KR101971937B1 - 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 콘텐츠를 활용하여 인지훈련을 수행하는 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 인지훈련 대상자가 착용하는 HMD 장치로서, 착용자에 상응하는 가상현실 콘텐츠를 실행시키는 VR 콘텐츠 실행부; 내부에 설치된 디스플레이를 통해 상기 VR 콘텐츠 실행부에서 실행시킨 상기 가상현실 콘텐츠에 상응하는 실행 화면을 표시하는 디스플레이부; 및 상기 실행 화면에 포함되는 배경의 다수 객체 중 하나를 배경 기준 객체로 설정하고 상기 배경 기준 객체의 조절된 사이즈에 따라 상기 배경의 나머지 부분들의 사이즈도 일괄 변경되는 배경거리 조절부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템 및 방법에 관한 것이다.
대한민국은 베이비붐 세대와 저출산 문제가 맞물려 2021년에는 65세 이상 노령인구가 전체인구 비율의 20% 이상인 초고령화사회에 진입할 예정이다. 이에 따라 치매노인 유병률도 상승세를 보이고 있으며, 치매 진료인원수도 연평균 11.7%의 증가율을 보이며 빠르게 증가하고 있다. 특히 치매환자 1인당 돌봄비용은 약 2,000만원 이상으로 대한민국 근로자의 중위 연봉인 2,623만원의 70% 정도에 달하여 개인이 부담하기에는 너무나도 버거운 현실이며 이에 따라 국가 치매 치료·관리비용도 급상승할 것으로 보여진다.
치매환자 수는 전세계적으로 급격히 증가하고 있다. 특히 대한민국보다 앞서 초고령화사회에 진입한 일본의 경우 2015년 이미 치매치료 시장규모가 16억달러를 넘어섰으며 이는 세계치매시장 전체규모인 55억달러의 29%에 해당하는 금액이다. 2016년에 이미 일본은 치매치료제 개발시장 외, 치매관련 상품 및 치매환자 관련 서비스 시장규모가 2300억원을 초과하였다. 이를 통해 치매치료 시장은 전세계에서 주목하고 절실히 필요로 한다는 것을 알 수 있으며, 치매치료를 위한 연구가 요구되오 있는 상황이다.
최근 가상현실(VR, Virtual Reality) 혹은 증강현실(AR, Augmented Reality)을 이용한 기술이 각광을 받고 있는 바, 이를 치매 예방 및 치료에 활용하고자 하는 시도가 있다. 특히 가상현실의 경우에는 헤드 마운트 디스플레이(HMD)라는 장비를 사용해야 한다. HMD 장비의 경우 현실 기반의 경험을 바탕으로 물리적인 움직임으로 만지기, 잡기 등의 행위를 통해 3D로 보고 3D로 조작할 수 있게 하지만, 감각을 속이는 일이기 때문에 어지러움증이 동반될 수 있다. 물리적인 차이가 어지러움증의 원인으로, 발이나 엉덩이가 바닥 또는 의자에 붙어 있어야 하고 카메라를 임의로 움직인다면 어지러움이 가중될 수도 있다. 특히 노인의 경우 익숙치 않은 장비의 사용과 노화로 인해 어지러움증을 더 쉽게 느낄 것으로 예상된다. 이러한 어지러움증은 고령자가 VR 장비를 활용하는데 있어서 짜증을 유발하고 VR 기반 인지훈련에 대한 피로를 느끼게 되는 주 요인이다.
본 발명은 가상현실, 증강현실과 같은 혼합현실을 이용하되 치매가 예상되거나 치매로 진단된 고령자의 신체적 특성을 고려하여 시력 교정 기능을 탑재함으로써 고령자에게 친화적이면서도 효과적인 인지훈련을 제공할 수 있는 혼합현실 기반 인지훈련 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 자체 배경 거리 조절 기능을 통해 시선 분산을 최소화하고 초점을 강화할 수 있고, 가변되는 집중 마커를 별도의 레이어로 중첩 표시시켜 어지러움증을 완화시키는 혼합현실 기반 인지훈련 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가상현실 콘텐츠를 활용하여 인지훈련을 수행하는 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 인지훈련 대상자가 착용하는 HMD 장치로서, 착용자에 상응하는 가상현실 콘텐츠를 실행시키는 VR 콘텐츠 실행부; 내부에 설치된 디스플레이를 통해 상기 VR 콘텐츠 실행부에서 실행시킨 상기 가상현실 콘텐츠에 상응하는 실행 화면을 표시하는 디스플레이부; 및 상기 실행 화면에 포함되는 배경의 다수 객체 중 하나를 배경 기준 객체로 설정하고 상기 배경 기준 객체의 조절된 사이즈에 따라 상기 배경의 나머지 부분들의 사이즈도 일괄 변경되는 배경거리 조절부를 포함하는 혼합현실 기반 인지 훈련용 HMD 장치가 제공된다.
