KR102049506B1 - IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치 - Google Patents

IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 VR(가상현실) 운동 지원 장치에 관한 것으로서, 운동기구의 실제 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되는 IoT 센서와 스마트 기기 및 스마트 기기에 구비된 VR 애플리케이션을 통하여, 사용자의 운동량 정보를 생성하고 이에 따른 운동 상태 정보를 VR로 구성하여 머리 장착형 디스플레이를 통하여 표현하도록 하는, IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치에 관한 것이다.
본 발명의 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치(100)는, 운동기구(10)의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되되, 운동 부분에 대한 3축 방향의 가속도 및 각속도를 각각 감지하는 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 포함하는 IOT 센서모듈(110); VR 애플리케이션(130)이 실행되는 스마트폰(120); VR 애플리케이션(130)에 의해 제공되는 콘텐츠 및 관련 정보를 스마트폰(120)으로부터 전달받아 출력하여 주는 HMD(140);를 포함하며,IOT 센서모듈(110)은 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 산출하여 유효 운동 횟수를 카운트하며, 스마트폰(120)은 통신 연결되는 IOT 센서모듈(110)로부터 유효 운동 횟수를 전달받고, VR 애플리케이션(130)은 스마트폰(120)으로부터 전달받은 유효 운동 횟수를 이용하여 실시간으로 운동 상태 정보를 VR 영상으로 생성하여 HMD(140)로 전달하도록 하는 것에 기술적 특징이 있다.

Description

IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치{VR motion support device equipped with IoT sensor}
본 발명은 VR(가상현실) 운동 지원 장치에 관한 것으로서, 운동기구의 실제 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되는 IoT 센서와 스마트 기기 및 스마트 기기에 구비된 VR 애플리케이션을 통하여, 사용자의 운동량 정보를 생성하고 이에 따른 운동 상태 정보를 VR로 구성하여 머리 장착형 디스플레이를 통하여 표현하도록 하는, IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가상 현실(Virtual Reality, VR)이라 함은 컴퓨터 내에 가상의 공간을 만들어 체험자로 하여금 실제로 존재하지 않는 공간을 체험하게 하거나 실제 특정 장소에 가지 않고도 그 공간을 체험하게 해주는 시스템을 말한다. 가상 현실은 오프라인 VR, 온라인 VR로도 구분될 수 있으며, 오프라인 VR은 특정 장소에 설치된 VR 전용 컴퓨터를 기반으로 구현될 수 있고, 전문 장비에 의한 높은 몰입도 및 현실감을 가지고 있다. 하지만, 오프라인 VR은 고가 장비 위주의 체험 시설로 다수의 체험자의 참가가 쉽지 않다는 특징을 가진다. 한편, 온라인 VR은 웹(web) 상에서 구현된 VR을 각 개인의 클라이언트에서 체험하기 위해 구현될 수 있다. 온라인 VR은 높은 대중성을 가지고, 다수의 체험자에 의한 커뮤니티도 가능할 수 있다. 하지만, 온라인 VR은 인터넷 속도나 컴퓨터의 사양에 따른 제약을 가질 수 있다. 최근 구글 카드보드, 삼성 기어 VR과 같은 저렴한 VR 기기가 등장하면서 스마트폰과 같은 모바일 장치에서도 가상 현실을 구현하고자 하는 요구가 여러 산업군에 걸쳐 증대하고 있다. HMD(Head Mounted Display) 디바이스는 안경처럼 머리에 착용하여 가상 이미지를 볼 수 있도록 하는 각종 영상 표시 장치를 의미하며, HMD 디바이스는 단순한 디스플레이 기능을 넘어 증강 현실 기술, N 스크린 기술 등과 조합되어 사용자에 다양한 편의를 제공할 수 있다.
