KR102053501B1 - VR haptic Tracking System and VR haptic tracking method of walking with Roller based Treadmill system - Google Patents

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KR102053501B1
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조인성
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주식회사 인터보이드
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Abstract

본 발명은 롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR(virtual reality) 환경에서의 걷기 추적 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명의 시스템은 통신부(40A)(50A), 속도 측정부(40B)(50B), 마이크로 마그네트 브레이크 제어부(40C)(50C) 및 움직임 인식부(40D)(50D)를 포함하여 신발(10)의 움직임 제어를 위한 VR 롤러부(40)(50)와; 화면 전송부(91), 화면 렌더링(92), 걸음걸이 분석/인식부(93) 및 위치정보 수신부(93)를 포함하여 영상처리 서버(60)의 제어를 수행하는 서버 PC(90)와; 출력부(31), 화면 조정부(32) 및 화면 수신부(33)를 포함하여 VR 출력 표시부를 구성하는 HMD(30);를 포함하여 구성하되, 좌, 우 신발(10) 바닥부(11)에 체험자의 발을 올려놓고, 의자(20)에 체험자가 착석한 다음 HMD(30)를 착용하여 가상공간에서 동일한 실제보행과 매핑되는 현실감을 충족할 수 있도록 함을 특징으로 한다.
The present invention relates to a walking tracking system and a method in a virtual reality (VR) environment using a roller-based treadmill system.
The system of the present invention includes a communication unit (40A) 50A, a speed measuring unit (40B) 50B, a micro-magnet brake control unit (40C) 50C and a motion recognition unit (40D) (50D) shoes 10 VR roller parts 40 and 50 for the movement control of the; A server PC 90 including a screen transmission unit 91, a screen rendering 92, a gait analyzer / recognition unit 93, and a location information receiver 93 to control the image processing server 60; HMD 30 constituting the VR output display unit, including the output unit 31, the screen adjusting unit 32 and the screen receiving unit 33; including, but, on the bottom 11 of the left and right shoes 10 Put the feet of the experience, and the chair is seated on the chair 20, characterized in that to wear the HMD (30) to meet the reality that is mapped to the same real walk in the virtual space.

Description

롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR 환경에서의 걷기 추적 시스템 및 그 방법{VR haptic Tracking System and VR haptic tracking method of walking with Roller based Treadmill system}Walking tracking system and method in VR environment using roller-based treadmill system {VR haptic Tracking System and VR haptic tracking method of walking with Roller based Treadmill system}

본 발명은 롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR(virtual reality) 환경에서의 걷기 추적 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 가상공간에서 동일한 실제 보행과 매핑되는 현실감을 충족하면서 부조화(sickness)에 의한 두통 등 부작용을 해소할 수 있는 전자기 브레이크(電磁氣 brake) 신발을 이용한 가상현실 환경에서의 걷기 추적 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a walking tracking system and a method in a VR (virtual reality) environment using a roller-based treadmill system, and side effects such as headache due to sickness while satisfying the reality that is mapped with the same actual walking in virtual space. It is to provide a walking tracking system and a method in a virtual reality environment using electromagnetic brake shoes that can solve the problem.

최근 다양한 분야에 가상현실 컨텐츠가 활용되면서, 둘러만 보던 정적 공간 체험을 지나 직접 주위 환경 및 다른 사용자와 인터렉션 하는 동적 공간 체험 사례가 증가하고 있으며, 향후 동일한 장소가 아닌 각각 서로 다른 공간 기반의 멀티 공간 체험 서비스도 가능하다.Recently, with the application of virtual reality contents in various fields, more and more cases of dynamic space experiences interacting with the surrounding environment and other users through the static space experiences that were only looked around, and in the future, multi-spaces based on different spaces rather than the same place Experience services are also available.

이러한 VR 서비스를 가능하게 하기 위해 실제 물리적 공간을 확보하여 HMD(Head Mounted Display)나 컨트롤러에 센서를 장착하여 공간 외부에 위치한 카메라 및 센싱 장치로 움직임을 인식하여 이를 가상공간으로 매핑 하는 룸 스케일(Room-scaled) 방식의 모션 인식 시스템이 등장하였다.In order to enable such VR service, a room scale is secured by mounting a sensor on a head mounted display (HMD) or a controller to recognize a movement by a camera and a sensing device located outside the space and mapping it to a virtual space. -scaled) motion recognition system has emerged.

그러나, 상기 Room-scaled 모션 인식 방식은 최소한 가로x세로 3m 이상 5m 이하 정도의 넓은 공간이 필요하게 되어 공간당 효율성이 떨어지는 문제가 있다.However, the room-scaled motion recognition method requires a wide space of at least 3m and 5m or less in width x length, thereby decreasing efficiency per space.

이를 해결하기 위해 트레드밀(Treadmill) 위에서 사용자의 걸음걸이 및 동작을 인식하여 가상공간으로 연결한 솔루션이 서비스 되고 있다.To solve this problem, a solution that connects to the virtual space by recognizing the user's gait and movement on the treadmill is being serviced.

이러한 VR 트레드밀 기반의 모션 추적 시스템은 가로x세로 약 1.3m 가량의 공간만 준비되면 충분한 장점이 있어, 현재 FPS(First-person shooter) 등의 격렬한 움직임이 필요한 VR 게임 등의 콘텐츠와 널리 연동 되고 있다.Such a VR treadmill-based motion tracking system has sufficient advantages if only about 1.3m in width x length is prepared, and it is currently widely linked with contents such as VR games that require intense movement such as FPS (First-person shooter). .

특히 급격히 증가하고 있는 VR 체험방에서는 가상공간의 크기만큼 실제 공간을 확보하기 어렵기 때문에 이러한 VR 트레드밀 시스템에 대한 필요성이 증가하고 있다.In particular, in the rapidly increasing VR experience room, the need for such a VR treadmill system is increasing because it is difficult to secure the actual space as much as the size of the virtual space.

그러나 이러한 VR 트레드밀 시스템 중 밑판 자체가 사람의 동작에 맞춰 능동적으로 움직이는 active 트레드밀의 경우 동작 인식의 정확도는 높으나 고가의 가격으로 인해 시장에 널리 활용되고 있지 못하며, 마찰력이 적은 신발 및 발판의 재질을 통해 미끄러지는 동작으로 인식하는 passive 트레드밀의 경우 active 트레드밀 보다는 가격이 낮으나 미끄러지듯이 발을 끌거나 제자리 걷기 등 인식 정확도가 높지 않아 부자연스러운 걷기 동작을 나타내는 단점이 있다.However, the active treadmill of the VR treadmill system actively moves in response to human motion, but the motion recognition accuracy is high, but the price is not widely used in the market due to the high price. Passive treadmills, which are recognized as sliding, have a lower cost than active treadmills, but have a disadvantage in that they show unnatural walking behavior because they do not have high recognition accuracy, such as sliding a foot or walking in place.

또한, 실제 공간에서 움직이는 것보다도 인식의 부정확성으로 인한 추가 동작이 요구되어, VR 트레드밀을 장시간 이용하는데 체력적인 부담이 발생하게 된다.In addition, additional movements due to inaccuracy of recognition are required rather than moving in the real space, which causes a physical burden in using the VR treadmill for a long time.

이러한 부자연스러운 걷기 동작과 체력적 부담은 VR 컨텐츠를 사용하는 사용자에게 기대 위치와 출력 위치의 차이가 커질 경우에는 실체감이 떨어지게 되며, 인지부조화로 인한 VR 부조화(sickness)를 유발하여 멀미감이나 두통 등의 부작용을 일으키는 등 VR 콘텐츠 사용에 큰 불편함을 제공하게 되어 이에 대한 해결책이 필요하다.Such unnatural walking behavior and physical burden decreases the sense of reality when the difference between the expected position and the output position increases for the user who uses the VR content, causing motion sickness or headache by causing VR dissonance due to cognitive dissonance. It provides a great inconvenience in using VR content such as causing side effects such as the need for a solution.

