KR101800612B1 - 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치 및 그 방법 - Google Patents

3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 내용은 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 3차원 모형, 3차원 모형이 수납되는 테이블, 테이블에 수납된 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라, 3차원 모형에 사전에 설정되어 있는 영상을 투사하는 프로젝터, 장치 구동시 3차원 카메라를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL(Open Graphics Library)을 초기화하여 프로젝터와 동기화하고, 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스(vertex) 데이터를 생성한 후 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하고, 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 분석하여 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되는지를 판단하고, 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면 진동발생위치의 확인, 진동발생 제어신호의 생성 및 진동발생위치에서의 진동발생을 제어하고, 진동발생위치에서의 진동발생 처리 이후 또는 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되지 않으면 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사하도록 제어하는 제어 컴퓨터, 그리고 테이블 내부에 상호 간격을 두고 다수 개 구비되며, 제어 컴퓨터로부터 입력되는 진동발생 제어신호를 토대로 구동되어 3차원 모형에 진동을 전달하는 진동부로 구성된다.
따라서, 본 발명은 증강현실 환경을 이용하는 사용자들에게 시각정보 이외에 촉각정보를 제공함으로써, 단순히 시각적 변화만을 제공하였던 것에서 벗어나 한 차원 높은 인터랙션 시나리오의 구성이 가능하며, 사용자들에게 새로운 재미와 흥미를 유도하여 집중력을 높일 수 있다.

Description

3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치 및 그 방법{Apparatus for vibration generating in augmented reality environment using three-dimensional model and method thereof}
본 발명은 3차원 모형 위에 구현되는 증강현실 환경을 이용하는 사용자들이 시각정보와 함께 촉각정보를 느낄 수 있도록 하는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 들어 영상산업의 비약적 발전으로 인해 3차원 영상을 이용한 기술의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 즉 텔레비전이나 스크린을 통한 2차원 평면이 아닌 3차원으로 영상을 확인할 수 있게 된 것이다.
3차원 영상을 위한 장치로는 홀로그래피, 3차원 디스플레이 장치(예를 들어, 3D 안경), 증강현실(Augmented Reality) 등이 대표적이다.
홀로그래피는 위상이 갖추어진 레이저 광선을 이용하여 렌즈 없이 한 장의 사진으로 입체상을 촬영, 재생하는 방법 또는 이것을 응용한 광학 기술이고, 3차원 디스플레이 장치는 인간의 양안 시차를 이용하여 3차원 영상을 감상하도록 하는 장치이며, 증강 현실은 실제환경과 가상의 객체가 혼합되어 사용자가 눈으로 보는 현실세계에 가상 물체를 겹쳐 보여주는 기술로서 가상현실 기술에 비하여 보다 나은 현실감과 부가 정보를 제공한다.
이 중에서 홀로그래피나 3차원 디스플레이 장치는 영상이 표시되는 영역의 깊이, 모양 등의 지형정보를 참조하여 영상을 입체적으로 표시하는 기술이 아니기 때문에 사용자가 자유롭게 영상이 표시되는 3차원 영역을 생성하고, 이렇게 생성된 3차원 영역에 원하는 영상을 투사하여 표시하는 형태의 3차원 영상 구현방식을 얻을 수 없었다.
또한, 실제환경과 가상의 객체가 혼합된 증강현실 기술은 사용자가 실제환경을 볼 수 있게 하여 홀로그래피나 3차원 디스플레이 장치에서 얻을 수 없는 현실감을 제공할 수 있지만, 시각정보 이외에 촉각 등의 다른 정보를 사용자들에게 전달하는 데에는 한계가 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1299191호 대한민국 공개특허공보 제10-1998-0050467호
본 발명은, 모래와 같은 입상물(粒狀物)을 이용한 3차원 모형 위에 프로젝션 매핑을 통해 구현되는 증강현실 환경에서 사용자에게 촉각을 통한 피드백을 제공할 수 있는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치 및 그 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치는, 3차원 모형과, 3차원 모형이 수납되는 테이블과, 테이블에 수납된 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라와, 3차원 모형에 사전에 설정되어 있는 영상을 투사하는 프로젝터와, 장치 구동시 3차원 카메라를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL(Open Graphics Library)을 초기화하여 프로젝터와 동기화하고, 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스(vertex) 데이터를 생성한 후 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라와의 거리를 토대로 렌더링(rendering)될 색상 및 밝기를 결정하고, 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 분석하여 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되는지를 판단하고, 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면 진동발생위치의 확인, 진동발생 제어신호의 생성 및 진동발생위치에서의 진동발생을 제어하고, 진동발생위치에서의 진동발생 처리 이후 또는 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되지 않으면 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사하도록 제어하는 제어 컴퓨터, 그리고 테이블 내부에 상호 간격을 두고 다수 개 구비되며, 제어 컴퓨터로부터 입력되는 진동발생 제어신호를 토대로 구동되어 3차원 모형에 진동을 전달하는 진동부를 포함할 수 있다.