한편, 이러한 다양한 기술을 이용하여 사용자의 운동량과 건강상태를 측정하는 기술이 나오고 있으며, 일 예로 공개특허 제10-2013-0106921호가 제안된 바 있다. 이는 사용자가 트레이너의 도움 없이 자신에게 적합한 운동을 할 수 있는 운동 관리 방법, 이를 위한 장치들 및 시스템의 제공을 통해 트레이너 콘솔로부터 사용자 정보를 기초로 구성된 운동 프로그램을 수신하고, 운동 프로그램에 따라 헬스기기가 작동되면 헬스기기를 사용하는 사용자의 현재 건강 상태를 나타내는 상태정보를 상태감지 센서로부터 수신하고, 상태정보를 기초로 사용자의 건강에 이상이 발생하였는지 여부를 판단하게 되는데, 헬스기기에서 운동에 따른 운동 정보를 이용해야 하므로 다양한 운동 종류에 따라 별도의 헬스 기구를 구입해야 하는 부담이 있으며, 실시간으로 현장감과 운동 몰입감을 부여하지 못하기에 운동의 효과가 미비한 단점이 있다.
또한, 회전형 운동기구의 예를 들면, 종래는 운동량의 측정을 위해 회전 중심부에 내장 설치된 자이로 센서를 이용해 회전각을 센싱하게 되는데. 바퀴 축(회전 축)에 센서를 설치하기가 쉽지 않으며, 설치한다 하더라도 센서가 내장된 일체형 운동기구의 경우 생산 단가가 오르고, 단일 운동을 위한 제품으로만 사용해야 하므로 호환성이 떨어지는 단점이 있다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 헬스 장치를 포함하는 운동기구의 실질적인 작동 부분에 모듈 타입으로 탈부착이 가능한 IoT 센서를 이용하여 유효 운동 횟수를 정확하고 용이하게 카운팅하기 위한 목적이 있다.
또한, 사용자가 소지하고 운동하게 되는 스마트폰 등의 스마트 기기를 이용하여 IoT 센서로부터 유효 운동 횟수를 전달받아, 스마트 기기에 구비되는 VR 애플리케이션을 통하여 사용자의 운동 상태 정보를 VR 영상으로 구성하여 HMD 장치로 구현하기 위한 목적이 있다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치의 제1 양태에 따르면, 반복적으로 왕복운동 또는 원운동 하는 운동기구의 실질적인 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되되, 상기 운동 부분에 대한 3축 방향의 가속도 및 각속도를 각각 감지하는 가속도 센서 및 자이로 센서를 포함하는 IOT 센서모듈; VR 애플리케이션이 실행되는 스마트폰; 및 상기 VR 애플리케이션에 의해 제공되는 콘텐츠 및 관련 정보를 상기 스마트폰으로부터 전달받아 출력하여 주는 HMD(Head Mounted Display);를 포함하며, 상기 IOT 센서모듈은 상기 가속도 센서 및 상기 자이로 센서에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 산출하여 유효 운동 횟수를 카운트하며, 상기 스마트폰은 통신 연결되는 상기 IOT 센서모듈로부터 상기 유효 운동 횟수를 전달받고, 상기 VR 애플리케이션은 상기 스마트폰으로부터 전달받은 상기 유효 운동 횟수를 이용하여 실시간으로 운동 상태 정보를 VR 영상으로 생성하여 상기 HMD로 전달하도록 하는 것을 특징으로 한다.
제1 양태의 제1 실시예에 따르면, 상기 중력 성분은 상기 가속도 센서 및 상기 자이로 센서에서 감지된 가속도값 및 각속도값을 쿼터니언(Quaternion)으로 변환하여 물체의 자세를 획인하고 이를 바탕으로 기울어진 각도를 추정하여 계산되는 것을 특징으로 한다.