상기 배경거리 조절부는 상기 배경 기준 객체의 사이즈를 조절하는 동안 상기 배경의 나머지 부분들의 사이즈는 그대로 유지시킬 수 있다.
상기 실행 화면 상에 크기 및 투명도 중 하나 이상이 변화 가능한 집중 마커가 화면 중심에 중첩 표시되도록 하는 집중 유도부를 더 포함할 수 있다.
상기 집중 마커는 상기 실행 화면의 배경 진행 속도에 상응하여 상기 크기 및 상기 투명도가 일정 범위 내에서 선형적으로 변화되되, 상대적으로 크고 연한 제1 집중 마커에서 상대적으로 작고 진한 제2 집중 마커로의 변화 속도는 상기 배경 진행 속도에 연동될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 가상현실 콘텐츠를 활용하여 인지훈련을 수행하는 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 인지훈련 대상자가 착용하는 HMD 장치로서, 착용자에 상응하는 가상현실 콘텐츠를 실행시키는 VR 콘텐츠 실행부; 내부에 설치된 디스플레이를 통해 상기 VR 콘텐츠 실행부에서 실행시킨 상기 가상현실 콘텐츠에 상응하는 실행 화면을 표시하는 디스플레이부; 및 상기 실행 화면 상에 크기 및 투명도 중 하나 이상이 변화 가능한 집중 마커가 화면 중심에 중첩 표시되도록 하는 집중 유도부를 더 포함하는 혼합현실 기반 인지 훈련용 HMD 장치가 제공된다.
상기 집중 마커는 상기 실행 화면의 배경 진행 속도에 상응하여 상기 크기 및 상기 투명도가 일정 범위 내에서 선형적으로 변화되되, 상대적으로 크고 연한 제1 집중 마커에서 상대적으로 작고 진한 제2 집중 마커로의 변화 속도는 상기 배경 진행 속도에 연동될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가상현실, 증강현실과 같은 혼합현실을 이용하되 치매가 예상되거나 치매로 진단된 고령자의 신체적 특성을 고려하여 시력 교정 기능을 탑재함으로써 고령자에게 친화적이면서도 효과적인 인지훈련을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 자체 배경 거리 조절 기능을 통해 시선 분산을 최소화하고 초점을 강화할 수 있고, 가변되는 집중 마커를 별도의 레이어로 중첩 표시시켜 어지러움증을 완화시키는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에 이용되는 HMD 장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 수행되는 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도,
도 3은 혼합현실 기반 인지훈련용 HMD 장치의 수평 단면도,
도 4는 초점 조절부에 포함되는 다초점 렌즈 구조의 일례,
도 5는 초점 조절부에 포함되는 다초점 렌즈 구조의 다른 예,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 수행되는 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도,
도 7은 배경거리 조절을 위한 방법을 설명하기 위한 가상현실 콘텐츠 실행 화면의 예시도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 수행되는 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도,
도 9는 집중 유도를 위한 집중 마커의 구현 예시도,
도 10은 집중 마커의 가변성 조절에 대한 비교 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 수행되는 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도,
도 3은 혼합현실 기반 인지훈련용 HMD 장치의 수평 단면도,
도 4는 초점 조절부에 포함되는 다초점 렌즈 구조의 일례,
도 5는 초점 조절부에 포함되는 다초점 렌즈 구조의 다른 예,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 수행되는 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도,
도 7은 배경거리 조절을 위한 방법을 설명하기 위한 가상현실 콘텐츠 실행 화면의 예시도,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 수행되는 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도,
도 9는 집중 유도를 위한 집중 마커의 구현 예시도,
도 10은 집중 마커의 가변성 조절에 대한 비교 예시도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에 이용되는 HMD 장치의 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서는 가상현실과 같은 혼합현실을 이용하여 치매 위험이 있거나 치매로 진단된 고령자에 대해 그 신체적 특성을 고려하여 시력 교정 기능, 자체 배경거리 조절 기능, 집중 유도 기능 등을 제공하여 고령자 친화적이면서도 효율적인 인지훈련이 이루어지도록 한다.
본 실시예에 따른 혼합현실 기반 인지훈련 시스템의 경우 인지훈련을 위해 가상현실 콘텐츠 혹은 증강현실 콘텐츠를 이용하게 된다. 이하에서는 가상현실 콘텐츠를 이용하는 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
가상현실 콘텐츠의 활용을 위해 인지훈련 대상자는 가상현실 콘텐츠가 실행되어 재생되는 HMD(헤드 마운트 디스플레이) 장치를 착용해야 한다. 이하에서는 발명의 이해와 설명의 편의를 위해 인지훈련 대상자를 고령자, 착용자, 사용자 등으로 혼용하여 지칭할 수도 있다.
