감지하는 머리 모션센서와, 탑승자의 시선 방향으로 감지하는 시선 추적기와, 모니터를 탑승석을 기준으로 하여 좌우로 회전시켜 위치 조정하는 모니터 회전구동부 및, 머리 모션센서 및 시선 추적기에서 감지된 머리회전방향 및 시선 방향을 기준으로 모니터 회전구동부의 회전구동 방향 및 회전속도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전모니터 적용한 시뮬레이터가 개시된다.

Description

회전모니터 적용한 시뮬레이터{A simulator having rotation type monitor}
본 발명은 시뮬레이터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 체험자의 머리회전 방향에 따라 현실감 있는 영상을 제공할 수 있는 회전모니터 작용한 시뮬레이터에 관한 것이다.
일반적으로 시뮬레이터는 현실은 아니지만 거의 현실과 같은 상황을 구현해 내어 체험자가 체험할 수 있도록 제공하는 장비이다. 예를 들어, 자동차 운전(경주), 열차 운전이나, 전투기, 헬기 등을 실제로 타 보는 것은 일반인들이나 초보운전자 등에게는 거의 불가능하거나 어렵고, 사고의 위험이 있으므로 시뮬레이터를 통해서 실제로 차량 등을 탑승하여 운전하는 체험을 시뮬레이터를 통해 할 수 있다. 이를 위해서, 시뮬레이터는 체험자가 탑승하여 않는 시트를 포함하여 체험자에게 실제 차량 등을 운전할 때의 속도감, 진동, 기울기 등을 실제처럼 제공하기 위한 모션베이스와, 모션베이스의 시트에 탑승한 체험자에게 가상의 영상을 제공하여 주기 위한 모니터(디스플레이부)와, 시뮬레이터의 종류에 따라서 체험자가 직접 시뮬레이터를 조작할 수 있는 운전조작부로 구분될 수 있다. 여기서, 상기 운전조작부는 시뮬레이터가 제공하는 체험 종류에 따라서 제공되며, 예를 들어 차량운전을 위한 시뮬레이터의 경우에는 실제 차량의 운전석에 마련된 각종 조작기구(핸들, 브레이크 페달, 가속 페달 등) 등이 구비될 수 있다. 따라서, 상기 운전조작부는 열차용 시뮬레이터, 전투기용 시뮬레이터, 헬기용 시뮬레이터, 선박용 시뮬레이터, 오토바이용 시뮬레이터 등과 같이 그 대상에 따라 다양하게 적용될 수 있다.
물론, 모션베이스의 경우에도 다양한 모션을 제공할 수 있도록 구비될 수 있다.
한편, 종래의 시뮬레이터의 경우에는 설치된 모니터의 수에 따라 구분될 수 있는데, 모니터 1개가 설치된 1채널 시뮬레이터와 복수가(3개) 설치된 다채널(3채널) 시뮬레이터로 구분될 수 있다.
다채널 시뮬레이터의 경우에는 체험자에게 좌우로 더욱 넓은 영상을 제공할 수 있도록 구비되는데, 실제로 다수의 모니터를 통해 제공되는 영상은 위치 고정된 모니터를 통해 제공됨에 따라서 체험자가 머리를 좌우로 움직이거나, 시선을 좌우로 변경할 때 현실감 있게 영상을 체험하기 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 등록실용 제20-0418851호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 체험자의 머리회전과 시선 방향에 대응하여 모니터의 위치를 변경하여 현실감 있는 영상을 제공할 수 있는 시뮬레이터를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시뮬레이터는, 탑승자가 탑승하는 탑승석과, 운전조작부가 설치되는 모션베이스; 시뮬레이션 영상이 출력되도록 상기 모션베이스의 전방에 배치되는 모니터; 상기 모니터에 설치되어 상기 탑승석에 탑승한 탑승자의 머리방향을 감지하는 머리 모션센서; 상기 탑승자의 시선 방향으로 감지하는 시선 추적기; 상기 모니터를 상기 탑승석을 기준으로 하여 좌우로 회전시켜 위치 조정하는 모니터 회전구동부; 및 상기 머리 모션센서 및 시선 추적기에서 감지된 머리회전방향 및 시선 방향을 기준으로 상기 모니터 회전구동부의 회전구동 방향 및 회전속도를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 모니터 회전구동부는, 상기 모니터를 지지하는 모니터 지지브라켓; 상기 모니터 지지브라켓을 지지하며, 상기 모션 베이스에 회전 가능하게 설치되는 회전링 기어; 상기 회전링 기어에 연결되는 구동기어; 및 상기 구동기어를 회전구동시키는 구동모터;를 포함하여, 상기 구동모터의 구동방향 및 구동속도는 상기 제어부에 의해 제어되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 모니터를 통해 출력될 영상정보가 저장되는 저장부; 상기 저장부에 저장된 영상데이터를 상기 운전조작부의 조작신호와, 상기 모니터 회전구동부의 구동신호에 대응하여 상기 모니터를 통해 출력하여 시현하는 영상시현부;를 더 포함하며, 상기 영상시현부는 상기 제어부에의해 구동제어되는 것이 좋다.