제1 양태의 제2 실시예에 따르면, 상기 선형 가속도값을 LPF(Low Pass Filer), HPF(High Pass Filter), 적분기를 순차적으로 적용하여 운동 속도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
제1 양태의 제1 실시예에 따르면, 상기 선형 가속도값을 LPF, HPF, 적분기, LPF 및 적분기를 순차적으로 적용하여 운동 변위를 산출하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치의 제2 양태에 따르면, 운동기구의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되되, 상기 운동 부분에 대한 3축 방향의 지자기값을 감지하는 지자기 센서를 포함하는 IOT 센서모듈; VR 애플리케이션이 실행되는 스마트폰; 및 상기 VR 애플리케이션에 의해 제공되는 콘텐츠 및 관련 정보를 상기 스마트폰으로부터 전달받아 출력하여 주는 HMD;를 포함하며, 상기 IOT 센서모듈은 상기 지자기 센서에 의해 감지된 지자기값으로부터 유효 운동 횟수를 카운트하며, 상기 스마트폰은 통신 연결되는 상기 IOT 센서모듈로부터 상기 유효 운동 횟수를 전달받고, 상기 VR 애플리케이션은 상기 스마트폰으로부터 전달받은 상기 유효 운동 횟수를 이용하여 실시간으로 운동 상태 정보를 VR 영상으로 생성하여 상기 HMD로 전달하도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 및 제2 양태에 있어서, 상기 유효 운동 횟수는 피크 투 피크 알고리즘에 의한 최대 최소치 분석을 통해 카운트 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 및 제2 양태에 있어서, 상기 VR 영상은 운동에 동기를 부여할 수 있는 영상으로서, 운동 속도에 따라 변하는 운동자 상태, 운동기구 및 운동 상태에 따른 거리 및 자연 환경을 포함하고, 카운트 또는 시간 표시, 아이템 수집 게임을 포함하며, 운동 강사의 자세 설명 또는 운동을 독려하는 VR 영상 및 다른 비슷한 운동을 하는 사람들의 VR 영상을 포함하며, 상기 VR 애플리케이션은 VR 서버에 접속하여 실시간 또는 저장된 상태의 상기 VR 영상을 획득하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 및 제2 양태에 있어서, 상기 실시간 영상의 경우, VR 영상 통화를 통해 운동에 대한 자문을 하거나 녹화된 자신의 영상을 송출하여 자세 교정에 대한 의견을 구하도록 하며, 상기 VR 영상 통화의 경우 임의로 영상이 캡쳐되는 것을 방지하기 위하여 아이디 및 워터마크를 부가하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치는, 헬스 장치를 포함하는 운동기구의 실질적인 작동 부분에 모듈 타입으로 탈부착이 가능한 IoT 센서를 이용하여, 유효 운동 횟수를 정확하고 용이하게 카운팅할 수 있는 효과가 있다.
또한, 센서의 장착이 어려운 바퀴축 또는 회전축으로 부터 벗어난 부분에 용이하게 탈부착이 가능한 IoT 센서모듈을 구비함으로써, 간단하고 용이하게 운동기구로부터 가속도값 등을 감지하고 유효 운동 횟수를 산출할 수 있으므로, 운동기구의 생산 단가를 낮추고 다양한 운동기구에 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 사용자가 소지하고 운동하게 되는 스마트폰 등의 스마트 기기를 이용하여 IoT 센서로부터 산출된 유효 운동 횟수를 전달받아, 스마트 기기에 구비되는 VR 애플리케이션을 통하여, 사용자의 운동 상태 정보를 VR 영상으로 구성하고 HMD 장치로 구현하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 그림이다.
도 2는 본 발명에 따른 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치의 일 실시예를 나타내는 그림이다.
도 3은 본 발명에 따른 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치를 이용하여 운동 횟수를 카운트하는 과정을 나타내는 그림이다.
도 4는 본 발명에 따른 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치를 이용하여 운동 횟수를 카운트하는 과정을 나타내는 다른 그림이다.
도 5는 본 발명에 따른 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치를 이용하여 운동 횟수를 카운트하는 과정을 나타내는 또 다른 그림이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 그림이고, 도 2의 (a), (b)는 본 발명에 따른 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치가 운동기구(a:사이클링 장치, b;스탭퍼)에 적용된 예를 나타내는 그림이다.
또한, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치를 이용하여 유효 운동 횟수를 카운트하는 과정을 나타내는 그림들이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치(100)는 IOT 센서모듈(110), 스마트폰(120), VR 애플리케이션(130) 및 HMD(140)를 포함하여 구성된다.