이를 해소하기 위한 보행 모사 신발이 공개특허 제10-2015-0118776호에 제시되고 있으나, 구성이 복잡하고, 체험자의 부자연스러운 움직임으로 인해 멀미감 이나 두통 등의 부작용을 해소할 수 없는 단점이 제기된다.Although walking simulation shoes have been proposed in Korean Patent Application Publication No. 10-2015-0118776 to solve this problem, the configuration is complicated, and the side effects such as motion sickness or headache due to unnatural movement of the experienced user are raised. .

본 발명자는 이를 해소하기 위하여 새로운 타입의 롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR 환경에서의 걷기 추적 시스템 및 그 방법을 제시하고자 한다.The present inventors propose a walking tracking system and method in a VR environment using a new type of roller-based treadmill system to solve this problem.

대한민국 공개특허 제10-2015-0118776호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0118776

본 발명은 VR 롤러를 구성하는 무부하 바퀴에 전자기 브레이크를 통한 제어로 체험자의 안전성을 향상시키는 것을 기술적 과제로 삼는다.The present invention is a technical problem to improve the safety of the experience by controlling the electromagnetic brake on the no-load wheel constituting the VR roller.

또한, 본 발명은 앞, 뒷바퀴 및 좌우바퀴의 브레이크 정도를 동적으로 변동되도록 하여 바닥 면의 진동 및 재질을 느낄 수 있게 함을 기술적 과제로 삼는다.In addition, the present invention is to make it possible to feel the vibration and the material of the bottom surface by changing the brake degree of the front, rear wheel and left and right wheels as a technical problem.

또한, 본 발명은 앞바퀴와 뒷바퀴의 직경 크기를 다르게 함으로써 생성되는 경사도와 꺾임 설계 혹은 앞뒤 바퀴의 분리를 통해 자연스러운 걷기 구현을 실현하도록 함을 기술적 과제로 삼는다.In addition, the present invention is a technical problem to realize a natural walking implementation through the separation of the front and rear wheels and the inclination of the front wheel and the rear wheel generated by different diameter sizes.

또한, 본 발명은 바퀴에 장착된 인코더와 IMU(관성 측정장치 : Inertial Measurement Unit) 학습 데이터를 연동한 발의 위치 및 걷기 방향 그리고 걷기 속도를 인지할 수 있도록 함을 기술적 과제로 삼는다.In addition, the present invention is to make it possible to recognize the position and walking direction of the foot and the walking speed in conjunction with the encoder mounted on the wheel and the Inertial Measurement Unit (IMU) learning data.

본 발명은 좁은 공간에서 신발을 신은 체험자가 신발에 설치한 VR 롤러를 구동시키되, 장력이 부여된 브레이크의 장력을 감소시키면서 VR 롤러를 전, 후, 좌, 우로 구동시키도록 하여 실제 장거리를 걷는 느낌을 받을 수 있도록 하는 것이다.The present invention drives the VR roller installed in the shoe by the experienced person wearing a shoe in a narrow space, while driving the VR roller to the front, rear, left and right while reducing the tension of the applied brake, the actual feeling of walking long distance To receive it.

본 발명은 콘텐츠와 연동한 정밀 제어 기반의 VR 롤러부와 IMU 모듈 간의 통합 추적 방식을 통하여 이루어짐을 특징으로 한다.The present invention is characterized by the integrated tracking method between the precision control-based VR roller unit and the IMU module linked to the content.

또한, 신발의 앞, 뒷바퀴를 스스로 움직이게 하지 않고, 콘텐츠에 따라 전자기 브레이크를 통해 안정성을 높였으며, 서로 다른 브레이크 율(rate)을 설정하여 바닥면이 흔들리는 느낌을 제공함을 특징을 한다.In addition, the front and rear wheels of the shoes do not move by themselves, the stability is increased through the electromagnetic brake according to the content, it is characterized by providing a feeling of the bottom surface shake by setting different brake rates (rate).

또한, 본 발명은 바퀴에 연결된 인코더를 통해 사용자의 걷기 모션을 추적할 수 있으며, 신발 윗부분에 설치된 IMU 모듈의 센싱 좌표가 통합되어 최종 좌표를 인식, 가상공간에 실제 걸음걸이에 가까운 움직임을 표시되도록 함을 특징으로 한다.In addition, the present invention can track the user's walking motion through the encoder connected to the wheel, the sensing coordinates of the IMU module installed in the upper part of the shoe is integrated to recognize the final coordinates, so that the movement close to the actual gait in the virtual space It is characterized by.

또한, 실제로도 신발 중간의 꺾임을 통해 자연스러운 발바닥의 움직임을 방해하지 않도록 설계한다. 이를 통해 실제 걷는 동작과 동일한 움직임이 가상공간에도 매핑 되도록 하여 실감형 VR 서비스 체험을 제공받을 수 있도록 함을 특징으로 한다.In addition, it is designed so as not to interfere with the natural movement of the sole by actually bending the middle of the shoe. Through this, the same movement as the actual walking motion is mapped to the virtual space so that the user can receive a realistic VR service experience.

본 발명은 기존의 VR 트레드밀 시스템을 구성하는 VR 신발에서 단순한 미끄러짐으로 표현했던 부정확한 걷기 인식을 롤러 회전 센싱 인코더와 IMU 간의 통합 처리 및 앞, 뒷바퀴 및 좌, 우 바퀴의 서로 다른 장력 조절을 통해 경사도와 재질을 표현할 수 있는 VR 롤러 기반 걷기 인식 방식을 통해 롤러의 회전 데이터와 IMU 데이터의 기계학습을 통한 모델과의 통합 처리로, 걷기 동작의 패턴을 인식하여 더욱 자연스러운 걷기 동작의 인식 정확도를 향상시키는 효과와 인지부조화를 해소하여 멀미감이나 두통 등의 부작용을 해소하여 VR 콘텐츠 사용의 편의성을 크게 증진시킴과 동시에 실제 걷는 동작과 유사하게 가상공간에서도 동일하게 걸음걸이가 매핑되는 현실감을 제공 받게 되는 효과를 가진다.According to the present invention, the inclination of inaccurate walking, which is expressed as a simple slip in the VR shoes constituting the conventional VR treadmill system, is integrated through the roller rotation sensing encoder and the IMU, and the slope is controlled by different tensions of the front, rear wheel, left and right wheels. VR roller-based walking recognition method that can express the material and the material is integrated with the model through the mechanical learning of the roller rotation data and IMU data, and it recognizes the pattern of walking motion and improves the recognition accuracy of the more natural walking motion. It eliminates side effects such as motion sickness and headaches by eliminating effects and cognitive dissonance, which greatly enhances the convenience of using VR contents, and provides a realistic feeling that gait is mapped in the virtual space similar to actual walking motion. Has

특히, 본 발명은 체험자가 의자에 착석한 상태에서 신발을 신고 VR 롤러부를 구성하는 앞바퀴 및 뒷바퀴를 구동시키되, 장력이 강하게 부여된 브레이크의 장력을 감소시키면서 전, 후, 좌, 우로 신발을 움직이게 하여 체험자가 원하는 방향 또는 근거리 혹은 원거리를 실제 걸을 수 있는 체험을 가상공간에서 느낄 수 있으므로 인식의 정확성을 높일 수 있음은 물론 체험자의 체력 소모를 줄이고, 좁은 공간에서 체험을 수행할 수 있어 설치장소에 따른 제반 비용의 절감을 도모할 수 있는 효과를 가진다.In particular, the present invention while driving the front wheel and the rear wheel constituting the VR roller portion in the state in which the experienced person is seated on the chair, while moving the shoes before, after, left, right while reducing the tension of the brake given a strong tension You can feel the experience in the virtual space where you can actually walk in the direction or near or long distance you want, so you can improve the accuracy of recognition, reduce the physical expenditure of the experience, and perform the experience in a narrow space, depending on the installation location This has the effect of reducing overall costs.