이때 상술한 제어 컴퓨터는, 3차원 카메라 및 OpenGL 초기화를 처리하고 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터와 3차원 카메라의 시야각, 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성하고 생성된 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하며 렌더링될 색상 및 밝기정보를 토대로 3차원 모형에 투사될 영상을 렌더링하여 프로젝터로 출력하는 영상 처리부와, 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사되는 다수 개의 영상 컨텐츠를 저장하고 있으며 진동부 각각의 위치별 좌표정보를 저장하고 있는 데이터베이스와, 3차원 카메라에서 촬영한 촬영 데이터를 분석하여 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되는지를 판단하고 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면 데이터베이스에 저장된 좌표정보를 토대로 진동발생지점의 위치를 확인하고 확인된 위치에서 진동을 발생시키기 위한 진동발생 제어신호를 생성하며 생성된 진동발생 제어신호를 해당 위치의 진동부로 출력하는 진동 분석부, 그리고 영상 처리부에서의 3차원 카메라 및 OpenGL 초기화 처리, 3차원 카메라로 촬영한 촬영 데이터를 토대로 한 3차원 버텍스 데이터 생성, 3차원 버텍스 데이터를 토대로 한 렌더링될 색상 및 밝기의 결정, 3차원 모형에 투사될 영상의 렌더링을 제어하며 진동 분석부에서의 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화를 토대로 한 진동발생지점의 위치확인 및 진동발생 제어신호의 생성과 출력을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
그리고 3차원 모형은, 모래를 포함한 입상물로서 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 프로젝터를 통해 변화되는 영상이 투사되는 것이 바람직하다.
그리고 제어 컴퓨터에서 수행하는 OpenGL 초기화는, 시야각(field of view), 광축의 위치를 포함한 내부 파라미터, 및 3차원 카메라로부터의 상대적 위치, 회전을 포함한 외부 파라미터의 초기화를 토대로 한 프로젝터와의 동기화이다.
그리고 진동부는, 제어 컴퓨터의 제어를 토대로 하나 이상 동시에 구동 가능하도록 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생방법은, (1) 제어 컴퓨터는, 장치의 구동이 이루어지면 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화하여 3차원 모형에 영상을 투사하는 프로젝터를 동기화하는 단계와, (2) 제어 컴퓨터는, 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스 데이터를 생성하고, 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하는 단계와, (3) 제어 컴퓨터는, 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되는지를 판단하는 단계와, (4) (3) 단계의 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면, 제어 컴퓨터는 진동발생위치의 확인, 진동발생 제어신호의 생성 및 3차원 모형의 진동발생위치에서의 진동부를 통한 진동발생을 처리하는 단계와, (5) (4) 단계 이후 또는 (3) 단계의 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되지 않으면, 제어 컴퓨터는 (2) 단계에서 결정된 렌더링될 색상 및 밝기에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터를 통해 3차원 모형에 투사하는 단계, 그리고 (6) 제어 컴퓨터는 장치의 구동이 종료될 때까지 (2) 단계 이후를 반복 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 (1) 단계는, (1-1) 장치가 구동되면, 제어 컴퓨터는 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라를 초기화하는 단계와, (1-2) 제어 컴퓨터는, 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화하는 단계와, (1-3) 제어 컴퓨터는, 시야각, 광축의 위치를 포함한 OpenGL의 내부 파라미터를 초기화하는 단계, 그리고 (1-4) 제어 컴퓨터는, 3차원 카메라로부터의 상대적 위치, 회전을 포함한 OpenGL의 외부 파라미터를 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 (2) 단계는, (2-1) 제어 컴퓨터는, 3차원 카메라로부터 3차원 모형을 촬영한 촬영 데이터를 수신하는 단계와, (2-2) 제어 컴퓨터는, (2-1) 단계를 통해 수신한 3차원 카메라의 