도 1에는 본 실시예에 따른 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 이용되는 HMD 장치(100)의 상세 구성이 도시되어 있다.
HMD 장치(100)는 VR 콘텐츠 실행부(110) 및 디스플레이부(120)를 기본적으로 포함한다. 그리고 초점 조절부(130), 배경거리 조절부(140), 집중 유도부(150) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
VR 콘텐츠 실행부(110)는 인지훈련을 위해 제작된 가상현실(VR) 콘텐츠를 실행시킨다. 가상현실 콘텐츠는 별도의 메모리(미도시)에 저장되어 있을 수 있으며, 무선 통신을 통해 다운로드되거나 USB 케이블 등을 활용한 유선 통신을 통해 HMD 장치(100)에 전송될 수 있다.
본 실시예에서 이용되는 가상현실 콘텐츠는 인지훈련을 위한 것이다.
인지훈련(인지재활훈련)이란 선후천적인 뇌의 손상에 따라 인지기능의 저하가 발생한 사람을 대상으로 비약물적인 작업치료를 제공하여 저하된 인지 기능을 회복시키거나 저하의 속도를 늦추는 것으로 재활의학과에서 일반적으로 사용되는 방법이다.
인지훈련은 크게 두 가지로 나뉘는데 전통적인 작업치료기반의 인지재활과 SW로 개발된 전산화 인지재활이 있다. 이중 본 실시예에서 구현되는 기술의 분야는 전산화 인지재활 영역이며 그 중에서 가상화 인지재활 콘텐츠 부분에 해당한다.
인지훈련용 가상현실 콘텐츠는 작업치료에 사용되는 인지재활 훈련 콘텐츠를 VR 콘텐츠로 가상화 한 것으로, 시지각, 주의력, 기억력, 실행기능 4가지 영역에 대한 작업치료 훈련을 제공한다.
| 영역 | 메뉴 | 기획 범주(예시) |
| 시지각 | 물체지각 | - 형태 항상성 훈련 - 시각 완성 훈련, 전경-배경 훈련 |
| 공간지각 | - 공간 내 위치 지각 훈련 - 깊이 지각 훈련 |
|
| 지리적 지남력 | - 장소 관계 설명 훈련 - 위치 파악 훈련 |
|
| 좌-우 구별 | - 좌우 구분 훈련 - 편측 무시 극복 훈련 |
|
| 주의력 | 지속 주의 | - 주의 경계 훈련 - 작업 기억 훈련 |
| 선택주의 | - 방해자극 극복 훈련 - 집중 유지 훈련 |
|
| 변환적 주의 | - 집중 전환 훈련 - 사고 유연성 훈련 |
|
| 동시 주의 | - 동시 처리 훈련 - 전환-동시 수행 훈련 |
|
| 기억력 | 청각 기억 | - 숫자 기억 훈련 - 이름 기억 훈련 |
| 시각 기억 | - 그림 기억 훈련 - 회상 능력 훈련 |
|
| 일반 기억 | - 지남력 - 시각재인 |
|
| 전향 기억 | - 일상기억과제 - 즉시기억/장기기억 훈련 |
|
| 실행기능 | 환경통제 | - 라벨링 훈련 - 정리 수납 훈련 |
| 과제중심 | - 심부름 훈련 - 쇼핑 훈련 |
|
| 자기 통찰적 접근 | - WSTC 훈련 - 자기 안내 훈련 |
|
| 보상적 접근 | - 기억 분류 훈련 - 반복 연습 훈련 |
VR 콘텐츠 실행부(110)는 HMD 장치(100)의 착용자에 상응하여 다수의 가상현실 콘텐츠 중 적합한 콘텐츠를 찾아 실행시킬 수 있다. 이 경우 실행하고자 하는 가상현실 콘텐츠에 대해 별도의 입력 수단(미도시)을 통해 선택 입력을 받을 수 있다. 또는 착용자에 대한 정보를 수신하거나 확인하고, 해당 착용자에 대해 미리 정해져 있는 콘텐츠를 실행시키거나 혹은 미리 설정된 콘텐츠 탐색 알고리즘에 따라 해당 착용자의 상태(나이, 성별, 치매 정도 등의 인지훈련 대상자 특성)에 상응하여 콘텐츠를 탐색하여 실행시킬 수도 있다.
디스플레이부(120)는 VR 콘텐츠 실행부(110)에서의 가상현실 콘텐츠 실행에 따른 화면을 HMD 장치(100)의 내부에 설치된 디스플레이 장치를 통해 출력한다. 디스플레이부(120)는 좌안과 우안에 각각 대응되는 2개의 별도 디스플레이로 이루어지거나 1개의 디스플레이가 좌안 영역과 우안 영역으로 구분될 수 있다.