도 1은 본 발명을 구현하는 전체 시스템 구성도
도 2는 본 발명을 구현하기 위한 신발의 사시도
도 3은 본 발명을 구현하기 위한 신발의 저면 사시도
도 4는 본 발명에서 걷기 인식 동작의 세부 프로세스를 나타낸 개념도
도 5는 본 발명의 전체 회로 구성 블럭도
도 6은 본 발명의 흐름도
1 is an overall system configuration for implementing the present invention
2 is a perspective view of a shoe for implementing the present invention
3 is a bottom perspective view of a shoe for implementing the present invention
4 is a conceptual diagram showing the detailed process of the walking recognition operation in the present invention
5 is a block diagram illustrating an overall circuit of the present invention.
6 is a flow chart of the present invention.

본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하기 전에 먼저 짚고 넘어가야 할 내용은 아래와 같다.Before describing the embodiment of the present invention in detail, the contents to be pointed out first are as follows.

즉, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. That is, the advantages and features of the present invention, and a method of achieving them will be apparent with reference to the embodiments described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments set forth below, but may be embodied in many different forms and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. .

아래에 제시되는 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. The embodiments set forth below are provided to make the disclosure of the present invention complete, and to fully inform the scope of the invention to those skilled in the art.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 발명의 설명에서, "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. In the description of the present invention, the terms "comprise" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more. It is to be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of other features or numbers, steps, operations, components, components or combinations thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

전체 내용에서 “가상현실”이라 함은, 어떤 특정한 환경이나 상황을 컴퓨터로 만들어서, 그것을 사용하는 사용자가 마치 실제 상황과 상호작용을 하고 있는 것처럼 만들어 주는 인간-컴퓨터 사이의 인터페이스를 포함할 수 있다. The term "virtual reality" in its entirety may include a human-computer interface that makes a particular environment or situation into a computer and makes the user interact with the real situation.

가상현실은 인공현실, 사이버 공간, 가상 세계, 가상 환경, 합성 환경, 인공 환경 등을 포함하는 개념이라고 할 수 있다. Virtual reality is a concept that includes artificial reality, cyber space, virtual world, virtual environment, synthetic environment, artificial environment, and the like.

이러한 개념을 응용한 가상현실 시스템은, 사람들이 일상적으로 경험하기 어려운 환경을 직접 체험하지 않고서도 그 환경에 들어와 있는 것처럼 보여주고 조작할 수 있게 해주는 시스템을 포함할 수 있다. The virtual reality system applying this concept may include a system that allows people to view and manipulate the environment as if they are entering the environment without directly experiencing an environment that is difficult to experience everyday.

전체 내용에서 “디바이스”라 함은, 가상현실 시스템에 포함되어 사용자의 시점이나 동작의 변화를 감지하여 그에 대응하는 적절한 변화를 가상 환경으로 디스플레이 하는 장치를 포함할 수 있으며, 사용자의 현장감을 높여 주기 위해 입체 표시 장치나 헤드 마운트 디스플레이(HMD: head mount display) 등을 포함할 수 있다. In the entire contents, the term “device” may include a device included in a virtual reality system that detects a change in a user's viewpoint or motion and displays a corresponding change in a virtual environment, thereby enhancing the user's realism. It may include a stereoscopic display device or a head mount display (HMD).

특히 헤드 마운트 디스플레이는 기존에 단순히 눈앞에 모니터를 붙여놓았던 수준에 불과했으나, 최근에는 다양한 센서 기술과 무선 기술을 통해 한 차원 높은 기기로 발전하고 있다. In particular, the head-mounted display was merely a monitor in front of the eye, but recently, it has been developed to a higher level through various sensor technologies and wireless technologies.

예를 들어 사용자가 고개를 왼쪽으로 돌리면 화면에 표시되는 장면도 왼쪽으로 움직일 수 있다. 즉 사용자의 머리 움직임을 컨텐트 조작에 반영할 수 있다. 즉 헤드 마운트 디스플레이가 출력장치임과 동시에 사용자의 동작(즉, 머리, 손가락, 몸의 움직임 등)을 인식해 반영하는 것이다. For example, if the user turns his head to the left, the scene displayed on the screen may move to the left. That is, the user's head movement can be reflected in the content manipulation. In other words, the head mounted display is an output device and at the same time recognizes and reflects the user's motion (ie, head, finger, body movement, etc.).

더구나 이제는 디스플레이조차 필요 없는 HMD가 등장하기 시작했다. 즉, 디스플레이를 탑재하는 대신에 사용자의 스마트폰을 디스플레이로 활용하는 것이다. 상기 스마트폰은 고해상도 디스플레이, 무선 통신 장치, 각종 센서(예를 들면, 자이로스코프, 가속도계 등)를 갖춘 장치이며, 컨텐트를 보관하기 위한 저장장치를 포함하고 있으며, 컨텐츠를 구매할 수 있는 앱 장터도 존재하므로, 사실상 헤드 마운트 디스플레이에 필요한 부품과 기능을 대부분 갖췄다고 볼 수 있다. What's more, HMDs are starting to appear that don't even require displays. In other words, instead of mounting the display, the user's smartphone is used as the display. The smart phone is a device having a high resolution display, a wireless communication device, various sensors (eg, a gyroscope, an accelerometer, etc.), a storage device for storing content, and an app marketplace for purchasing content. As a result, most of the parts and functions needed for a head-mounted display are available.

헤드 마운트 디스플레이는 머리에 장착되는 것이 아닐지라도, 가상현실을 데이터로 체험할 수 있도록 하는 모든 장치를 일컫는 용어로 정의한다. Head-mounted displays are defined in terms of all devices that allow virtual reality to be experienced as data, even if not mounted on the head.

따라서, 헤드 마운트 디스플레이는 가상현실 데이터를 출력 및 사용자에게 가상 현실 또는 증강 현실을 체험할 수 있는 장치라면 어떠한 것이라도 대체 가능하다.Thus, the head mounted display can be replaced with any device capable of outputting virtual reality data and experiencing virtual reality or augmented reality to the user.

전체 내용에서 “컨텐츠”라 함은, 가상현실 체험을 위해 디바이스 상에서 재생하는 영상 또는 애니메이션 등과 같은 저작물로써, 게임, 사이버 쇼핑몰, 사이버 관광지, 사이버 학습 현장 등을 포함할 수 있으며, 사용자의 시점이나 동작의 변화를 감지하여 그에 대응하는 적절한 변화를 가상 환경으로 출력할 수 있는 어떠한 저작물이라도 대체 가능하다.In the entire content, "content" is a work such as a video or animation that is played on a device for a virtual reality experience, and may include a game, a cyber shopping mall, a cyber tourist site, a cyber learning field, and a user's viewpoint or motion. Any work that can detect the change in and output the appropriate change to the virtual environment can be replaced.

