KR102062070B1

KR102062070B1 - 가상 볼링 시뮬레이션 시스템

Info

Publication number: KR102062070B1
Application number: KR1020180006320A
Authority: KR
Inventors: 윤상철; 한누리; 박상민; 홍인기; 정현담; 박현진; 이승원; 김건중
Original assignee: 주식회사 뉴딘콘텐츠; 주식회사 엔조이고
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2020-01-13
Also published as: KR20190088152A

Abstract

본 발명은 종래 스크린 볼링 시스템에서 스크린을 설치하고 영상을 투영하던 방식을 벗어나서 완전히 새로운 방식으로 가상의 볼링 시뮬레이션 영상을 구현하되, 가상의 볼링 레인 및 볼링핀 등에 관한 영상, 즉 가상의 볼링 영상이 실제 레인과 연결되어 자연스럽게 실제 레인과 가상의 레인이 연결될 수 있도록 하면서도 실제 볼링볼이 실제 레인을 지나서 영상 쪽으로 지나갈 수 있도록 함으로써 가상의 볼링을 즐기는 사용자로 하여금 볼링 스포츠의 현실감과 몰입도를 향상시킬 수 있도록 하는 가상 볼링 시뮬레이션 시스템을 제공하기 위한 것이다.

Description

가상 볼링 시뮬레이션 시스템{VIRTUAL BOWLING SIMULATION SYSTEM}

본 발명은 볼링이라는 스포츠를 가상의 시뮬레이션으로 구현한 것으로서, 실제 볼링에 관한 요소와 영상으로 구현되는 가상의 볼링에 관한 요소를 융합하여 사용자가 실제 볼링볼로 볼링을 하되 가상의 볼링 시뮬레이션 영상 구현을 통하여 볼링의 결과를 체험하도록 하는 가상 볼링 시뮬레이션 시스템에 관한 것이다.

볼링은 대중화된 스포츠로서 다양한 계층의 다수의 사용자들이 손쉽게 즐길 수 있는 스포츠인데, 일반적으로 볼링장을 세우는데 상당히 넓은 부지가 필요하고 볼링핀과 상기 볼링핀을 배치하는 자동화시스템, 국제규격에 따라 폭 1m, 길이 23m의 가량의 레인, 볼 회수를 위한 볼 이송시스템 등 상당히 많은 비용이 소요되는 시설비와 관리비, 부지 이용료 등이 소요되는 반면 넓은 부재탓에 도심지가 아닌 외곽지에 주로 위치하기 때문에 주말이나 공휴일이 아니면 사용자가 많이 이용하지 않아 수익성이 상당히 떨어지며 그로 말미암아 볼링장이 점점 사라지고 있는 실정이다.

이에 실제 볼링 레인의 길이를 대폭 축소하고 그 대신 축소된 레인의 끝에 스크린을 설치하여 상기 스크린에 소위 스크린 골프 시스템과 같이 볼링에 관한 시뮬레이션 영상을 프로젝터로 투영하여, 실제 볼링볼로 볼링을 하면 센서가 볼링볼의 움직임을 감지하여 볼의 방향과 속도를 산출하며 이에 기초하여 스크린 상의 영상 상에 가상의 볼링볼이 시뮬레이션되어 구현되면서 가상의 볼링핀을 임팩트하는 방식의 소위 스크린 볼링 시스템이 등장하게 되었다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 스크린 볼링 시스템은 실제 볼링볼이 스크린을 향하여 굴러가기 때문에 볼링볼이 지나갈 수 있는 공간만큼 스크린을 바닥으로부터 띄워야 하기 때문에 실제 레인과 스크린의 영상 상의 레인이 완전히 분리되어 보일 뿐만 아니라 연결되어 있지 않아 스크린 볼링을 즐기는 사용자로 하여금 상당히 이질감을 느끼게 만들고 볼링에 대한 집중도를 저하시키며, 스크린에 영상이 투영되는 것이기 때문에 화질의 선명도가 상당히 떨어질 수밖에 없으므로 볼링 경기에 대한 흥미를 매우 저하시킨다는 문제점이 있었다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템은, 실제 볼링 레인의 절반 이하의 길이에 해당하는 레인을 형성하는 레인바닥부; 상기 레인바닥부의 끝에 구현되어 상기 레인바닥부와 연결되는 나머지 길이의 레인에 대한 가상 레인과 볼링핀 등에 관한 가상의 볼링 환경 영상을 허상으로 구현하여 상기 레인바닥부와 상기 허상 상의 가상의 레인이 연결될 수 있도록 영상을 구현하는 허상구현장치; 사용자가 투구한 실제 볼링볼이 상기 레인바닥부 상을 운동하는 것에 대한 지속적인 영상을 취득하여 분석하며 상기 레인바닥부 상의 볼링볼에 대한 위치 좌표 정보 및 볼 속도와 방향, 스핀 정보 등의 센싱데이터를 산출하는 센싱장치; 및 상기 허상구현장치의 영상 구현을 위한 영상 데이터를 처리하며 상기 센싱장치의 센싱데이터에 기초하여 상기 허상구현장치에 의해 구현되는 가상의 볼링 환경 영상 상에 가상의 볼링볼이 시뮬레이션되어 이동하는 영상이 구현되도록 하는 제어장치를 포함한다.