좌안에 대응되는 디스플레이(혹은 좌안 영역)과 우안에 대응되는 디스플레이(혹은 우안 영역) 각각에는 좌안용 콘텐츠 실행 화면과 우안용 콘텐츠 실행 화면이 출력되어 착용자가 가상현실 내에 있는 것과 같은 느낌이 들도록 현실감있는 화면을 제공할 수 있다.
초점 조절부(130)는 착용자가 고령으로 노안을 가지고 있을 가능성이 높은 바 이러한 고령자의 신체적 특성을 고려하여 시력 교정 효과가 발생하도록 다초점 렌즈를 선별 제공하여 착용자가 가상현실 콘텐츠 실행 화면을 보다 선명하게 볼 수 있도록 초점을 조절한다.
배경거리 조절부(140)는 가상현실 콘텐츠 실행 시 실행 화면에 따른 공간 내에서 착용자가 느끼는 배경과의 거리감이 현실과 괴리가 발생하여 혼돈이 발생하고 이로 인해 어지러움증이 발생하는 것을 방지하기 위한 수단이다. 배경거리 조절부(140)는 가상현실 콘텐츠 실행 화면에 포함되는 배경의 다수 객체 중에서 임의의 객체를 배경거리 캘리브레이션을 위한 배경 기준 객체로 설정하고, 해당 배경 기준 객체의 조절된 사이즈에 따라 배경의 다른 부분들도 그 사이즈를 일괄 변경하여 배경거리를 착용자에게 편안한 상태로 전환시켜 준다.
집중 유도부(150)는 착용자의 집중을 유도하여 어지러움증을 완화시키는 수단이다. 집중 유도부(150)에서는 가상현실 콘텐츠 실행 화면 상에 착용자의 집중을 위한 집중 마커를 중첩 표시하여 착용자가 집중 마커에 시선을 집중하게 함으로써 시선이 분산되는 것을 방지하도록 한다. 집중 마커는 착용자의 상태, 실행 중인 가상현실 콘텐츠에서의 배경/객체 속도 등에 따라 그 속성(예컨대, 크기, 투명도 등)이 가변될 수 있다.
이하에서는 초점 조절부(130), 배경거리 조절부(140), 집중 유도부(150)에 대해서 관련 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 수행되는 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도이고, 도 3은 혼합현실 기반 인지훈련용 HMD 장치의 수평 단면도이고, 도 4는 초점 조절부에 포함되는 다초점 렌즈 구조의 일례이며, 도 5는 초점 조절부에 포함되는 다초점 렌즈 구조의 다른 예이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도가 도시되어 있다.
인지훈련을 위한 가상현실 콘텐츠가 실행되면(단계 S200), 디스플레이부(120)를 통해 가상현실 콘텐츠 실행 화면이 디스플레이된다(단계 S205).
착용자가 고령인 관계로 노안일 경우 근거리에 위치하는 디스플레이부(120)에 디스플레이되는 화면을 선명하게 보는 것이 곤란할 수 있다. 노안은 나이가 들수록 가까이에 있는 물체에 초점을 맞추는 능력이 떨어지는 상태를 말하며, 수정체의 노화에 따른 눈의 장애 형상이다. 안구 조절력이 감소하기 때문에 발생하며, 수정체의 탄력성이 떨어져 먼 거리는 잘 보이고 가까운 곳에 있는 물체가 흐리게 보이게 된다.
이러한 불편함을 해소하기 위해 착용자의 신체적 특성(특히 노안)에 따른 초점 조절 명령이 입력되면(단계 S210), 초점 조절부(130)에서는 다초점 렌즈(혹은 가변 초점 렌즈)를 장착시킴으로써(단계 S215) 노안에 적합한 초점 조절이 이루어져 시력 교정이 되게 할 수 있다. 여기서, 초점 조절 명령은 HMD 장치(100)에 마련된 별도의 입력 수단(예컨대, 버튼, 터치스크린, 마이크 등)을 통해 입력될 수 있다.
도 3을 참조하면, 혼합현실 기반 인지훈련용 HMD 장치(100)는 인지훈련 대상자가 머리에 착용할 수 있도록 고글과 유사한 형상을 가지는 프레임 바디(102)를 포함한다. 본 실시예에서는 발명의 이해와 설명의 편의를 위해 도면에서 +Y축 방향이 전방, -Y축 방향이 후방인 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
프레임 바디(102) 내의 전면에는 디스플레이부(120)가 설치되며, 후면에는 착용자의 두 눈과 만나는 접안부(122)가 설치된다.