촬영 데이터와 3차원 카메라의 시야각, 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성하는 단계, 그리고 (2-3) 제어 컴퓨터는, (2-2) 단계에서 생성된 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 (4) 단계는, (4-1) (3) 단계의 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면, 제어 컴퓨터는 데이터베이스에 저장된 좌표정보를 토대로 진동발생지점의 위치를 확인하는 단계와, (4-2) 제어 컴퓨터는, (4-1) 단계에서 확인된 진동발생지점의 위치에 진동을 발생시키기 위한 진동발생 제어신호를 생성하는 단계, 그리고 (4-3) 제어 컴퓨터는, (4-2) 단계에서 생성된 진동발생 제어신호를 해당 위치의 진동부로 출력하여 진동을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 (5) 단계에서 프로젝터를 통해 영상이 투사되는 3차원 모형은, 모래를 포함한 입상물로서 사용자의 조작에 따른 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 프로젝터를 통해 변화되는 영상이 투사될 수 있다.
그리고 (4) 단계를 통해 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화를 토대로 3차원 모형의 진동발생을 처리할 때, 기 설정되어 있는 진동발생지점 중 하나 이상에서 데이터 변화가 동시에 발생되면, 제어 컴퓨터는 데이터 변화가 동시에 발생된 각각의 진동발생지점에 위치한 진동부를 통해 진동발생을 처리할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치 및 그 방법에 따르면, 모래와 같은 입상물을 이용한 3차원 모형 위에 구현되는 증강현실 환경을 이용하는 사용자들에게 시각정보 이외에 촉각정보를 제공함으로써, 단순히 시각적 변화만을 제공하였던 것에서 벗어나 한 차원 높은 인터랙션(interaction) 시나리오의 구성이 가능하며, 이에 따라 사용자들에게 새로운 재미와 흥미를 유도하여 집중력을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 제어 컴퓨터의 구성을 상세하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생방법의 동작과정을 나타낸 순서도이다.
도 4 내지 도 6은 도 3의 각 서브루틴의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치 및 그 방법을 상세하게 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 장치는, 3차원 모형(100), 테이블(200), 3차원 카메라(300), 프로젝터(400), 제어 컴퓨터(500), 진동부(600) 등으로 구성된다.
3차원 모형(100)은 모래를 포함한 입상물로서, 사용자의 조작에 따라 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 프로젝터(400)를 통해 변화되는 영상이 투사된다.
테이블(200)은 상부가 개방되어 있고, 내부 공간에 3차원 모형(100)이 수납되며, 내부 바닥에 상하좌우 일정한 간격을 두고 진동부(600)가 구비된다.
3차원 카메라(300)는 테이블(200)에 수납된 3차원 모형(100)을 촬영하고, 촬영 데이터를 제어 컴퓨터(500)로 출력한다.
프로젝터(400)는 제어 컴퓨터(500)의 제어를 토대로 3차원 모형(100)에 사전에 설정되어 있는 영상을 투사한다.
제어 컴퓨터(500)는 장치 구동시 3차원 카메라(300)를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화하여 프로젝터(400)와 동기화한다. 그리고 3차원 카메라(300)로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스 데이터를 생성한 후 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라(300)와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정(예를 들어, 촬영 데이터를 각 픽셀별로 사전에 정해진 영상 데이터에 따라 깊이, 모양, 색상 등으로 치환하는 작업)한다.
그리고 3차원 카메라(300)로부터 입력되는 촬영 데이터를 분석하여 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되는지를 판단하고, 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면 진동발생위치의 확인, 진동발생 제어신호의 생성 및 진동발생위치에서의 진동발생을 제어한다.
그리고 진동발생위치에서의 진동발생 처리 이후 또는 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되지 않으면, 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터(400)를 통해 3차원 모형에 투사하도록 제어한다.