본 발명에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템은, 종래 스크린 볼링 시스템에서 스크린을 설치하고 영상을 투영하던 방식을 벗어나서 완전히 새로운 방식으로 가상의 볼링 시뮬레이션 영상을 구현하되, 가상의 볼링 레인 및 볼링핀 등에 관한 영상, 즉 가상의 볼링 영상이 실제 레인과 연결되어 자연스럽게 실제 레인과 가상의 레인이 연결될 수 있도록 하면서도 실제 볼링볼이 실제 레인을 지나서 영상 쪽으로 지나갈 수 있도록 함으로써 가상의 볼링을 즐기는 사용자로 하여금 볼링 스포츠의 현실감과 몰입도를 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 실제 구현 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 주요 구성을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 전체 시스템의 평면도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 제어계통을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 측면에서 바라본 모식도로서 허상구현장치의 구성을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 허상구현장치에 이용되는 프레임에 관하여 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 시스템에서 사용자가 볼링볼을 투구하는 경우의 시스템 구동 상황에 관하여 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 시스템에서 허상의 구현에 관하여 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 센싱장치가 볼링볼을 감지하고 그로부터 센싱데이터를 산출하는 것에 관하여 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 센싱장치의 센싱방법 및 제어장치의 가상 볼링 영상 구현방법에 관한 프로세스를 나타내는 플로우차트이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템에서 레인바닥부 상을 운동하는 볼링볼의 외관에 관한 정보가 제어장치로 전달되어 제어장치에서 영상 상의 가상의 레인 상에서 상기 볼링볼과 동일한 외관의 가상의 볼링볼이 시뮬레이션 영상 구현되는 경우에 대해 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템에 관한 구체적인 내용을 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

가상 볼링 시뮬레이션 시스템

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 전체 구성에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 실제 구현 예를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 주요 구성을 확대하여 나타낸 도면이며, 도 3은 전체 시스템의 평면도를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 제어계통을 나타낸 블록도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템은 레인바닥부(100), 허상구현장치(200), 센싱장치(300), 제어장치(500)를 포함하여 구성된다.

상기 레인바닥부(100)는 실제 볼링볼이 굴러가는 레인부(101)와 거터(GT)를 형성하며 실제 볼링의 규격 레인의 절반 이하의 길이에 해당하는 레인을 형성한다.

상기 허상구현장치(200)는 종래의 스크린에 영상을 투영하던 것을 완전히 새롭게 대체한 것으로서, 상기 레인바닥부(100)의 끝에 구현되어 상기 레인바닥부(100)와 연결되는 나머지 길이의 레인에 대한 가상 레인과 볼링핀 등에 관한 가상의 볼링 환경 영상을 허상(230)으로 구현하여 상기 레인바닥부(100)와 상기 허상(230) 상의 가상의 레인이 연결될 수 있도록 영상을 구현하는 장치이다.

상기 센싱장치(300)는 윗쪽에 설치되어 위에서 아래로 내려다보는 화각으로 영상을 취득하고 분석하도록 구성되는 것이 바람직하며, 사용자가 투구한 실제 볼링볼이 상기 레인바닥부(100) 상을 운동하는 것에 대한 지속적인 영상을 취득하여 분석하며 상기 레인바닥부(100) 상의 볼링볼에 대한 위치 좌표 정보 및 볼 속도와 방향, 스핀 정보 등의 센싱데이터를 산출한다.