이하 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 의하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제시하는 도 1은 본 발명을 구현하는 전체 시스템 구성도로서, 좌, 우 신발(10) 바닥부(11)에 체험자의 발을 올려놓고, 의자(20)에 체험자가 착석한 다음 HMD(30)를 착용하여 가상공간에서 동일한 실제보행과 매핑되는 현실감을 충족할 수 있도록 함으로써 인식의 정확성을 높일 수 있음은 물론 체험자의 체력 소모를 줄이고, 좁은 공간에서 체험을 수행할 수 있어 설치장소에 따른 제반 비용의 절감을 도모할 수 있도록 하는 것이다.1 is an overall system configuration for implementing the present invention, the foot of the experienced person on the bottom 11 of the left and right shoes 10, the experienced person is seated on the chair 20 and then the HMD 30 It is possible to increase the accuracy of recognition by satisfying the reality that is mapped with the same physical walking in virtual space by wearing a snorkel, as well as reducing the physical consumption of the experienced person and performing the experience in a narrow space. It is to help reduce the cost.

상기에서, 신발(10)은 도 2 및 도 3에 제시한 신발(10)의 사시도 및 저면 사시도와 같이 바닥부(11) 저면 전, 후 각각에 설치한 전방 및 후방 VR 롤러부(40)(50)를 구비하여 구성한 것으로, 상기 VR HMD(30)를 영상처리 서버(60) 및 상기 VR 롤러부(40)(50)를 유선 및 무선으로 연결하여 가상공간 화면으로 출력되도록 하는 것이다.In the above, the shoe 10 is a front and rear VR roller part 40 (installed before and after the bottom of the bottom 11, as in the perspective and bottom perspective view of the shoe 10 shown in Figs. 50), wherein the VR HMD 30 is connected to the image processing server 60 and the VR rollers 40 and 50 by wire and wirelessly to be output as a virtual space screen.

상기 전방 및 후방 VR 롤러부(40)(50)는 회전축(41)(51)에 삽입된 무부하 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)와; 상기 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52) 각각의 내측에 설치한 전자기 브레이크(43)(53) 및 회전센서인 인코더(44)(54)를 포함하여 구성하고, 상기 전방 및 후방 VR 롤러부(40)(50)는 헵틱 롤러로 지칭할 수 있다.The front and rear VR roller parts (40) (50) are the unloaded front wheel (42), the rear wheel (52) inserted into the rotating shaft (41) (51); Electromagnetic brakes 43 and 53 installed inside the front wheels 42 and rear wheels 52 and encoders 44 and 54 which are rotation sensors, respectively, and the front and rear VR roller parts 40 are included. ) 50 may be referred to as a heptic roller.

그리고, 상기 신발(10)의 바닥부(11)는 전면부(11A)와 후면부(11B)로 구분하되, 전면부(11A)와 후면부(11B)를 경첩부(11C)에 의하여 연결하여 신발(10)이 꺽어질 수 있도록 구성할 수 있다.The bottom 11 of the shoe 10 is divided into a front part 11A and a rear part 11B, and the front part 11A and the rear part 11B are connected to each other by a hinge part 11C. 10) can be configured to be bent.

즉, 신발(10)은 전자기 브레이크(43)(53) 기반의 전, 후방 VR 롤러부(40)(50)와 회전 정도를 측정하는 인코더(44)(55)를 포함하여 구성하고, 앞바퀴(42)와 뒷바퀴(52)를 분리하되, 경첩부(11C)에 의하여 앞바퀴(42)와 뒷바퀴(52)를 연결하여 걷기 동작 시 꺾임을 표현해줄 수 있도록 하고, 정확한 걷기 동작을 인식하기 위한 IMU 모듈(70)을 포함한다. That is, the shoe 10 includes the front and rear VR roller parts 40 and 50 based on electromagnetic brakes 43 and 53 and encoders 44 and 55 for measuring the degree of rotation, and the front wheel ( 42) and the rear wheel 52 is separated, the IMU module for connecting the front wheel 42 and the rear wheel 52 by the hinge portion (11C) to express the bending during the walking motion, and recognize the correct walking motion And 70.

그리고, 본 발명은 앞바퀴(42)와 뒷바퀴(52)의 직경을 다르게 함으로써 생성되는 경사도와 꺾임 설계 혹은 앞, 뒷 바퀴(42)(52)의 분리를 통해 자연스러운 걷기 구현을 실현하도록 제시할 수 있고, 서로 다른 브레이크 율(rate)을 설정하여 바닥면이 흔들리는 느낌을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can be proposed to realize a natural walking implementation through the inclination and the fold design or the separation of the front and rear wheels 42, 52 generated by different diameters of the front wheel 42 and the rear wheel 52 In addition, different brake rates may be set to provide a feeling of shaking the floor surface.

그리고, 앞바퀴(42)와 뒷바퀴(52) 및 좌우 바퀴 각각의 장력을 다르게 조정하여 흔들림 효과를 크게 증진시킬 수 있다.Then, by adjusting the tension of the front wheel 42 and the rear wheel 52 and the left and right wheels differently, the shaking effect can be greatly enhanced.

또한, 상기 전면부(11A)의 상부에 설치한 프레임(12)에는 마이크로 콘트롤 유니트(80) 및 6-DOF(6 Degrees Of Freedom) 측정이 가능한 IMU 모듈(70)이 배치되도록 구성할 수 있고, 이에 따라 IMU 모듈(70)의 센싱 좌표가 통합되어 최종 좌표를 인식, 가상공간에 실제 걸음걸이에 가까운 움직임을 표시하게 할 수 있다.In addition, the micro-control unit 80 and the IMU module 70 capable of 6-DOF (6 Degrees Of Freedom) measurement may be arranged in the frame 12 installed on the front portion 11A. Accordingly, the sensing coordinates of the IMU module 70 are integrated to recognize the final coordinates and to display the movement close to the actual gait in the virtual space.

특히, 본 발명은 무부하 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)에 설치한 마이크로 마그네트 브레이크(43)(53)의 제어를 통하여 체험자의 안전성을 향상시키고, 앞, 뒷바퀴(42)(52)의 브레이크 장력을 동적으로 변동 즉, 서로 다른 브레이크 율(rate)을 설정하여 바닥면의 진동 및 재질을 느낄 수 있도록 함으로써 바닥면이 흔들리는 느낌을 통하여 실체감을 증진시킬 수 있다.In particular, the present invention improves the safety of the experienced person through the control of the no-load front wheel 42, the micro-magnet brakes 43, 53 installed on the rear wheel 52, the brake tension of the front, rear wheels 42, 52 Dynamically change, that is, by setting different brake rates (rate) to feel the vibration and the material of the floor surface can enhance the realism through the feeling of the floor surface shake.

즉, 앞바퀴(42)와 뒷바퀴(52)를 빠른 시간에 반복적으로 서로 다른 시점에 장력을 설정 및 해제를 수행하게 되면, 사용자가 미끄러지는 동작을 하는 동안 신발(10)이 흔들리게 되고, 이에 따라 VR HMD(30)를 착용한 사용자는 이를 더욱 극대화하여 느끼게 되고, 흔들리는 체감은 커지게 된다.That is, when the front wheel 42 and the rear wheel 52 are repeatedly set and released at different points in time at a fast time, the shoe 10 is shaken while the user is sliding. The user wearing the VR HMD 30 is further maximized to feel it, the shaking experience is increased.

상기에서 바닥면의 진동 및 재질을 체험자가 느끼게 하는 요인은 가상환경 콘텐츠 내의 바닥 재질을 마찰력이 높은 재질 또는 낮은 재질로 채택할 경우 이에 대한 바닥을 걷는 사용자에게 브레이크의 장력 조절을 통해 바닥 재질을 경험하게 할 수 있는 것으로, 예컨대 얼음바닥, 모래바닥, 등등의 재질의 바닥면을 제공하여 실체감을 느낄 수 있도록 하는 것이다.In the above, the factors that make the user feel the vibration and the material of the floor surface are when the floor material in the virtual environment content is adopted as a material with high friction or low material, and the user walking on the floor experiences the floor material by adjusting the tension of the brake. It is possible to provide, for example, to provide a bottom surface of the material, such as ice floor, sand bottom, etc. to feel a sense of reality.