IOT 센서모듈(110)은, 반복적으로 왕복운동 또는 원운동 하는 운동기구(10)의 실질적인 운동 부분(예를 들어 사이클링 장치, 스탭퍼 장치 등에 있어서 바퀴축이나 회전축이 아닌 회전 중심에 소정 범위 벗어난 부분으로, 자전거 또는 스탭퍼의 페달 등)에 모듈 타입으로 부착 및 탈착이 가능하도록 구비된다.
이렇게 구비되는 IOT 센서모듈(110)은 도 3에 도시된 바와 같이 3축의 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 포함하여 구성되며 운동 부분에 대한 3축 방향의 가속도 및 각속도를 각각 감지하도록 한다.
IoT 센서모듈(110)은 블루투스를 포함하는 유무선 통신으로 스마트폰(120)에 연결되어서, 감지된 가속도값 및 각속도값을 적절히 신호 처리하여 유효 운동 횟수를 카운트하고 이 정보를 스마트폰(120)에 전달하도록 한다.
상세하게는, IOT 센서모듈(110)은 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값(Linear acceleration)을 산출한다.
IOT 센서모듈(110)의 부착 위치가 중력 방향을 기준으로 얼마나 기울어져 있는지를 나타내는 값이 롤(Roll), 피치(Pitch)이며, 롤과 피치를 측정하기 위해 사용하는 센서가 바로 가속도 센서(111)와 자이로 센서(112)이다.
정지상태의 긴 시간의 관점에서 보면 가속도 센서(111)에 의해 계산된 기울어진 각도는 올바른 값을 보여주지만 자이로 센서(112)에서는 시간이 지날수록 틀린 값을 보인다. 반대로, 움직이는 짧은 시간의 관점에서 자이로 센서(112)는 올바른 값을 보여지만 가속도 센서(111)는 기울어진 각도와는 다른 계산 값이 나올 수 있다. 따라서 가속도 센서(111)와 자이로 센서(112)를 모두 사용해서 각각의 단점을 보상할 수 있는 알고리즘을 적용해서 롤 또는 피치 값을 계산한다.
중력 성분은 가속도 센서(111)에서 감지된 가속도값 및 자이로 센서(112)에서 감지된 각속도값을 이용해 쿼터니언(Quaternion)으로 변환하여 물체의 자세를 확인하고 이를 바탕으로 기울어진 각도를 추정하여 계산될 수 있다.
자전거, 스탭퍼 등의 운동기구(10)에 부착되는 센서에 의해 감지되는 가속도값에는 중력 성분이 포함되게 되며 중력에 의한 가속도 성분은 사용자의 운동에 의한 가속도와 비교하여 매우 크다 할 것이므로, 사용자의 운동에 따른 정확한 운동량을 산출하기 위해서는 본 발명에서처럼 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 기반으로 운동량을 산출하도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 원리에 착안하여, 본 발명에서 일 실시예로서 AHRS 알고리즘으로부터 선형가속도를 구하도록 하였다.
AHRS(Attitude/Heading Reference System)는 보정되지 않은 센서의 순수한 X,Y,Z축 각속도, 가속도 등을 전달받아, 쿼터니언(Quaternion)으로 변환하고, 운동 물체의 정확한 자세각(롤,피치값)을 산출함으로써 중력 성분의 산출이 가능하며, 또한 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 적절히 필터링 및 적분을 수행함으로써 운동 변위 또는 운동 속도를 포함하는 유효 운동 신호들을 생성할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 운동 속도는 중력 성분이 제거된 선형 가속도값에 필터 및 적분기를 적용한다. 즉, 선형 가속도값에 LPF(Low Pass Filer), HPF(High Pass Filter), 적분기(Integrator)를 순차적으로 적용하여 운동 속도를 산출하며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 운동 변위는 중력 성분이 제거된 선형 가속도값에 LPF, HPF, 적분기, LPF 및 적분기를 순차적으로 적용하여 산출한다.