상기 제어장치(500)는 상기 허상구현장치(200)의 영상 구현을 위한 영상 데이터를 처리하며 상기 센싱장치(300)의 센싱데이터에 기초하여 상기 허상구현장치(200)에 의해 구현되는 가상의 볼링 환경 영상 상에 가상의 볼링볼이 시뮬레이션되어 이동하는 영상이 구현되도록 한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 사용자(P)는 어프로치 영역에 구비되는 볼 랙(BR)에서 볼링볼을 파지하여 레인바닥부에서 허상구현장치(200)를 향하여 볼링볼을 투구하면, 볼링볼이 레인바닥부(100) 상을 이동하면서 센싱장치가 볼의 이동을 감지하여 센싱데이터를 산출하여 제어장치로 전송하며, 볼링볼의 허상구현장치(200) 내부로 들어가면서 허상을 지나는 순간(허상의 뒤로 볼링볼은 사라지게 됨) 허상의 영상 상의 가상의 레인에서 가상의 볼링볼이 상기 센싱데이터에 기초하여 시뮬레이션되면서 이동하는 영상이 구현되는 것이다.

허상구현장치(200)의 후방에는 볼 회수/장비실이 구비되는데, 여기에는 볼회수장치(700)가 구비되고 제어장치(500)가 구비된다.

제어장치(500)는 제어부(510), 데이터저장부(520) 및 영상처리부(530)를 포함하여 구성되며, 데이터저장부(520)는 가상 볼링 시뮬레이션의 영상 구현 등을 위한 영상데이터, 음성데이터, 시스템 데이터 등의 각종 데이터가 저장되며, 영상처리부(530)는 허상의 영상 구현을 위한 영상 데이터의 처리 등이 이루어지는 부분이다.

센싱장치로부터 전송되는 센싱데이터를 이용한 시뮬레이션을 위한 각종 연산과 영상처리부의 제어 등은 제어부(510)에 의해 이루어질 수 있다.

허상구현장치(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이 유리패널(205) 아래에 공간을 형성하여 볼링볼이 통과할 수 있도록 구성되며 유리패널(205) 안쪽에 하프미러(220)를 구비하여 영상출력패널의 영상을 반사시켜 내부에 허상(230)을 구현하는데, 허상(230)을 구현하기 때문에 볼링볼과 물리적인 충돌을 할 염려가 없다.

허상구현장치(200)는 레인바닥부(100)와 연결되도록 허상을 구현하기 때문에 그 윗부분의 공간을 활용할 수 있으며, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 전면에 디스플레이장치(600)를 설치할 수 있다.

상기 디스플레이장치(600)를 통해 스코어 등의 정보를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 현재의 상황에 관한 정보, 사용자가 볼링볼을 투구한 후 그 볼링볼의 궤적에 관한 정보, 기록에 관한 정보 등은 물론 사용자의 볼링 플레이를 응원하는 것에 관한 영상 정보 등도 출력할 수 있으며, 특히 광고 정보를 출력할 수도 있다.

즉, 종래에는 스크린 상에 메인 영상과 겹치지 않도록 소극적으로 광고 영상을 출력할 수밖에 없었지만, 본 발명에서는 허상 부분과 디스플레이장치 부분이 완전히 구분되어 있고 허상의 구현에 전혀 영향을 주지 않으므로, 좀 더 능동적이고 자유로운 광고 정보의 출력이 가능하다.

또한, 사용자가 있는 어프로치 영역 쪽에 무선의 제어단말기(800)를 구비하여 제어장치(500)와 무선 통신하도록 구비하여 사용자가 제어단말기(800)를 통해 현재의 스코어 등의 정보를 전달받거나 오일존 등의 변경 및 설정 등 각종 설정을 조작할 수 있다.

허상구현장치

한편, 도 2 및 도 5 내지 도 8을 참조하여 상기한 허상구현장치(200)의 구성에 관하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 측면에서 바라본 모식도로서 허상구현장치의 구성을 간략하게 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 허상구현장치에 이용되는 프레임에 관하여 나타낸 도면이며, 도 7은 도 5에 도시된 시스템에서 사용자가 볼링볼을 투구하는 경우의 시스템 구동 상황에 관하여 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 허상의 구현에 관하여 설명하기 위한 도면이다.