또한, 본 발명은 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)에 장착된 인코더(44)(54)와 IMU 모듈(70) 학습 데이터를 연동하여 발의 위치 및 걷기 방향 그리고 걷기 속도를 인지할 수 있도록 한다.In addition, the present invention by interlocking the learning data of the encoder 44, 54 and the IMU module 70 mounted on the front wheel 42, the rear wheel 52, it is possible to recognize the position of the foot and the walking direction and walking speed.

이와 같은 구성의 본 발명은 HMD(30)를 영상처리 서버(60) 및 VR 롤러부(40)(50)와 유선 및 무선으로 연결 후 가상공간 화면이 출력되면, VR 롤러부(40)(50)의 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)를 움직이게 하고, 이를 IMU 모듈(70)이 인식하여 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)의 장력을 풀어주어 굴러갈 수 있게 하되, 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)의 속도를 인코더(44)(54)가 측정하여, 영상처리 서버(60)에 전송하고, IMU 모듈(70)도 움직여진 데이터를 영상처리 서버(60)에 전송하여 데이터를 분석하게 함으로써 걸음 패턴을 인식, 이에 맞는 화면을 변환하여 HMD(30)에 출력하도록 한다.According to the present invention having such a configuration, when the virtual space screen is output after connecting the HMD 30 to the image processing server 60 and the VR roller unit 40 and 50 in a wired and wireless manner, the VR roller unit 40 and 50 The front wheel 42, the rear wheel 52 of the movement, and the IMU module 70 recognizes this to release the tension of the front wheel 42, the rear wheel 52 to roll, the front wheel 42, the rear wheel Encoder 44, 54 measures the speed of 52 and transmits it to image processing server 60, and IMU module 70 also transmits the moved data to image processing server 60 to analyze the data. As a result, the gait pattern is recognized and the screen corresponding thereto is converted and output to the HMD 30.

제시하는 도 4는 본 발명에서 걷기 인식 동작의 세부 프로세스를 나타낸 개념도로서, IMU 모듈부(70)와 VR 롤러부(40)(50)를 서버 PC(90)의 프로그램에 의하여 동작하도록 구성하되, 전자기 브레이크(43)(53)를 풀어주면서 발생하는 회전율에 의한 걷기 동작과 IMU 모듈(70)에서 위치 인식 및 추적을 통한 걷기 동작의 2가지로 구분되는 프로세스를 가질 수 있다.4 is a conceptual diagram showing a detailed process of the walking recognition operation in the present invention, wherein the IMU module unit 70 and the VR roller unit 40, 50 are configured to operate by a program of the server PC 90, It may have a process that is divided into two steps, a walking operation by the rotation rate generated while releasing the electromagnetic brakes 43 and 53 and a walking operation by position recognition and tracking in the IMU module 70.

상기 전자의 경우 초기에는 VR 롤러부(40)(50)의 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)가 움직이지 않도록 전자기 브레이크(43)(53)가 걸린 상태에서 시작하여, IMU 모듈(70)에서 걷는 동작을 시작하는 것으로 인식하게 되면, 전자기 브레이크(43)(53)에 걸린 장력을 서서히 풀어주게 되며, 신발(10)이 지면 바닥에 닿는 지점에서 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)가 후방 방향으로 구동될 수 있도록 제어된다. 이후 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)에 장착된 인코더(44)(54)가 회전율을 측정하여 이동한 거리와 속도를 계산하게 된다. 후자의 경우에는 반대쪽 신발(좌측 또는 우측)(10)은 전방으로 내딛고, 신발(10) 상단에 위치한 IMU 모듈(70)을 통한 걷기 동작 인식과정을 처리하게 된다. In the case of the former, the electromagnetic brakes 43 and 53 are engaged so that the front wheels 42 and the rear wheels 52 of the VR roller parts 40 and 50 do not move at first, and then the IMU module 70 When it is recognized that the walking motion is started, the tension applied to the electromagnetic brakes 43 and 53 is gradually released, and the front wheel 42 and the rear wheel 52 are rearward at the point where the shoe 10 touches the ground. It is controlled to be driven by. Thereafter, the encoders 44 and 54 mounted on the front wheel 42 and the rear wheel 52 measure the rotation rate to calculate the distance and the speed. In the latter case, the opposite shoe (left or right) 10 steps forward, and processes the walking motion recognition process through the IMU module 70 located on the top of the shoe 10.

도 5는 본 발명의 전체 회로 구성 블럭도 로서, 본 발명의 시스템은 통신부(40A)(50A), 속도 측정부(40B)(50B), 전자기 브레이크 제어부(40C)(50C) 및 움직임 인식부(40D)(50D)를 포함하여 신발(10)의 움직임 제어를 위한 VR 롤러부(40)(50)와; 화면 전송부(91), 화면 렌더링(92), 걸음걸이 분석/인식부(93) 및 위치정보 수신부(94)를 포함하여 영상처리 서버(60)의 제어를 수행하는 서버 PC(90)와; 출력부(31), 화면 조정부(32) 및 화면 수신부(33)를 포함하여 VR 출력 표시부를 구성하는 HMD(30);를 포함하여 구성할 수 있고, 상기 VR 롤러부(40)(50)와 서버 PC(90)는 무선인터넷으로 송/수신 제어 통신이 가능하게 하고, 서버 PC(90)와 HMD(30)는 유/무선으로 연결되도록 구성할 수 있다.Fig. 5 is a block diagram showing the overall circuit structure of the present invention. The system of the present invention includes a communication unit 40A and 50A, a speed measuring unit 40B and 50B, an electromagnetic brake control unit 40C and 50C and a motion recognition unit ( VR roller parts 40 and 50 for controlling the movement of the shoe 10, including 40D and 50D; A server PC 90 including a screen transmission unit 91, a screen rendering 92, a gait analyzer / recognition unit 93, and a location information receiver 94 to control the image processing server 60; And an output unit 31, a screen adjusting unit 32, and a screen receiving unit 33, including an HMD 30 constituting the VR output display unit. The VR roller unit 40, 50 and The server PC 90 may transmit / receive control communication over the wireless Internet, and the server PC 90 and the HMD 30 may be configured to be connected by wire / wireless.

도 6은 본 발명의 흐름도이다.6 is a flowchart of the present invention.