HPF는 정적 혹은 느리게 변화하는 뚜렷하지 않은 노이즈를 감소시키고 더 높은 주파수 또는 과도 성분(transient components)을 강조하지만, LPF는 반대로 고주파수 대역의 노이즈를 걸러내고 저주파수 즉 완만하게 변화하는 신호를 통과시킨다.
가속도 센서에 대한 유효 운동 신호(운동 횟수)를 생성하는 예를 들어 설명하면, 가속도 센서로 측정된 가속도 값을 직접 사용하여서는 사용자 신체 부위의 속도 변화, 운동 거리 변화 등을 추정할 수 없는 문제가 있다. 예를 들어 체스트 프레스와 같이 운동 거리가 일정한 범위를 움직이는 것을 측정하여야 적게 움직인 상태와 충분히 움직인 상태를 구분할 수 있게 되므로, 적분기를 1회 또는 2회 적용하여 가속도 센서로부터 측정된 가속도(ar)신호로부터 아래의 식과 같이 속도(v) 또는 변위(x) 신호를 구하게 된다.
Figure 112018104543257-pat00001
Figure 112018104543257-pat00002
적분기는 일정 주기로 입력값을 센서로부터 읽어서 샘플링 시간에 아래의 식을 수행하여 구현된다.
dyk = (KP * rdyk) + (KI * AccX_Sum)
AccX_Sum = AccX_Sum　+ rdyk;
여기서 rdyk는 입력값이고, dyk는 적분기의 출력값이며, KP, KI는 적분계산을 위한 상수이다.
한편, 적분기를 적용함에 있어서, 신호뿐만 아니라 잡음 성분이 같이 누적되어 적분기를 적용 후의 값이 발산되는 문제가 있으므로, 직류 성분의 잡음을 제거하기 위하여 LPF를 적용하였으며, 이렇게 필터링된 신호는 적분을 하여도 발산되지 않도록 하는 것이 가능해진다.
또한, 마지막에 추가된 LPF는 계산된 거리 신호를 y=0의 축 상으로 신호를 붙이는(평균값이 0으로 수렴하게 하는) 효과를 부여한다. 이는 계산된 변위 x값이 너무 커져서 현실 세계에서 존재할 수 있는 최대치 및 최소치 등의 극한치에 도달하게 되는 문제를 방지하며, 계산식이 선형성을 유지할 수 있도록 하는 효과를 부여하고, 또한 신호값의 최대/최소값을 관찰하기 쉽게 하여 사용자가 운동을 적절히 하였는지를 계수하기 용이하게 하기 위함이다.
이때, LPF, HPF를 구현하기 위하여 사용된 식은 아래와 같다.
fyk = (fa0 * fxk + fp1k);
fp1k = ((fa1 * fxk) - (fb1 * fyk)) + fp2k
fp2k = ((fa2 * fxk) - (fb2 * fyk))
여기서, fxk는 입력이며, fyk는 출력값이며, 다른 상수들은 버터워스, 체브쉐프 등의 방식으로 계산된 필터의 매개변수 값으로, 통과시킬 신호와 저지시킬 신호의 주파수 값에 따라 계산된다.
다음으로, 필터 및 적분기가 적용된 상기 운동 속도 및/또는 운동 변위는 피크 투 피크(Peak to Peak) 알고리즘에 의한 최대/최소치 분석을 통해 최대치가 검출된 후 최소치가 검출되는 경우에 유효 운동 신호인 운동 횟수로 카운트되게 된다.
산출된 운동 속도(각속도 포함), 운동 변위(각도, 위치)에 대한 각각의 값은 최소/최대값이 있는 sine 파와 같은 형태를 갖는다. 이때 피크(최소, 최대값) 간의 간격을 계산하고, 그 간격 차이가 소정 값 이상인 경우에는 유효한 운동이 발생한 것으로 보아 운동 횟수에 포함시켜 카운트 값을 증가시키는 방식이다.