허상구현장치(200)는, 소정 크기의 하우징(201) 내부에 프레임(202)이 구비되고 그 프레임(202)에 의해 고정되며, 영상처리부(530)에 의해 처리되는 영상을 출력하는 영상출력패널(210)과, 그 하우징(201) 내부를 암실로 구현하여 영상출력패널(210)의 아래에 구비되는 하프미러(220)가 영상출력패널(210)의 영상을 반사시켜 하우징(201)의 암실 내 안쪽에 허상(230)을 구현하도록 구성될 수 있다.

프레임(202)의 상단부(203) 아래에는 영상출력패널(210)이 아래 쪽의 하프미러(220)를 향하는 방향으로 미리 설정된 각도로 고정되어 설치될 수 있으며, 프레임(202)의 후단에는 제어장치(500)를 설치할 수 있는 설치부(502)가 구비될 수 있다.

하프미러(220)는 빛에 대한 반사율과 투과율을 각각 일정 부분 가지고 있어서 상기 영상출력패널(210)의 빛을 일부는 투과하고 일부는 반사시키면서 상기 영상출력패널(210)의 영상에 대해 허상, 즉 일종의 홀로그램 영상을 형성시킨다.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 영상출력패널(210)과 하프미러(220)에 의해 뒤쪽에 허상(230)이 형성되어 보이며 그 허상(230)은 레인바닥부(100)와 접해있어서 서로 연결되어 보이도록, 즉 실제 레인바닥부(100)와 허상(230)의 영상 상의 가상의 레인이 마치 하나의 레인처럼 보이도록 할 수 있다(물론 실제 레인과 영상 상의 레인은 밝기나 반사 정도 등에 있어서 차이가 있으므로 자세히 관찰할 경우 육안으로 서로 구분되어 보이기는 하지만 적어도 종래에 스크린 등으로 영상을 구현하는 경우와 비교하면 훨씬 더 현실감 있는 영상의 구현이 가능하다).

따라서, 사용자(P)가 볼링볼(B)을 투구하였을 때 볼링볼(B)은 유리패널(205) 아래의 공간(공간의 높이(d)는 볼링볼(B)의 지름보다 더 크게 되도록 하여야 한다) 으로 통과를 하면서 그 어떤 물리적 접촉 없이 허상(230)을 통과할 수 있으면서도 사용자(P)의 입장에서 보이는 영상(즉, 허상(230))은 볼링볼(B)이 지나가더라도 레인바닥부(100)와 연결되어 자연스럽게 보일 수 있는 것이다.

도 8에서는 허상(230)이 가장 바람직하게 보이도록 할 수 있는 하프미러(220)의 각도 조절에 관하여 나타내고 있다.

도 8에서 완만한 각도를 이루는 상태의 하프미러(220a)의 경우 사용자(P)의 입장에서 보이는 시야각(AVa)이 좁기 때문에 허상(230)과 바닥 사이에 영상이 보이지 않는 부분(NV)이 생길 수 있다.

반면, 급격한 각도를 이루는 상태의 하프미러(220b)의 경우 사용자(P)의 입장에서 보이는 시야각(AVb)이 넓기 때문에 허상(230)의 일부가 바닥에 의해 보이지 않는 구간(DN)이 생길 수 있다.

따라서, 하프미러를 상기 NV 부분이 생기지 않도록 하면서도 DN 부분의 길이가 최소화되도록 할 수 있는 적정한 각도로 고정되는 것이 바람직하다.

센싱장치의 센싱방법 및 가상 볼링 영상 구현 방법

한편, 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 센싱장치의 센싱방법과 이를 이용한 가상 볼링 영상의 구현방법에 관하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 센싱장치가 볼링볼을 감지하고 그로부터 센싱데이터를 산출하는 것에 관하여 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템의 센싱장치의 센싱방법 및 제어장치의 가상 볼링 영상 구현방법에 관한 프로세스를 나타내는 플로우차트이다.

도 9에 도시된 바와 같이 센싱장치는 레인바닥부(100)의 일부 또는 전체 영역을 화각(FOV)으로 하여 센싱을 할 수 있다.