본 실시예에서는 혼합현실 기반 인지훈련용 HMD 장치(100)가 초점 조절 기능을 탑재하고 있기에, 초점 조절부(130)가 접안부(122)의 전방, 즉 디스플레이부(120)와 접안부(122) 사이에 마련된다. 초점 조절부(130)에 의해 초점이 가변되어 착용자의 신체적 특성(특히, 시력)에 맞춘 시력 교정이 이루어져 초점이 디스플레이부(120)에 맞춰지도록 함으로써 디스플레이부(120)에서 표시되는 가상현실 콘텐츠 실행 화면을 보다 선명하게 보게 할 수 있다.
초점 조절부(130A)의 일 예시가 도 4에 도시되어 있다.
초점 조절부(130A)는 렌즈 프레임(131), 렌즈 조립체(132), 유체 공급부(135)를 포함한다.
렌즈 조립체(132)는 내부에 투명한 유체(134)가 주입되어 있으며, 전면 및 후면이 투명한 유연막(flexible membrane)(133)으로 이루어져 있다.
렌즈 프레임(131)은 유연막(133)의 둘레면을 잡아줌으로써, 렌즈 조립체(132)의 수직 단면 형상(XZ 평면)을 유지시켜주는 몸체부이다. 렌즈 프레임(131)은 예컨대 링 형상, 다각형틀 형상을 가질 수 있으며, 렌즈 조립체(132)의 둘레면을 잡아준다.
유체 공급부(135)는 제어 신호에 따라 렌즈 조립체(132) 내부로 유체(134)를 주입하거나 렌즈 조립체(132)로부터 유체(134)를 배출시킨다.
도 4의 (a)에 도시된 것과 같이 기본적으로는 렌즈 조립체(132)의 유연막(133)이 평면 상태를 유지할 정도의 유체(134)가 렌즈 조립체(132)에 주입되어 있을 수 있다. 유연막(133)이 평면 상태를 유지하는 경우는 초점을 변화시키지 않는 디폴트 상태로 볼 수 있다.
그리고 착용자가 고령으로 노안인 경우, 시력 교정을 위해 볼록 렌즈와 같은 양(+)의 굴절률이 요구되는 경우 유체 공급부(135)를 제어하여 렌즈 조립체(132) 내부로 유체(134)가 주입되게 할 수 있다. 이 경우 유체(134)의 주입으로 인해 유연막(133)은 팽창하게 되지만, 양 끝단은 렌즈 프레임(131)에 의해 고정되어 있다. 따라서, 유연막(133)은 가운데 부분만이 바깥(전방과 후방)을 향해 늘어나게 되어 도 5의 (b)에 도시된 것과 같이 커브드 상태가 됨으로써 볼록 렌즈의 형상을 가지게 된다.
렌즈 조립체(132)에 주입되는 유체(134)의 양에 따라 유연막(133)의 팽창 정도가 조절될 수 있어, 볼록 렌즈에 상응하는 굴절률을 연속적으로 변화시킴으로써 가변 초점 렌즈로서 기능할 수 있게 된다.
특정 착용자의 사용 이후 유체 공급부(135)를 제어하여 렌즈 조립체(132)에 주입된 유체(134)를 회수함으로써 도 4의 (a)에 도시된 것과 같이 유연막(133)이 커브드 형상이 아닌 평면 형상으로 보관되게 할 수 있다.
초점 조절부(130B)의 다른 예시가 도 5에 도시되어 있다.
초점 조절부(130B)는 서로 상이한 초점을 가지는 복수의 렌즈(136a~136c, 이하 136으로 통칭하기도 함)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 렌즈(136a)는 원거리용, 제2 렌즈(136b)는 중거리용, 제3 렌즈(136c)는 근거리용일 수 있다. 제1 렌즈(136a)는 측면에 설치되고, 제2 렌즈(136b) 및 제3 렌즈(136c)는 상면과 하면에 설치될 수 있다. 여기서, 각 렌즈가 가지는 초점과 설치위치의 조합은 하나의 예시에 불과한 것으로, 필요에 따라 다른 조합으로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
본 실시예에서는 한정된 수량(예컨대, 3개)의 렌즈(136)를 구비하고 있는 바, 각 렌즈(136)가 통계적으로 가장 많은 환자군에 적합한 두께와 각도를 가지도록 구현되게 할 수 있다.
각 렌즈(136)의 일단(접안부(122)에 근접한 끝단)에는 힌지부(137a~137c, 이하 137로 통칭하기도 함)가 마련되어 있어, 각 렌즈(136)는 힌지부(137)를 중심으로 회동할 수 있다.
기본적으로 각 렌즈(136)는 프레임 바디(102)의 측면, 상면과 하면에 인접하여 설치됨으로써 접안부(122)와 디스플레이부(120) 사이의 광경로와의 간섭이 최소화되게 할 수 있다.
그리고 착용자에 따라 특정 초점의 렌즈가 요구되는 경우, 해당 렌즈가 회동 동작을 통해 접안부(122)의 전방에 위치하도록 함으로써 시력 교정이 이루어지게 할 수 있다.