한편, IoT 센서모듈(110)은 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)가 필요없이 3축의 지자기 센서(113)만으로 운동 부분에 대한 3축 방향의 지자기값을 감지하도록 하고, 이로부터 운동 횟수를 카운트할 수도 있으며, 이렇게 계산된 카운트 값은 스마트폰(120)으로 전송된다.
회전 운동의 경우 지자기 센서(113)에서 감지된 값이 최소/최대값이 있는 sine 파의 형태를 보일 수 있으며,　 따라서 저주파 필터로 통과된 값을 이용하여 최소/최대값에 따른 카운트가 가능하게 된다.　
또한 다른 방식으로는 일정 시간 동안 지자기 센서(113)의 패턴을 기록해서 위치를 판별한 후에 이를 이용해 운동 횟수를 카운트 하는 방식이 있다.
한편, 단순히 IoT 센서모듈(110)에서는 Raw data인 가속도값 및 각속도값을 이용해 선형 가속도값을 구한 후 스마트폰(120)으로 전송하고, 스마트폰(120)에서 필터링 및 적분 등의 절차를 수행하도록 할 수도 있다.
VR 애플리케이션(130)은 스마트폰(120)에 장착되어 실행되되, 스마트폰(120)으로부터 상기 유효 운동 횟수를 전달받아 이를 이용해 실시간으로 운동 상태 정보를 VR 영상으로 생성하고, HMD(140)로 전달하도록 한다.
상기 VR 영상은, 운동에 동기를 부여할 수 있는 영상으로서, 운동 속도에 따라 변하는 운동자 상태, 운동기구 및 운동 상태에 따른 거리 및 자연 환경을 포함하고, 카운트 또는 시간 표시, 아이템 수집 게임을 포함하며, 운동 강사의 자세 설명 또는 운동을 독려하는 VR 영상 및 다른 비슷한 운동을 하는 사람들의 VR 영상을 포함한다.
상기 VR 애플리케이션(130)은 VR 스트리밍 서버 또는 VR 다운로드 서버에 접속하여 실시간 또는 저장된 상태의 상기 VR 영상을 획득할 수 있게 된다.
실시간 영상의 경우, VR 영상 통화를 통해 음성 등으로 운동에 대한 질문을 할 수 있으며, 반대로 녹화된 자신의 영상을 송출하여 자세 교정에 대한 의견을 구할 수도 있다.　
한편, VR 영상 통화의 경우 임의로 영상이 캡쳐되는 것을 방지하기 위하여 아이디 및 특정 워터마크 등을 부가할 수 있다.
HMD(140)는 고글을 포함하는 Head Mounted Display 기기로서, VR 애플리케이션(130)에 의해 제공되는 콘텐츠 및 관련 정보를 스마트폰(120)으로부터 전달받아 사용자에게 VR 영상으로 출력하여 준다.