센싱장치는 화각(FOV)에 대한 영상을 취득하면서 미리 설정된 크기의 볼감지영역(DR)을 각 프레임마다 추출하여 그 추출된 볼감지영역(DR)을 분석하며, 상기 볼감지영역(DR)과 연결된 영역 또는 인접한 영역으로서 미리 설정된 크기의 트리거영역(TR) 또한 추출하여 분석한다.

도 10에 도시된 플로우차트를 보면, 센싱장치가 그 화각 내의 이미지를 취득하여 그로부터 볼감지영역(DR)을 추출하여 분석하기 시작하면서(S100), 그 추출된 볼감지영역(DR) 내에서 어떤 객체의 움직임이 있는지 감지한다(S110).

객체의 움직임은 인접한 또는 연속하는 두 프레임의 이미지의 차영상 또는 볼링볼이 없는 상태의 배경 이미지를 기준이미지로 설정하고 그 기준이미지와 실시간으로 취득되어 추출되는 볼감지영역(DR)의 이미지의 차영상을 통해 감지할 수 있다.

볼감지영역(DR)에서 어떤 객체의 움직임이 감지되는 경우, 그 감지된 객체가 볼링볼인지 여부를 판단한다(S120).

이때 볼링볼인지 여부는 객체의 둥근 정도(볼링볼은 강체(Rigid Body)이므로 형상이 항상 일정하게 둥글다), 가로세로비, 사이즈 등을 분석함으로써 검출할 수 있다.

볼감지영역(DR) 내의 움직이는 객체가 볼링볼인 것으로 판단한 경우, 검출된 볼링볼의 위치, 즉 중심점의 위치 좌표 정보를 검출할 수 있다.

볼링볼의 경우 크고 무겁기 때문에 짧은 구간에서는 스핀이 있더라도 크게 꺾이지 않는다. 따라서 도 9에 도시된 바와 같이 볼감지영역(DR)에 볼링볼이 처음 등장할 때의 위치(B1) 및 볼링볼이 볼감지영역(DR)을 벗어나기 전의 마지막 위치(B2) 각각의 볼 중심점 좌표를 각각 산출할 수 있다.

물론 볼감지영역(DR) 내에서 임의의 시점에서의 볼의 위치 좌표와 다른 임의의 시점에서의 볼의 위치 좌표를 각각 산출할 수도 있다. 이하 B1의 위치를 제1 볼 위치라고 하고 B2의 위치를 제2 볼 위치라고 한다.

이러한 방법으로 센싱장치는 볼의 위치 좌표 감지 및 저장을 수행한다(S130).

이어서 센싱장치는 트리거 영역(TR)을 추출하여 분석함으로써 상기 트리거 영역(TR)에 볼링볼이 진입하였는지 판단한다(S140).

만약 트리거 영역(TR)에 볼링볼이 진입하였다면(트리거 영역(TR)을 추출하여 분석한 결과 볼링볼(Bt)이 검출되었다면), 이를 트리거로 하여 센싱장치는 이전에 S130 단계에서 구한 제1 볼 위치의 볼 중심점 좌표와 제2 볼 위치의 볼 중심점 좌표를 이용하여 볼의 속도 및 방향을 산출하고, 볼의 스핀을 계산한다(S150).

제1 볼 위치(B1)와 제2 볼 위치(B2)를 이용하여 볼의 속도를 구하는 것은 두 중심점 사이의 거리 및 시간차를 이용하여 산출할 수 있고, 제1 볼 위치(B1)의 중심점과 제2 볼 위치(B2)의 중심점을 연결하는 라인의 각도 정보를 이용하여 볼의 방향을 구할 수 있다.

한편, 볼링볼의 스핀 산출 방법에 관하여 설명한다. 볼링볼의 스핀을 산출하는 방법은, 예컨대 볼링볼의 궤적을 이용하는 방법과 볼링볼 표면의 특징부(임의로 부여된 마커, 볼의 브랜드, 로고 등의 표시, 볼링볼 표면에 부여된 모양이나 이물질 등)를 이용하는 방법이 가능하다.