이때, 제어 컴퓨터(500)에서 수행하는 OpenGL 초기화는, 시야각, 광축의 위치를 포함한 내부 파라미터, 및 3차원 카메라로부터의 상대적 위치, 회전을 포함한 외부 파라미터의 초기화를 토대로 한 프로젝터(400)와의 동기화이다. 이와 같이 OpenGL 초기화를 수행하는 이유는 프로젝터(400)의 광축이 3차원 카메라(300)의 광축에 대비하여 뒤틀려 있기 때문이다. 즉 프로젝터(400)는 수평방향의 광축을 기준으로 할 때 상부 방향으로 치우쳐 영상을 투사하는 반면, 3차원 카메라(300)는 수평방향의 광축을 기준으로 상하 일정한 폭으로 영상을 촬영하기 때문에 광축의 차이가 발생되어 이를 조정하기 위함이다.
진동부(600)는 테이블(200) 내부에 상호 간격을 두고 다수 개 구비되며, 제어 컴퓨터(500)로부터 입력되는 진동발생 제어신호를 토대로 구동되어 3차원 모형(100)의 특정 지점에 진동을 전달한다.
즉 진동부(600)는 증강현실로 투사되는 영상 컨텐츠의 맥락에 맞추어 3차원 모형(100)에 진동을 전달하는 것이다. 예를 들어, 모래 위에 지형의 이미지를 투사하고 사용자가 이 모래를 파헤치면 지진 혹은 화산 폭발이 일어나는 시나리오가 있다고 할 때, 진동부(600)를 구성하는 진동모터를 통해 지진 혹은 화산폭발하는 영상에 맞춰 모래에 진동을 가하는 것이다.
또한, 진동부(600)는 제어 컴퓨터(500)의 제어를 토대로 하나 이상 동시에 구동 가능하도록 구성할 수도 있다. 즉 다수의 사용자가 기 설정되어 있는 진동발생지점의 3차원 모형(100)에 변형을 가하면 동시에 진동을 발생할 수 있도록 하는 것이다.
도 2는 상술한 도 1의 제어 컴퓨터(500)의 구성을 보다 상세하게 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제어 컴퓨터(500)는, 영상 처리부(510), 진동 분석부(520), 데이터베이스(530), 제어부(540) 등으로 구성된다.
영상 처리부(510)는 3차원 카메라(300) 및 OpenGL 초기화를 처리하고, 3차원 카메라(300)로부터 입력되는 촬영 데이터와 3차원 카메라(300)의 시야각, 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성하고, 생성된 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라(300)로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하며, 렌더링될 색상 및 밝기정보를 토대로 3차원 모형(100)에 투사될 영상을 렌더링하여 프로젝터(400)로 출력한다.
진동 분석부(520)는 3차원 카메라(300)에서 촬영한 촬영 데이터를 분석하여 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되는지를 판단하고, 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면 데이터베이스(530)에 저장된 좌표정보를 토대로 진동발생지점의 위치를 확인하고, 확인된 위치에서 진동을 발생시키기 위한 진동발생 제어신호를 생성하며, 생성된 진동발생 제어신호를 해당 위치의 진동부(600)로 출력한다.
데이터베이스(530)는 프로젝터(400)를 통해 3차원 모형(100)에 투사되는 다수 개의 영상 컨텐츠를 저장하고 있으며, 진동부(600) 각각의 위치별 좌표정보를 저장하고 있다.
제어부(540)는 영상 처리부(510)에서의 3차원 카메라(300) 및 OpenGL 초기화 처리, 3차원 카메라(300)로 촬영한 촬영 데이터를 토대로 한 3차원 버텍스 데이터 생성, 3차원 버텍스 데이터를 토대로 한 렌더링될 색상 및 밝기의 결정, 3차원 모형(100)에 투사될 영상의 렌더링을 제어한다. 그리고 진동 분석부(520)에서의 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화를 토대로 한 진동발생지점의 위치확인 및 진동발생 제어신호의 생성과 출력을 제어한다.
다음에는, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생방법의 일 실시예를 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다. 이때 본 발명의 방법에 따른 각 단계는 사용 환경이나 당업자에 의해 순서가 변경될 수 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생방법의 동작과정을 상세하게 나타낸 순서도이다.