도 5의 (a)를 참조하면, 측면에 설치된 제1 렌즈(136a)가 제1 힌지부(137a)를 중심으로 회동하는 모습이 도시되어 있다. 제1 렌즈(136a)는 수직 방향의 제1 힌지부(137a)를 중심으로 프레임 바디(102)의 측면과 접안부(122)의 전방 사이를 회동할 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 상면에 설치된 제2 렌즈(136b)가 제2 힌지부(137b)를 중심으로 회동하는 모습이 도시되어 있다. 제2 렌즈(136b)는 수평 방향의 제2 힌지부(137b)를 중심으로 프레임 바디(102)의 상면과 접안부(122)의 전방 사이를 회동할 수 있다.
하면에 설치된 제3 렌즈(136c) 역시 수평 방향으로 설치된 제3 힌지부(137c)를 중심으로 회동함으로써, 접안부(122)의 전방에 배치될 수도 있다.
본 실시예에서는 착용자의 신체적 특성(특히 시력)에 따라 최적의 초점을 갖는 렌즈를 찾고, 해당 렌즈가 접안부(122)의 전방에 위치하도록 그 회동 동작을 제어함으로써 착용자에 대한 시력 교정이 이루어지게 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 수행되는 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도이고, 도 7은 배경거리 조절을 위한 방법을 설명하기 위한 가상현실 콘텐츠 실행 화면의 예시도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도가 도시되어 있다.
인지훈련을 위한 가상현실 콘텐츠가 실행되면(단계 S300), 디스플레이부(120)를 통해 가상현실 콘텐츠 실행 화면이 디스플레이된다(단계 S305).
가상현실 콘텐츠가 실행되면, 착용자는 가상현실 내에 위치하고 있는 것과 같이 느끼게 된다. 이 경우 가상현실 콘텐츠 실행 화면에 포함되는 배경은 기본적으로 착용자와는 무관하게 미리 설정된 사이즈로 표시되는 것이 일반적이다.
하지만, 착용자마다 현실감을 느끼기 위한 배경 거리감에 차이가 있을 수 있다. 따라서, 배경 거리를 조절함으로써 착용자가 보다 현실감있게 인지훈련을 진행하게 하고자 한다.
이를 위해 HMD 장치(100)에 마련된 별도의 입력수단(예컨대, 버튼, 터치스크린, 마이크 등)을 통해 배경거리 조절 명령이 입력되면(단계 S310), 현재 가상현실 콘텐츠 실행 화면(10a)에서 표시되는 다수의 배경 객체 중에서 캘리브레이션을 위한 배경 기준 객체(12a)를 설정한다(단계 S315, 도 7의 (a) 참조). 배경 기준 객체(12a)는 착용자의 선택에 의해 임의로 선택되거나 해당 배경에서 미리 설정되어 있을 수 있다.
배경 기준 객체(12a)가 설정되면, 착용자는 입력수단을 통해 해당 배경 기준 객체(12a)의 사이즈를 조절한다(단계 S320). 배경 기준 객체의 사이즈 조절 시)(12a에 비해 사이즈가 커진 12b 참조) 해당 객체를 제외한 배경의 다른 부분은 그 크기가 변화하지 않는다(도 7의 (b) 참조). 즉, 실행 화면(10b)에서 기본 크기를 가지는 배경과 사이즈가 조절 가능한 배경 기준 객체(12b)가 구분될 수 있다.
이 경우 착용자는 배경 전체가 아닌 특정 객체(배경 기준 객체)에만 집중하여 해당 객체를 기준으로 하여 배경의 거리감을 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 조절 과정에서 사이즈 증감이 여러 차례 이루어질 수 있는데, 이 경우 배경 전체를 증감시키는 것이 특정 객체 하나만의 사이즈를 증감시키는 것에 비해 많은 연산능력이 요구될 것이다. 따라서, 본 실시예에서와 같이 특정 객체 하나에 대해서면 사이즈 조절을 시도함으로써 요구되는 연산능력을 낮추어 HMD 장치(100)의 구현에 소요되는 비용을 절감시킬 수 있다.
배경 기준 객체의 사이즈 조절이 완료되면, 조절된 객체 사이즈에 따라 배경에 속하는 나머지 부분들(타 객체 및 백그라운드 이미지 등)의 사이즈를 일괄 변경하여 적용한다(단계 S325, 도 7의 (c) 참조). 사이즈가 일괄 변경 적용된 실행 화면(10c)은 최초의 실행 화면(10a)과 비교할 때 현재 HMD 장치(100)의 착용자에게 보다 현실감을 주는 배경 거리감을 가질 수 있게 된다.