먼저, 볼링볼 표면의 특징부를 이용하는 방법에 대해 설명하면, 연속하여 취득되는 볼링볼에 대한 이미지(예컨대, 취득된 이미지에서 추출된 볼감지영역의 이미지)에서 각각 볼링볼을 추출하고 그 추출된 볼링볼에서 영상 에지 정보 등을 이용하여 특징부(임의로 부여된 마커, 볼의 브랜드, 로고 등의 표시, 볼링볼 표면에 부여된 모양이나 이물질 등) 부분을 추출하여 특징맵을 생성한다. 제1 이미지의 제1 볼(제1 이미지에서 추출된 볼링볼)로부터 생성된 특징맵을 제1 특징맵, 이와 연속된 또는 몇 프레임 건너뛴 인접한 이미지인 제2 이미지의 제2 볼(제2 이미지에서 추출된 볼링볼)로부터 생성된 특징맵을 제2 특징맵이라 하기로 한다.

볼링볼에 대한 회전축과 회전각을 임의의 값으로 대입 및 변경하면서 상기 생성된 제1 특징맵을 여러 방향으로 회전시키면서(임의의 회전축 및 회전각으로 회전된 제1 특징맵을 '임의회전 특징맵'이라 하기로 한다), 임의회전 특징맵을 제2 특징맵과 비교하고, 임의회전 특징맵과 제2 특징맵의 상관성이 가장 높은 경우의 회전축 및 회전각을 찾아 이를 이용하여 볼링볼의 스핀을 계산한다.

한편, 볼링볼의 궤적을 이용하는 방법에 대해 설명하면, 이는 볼링볼의 궤적을 이용하여 회전량을 추정하는 방법이다.

여기서, 회전 인덱스(Index of Rotation)라는 것을 이용하는데, 상기 회전 인덱스는 볼링볼의 회전 운동에 영향을 미치는 참조값으로서 미리 실험을 통해 다양한 볼링볼의 속도값과 볼이 휘어지는 기울기 정도(Curve Level)를 산출한 값을 이용하여 회전 인덱스의 값을 각 속도값 및 기울기 정도의 값으로 산출하여 정의한 값을 테이블로 만들어 놓은 것이다 (이를 '회전 테이블'이라 한다).

즉, 볼링볼의 속도값과 볼링볼의 휘어지는 기울기 정도의 값이 각각 산출되면 이를 이용하여 해당 값에 대해 정의된 회전 인덱스의 값이 상기 회전 테이블을 통해 구해질 수 있다.

상기한 바와 같이 구해지는 회전 인덱스의 값을 볼링볼의 사이드스핀에 대한 추정값으로 결정함으로서 볼의 스핀을 산출할 수 있다.

한편, 상기한 바와 같이 센싱장치가 볼의 속도, 방향 및 스핀을 산출하면 이를 제어장치로 전송하고(S170), 센싱장치는 볼링볼이 화각 내에서 사라지기 전에 마지막으로 검출되는 위치의 좌표, 즉 마지막 위치 좌표를 검출하여 제어장치로 전송한다(S170).

여기서부터는 제어장치가 상기한 바와 같이 센싱장치로부터 전달받은 센싱데이터를 이용하여 영상(허상) 상에서 가상의 볼링볼의 이동에 대한 시뮬레이션 영상을 구현하는 방법에 관한 것이다.

제어장치는 가상 볼링 플레이가 시작되면서부터 가상의 레인(가상의 볼링핀들이 배치된 부분 등의 영상을 모두 포함)에 관한 영상을 데이터저장부에 저장된 영상데이터 등을 이용하여 영상 처리하고(S200), 이를 영상출력패널을 통해 영상 출력하도록 한다(S210).

상기 영상출력패널을 통해 영상이 출력되면, 앞서 설명한 바와 같이 하프미러를 통해 상기한 가상의 레인 등에 관한 영상의 허상이 구현되면서 실제 레인바닥부와 상기 가상의 레인이 연결되어 자연스러운 영상이 구현될 수 있게 된다.

제어장치는 센싱장치로부터 센싱데이터를 전달받아, 소프트웨어 상에서 상기 마지막 위치 좌표와 동일한 좌표 위치에 가상의 볼링볼을 위치시키고 상기 센싱데이터(예컨대, 볼의 속도, 방향 및 스핀)에 기초하여 물리엔진에 의해 가상의 볼링볼의 시뮬레이션을 진행한다(S220).