또한, 상기 머리 모션센서는, 탑승자의 머리를 촬영하도록 상기 모니터의 상부 중앙에 설치되는 모션 감지용 카메라; 및 상기 모션 감지용 카메라에서 감지된 영상을 기준영상과 비교하여 머리의 회전방향을 감지하는 영상판독부;를 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 시선추적기는, 상기 모션베이스에 설치되어 탑승자의 눈동자의 움직임을 추적하는 시선추적용 카메라; 상기 시선추적용 카메라에서 이미지 프로세싱을 통해 획득된 눈동자 움직임의 이미지로부터 홍체의 움직임을 디지털신호로 처리하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부에서 변환한 디지털 신호를 전달받아 탑승자의 시선을 추적하는 시선 추적부;를 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 시뮬레이터에 따르면, 회전형 모니터를 적용함으로써 1대의 모니터를 이용하여 다채널 영상을 탑승자에게 제공할 수 있게 되고, 1대의 랜터링 컴퓨터로 다채널 영상구현이 가능하게 된다.
따라서, 저렴한 비용을 소형 시뮬레이터의 한계였던 시야각 제한 문제를 해결할 수 있게 되며, 다채널 시뮬레이터를 설치하기 곤란한 좁은 공간에도 설치할 수 있을 뿐만아니라 몰입감이 증대된 시뮬레이터를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터를 나타내 보인 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터를 나타내 보인 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이터를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 4는 도 3의 모니터 회전구동부를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 3의 머리 모션센서를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 6은 도 3의 시선추적기를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 7은 머리 회전방향에 따라서 모니터에 출력되어 표시되는 영상을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 회전모니터 적용한 시뮬레이터를 자세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 회전모니터 적용한 시뮬레이터는, 체험자가 탑승하는 탑승석(111)이 구비된 모션베이스(110)와, 탑승석(111)의 전방에 마련되는 운전조작부(120)와, 체험 영상을 제공하는 모니터(130), 체험자의 머리회전을 감지하는 모션센서(140), 체험자의 시선을 센싱하는 시선 추적기(150), 모니터(130)를 탑승석(111)을 기준으로 회전시키는 모니터 회전구동부(160) 및 상기 모션센서(140)와 시선 추적기(150)의 감지신호를 근거로 하여 모니터 회전구동부(160)의 구동을 제어하는 제어부(170)를 구비한다.
상기 모션베이스(110)는 실질적으로 시뮬레이터 본체에 해당할 수 있으며, 체험자가 탑승하는 탑승석(111)이 설치된다. 그리고 탑승석(111)의 전방에 운전조작부(120)가 설치된다.
운전조작부(120)는 시뮬레이터가 차량 운전용인 경우 핸들과, 각종 신호조작부(방향지시등 조작 레버 등), 브레이크 페달, 가속페달 등을 포함할 수 있다. 그리고 탑승석(111)에 탑승한 탑승자에게 진동이나 속도감 등을 제공하기 위한 모션베이스 구동부(190)가 더 구비될 수 있다. 모션베이스 구동부(190)는 진동을 발생시키는 진동발생부와, 모션베이스(110) 자체를 지지면에 대해서 틸팅시킬 수 있는 틸팅용 액추에이터(미도시) 등을 구비할 수도 있다.
상기 모니터(130)는 탑승자에게 탑승자에게 실제 상황과 유사한 영상을 제공하기 위한 것으로서, 모션베이스(110)의 전방에 위치되며, 모니터 회전구동부(160)에 의해 좌우로 위치 변경 가능하게 된다. 모니터(130)를 통해 출력되는 영상은 저장부(200)에 저장된 영상데이터를 영상시현부(180)에서 운전조작부(120)의 조작신호와 모니터 회전구동부(160)의 회전동작에 대응하여 출력 영상을 시현하여 출력하게 된다. 즉, 탑승자가 운전조작부의 핸들 방향을 전환하는 방향에 따라서 모니터(130)로 출력되는 도로 주행 영상의 방향이 변경되고, 가속페달이나 브레이크 페달을 조작하는 신호에 따라서 영상의 속도감이 변환되어 시현될 수 있게 된다.