본 발명은 롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR 환경에서의 걷기 추적 방법으로서, 시스템 구동 스위칭을 수행하고, 영상처리 서버(60)와 연결된 VR 롤러부(40)(50)와 HMD(30)의 입력신호를 수신하는 제1 단계(S1)와; 영상처리 서버(60)에서 가상공간 데이터를 로딩하여 HMD(30)에 기본영상을 전달하는 제2 단계(S2)와; VR 롤러부(40)(50)의 6-DOF 측정이 가능한 IMU 모듈(70)에서 센서 수신이 되었는지를 판단하는 제3 단계(S3)와; 상기 제3 단계(S3)에서 IMU 모듈(70)에 센서 수신신호가 있으면 걸음걸이 패턴을 분석하여 영상처리 서버(60)에 송신하는 제4 단계(S4)와; 상기 제4 단계(S4)에서 걸음걸이 패턴으로 인식하는 여부를 판단하는 제5 단계(S5)와; 제4 단계(S4)에서 걸음걸이 패턴으로 인식하면 전자기 브레이크(43)(53) 장력 변경 및 화면을 이동시키는 제6 단계(S6); 및 상기 제3 단계(S3)에서 IMU 모듈(70)에 센서 수신신호가 없거나 상기 제6 단계(S6)를 거치면 시스템 구동 스위칭 입력 신호를 재수신되었는지를 판단하는 제7 단계(S7)를 포함하고, 상기 제7 단계(S7)에서 시스템 구동 스위칭 입력 신호가 재수신되면 가상공간 데이터 출력을 종료하는 제8 단계(S8);를 포함하여 롤러 기반의 VR 모션 추적 방법이 이루어진다. The present invention is a walking tracking method in a VR environment using a roller-based treadmill system, which performs system drive switching and inputs the VR roller parts 40 and 50 and the HMD 30 connected to the image processing server 60. A first step (S1) of receiving a signal; A second step (S2) of loading virtual space data from the image processing server 60 and delivering a basic image to the HMD 30; A third step S3 of determining whether a sensor is received in the IMU module 70 capable of 6-DOF measurement of the VR roller parts 40 and 50; A fourth step (S4) of analyzing the gait pattern and transmitting it to the image processing server (60) when the IMU module (70) receives a sensor signal in the third step (S3); A fifth step S5 of determining whether to recognize the walking pattern in the fourth step S4; A sixth step S6 of changing the tension of the electromagnetic brakes 43 and 53 and moving the screen when recognizing the walking pattern in the fourth step S4; And a seventh step S7 of determining whether the IMU module 70 has no sensor reception signal in the third step S3 or if the system driving switching input signal is re-received after the sixth step S6. When the system driving switching input signal is re-received in the seventh step S7, an eighth step S8 of terminating the output of the virtual space data is performed.

본 발명에서 제안하는 롤러 기반의 VR 모션 추적 방법은 기존의 이동 인식 위주의 바퀴 시스템과 달리 앞바퀴(42)와 뒷바퀴(52) 및 좌우 바퀴 각각의 브레이크 장력을 다르게 설정하여 콘텐츠의 바닥 재질과 흔들림을 표현할 수 있게 하고, IMU 모듈(70)의 데이터를 학습하여 걷기 동작 시작 시점을 인식한 후 전자기 브레이크(43)(53)를 풀어 자연스러운 걸음걸이를 추적하여 가상공간에 표시하도록 하는 것으로, 본 발명에서는 평소에는 전자기 브레이크(43)(53)로 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)가 움직이지 않게 하여 체험자의 안전성을 높였으며, 신발(10)을 분리하여 자연스러운 움직임이 가능하게 했으며, 움직이기 시작하면 전자기 브레이크(43)(53)의 장력을 풀어 움직임이 극대화되는 지면 착지 시점에 각 속도와 콘텐츠 상의 지면 재질에 매핑되는 장력으로 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)를 굴러가게 한다.In the roller-based VR motion tracking method proposed by the present invention, unlike the conventional movement recognition-oriented wheel system, the brake tension of each of the front wheel 42, the rear wheel 52, and the left and right wheels is set differently so that the floor material and the shaking of the content are reduced. In the present invention, after recognizing the start time of the walking operation by learning the data of the IMU module 70, the electromagnetic brakes 43 and 53 are released to track the natural steps and display them in the virtual space. Normally, the front wheels 42 and the rear wheels 52 were not moved by the electromagnetic brakes 43 and 53, thereby enhancing the safety of the experienced person, and the shoes 10 were separated to allow natural movement. The front wheel 42 with tension mapped to the ground material on each speed and content at the time of the ground landing where the tension of the electromagnetic brakes 43 and 53 is maximized. , Roll the rear wheel (52).

즉, 예를 들어 초기 시점에 전자기 브레이크(43)(53)가 설정되어 있는 신발(10)을 걷는 동작을 위해 들어올리게 되면, IMU 모듈(70)로 데이터 분석으로 걷는 행동이 시작됐다고 인지하게 되며 걷기 패턴의 마지막 동작인 지면 착지 시점에 전자기 브레이크(43)(53) 장력을 풀어주기 시작하여 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)가 굴러가게 하는 것이다.That is, for example, when lifting the shoes 10 with the electromagnetic brakes 43 and 53 set in the initial time for the walking operation, the IMU module 70 recognizes that the walking behavior is started by analyzing the data. At the time of the ground landing, which is the last action of the walking pattern, the electromagnetic brakes 43 and 53 begin to be released to roll the front wheels 42 and the rear wheels 52.

이 경우 콘텐츠의 경사도와 재질에 따라 장력을 설정하게 되는데, 예컨대 얼음바닥인 경우에는 장력 해제 브레이크 율을 높이고, 고무판인 경우에는 장력 해제 브레이크 율을 낮추게 하여 제공할 수 있다. In this case, the tension is set according to the inclination and the material of the content. For example, in the case of an ice floor, the tension release brake rate may be increased, and in the case of a rubber plate, the tension release brake rate may be decreased.

이를 통해 사용자는 실제 걷는 동작과 유사하게 가상공간에서도 동일하게 걸음걸이가 매핑되는 현실감을 제공받게 되는 것이다.Through this, the user is provided with the reality that the gait is mapped in the virtual space similarly to the actual walking motion.

특히, 본 발명에서는 신발(10)의 바퀴(42)(52)가 굴러가지 않아, 이동 여부를 인지하기 힘든 발이 공중에 체류하는 시간 동안의 동작 인식 정확도를 향상시키기 위하여, 신발(10)의 상단에 장착한 6-DOF 측정이 가능한 IMU 모듈(70)에서 생성되는 x,y,z 축의 전환(ansformation) 데이터와 피치(pitch), 롤(roll), 요(yaw) 방향의 회전(rotation) 데이터를 수집하고, 이를 학습하여 걷기 동작에 대한 모델을 구축한 다음 이를 기반으로 체험자가 걷기 동작 모델에 유사한 패턴으로 동작을 시작하면, 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)가 구르지 않아 인코더(44)(54)에 회전 정보가 전달되지 못할 때에도, 걷기 동작을 인지하여 걷기 모델에 해당하는 속도와 방향 및 거리를 계산하여 가상공간의 좌표로 전달하게 된다. 이를 통해 기존의 타 VR 트레드밀 솔루션에서 보여지는 걷기 동작 부조화 문제를 해결할 수 있게 되는 것이다.Particularly, in the present invention, the wheels 42 and 52 of the shoe 10 do not roll, so that the motion recognition accuracy during the time the foot, which is hard to recognize movement, stays in the air is improved, the upper end of the shoe 10 X-, y-, and z-axis conversion data and rotation data in the pitch, roll, and yaw directions generated by the IMU module 70 capable of 6-DOF measurement After collecting and learning the model, and building a model for the walking motion, and based on this, if the experiencer starts the motion in a similar pattern to the walking motion model, the front wheel 42 and the rear wheel 52 do not roll and the encoder 44 ( Even when the rotation information is not transmitted to 54), the walking motion is recognized and the speed, direction, and distance corresponding to the walking model are calculated and transmitted to the coordinates of the virtual space. This solves the problem of walking motion inconsistency seen in other VR treadmill solutions.

즉, 본 발명은 기본적으로 전자기 브레이크(43)(53) 내측 인코더(44)(54)는 롤러가 굴러가고 있을 경우에만 동작을 인식하게 되므로, 실제 걷기 동작의 시작인 발을 내딛는 동작에서 나타나는 신발(10)이 공중에 체류하는 시간 내에는, 걷기 동작에 대한 콘텐츠 표현이 어려운 점을 해결하기 위해 IMU 모듈(70)기반의 걷기 동작 인식을 넣어 해결한 것이다.That is, according to the present invention, since the electromagnetic brakes 43 and 53 and the inner encoders 44 and 54 recognize the motion only when the roller is rolling, the shoes appearing in the step of stepping out the foot, which is the beginning of the actual walking motion, are provided. Within 10 hours of staying in the air, the walking motion recognition based on the IMU module 70 is solved to solve the difficulty in expressing the content of the walking motion.