따라서, 사용자가 본 장치를 이용하여 사이클링 또는 스탭핑 등을 수행할 수 있으며, 이 경우 사용자의 발 등에 연결되어 있는 조작 장치(페달)에 모듈로 장착되는 IoT 센서모듈(110)로부터 사용자의 운동 횟수 등을 블루투스 등을 통해 스마트폰(120)으로 받을 수 있다. 이때, 실제로 사이클링 등을 수행하는 것과 같은 가상의 자전거 및 주변 환경 등이 함께 VR 영상으로 HMD(140)에 표출될 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
110 : IoT 센서모듈
111 : 가속도 센서
112 : 자이로 센서
113 : 지자기 센서
120 : 스마트폰
130 : VR 애플리케이션
140 : HMD

Claims (8)

  1. VR 운동 지원 장치에 있어서,
    운동기구(10)의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되되, 상기 운동 부분에 대한 3축 방향의 가속도 및 각속도를 각각 감지하는 가속도 센서(111) 및 자이로 센서(112)를 포함하는 IOT 센서모듈(110);
    VR 애플리케이션(130)이 실행되는 스마트폰(120); 및
    상기 VR 애플리케이션(130)에 의해 제공되는 콘텐츠 및 관련 정보를 상기 스마트폰(120)으로부터 전달받아 출력하여 주는 HMD(140); 를 포함하며,
    상기 IOT 센서모듈(110)은 상기 가속도 센서(111) 및 상기 자이로 센서(112)에 의해 감지된 가속도값 및 각속도값으로부터 중력 성분이 제거된 선형 가속도값을 산출하여 유효 운동 횟수를 카운트하며,
    상기 스마트폰(120)은 통신 연결되는 상기 IOT 센서모듈(110)로부터 상기 유효 운동 횟수를 전달받고,
    상기 VR 애플리케이션(130)은 상기 스마트폰(120)으로부터 전달받은 상기 유효 운동 횟수를 이용하여 실시간으로 운동 상태 정보를 VR 영상으로 생성하여 상기 HMD(140)로 전달하도록 하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치(100).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 중력 성분은 상기 가속도 센서(111) 및 상기 자이로 센서(112)에서 감지된 가속도값 및 각속도값을 쿼터니언(Quaternion)으로 변환하여 물체의 자세를 획인하고 이를 바탕으로 기울어진 각도를 추정하여 계산되는 것을 특징으로 하는, IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치(100).
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 선형 가속도값을 LPF(Low Pass Filer), HPF(High Pass Filter), 적분기를 순차적으로 적용하여 운동 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치(100).
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 선형 가속도값을 LPF, HPF, 적분기, LPF 및 적분기를 순차적으로 적용하여 운동 변위를 산출하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치(100).
  5. VR 운동 지원 장치에 있어서,
    운동기구(10)의 운동 부분에 모듈 타입으로 부착되되, 상기 운동 부분에 대한 3축 방향의 지자기값을 감지하는 지자기 센서(113)를 포함하는 IOT 센서모듈(110);
    VR 애플리케이션(130)이 실행되는 스마트폰(120); 및
    상기 VR 애플리케이션(130)에 의해 제공되는 콘텐츠 및 관련 정보를 상기 스마트폰(120)으로부터 전달받아 출력하여 주는 HMD)(140); 를 포함하며,
    상기 IOT 센서모듈(110)은 상기 지자기 센서(113)에 의해 감지된 지자기값 으로부터 유효 운동 횟수를 카운트하며,
    상기 스마트폰(120)은 통신 연결되는 상기 IOT 센서모듈(110)로부터 상기 유효 운동 횟수를 전달받고,
    상기 VR 애플리케이션(130)은 상기 스마트폰(120)으로부터 전달받은 상기 유효 운동 횟수를 이용하여 실시간으로 운동 상태 정보를 VR 영상으로 생성하여 상기 HMD(140)로 전달하도록 하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치(100).
  6. 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 유효 운동 횟수는 피크 투 피크 알고리즘에 의한 최대 최소치 분석을 통해 카운트 되는 것을 특징으로 하는, IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치(100).
  7. 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 VR 영상은, 운동에 동기를 부여할 수 있는 영상으로서, 운동 속도에 따라 변하는 운동자 상태, 운동기구 및 운동 상태에 따른 거리 및 자연 환경을 포함하고, 카운트 또는 시간 표시, 아이템 수집 게임을 포함하며, 운동 강사의 자세 설명 또는 운동을 독려하는 VR 영상 및 다른 비슷한 운동을 하는 사람들의 VR 영상을 포함하며, 상기 VR 애플리케이션(130)은 VR 서버에 접속하여 실시간 또는 저장된 상태의 상기 VR 영상을 획득하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치(100).
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 실시간 영상의 경우, VR 영상 통화를 통해 운동에 대한 자문을 하거나 녹화된 자신의 영상을 송출하여 자세 교정에 대한 의견을 구하도록 하며, 상기 VR 영상 통화의 경우 임의로 영상이 캡쳐되는 것을 방지하기 위하여 아이디 및 워터마크를 부가하는 것을 특징으로 하는, IoT 센서가 구비된 VR 운동 지원 장치(100).
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