상기 머리 모션센서(140)는 모니터(130)에 설치되어 탑승석(111)에 탑승한 탑승자의 머리의 움직임을 감지하여 머리의 회전방향을 감지하게 된다. 그리고 감지된 정보는 제어부(170)로 전달된다. 구체적으로 살펴보면, 머리 모션센서(140)는 모니터(130)의 중앙 상부에 고정 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 모션센서(140)는 도 5에 도시된 바와 같이, 탑승자의 머리를 촬영하는 모션 감지용 카메라(141)와, 모션 감지용 카메라(141)에서 감지된 영상을 기준영상과 비교하여 머리의 회전방향을 감지하는 영상판독부(143)를 구비할 수 있다. 따라서, 영상판독부(143)에서는 촬영된 영상을 기준영상과 비교판단하여 탑승자의 머리 회전방향을 감지하고, 감지된 정보는 제어부(170)로 전달된다. 머리 모션센서(140)는 모니터(130)에 설치되어 모니터(130)의 위치변경시 함께 이동됨으로써, 위치 이동된 상태에서 탑승자의 머리 회전방향이 변경되는 것을 정확하고 용이하게 감지할 수 있게 된다.
상기 시선 추적기(150)는 탑승자의 시선 방향을 감지하기 위한 것으로서, 바람직하게는 운전조작부(120)의 상부 즉, 탑승석(111)에 탑승한 탑승자의 전방에 위치 고정되는 것이 좋다. 이를 위해 모션베이스의 전방 상부에 고정 설치되는 것이 바람직하다. 도 6을 참조하면, 시선추적기(150)는 시선추적용 카메라(151), 신호처리부(153) 및 시선추적부(155)를 구비한다. 시선추적용 카메라(151)는 모션베이스(110) 상에 설치되어 탑승자의 눈동자의 움직임을 추적하는 것으로서, 적외선 카메라를 포함할 수 있으며, 좌우 각각의 눈동자를 추적할 수 있도록 좌측 및 우측 각각에 대응되게 복수 설치될 수 있다. 신호처리부(153)는 시선추적용 카메라(151)에서 이미지 프로세싱을 통해 획득된 눈동자 움직임의 이미지로부터 홍체의 움직임을 디지털 신호로 처리한다. 시선추적부(155)는 인식된 홍채의 움직임을 변환한 디지털 신호를 전달받아 탑승자의 시선을 추적한다. 시선추적부(155)에서 추적된 탑승자의 시선 방향정보는 제어부(170)로 전달된다.
상기 모니터 회전구동부(160)는 모니터(130)를 지지한 채 탑승자의 머리회전방향 및 시선 방향에 대응하여 모니터(130)를 위치를 변경하기 위한 것이다. 이러한 모니터 회전구동부(160)는 모니터(130)를 지지하는 모니터 지지브라켓(161)과, 모니터 지지브라켓(161)이 지지되는 회전링 기어(163), 회전링 기어(163)에 연결되는 구동기어(165) 및 구동기어(165)를 회전구동시키는 구동모터(167)를 구비한다.
모니터 지지지브라켓(161)은 상부에 모니터(130)가 결합되고, 하부에는 회전링 기어(163)가 결합된다.
회전링 기어(163)는 원형으로 형성될 수도 있고, 반원형 형상으로 형성될 수도 있다. 이러한 회전링 기어(163)는 기어 몸체(163a)와, 축부(163b), 축부(163b)와 기어 몸체(163a)를 연결하는 연결부(163c) 및 기어 몸체(163a)의 외측에 형성되는 기어부(163d)를 구비할 수 있다. 기어부(163d)는 기어 몸체(163a)의 내주에 형성되거나, 상면 또는 하면에 형성될 수도 있다.
상기 축부(163b)는 회전링 기어(163)를 회전 가능하게 지지하는 지지축(168)에 결합되어 지지될 수 있다. 또한, 회전링 기어(163)에 작용하는 모니터(130)의 하중을 지지할 수 있도록 지지베어링(169)이 모션베이스(110)에 더 설치될 수도 있다. 따라서, 회전링 기어(163)는 지지축(168)을 중심으로 하여 안정적인 자세를 유지하면서 회전되어 모니터(130)를 안정된 자세로 회전이동시킬 수 있게 된다.
상기 구동기어(165)는 기어부(163d)에 기어 연결되며, 구동모터(167)의 회전력을 전달받아 정방향 및 역방향 회전됨으로써 회전링 기어(163)가 탑승자의 시선 및 머리회전 방향으로 좌우 회전되도록 하여 모니터(130)의 위치를 조정할 수 있게 된다.
상기 제어부(170)는 머리 모션센서(140), 시선추적기(150) 각각에서 감지된 탑승자의 머리 회전방향과 시선 방향에 대한 정보를 기준으로 모니터 회전구동부(160)의 구동을 제어하여, 탑승자의 머리 회전방향 및 시선 방향 및 속도에 맞추어서 모니터(130)가 회전되도록 한다.