이상과 같이 본 발명은 기존의 VR 트레드밀 시스템을 구성하는 VR 신발에서 단순한 미끄러짐으로 표현했던 부정확한 걷기 인식을 롤러 회전 센싱 인코더(44)(54)와 IMU 모듈(70)간의 통합 처리 및 앞, 뒤 바퀴(42)(52)의 서로 다른 장력 조절을 통해 경사도와 재질을 표현할 수 있는 VR 롤러 기반 걷기 인식 방식을 통해 VR 롤러부(40)(50)의 회전 데이터와 IMU 모듈(70) 데이터의 기계학습을 통한 모델과의 통합 처리로, 걷기 동작의 패턴을 인식하여 더욱 자연스러운 걷기 동작의 인식 정확도를 향상시킴은 물론 인지부조화를 해소하여 멀미감이나 두통 등의 부작용을 을 방지하고, 서로 다른 브레이크 율(rate)을 설정하여 바닥면이 흔들리는 느낌을 제공함으로써 VR 콘텐츠 사용의 편의성 및 실체감을 크게 증진시킬 수 있고, 가상환경 콘텐츠 내의 바닥 재질을 마찰력이 높은 재질 또는 낮은 재질이 존재할 경우 이에 대한 바닥을 걷는 사용자에게 브레이크의 장력 조절을 통해 바닥 재질을 실체적으로 경험하게 할 수 있게 된다.As described above, the present invention integrates the inaccurate walking recognition represented by the simple slip in the VR shoes constituting the conventional VR treadmill system, and the integrated processing between the roller rotation sensing encoders 44 and 54 and the IMU module 70 and the front and rear. The rotational data of the VR roller parts 40 and 50 and the machine of the IMU module 70 data through the VR roller-based walking recognition method that can express the inclination and the material by adjusting the different tensions of the wheels 42 and 52. The integrated processing with the model through learning, recognizes the pattern of the walking motion, improves the recognition accuracy of the more natural walking motion, and eliminates cognitive dissonance to prevent side effects such as motion sickness and headaches, and different break rates. By setting the rate, the floor surface can be shaken, which greatly enhances the convenience and substantive feeling of VR content. If a high or low material is present, the user walking on the floor can experience the floor material by adjusting the tension of the brake.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, these are merely examples and are not intended to limit the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains are not exemplified above without departing from the essential characteristics of the present embodiments. It will be understood that various modifications and applications are possible.

그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. And differences relating to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the invention as defined in the appended claims.

10 : 신발 11 : 바닥부
11A, 11B : 전, 후면부 11C : 경첩부
12 : 프레임 20 : 의자
30 : HMD 31 : 출력부
32 : 화면 조정부 33 : 화면 수신부
40, 50 : VR 롤러부 40A, 50A : 통신부
40B, 50B : 속도 측정부
40C, 50C : 전자기 브레이크 제어부
40D, 50D : 움직임 인식부 51 : 회전축
42, 52 : 앞, 뒷바퀴 43, 53 : 전자기 브레이크
44, 54 : 인코더 60 : 영상처리 서버
70 : IMU 모듈 80 : 마이크로 콘트롤 유니트
90 : 서버 PC 91 : 화면 전송부
92 : 화면 렌더링 93 : 걸음걸이 분석/인식부
94 : 위치정보 수신부
10: shoes 11: bottom
11A, 11B: front and rear 11C: hinge
12: frame 20: chair
30: HMD 31: output unit
32: screen adjustment unit 33: screen receiving unit
40, 50: VR roller part 40A, 50A: communication part
40B, 50B: Speed measuring part
40C, 50C: Electromagnetic Brake Control Unit
40D, 50D: Motion recognition unit 51: rotation axis
42, 52: front and rear wheels 43, 53: electromagnetic brake
44, 54: encoder 60: image processing server
70: IMU module 80: micro control unit
90: server PC 91: screen transfer unit
92: screen rendering 93: gait analysis / recognition unit
94: location information receiver

Claims (8)