우선, 제어 컴퓨터(500)는 장치의 구동이 이루어지면 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라(300)를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화하여 3차원 모형(100)에 영상을 투사하는 프로젝터(400)를 동기화한다(S100).
이를 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면, 전원공급을 토대로 장치가 구동을 시작하면 제어 컴퓨터(500)는 3차원 모형(100)을 촬영하는 3차원 카메라(300)를 초기화한다(S110).
그리고 제어 컴퓨터(500)는 기 저장되어 있는 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화한다(S120).
OpenGL을 초기화할 때 제어 컴퓨터(500)는 시야각, 광축의 위치를 포함한 OpenGL의 내부 파라미터를 초기화한 후(S130), 3차원 카메라(300)로부터의 상대적 위치, 회전을 포함한 OpenGL의 외부 파라미터를 초기화한다(S140).
S100 단계를 통해 3차원 카메라(300) 및 OpenGL을 초기화한 이후, 제어 컴퓨터(500)는 3차원 카메라(300)로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스 데이터를 생성하고, 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정한다(S200).
이를 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하면, 제어 컴퓨터(500)는 3차원 카메라(300)로부터 3차원 모형(100)을 촬영한 촬영 데이터를 수신하고(S210), S210 단계를 통해 수신한 3차원 카메라(300)의 촬영 데이터와 3차원 카메라(300)의 시야각, 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성한다(S220).
이후 제어 컴퓨터(500)는 S220 단계에서 생성된 3차원 버텍스 데이터와 3차원 카메라(300)로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정한다(S230).
S200 단계를 통해 3차원 버텍스 데이터의 생성 및 렌더링될 색상/밝기를 결정한 이후, 제어 컴퓨터(500)는 3차원 카메라(300)로부터 입력되는 촬영 데이터를 분석하고(S300), 분석 정보를 토대로 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되는지를 판단한다(S400).
S400 단계의 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면, 제어 컴퓨터(500)는 진동발생위치의 확인, 진동발생 제어신호의 생성 및 3차원 모형(100)의 진동발생위치에서의 진동부(600)를 통한 진동발생을 처리한다(S500).
이를 도 6을 참조하여 구체적으로 설명하면, S400 단계의 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면, 제어 컴퓨터(500)는 데이터베이스(530)에 저장된 좌표정보를 토대로 진동발생지점의 위치를 확인하고(S510), 확인된 진동발생지점의 위치에 진동을 발생시키기 위한 진동발생 제어신호를 생성한다(S520).
그리고 제어 컴퓨터(500)는 S520 단계에서 생성된 진동발생 제어신호를 해당 위치의 진동부(600)로 출력하여 진동을 발생시키도록 한다(S530).
이때 S500 단계를 통해 제어 컴퓨터(500)에서 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화를 토대로 3차원 모형(100)의 진동발생을 처리할 때, 기 설정되어 있는 진동발생지점 중 하나 이상에서 데이터 변화가 동시에 발생되는 경우, 데이터 변화가 발생된 각각의 진동발생지점에 위치한 진동부(600)를 통해 진동발생을 동시에 처리할 수 있다.
한편, S500 단계 이후 또는 S400 단계의 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되지 않으면, 제어 컴퓨터(500)는 S200 단계에서 결정된 렌더링될 색상 및 밝기에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 프로젝터(400)를 통해 3차원 모형(100)에 투사한다(S600).
이때 S600 단계에서 프로젝터(400)를 통해 영상이 투사되는 3차원 모형(100)은, 모래를 포함한 입상물로서 사용자의 조작에 따른 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 프로젝터를 통해 변화되는 영상이 투사될 수 있다.
마지막으로, 제어 컴퓨터(500)는 장치의 구동이 종료될 때까지 S200 단계 이후를 반복 처리한다(S700).
이처럼, 본 발명은 모래와 같은 입상물 위에 프로젝션 매핑에 의해 증강현실로 구현되는 컨텐츠의 맥락에 맞추어 모래에 진동을 전달하기 때문에 단순히 시각적 변화만을 제공하였던 것에서 벗어나 한 차원 높은 인터랙션 시나리오의 구성이 가능함은 물론, 사용자들에게 새로운 재미와 흥미를 유도하여 집중력을 크게 증대시킬 수 있다.