본 실시예에서 배경 거리 조절된 배경 이미지는 해당 착용자에 한정하여 제공되는 배경 이미지 사본일 수 있으며, 원본은 별도 저장되어 있을 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고령자를 위한 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 수행되는 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도이고, 도 9는 집중 유도를 위한 집중 마커의 구현 예시도이며, 도 10은 집중 마커의 가변성 조절에 대한 비교 예시도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 혼합현실 기반 인지훈련 방법의 순서도가 도시되어 있다.
인지훈련을 위한 가상현실 콘텐츠가 실행되면(단계 S400), 디스플레이부(120)를 통해 가상현실 콘텐츠 실행 화면이 디스플레이된다(단계 S405).
가상현실 내에서 주체가 이동을 하게 되면 실행 화면 내의 배경 혹은 표시 객체 등이 속도를 가지고 이동하게 된다. 이 경우 착용자의 시선이 분산됨으로써 어지러움증이 발생될 가능성이 높다.
이러한 어지러움증을 완화시키기 위해, 본 실시예에서는 집중 유도 명령을 통해 착용자의 집중을 유도할 수 있다.
HMD 장치(100)에 마련된 별도의 입력수단(예컨대, 버튼, 터치스크린, 마이크 등)을 통해 집중 유도 명령이 입력되면(단계 S410), 집중 유도를 위한 집중 마커(20a, 20b, 이하 20으로 통칭하기도 함)가 실행 화면 상에 표시될 수 있다(단계 S415).
집중 마커(20)는 착용자의 시선 분산을 방지하면서 실행 화면에의 집중을 유도하기 위해 실행 화면의 중심에 배치될 수 있다. 그리고 실행 화면 가림을 최소화하기 위해 소정 투명도를 가지는 반투명 상태의 속성을 가질 수 있다.
집중 마커(20)의 존재로 인해 착용자는 화면 중심으로 시선이 집중되어 눈과 내이의 신경신호 갈등을 방지함으로써 어지러움을 완화시킬 수 있다.
집중 마커(20)는 어지러움의 정도에 따라 크기 및/또는 투명도가 가변되어(단계 S420) 보다 효과적인 집중 유도가 이루어지게 할 수 있다.
예를 들면, 어지러움이 경미한 경우에는 도 9의 (a)에 도시된 것과 같이 집중 마커(20a)의 크기를 상대적으로 크고 보다 투명하게 구현할 수 있다. 어지러움이 심한 경우에는 도 9의 (b)에 도시된 것과 같이 집중 마커(20b)의 크기를 상대적으로 작고 보다 불투명하게 구현하여, 착용자가 집중 마커(20b)에 보다 집중하게 할 수 있다.
또는 집중 마커는 배경의 진행 속도에 따라 크기 및/또는 투명도가 가변될 수도 있다. 집중 마커는 상대적으로 크고 연한 제1 집중 마커(20a)에서 상대적으로 작고 진한 제2 집중 마커(20b)가 되도록 그 크기 및/또는 투명도가 선형적으로 변화될 수 있다. 제1 집중 마커(20a)에서 제2 집중 마커(20b)로의 변화는 일정 주기로 반복 수행될 수 있다.
이 경우 배경의 진행 속도가 빠른 경우, 크고 연한 제1 집중 마커(20a)에서 작고 진한 제2 집중 마커(20b)로의 변화 속도(VI1)는 빠르고 변화 시간(T11)은 짧을 수 있다. 즉, 배경의 진행 속도에 상응하여 집중 마커의 변화 속도도 빠르게 함으로써 서로 연동하게 할 수 있다.
또는 배경의 진행 속도가 느린 경우, 크고 연한 제1 집중 마커(20a)에서 작고 진한 제2 집중 마커(20b)로의 변화 속도(VI2)는 느리고(VI1>VI2) 변화 시간(T12)은 길 수 있다(TI1<TI2). 즉, 배경의 진행 속도에 상응하여 집중 마커의 변화 속도도 느리게 함으로써 서로 연동하게 할 수 있다.
배경의 진행 속도와 집중 마커의 변화 속도를 상호 연동시킴으로써 집중 유도를 시도하는 착용자가 가상현실 내에서 혼란감을 느끼지 않고 자연스럽게 시선 집중을 도모할 수 있게 된다.
본 실시예에서 집중 마커는 도면에 도시된 것과 같은 십자(+) 표시 이외에 다양한 모양을 가질 수 있음은 물론이다.
또한, 집중 마커는 사람(캐릭터) 혹은 동물의 형태를 가질 수도 있다. 이 경우 사람 혹은 동물 형태의 집중 마커는 애니메이션 효과를 통해 배경 진행 속도에 맞춰 뛰거나 걷는 모습을 표현함으로써 배경에 일체화되면서도 가상현실 내에서 착용자와 동일한 속도감을 나타내게 구현할 수도 있다.