특히, 제어부(170)는 시선 방향을 추적 감지하기 위한 시선추적기(150)와 모션센서(140)를 모두 적용하여, 모니터(130)의 회전방향 및 회전속도를 제어하되, 시선추적기(150)의 시선 방향을 기준으로 먼저 구동모터(167)를 구동제어하고, 순차적으로 머리 모션센서(140)의 감지신호를 근거로 하여 구동모터(167)의 회전속도 및 회전방향을 제어함으로써, 탑승자의 시선과 머리회전에 대해서 모니터(130)의 회전이 지연되지 않고 일치되도록 하여 회전시킬 수 있게 된다. 또한, 제어부(170)는, 모니터(130)의 회전에 따른 영상이 회전방향 모터제어신호를 기초로 하여 탑승자 시선 방향에 대응되게 시현되도록 영상 시현부(180)를 제어할 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 탑승자의 머리 회전방향에 따라 모니터(130)가 회전되고, 회전된 모니터(130)를 통해 시현되는 영상도 방향에 따라 다르게 시현됨으로써, 보다 현실감 있고 몰입감이 증대된 시뮬레이션을 영상구현 및 동작구현이 가능하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 시뮬레이터에 의하면, 회전형 모니터(130)를 적용함으로써 1대의 모니터를 이용하여 다채널 영상을 탑승자에게 제공할 수 있게 되고, 1대의 랜터링 컴퓨터로 다채널 영상구현이 가능하게 된다.
따라서, 저렴한 비용을 소형 시뮬레이터의 한계였던 시야각 제한 문제를 해결할 수 있게 되며, 다채널 시뮬레이터를 설치하기 곤란한 좁은 공간에도 설치할 수 있을 뿐만아니라 몰입감이 증대된 시뮬레이터를 구현할 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
110..모션베이스 120..운전조작부
130..모니터 140..머리 모션센서
150..시선 추적기 160..모니터 회전구동부
170..제어부 180..영상 시현부
190..모션베이스 구동부 200..저장부

Claims (5)

  1. 탑승자가 탑승하는 탑승석과, 운전조작부가 설치되는 모션베이스;
    시뮬레이션 영상이 출력되도록 상기 모션베이스의 전방에 배치되는 모니터;
    상기 모니터에 설치되어 상기 탑승석에 탑승한 탑승자의 머리방향을 감지하는 머리 모션센서;
    상기 탑승자의 시선방향을 감지하는 시선 추적기;
    상기 모니터를 상기 탑승석을 기준으로 하여 좌우로 회전시켜 위치 조정하는 모니터 회전구동부;
    상기 머리 모션센서 및 시선 추적기에서 감지된 머리회전방향 및 시선 방향을 기준으로 상기 모니터 회전구동부의 회전구동 방향 및 회전속도를 제어하는 제어부;
    상기 모니터를 통해 출력될 영상정보가 저장되는 저장부; 및
    상기 모니터 회전구동부의 구동신호에 대응하여 상기 모니터를 통해 상기 영상정보를 출력하여 시현하는 영상시현부;를 포함하며,
    상기 모니터 회전구동부는, 상기 모니터를 지지하는 모니터 지지브라켓; 상기 모니터 지지브라켓을 지지하며, 상기 모션 베이스에 회전 가능하게 설치되는 회전링 기어; 상기 회전링 기어에 연결되는 구동기어; 및 상기 구동기어를 회전구동시키는 구동모터;를 포함하며, 상기 구동모터의 구동방향 및 구동속도는 상기 머리 모션센서에 의한 회전방향 및 속도와 상기 시선 추적기의 시선 방향에 대한 감지 신호를 기반으로 상기 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 회전모니터 적용한 시뮬레이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 머리 모션센서는,
    탑승자의 머리를 촬영하도록 상기 모니터의 상부 중앙에 설치되는 모션 감지용 카메라; 및
    상기 모션 감지용 카메라에서 감지된 영상을 기준영상과 비교하여 머리의 회전방향을 감지하는 영상판독부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전모니터 적용한 시뮬레이터.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 시선추적기는,
    상기 모션베이스에 설치되어 탑승자의 눈동자의 움직임을 추적하는 시선추적용 카메라;
    상기 시선추적용 카메라에서 이미지 프로세싱을 통해 획득된 눈동자 움직임의 이미지로부터 홍체의 움직임을 디지털신호로 처리하는 신호처리부; 및
    상기 신호처리부에서 변환한 디지털 신호를 전달받아 탑승자의 시선을 추적하는 시선 추적부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전모니터 적용한 시뮬레이터.
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