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 3차원 모형
200 : 테이블
300 : 3차원 카메라
400 : 프로젝터
500 : 제어 컴퓨터
510 : 영상 처리부
520 : 진동 분석부
530 : 데이터베이스
540 : 제어부
600 : 진동부

Claims (11)

  1. 3차원 모형,
    상기 3차원 모형이 수납되는 테이블,
    상기 테이블에 수납된 상기 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라,
    상기 3차원 모형에 사전에 설정되어 있는 영상을 투사하는 프로젝터,
    장치 구동시 상기 3차원 카메라를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL(Open Graphics Library)을 초기화하여 상기 프로젝터와 동기화하고, 상기 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스(vertex) 데이터를 생성한 후 상기 3차원 버텍스 데이터와 상기 3차원 카메라와의 거리를 토대로 렌더링(rendering)될 색상 및 밝기를 결정하고, 상기 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 분석하여 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되는지를 판단하고, 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면 진동발생위치의 확인, 진동발생 제어신호의 생성 및 진동발생위치에서의 진동발생을 제어하고, 진동발생위치에서의 진동발생 처리 이후 또는 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되지 않으면 렌더링될 색상 및 밝기의 결정에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 상기 프로젝터를 통해 상기 3차원 모형에 투사하도록 제어하는 제어 컴퓨터, 그리고
    상기 테이블 내부에 상호 간격을 두고 다수 개 구비되며, 상기 제어 컴퓨터로부터 입력되는 진동발생 제어신호를 토대로 구동되어 상기 3차원 모형에 진동을 전달하는 진동부
    를 포함하는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 컴퓨터는,
    상기 3차원 카메라 및 OpenGL 초기화를 처리하고, 상기 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터와 상기 3차원 카메라의 시야각, 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성하고, 생성된 상기 3차원 버텍스 데이터와 상기 3차원 카메라로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하며, 렌더링될 색상 및 밝기정보를 토대로 상기 3차원 모형에 투사될 영상을 렌더링하여 상기 프로젝터로 출력하는 영상 처리부,
    상기 프로젝터를 통해 상기 3차원 모형에 투사되는 다수 개의 영상 컨텐츠를 저장하고 있으며, 상기 진동부 각각의 위치별 좌표정보를 저장하고 있는 데이터베이스,
    상기 3차원 카메라에서 촬영한 촬영 데이터를 분석하여 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되는지를 판단하고, 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면 상기 데이터베이스에 저장된 좌표정보를 토대로 진동발생지점의 위치를 확인하고, 확인된 위치에서 진동을 발생시키기 위한 진동발생 제어신호를 생성하며, 생성된 진동발생 제어신호를 해당 위치의 진동부로 출력하는 진동 분석부, 그리고
    상기 영상 처리부에서의 상기 3차원 카메라 및 OpenGL 초기화 처리, 상기 3차원 카메라로 촬영한 촬영 데이터를 토대로 한 3차원 버텍스 데이터 생성, 3차원 버텍스 데이터를 토대로 한 렌더링될 색상 및 밝기의 결정과 상기 3차원 모형에 투사될 영상의 렌더링을 제어하며, 상기 진동 분석부에서의 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화를 토대로 한 진동발생지점의 위치확인 및 진동발생 제어신호의 생성과 출력을 제어하는 제어부
    를 포함하는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 모형은,
    모래를 포함한 입상물로서 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 상기 프로젝터를 통해 변화되는 영상이 투사되는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 컴퓨터에서 수행하는 OpenGL 초기화는,
    시야각(field of view) 및 광축의 위치를 포함한 내부 파라미터와 3차원 카메라로부터의 상대적 위치 및 회전을 포함한 외부 파라미터의 초기화를 토대로 상기 프로젝터와 동기화하는 것임을 특징으로 하는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동부는,
    상기 제어 컴퓨터의 제어를 토대로 하나 이상 동시에 구동 가능한 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생장치.