소정의 시간 동안은 상기한 가상의 볼링볼의 시뮬레이션이 영상 상에서 구현되지는 않지만 상기 소정의 시간이 지나면서(볼링볼이 계속 이동하면서) 영상(허상) 상에서 가상의 볼링볼이 시뮬레이션되어 진행되는 것이 영상 구현되어 사용자에게 보여지게 된다.

이를 도 9를 통해 설명하면, 센싱장치에 의해 검출되는 볼링볼의 마지막 위치를 Bf라고 하기로 하면, 제어장치는 센싱장치로부터 넘겨받은 마지막 위치 좌표와 동일한 좌표에 가상의 볼링볼(Bv1)을 위치시키고, 상기 센싱장치로부터 넘겨받은 볼의 속도, 방향 및 스핀을 기초로 하여 시뮬레이션을 진행한다.

이때 시뮬레이션되는 가상의 볼링볼이 Bv1부터 Bv2 --> Bv3 --> Bv4 등으로 진행되며, 이 구간에서는 실제 볼링볼이 아직 사용자의 시야에서 사라지지 않은 상태(실제 볼링볼이 허상의 뒤로 사라지지 않은 상태, 즉 사용자에게 실제 볼링볼이 보이는 상태, 하지만 센싱장치에서는 보이지 않는 상태)이므로 실제 볼링볼이 이동하는 것과 함께 상기한 바와 같은 가상의 볼링볼의 Bv1 ~ Bv4로의 시뮬레이션에 의한 이동이 함께 이루어지는 상태가 된다.

실제 볼링볼은 시간이 지나면서 허상의 뒤로 사라지게 되는데 이때 실제 볼링볼이 사라지면서 자연스럽게 허상 상에 가상의 볼링볼이 등장하여 이동하는 시뮬레이션 영상이 구현될 수 있다.

여기서, 가상의 볼링볼의 이동에 대한 시뮬레이션 영상은 볼의 직선운동과 볼의 회전운동이 융합되어 이루어질 수 있으며, 물리엔진에 의해 구현된다. 물리엔진에 의한 볼의 직선운동은 강체의 직선운동에 필요한 데이터, 예컨대 센싱장치에 의해 산출되는 볼의 속도, 방향은 물론, 볼링볼의 질량, 레인의 마찰계수에 관한 데이터가 모두 적용되어 구현되며, 물리엔진에 의한 볼의 회전운동은 강체 회전운동에 필요한 데이터, 예컨대 볼의 스핀에 관한 데이터가 적용되어 구현될 수 있다.

레인의 마찰계수는 미리 설정될 수 있으며 사용자의 조작에 의해 설정이 변경될 수도 있고, 또한 오일존의 설정 등에 의해서도 변경될 수 있다.

볼링볼의 질량은 볼링 플레이의 초기에 사용자가 사용하고자 하는 볼링볼에 관한 정보를 입력 또는 설정함에 따라 정해질 수 있는 값이다.

따라서, 상기한 바와 같이 볼의 직선운동 및 볼의 회전운동의 두 요소가 융합되면서 가상의 볼링볼의 이동에 대한 시뮬레이션이 이루어질 수 있게 된다.

다시 도 10으로 돌아와서, 상기한 바와 같이 센싱데이터와 물리엔진에 의해 가상의 볼링볼이 시뮬레이션을 진행하다가 영상(허상)이 형성되어 있는 부분에 실제 볼링볼이 도달하면서부터(또는 그 이전부터) 영상 상에 앞서 시뮬레이션 되고 있던 가상의 볼링볼의 영상이 등장하면서 자연스럽게 영상(허상) 상에 가상의 볼링볼이 이동하는 시뮬레이션 영상이 구현될 수 있다.

가상의 볼링볼은 영상(허상) 상의 가상의 볼링핀들에 충돌하면서 이러한 부분들 역시 물리엔진에 의해 시뮬레이션 되면서 가상의 볼링핀이 몇 개가 쓰러지는지에 대한 영상이 구현되고, 그에 따라 스코어가 산출될 수 있다(S230).

지금까지 설명한 한번의 볼링볼의 투구에 따른 센싱장치와 제어장치의 프로세스가 다음 투구에서 다시 동일하게 진행되고 볼링 경기가 종료될 때까지 진행되면서 스코어가 산출되게 되는 것이다.