전술한 혼합현실 기반 인지훈련 방법은 디지털 처리 장치(본 실시예에서는 HMD 장치)에 내장된 소프트웨어 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 등을 포함한다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 혼합현실 기반 인지훈련용 HMD 장치
110: VR 콘텐츠 실행부 120: 디스플레이부
130: 초점 조절부 140: 배경거리 조절부
150: 집중 유도부 102: 프레임 바디
122: 접안부 131: 렌즈 프레임
132: 렌즈 조립체 133: 유연막
134: 유체 135: 유체 공급부
136a~136c: 렌즈 137a~137c: 힌지부
10a~10c: 실행 화면 12a, 12b: 배경 기준 객체
20a, 20b: 집중 마커
110: VR 콘텐츠 실행부 120: 디스플레이부
130: 초점 조절부 140: 배경거리 조절부
150: 집중 유도부 102: 프레임 바디
122: 접안부 131: 렌즈 프레임
132: 렌즈 조립체 133: 유연막
134: 유체 135: 유체 공급부
136a~136c: 렌즈 137a~137c: 힌지부
10a~10c: 실행 화면 12a, 12b: 배경 기준 객체
20a, 20b: 집중 마커
Claims (6)
- 가상현실 콘텐츠를 활용하여 인지훈련을 수행하는 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 인지훈련 대상자가 착용하는 HMD 장치로서,
착용자에 상응하는 가상현실 콘텐츠를 실행시키는 VR 콘텐츠 실행부;
내부에 설치된 디스플레이를 통해 상기 VR 콘텐츠 실행부에서 실행시킨 상기 가상현실 콘텐츠에 상응하는 실행 화면을 표시하는 디스플레이부; 및
상기 실행 화면에 포함되는 배경의 다수 객체 중 하나를 배경 기준 객체로 설정하고 상기 배경 기준 객체의 조절된 사이즈에 따라 상기 배경의 나머지 부분들의 사이즈도 일괄 변경되는 배경거리 조절부를 포함하되,
상기 배경거리 조절부는 상기 배경 기준 객체의 사이즈를 조절하는 동안 상기 배경의 나머지 부분들의 사이즈는 그대로 유지시키는 것을 특징으로 하는 혼합현실 기반 인지 훈련용 HMD 장치.
- 삭제
- 가상현실 콘텐츠를 활용하여 인지훈련을 수행하는 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 인지훈련 대상자가 착용하는 HMD 장치로서,
착용자에 상응하는 가상현실 콘텐츠를 실행시키는 VR 콘텐츠 실행부;
내부에 설치된 디스플레이를 통해 상기 VR 콘텐츠 실행부에서 실행시킨 상기 가상현실 콘텐츠에 상응하는 실행 화면을 표시하는 디스플레이부; 및
상기 실행 화면에 포함되는 배경의 다수 객체 중 하나를 배경 기준 객체로 설정하고 상기 배경 기준 객체의 조절된 사이즈에 따라 상기 배경의 나머지 부분들의 사이즈도 일괄 변경되는 배경거리 조절부를 포함하되,
상기 실행 화면 상에 크기 및 투명도 중 하나 이상이 변화 가능한 집중 마커가 화면 중심에 중첩 표시되도록 하는 집중 유도부를 더 포함하는 혼합현실 기반 인지 훈련용 HMD 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 집중 마커는 상기 실행 화면의 배경 진행 속도에 상응하여 상기 크기 및 상기 투명도가 일정 범위 내에서 선형적으로 변화되되,
상대적으로 크고 연한 제1 집중 마커에서 상대적으로 작고 진한 제2 집중 마커로의 변화 속도는 상기 배경 진행 속도에 연동되는 것을 특징으로 하는 혼합현실 기반 인지 훈련용 HMD 장치.
- 가상현실 콘텐츠를 활용하여 인지훈련을 수행하는 혼합현실 기반 인지훈련 시스템에서 인지훈련 대상자가 착용하는 HMD 장치로서,
착용자에 상응하는 가상현실 콘텐츠를 실행시키는 VR 콘텐츠 실행부;
내부에 설치된 디스플레이를 통해 상기 VR 콘텐츠 실행부에서 실행시킨 상기 가상현실 콘텐츠에 상응하는 실행 화면을 표시하는 디스플레이부; 및
상기 실행 화면 상에 크기 및 투명도 중 하나 이상이 변화 가능한 집중 마커가 화면 중심에 중첩 표시되도록 하는 집중 유도부를 포함하되,
상기 집중 마커는 상기 실행 화면의 배경 진행 속도에 상응하여 상기 크기 및 상기 투명도가 일정 범위 내에서 선형적으로 변화되고,
상대적으로 크고 연한 제1 집중 마커에서 상대적으로 작고 진한 제2 집중 마커로의 변화 속도는 상기 배경 진행 속도에 연동되는 것을 특징으로 하는 혼합현실 기반 인지 훈련용 HMD 장치.
- 삭제
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