  6. (1) 제어 컴퓨터는, 장치의 구동이 이루어지면 3차원 모형을 촬영하는 3차원 카메라를 초기화하고, 기 저장된 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL(Open Graphics Library)을 초기화하여 상기 3차원 모형에 영상을 투사하는 프로젝터를 동기화하는 단계,
    (2) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 3차원 버텍스 데이터를 생성하고, 상기 3차원 버텍스 데이터와 상기 3차원 카메라와의 거리를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하는 단계,
    (3) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 3차원 카메라로부터 입력되는 촬영 데이터를 토대로 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되는지를 판단하는 단계,
    (4) 상기 (3) 단계의 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면, 상기 제어 컴퓨터는 진동발생위치의 확인, 진동발생 제어신호의 생성 및 상기 3차원 모형의 진동발생위치에서의 진동부를 통한 진동발생을 처리하는 단계,
    (5) 상기 (4) 단계 이후 또는 상기 (3) 단계의 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되지 않으면, 상기 제어 컴퓨터는 상기 (2) 단계에서 결정된 렌더링될 색상 및 밝기에 따라 기저장되어 있는 영상 컨텐츠를 렌더링하여 상기 프로젝터를 통해 상기 3차원 모형에 투사하는 단계, 그리고
    (6) 상기 제어 컴퓨터는 장치의 구동이 종료될 때까지 상기 (2) 단계 이후를 반복 처리하는 단계
    를 포함하는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (1) 단계는,
    (1-1) 장치가 구동되면, 상기 제어 컴퓨터는 상기 3차원 모형을 촬영하는 상기 3차원 카메라를 초기화하는 단계,
    (1-2) 상기 제어 컴퓨터는, 3차원 엔진 구동용 프로그램인 OpenGL을 초기화하는 단계,
    (1-3) 상기 제어 컴퓨터는, 시야각(field of view) 및 광축의 위치를 포함한 OpenGL의 내부 파라미터를 초기화하는 단계, 그리고
    (1-4) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 3차원 카메라로부터의 상대적 위치 및 회전을 포함한 OpenGL의 외부 파라미터를 초기화하는 단계
    를 포함하는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (2) 단계는,
    (2-1) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 3차원 카메라로부터 상기 3차원 모형을 촬영한 촬영 데이터를 수신하는 단계,
    (2-2) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 (2-1) 단계를 통해 수신한 상기 3차원 카메라의 촬영 데이터와 상기 3차원 카메라의 시야각 및 왜곡계수를 포함한 내부 파라미터를 기반으로 3차원 버텍스 데이터를 생성하는 단계, 그리고
    (2-3) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 (2-2) 단계에서 생성된 상기 3차원 버텍스 데이터와 상기 3차원 카메라로부터의 거리정보를 토대로 렌더링될 색상 및 밝기를 결정하는 단계
    를 포함하는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 (4) 단계는,
    (4-1) 상기 (3) 단계의 판단결과 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화가 발생되면, 상기 제어 컴퓨터는 데이터베이스에 저장된 좌표정보를 토대로 진동발생지점의 위치를 확인하는 단계,
    (4-2) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 (4-1) 단계에서 확인된 진동발생지점의 위치에 진동을 발생시키기 위한 진동발생 제어신호를 생성하는 단계, 그리고
    (4-3) 상기 제어 컴퓨터는, 상기 (4-2) 단계에서 생성된 진동발생 제어신호를 해당 위치의 진동부로 출력하여 진동을 발생시키는 단계
    를 포함하는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 (5) 단계에서 상기 프로젝터를 통해 영상이 투사되는 상기 3차원 모형은,
    모래를 포함한 입상물로서 사용자의 조작에 따른 실시간 이동이나 변경 조작이 가능하며, 실시간 이동이나 변경에 따라 상기 프로젝터를 통해 변화되는 영상이 투사되는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생방법.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 (4) 단계를 통해 기 설정되어 있는 진동발생지점의 데이터 변화를 토대로 상기 3차원 모형의 진동발생을 처리할 때,
    기 설정되어 있는 진동발생지점 중 하나 이상에서 데이터 변화가 동시에 발생되면, 상기 제어 컴퓨터는 데이터 변화가 발생된 각각의 진동발생지점에 위치한 진동부를 통해 진동발생을 동시에 처리하는 3차원 모형을 이용한 증강현실 환경에서의 진동발생방법.
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