통신부(40A)(50A), 속도 측정부(40B)(50B), 전자기 브레이크 제어부(40C)(50C) 및 움직임 인식부(40D)(50D)를 포함하여 신발(10)의 움직임 제어를 위한 전방 및 후방 VR 롤러부(40)(50)와; 화면 전송부(91), 화면 렌더링(92), 걸음걸이 분석/인식부(93) 및 위치정보 수신부(94)를 포함하여 영상처리 서버(60)의 제어를 수행하는 서버 PC(90)와; 출력부(31), 화면 조정부(32) 및 화면 수신부(33)를 포함하여 VR 출력 표시부를 구성하는 HMD(30);를 포함하여 구성하는 것에 있어서, 전방 및 후방 VR 롤러부(40)(50)는 신발(10) 저면에 설치한 회전축(41)(51)에 삽입된 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)와; 상기 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52) 각각의 내측에 설치한 전자기 브레이크(43)(53) 및 회전센서인 인코더(44)(54)를 포함하여 구성하고, 상기 신발(10)의 바닥부(11)는 전면부(11A)와 후면부(11B)로 구분하되, 전면부(11A)와 후면부(11B)를 경첩부(11C)에 의하여 연결하여 신발(10)이 꺽어질 수 있도록 하며, 상기 신발(10)의 바닥부(11)를 구성하는 전면부(11A)의 상부에 설치한 프레임(12)에는 마이크로 콘트롤 유니트(80) 및 6-DOF 측정이 가능한 IMU 모듈(70)이 배치되도록 구성하고, 상기 앞바퀴, 뒷바퀴(42)(52) 및 좌우바퀴의 브레이크 정도를 동적으로 변동시킴과 동시에 앞 바퀴(42)와 뒷바퀴(52)의 직경을 다르게 하여 바닥면의 진동 및 재질을 느낄 수 있도록 함과 동시에 생성되는 경사도와 꺾임 동작을 유발하도록 구성하며, 상기 IMU 모듈(70)와 VR 롤러부(40)(50)를 서버 PC(90)의 프로그램에 의하여 동작하도록 구성하되, 상기 앞바퀴, 뒷바퀴(42)(52) 및 좌우바퀴의 브레이크 정도를 동적으로 변동시킴과 동시에 전자기 브레이크(43)(53)를 풀어주면서 발생하는 회전율에 의한 걷기 동작과 IMU 모듈(70)에서 위치 인식 및 추적을 통한 걷기 동작으로 구분되는 프로세스를 가지는 것을 특징으로 하는 롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR 환경에서의 걷기 추적 시스템.Front for controlling the movement of the shoe 10, including the communication unit 40A, 50A, speed measurement unit 40B, 50B, electromagnetic brake control unit 40C, 50C, and motion recognition unit 40D, 50D. And a rear VR roller portion 40, 50; A server PC 90 including a screen transmission unit 91, a screen rendering 92, a gait analyzer / recognition unit 93, and a location information receiver 94 to control the image processing server 60; Including the output unit 31, the screen adjusting unit 32 and the screen receiving unit 33, HMD (30) constituting the VR output display unit, in the configuration, including, the front and rear VR roller unit 40 (50) ) Front wheels 42 and rear wheels 52 inserted into the rotary shafts 41 and 51 installed on the bottom of the shoe 10; Electromagnetic brakes 43 and 53 installed inside the front wheels 42 and rear wheels 52 and encoders 44 and 54 which are rotation sensors, respectively, and the bottom of the shoe 10 11 is divided into the front portion (11A) and the rear portion (11B), by connecting the front portion (11A) and the rear portion (11B) by the hinge portion (11C) so that the shoe 10 can be folded, the shoe The micro-control unit 80 and the IMU module 70 capable of 6-DOF measurement are arranged in the frame 12 installed on the upper part 11A of the bottom part 11 of the 10. In addition, the brakes of the front wheels, the rear wheels 42 and 52 and the left and right wheels are dynamically changed, and at the same time, the diameters of the front wheels 42 and the rear wheels 52 are changed so that the vibration and the material of the bottom surface can be felt. And the inclination and bending operation generated at the same time, and the IMU module 70 and the VR roller unit 40 and 50 are programmed in the server PC 90. It is configured to operate by a ram, and the dynamics of the brakes of the front wheels, rear wheels (42) (52) and the left and right wheels dynamically change and at the same time the walking operation by the rotation rate generated by releasing the electromagnetic brakes (43) (53) and Walking tracking system in a VR environment using a roller-based treadmill system, characterized in that the IMU module 70 has a process that is divided into walking motion through location recognition and tracking. 삭제delete 삭제delete 제1항에 기재된 롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR 환경에서의 걷기 추적 방법으로서, 시스템 구동 스위칭을 수행하고, 영상처리 서버(60)와 연결된 VR 롤러부(40)(50)와 HMD(30)의 입력신호를 수신하는 제1 단계(S1)와; 영상처리 서버(60)에서 가상공간 데이터를 로딩하여 HMD(30)에 기본영상을 전달하는 제2 단계(S2)와; VR 롤러부(40)(50)의 6-DOF 측정이 가능한 IMU 모듈(70)에서 센서 수신이 되었는지를 판단하는 제3 단계(S3)와; 상기 제3 단계(S3)에서 IMU 모듈(70)에 센서 수신신호가 있으면 걸음걸이 패턴을 분석하여 영상처리 서버(60)에 송신하는 제4 단계(S4)와; 상기 제4 단계(S4)에서 걸음걸이 패턴으로 인식하는 여부를 판단하는 제5 단계(S5)와; 제4 단계(S4)에서 걸음걸이 패턴으로 인식하면 전자기 브레이크(43)(53) 장력 변경 및 화면을 이동시키는 제6 단계(S6); 및 상기 제3 단계(S3)에서 IMU 모듈(70)에 센서 수신신호가 없거나 상기 제6 단계(S6)를 거치면 시스템 구동 스위칭 입력 신호를 재수신되었는지를 판단하는 제7 단계(S7)를 포함하고, 상기 제7 단계(S7)에서 시스템 구동 스위칭 입력 신호가 재수신되면 가상공간 데이터 출력을 종료하는 제8 단계(S8);를 포함하여 수행함을 특징으로 하는 롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR 환경에서의 걷기 추적 방법.A walking tracking method in a VR environment using the roller-based treadmill system according to claim 1, wherein the VR roller unit 40 (50) and the HMD (30) which perform system driving switching and are connected to the image processing server (60) A first step of receiving an input signal of S1; A second step (S2) of loading virtual space data from the image processing server 60 and delivering a basic image to the HMD 30; A third step S3 of determining whether a sensor is received in the IMU module 70 capable of 6-DOF measurement of the VR roller parts 40 and 50; A fourth step (S4) of analyzing the gait pattern and transmitting it to the image processing server (60) when the IMU module (70) receives a sensor signal in the third step (S3); A fifth step S5 of determining whether to recognize the walking pattern in the fourth step S4; A sixth step S6 of changing the tension of the electromagnetic brakes 43 and 53 and moving the screen when recognizing the gait pattern in the fourth step S4; And a seventh step S7 of determining whether the IMU module 70 has no sensor reception signal in the third step S3 or if the system driving switching input signal is re-received after the sixth step S6. In the VR environment using the roller-based treadmill system, characterized in that performing; and the eighth step (S8) to terminate the output of the virtual space data when the system drive switching input signal is received again in the seventh step (S7) Walking tracking method. 제4항에 있어서, 제3 단계(S3) ~ 제5 단계(S5)는 6-DOF 측정이 가능한 IMU 모듈(70)에서 생성되는 x,y,z의 전환 데이터와 피치, 롤, 요 방향의 회전 데이터를 수집하고, 이를 학습하여 걷기 동작에 대한 모델을 구축한 다음 이를 기반으로 체험자가 걷기 동작 모델에 유사한 패턴으로 동작을 시작하도록 수행함을 특징으로 하는 롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR 환경에서의 걷기 추적 방법.5. The method of claim 4, wherein the third step S3 to the fifth step S5 include the x, y, z conversion data and pitch, roll, yaw directions generated by the IMU module 70 capable of 6-DOF measurement. In the VR environment using a roller-based treadmill system, it collects rotational data, learns it, builds a model for walking motion, and then uses it to start the motion in a pattern similar to the walking motion model. Walking tracking method. 제4항에 있어서, 상기 제6 단계(S6)는 VR 롤러부(40)(50)의 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)가 움직이지 않도록 전자기 브레이크(43)(53)가 걸린 상태에서 시작하여, IMU 모듈(70)에서 걷는 동작을 시작하는 것으로 인식하게 되면, 전자기 브레이크(43)(53)에 걸린 장력을 서서히 풀어주고, 신발(10)이 지면 바닥에 닿는 지점에서 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)가 후방 방향으로 구동될 수 있도록 제어하되, 앞바퀴(42), 뒷바퀴(52)에 장착된 인코더(44)(54)가 회전율을 측정하여 이동한 거리와 속도를 계산하고, 반대쪽 신발(좌측 또는 우측)(10)은 전방으로 내딛어 신발(10) 상단에 위치한 IMU 모듈(70)을 통하여 걷기 동작 인식과정을 처리하도록 수행함을 특징으로 하는 롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR 환경에서의 걷기 추적 방법.The method of claim 4, wherein the sixth step S6 starts with the electromagnetic brakes 43 and 53 held so that the front wheels 42 and the rear wheels 52 of the VR roller parts 40 and 50 do not move. By recognizing that the IMU module 70 starts the walking operation, the tension applied to the electromagnetic brakes 43 and 53 is gradually released, and the front wheel 42 at the point where the shoe 10 touches the ground, The rear wheel 52 is controlled to be driven in the rearward direction, but the front wheel 42 and the encoder 44 and 54 mounted on the rear wheel 52 measure the rotation rate to calculate the distance and the speed of movement, and the opposite shoe (Left or Right) 10 is walking forward in the VR environment using a roller-based treadmill system, characterized in that it performs to process the walking motion recognition process through the IMU module 70 located on the top of the shoe 10 stepped forward Tracking method. 제6항에 있어서, 앞바퀴(42)와 뒷바퀴(52) 및 좌우 바퀴 각각의 브레이크 장력을 다르게 설정하여 바닥 면의 진동 및 재질을 느낄 수 있도록 수행함을 특징으로 하는 롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR 환경에서의 걷기 추적 방법.The VR environment using a roller-based treadmill system according to claim 6, wherein the brake tensions of the front wheels 42, the rear wheels 52, and the left and right wheels are set differently so that vibration and material of the bottom surface can be felt. How to track walking in 제6항에 있어서, 신발(10) 윗부분에 설치된 IMU 모듈(70)의 센싱 좌표가 통합되어 최종 좌표를 인식하게 함으로써 실제 걷는 동작과 동일한 움직임이 가상공간에도 매핑 되도록 하여 실감형 VR 서비스 체험을 제공 받을 수 있도록 함을 특징으로 하는 롤러 기반의 트레드밀 시스템을 이용한 VR 환경에서의 걷기 추적 방법.The method of claim 6, wherein the sensing coordinates of the IMU module 70 installed on the upper portion of the shoe 10 are integrated to recognize the final coordinates so that the same movement as the actual walking motion is mapped to the virtual space to provide a realistic VR service experience. A walking tracking method in a VR environment using a roller-based treadmill system, characterized by the ability to receive.
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