실제 볼링볼과 가상의 볼링볼의 외관 동일화 구현

사용자는 본 발명에 따른 시스템을 통해 가상의 볼링 경기를 진행하기 전에 자신이 사용하고자 하는 볼링볼을 미리 설정할 수 있다. 이때 사용자가 프로그램 상에서 선택할 수 있는 볼링볼(가상의 볼링볼)과 가상 볼링 경기장에서 실제로 사용하도록 구비해 놓은 볼링볼을 일치시키고 각각의 볼링볼이 영상 상에서 구현될 때의 가상의 볼링볼의 외관을 동일하게 설정해 놓으면, 사용자는 실제 볼링볼로 투구를 할 때 그 해당 볼링볼과 동일한 외관의 가상의 볼링볼이 영상 상에 나타나게 되므로 현실감과 몰입감을 높일 수 있다.

그런데, 사용자가 매장에 구비된 볼링볼이 아닌 자신의 개인볼을 이용하여 볼링 경기를 하는 경우, 센싱장치나 제어장치는 그 개인볼에 관한 정보를 가지고 있지 않기 때문에 실제 개인 볼링볼이 굴러간 후 영상(허상) 상에서 등장하는 볼링볼이 그 개인 볼링볼과 다른 외관으로 구현되면 사용자로 하여금 상당한 이질감을 느끼게 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템에서는 사용자가 개인 볼링볼을 이용하여 가상 볼링 플레이를 즐길 수 있도록 하기 위하여, 사용자가 볼링 경기에 사용하고자 하는 개인 볼링볼을 미리 스캔할 수 있도록 별도의 스캐너를 구비할 수 있다.

별도의 스캐너는 개인 볼링볼을 스캔하여 그 외관에 관한 정보, 예컨대 크기, 모양, 색상, 무늬 등에 관한 정보를 저장해 놓고 제어장치가 그 저장된 개인 볼링볼의 정보를 이용하여 시뮬레이션 영상 구현을 할 수 있도록 할 수 있다.

또는, 센싱장치와 인접한 위치에 볼링볼의 외관(모양, 색상, 무늬 등)을 센싱할 수 있는 카메라 장치를 구비하여 별도의 스캔 없이 사용자가 자신의 개인 볼링볼을 그냥 투구하는 것만으로 상기 카메라 장치가 그 개인 볼링볼을 감지하고 그에 대한 외관 정보를 산출하여 제어장치로 전달함으로써 제어장치가 그 개인 볼링볼의 정보를 이용하여 시뮬레이션 영상 구현을 할 수 있도록 할 수 있다.

상기 카메라 장치를 별도로 구비하지 않고 그 기능을 상기 센싱장치 자체에서 실행할 수 있도록 구현하는 것도 가능하다.

도 11에서는 레인바닥부(100) 상을 운동하는 볼링볼(B)의 외관에 관한 정보가 제어장치로 전달되어 제어장치에서 영상(허상, 230) 상의 가상의 레인(VR) 상에서 상기 볼링볼(B)과 동일한 외관의 가상의 볼링볼(VB)이 시뮬레이션 영상 구현되는 경우에 대해 나타내고 있다.

오일존 (또는 드라이존 ) 설정에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 영상 구현

사용자는 도 11의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같은 허상(230) 상의 가상의 레인(VR) 상에 특정 오일존을 설정하거나 특정 드라이존을 설정하도록 할 수 있다.

오일존의 길이나 드라이존의 위치나 길이 등에 따라 스핀을 갖는 볼링볼의 경우 브레이크 포인트가 달라질 수 있고 경기 결과에 큰 영향을 미칠 수 있다.

오일존 또는 드라이존의 직접적인 설정이 아니라, 예컨대 초급자 모드, 중급자 모드, 고급자 모드 등으로 난이도를 선택할 수 있도록 해 놓고 각 난이도 마다 오일존 또는 드라이존의 설정을 초급자용, 중급자용, 고급자용으로 각각 미리 설정해 놓고 이를 시뮬레이션에 반영할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가상 볼링 시뮬레이션 시스템은, 종래 스크린 볼링 시스템에서 스크린을 설치하고 영상을 투영하던 방식을 벗어나서 완전히 새로운 방식으로 가상의 볼링 시뮬레이션 영상을 구현하되, 가상의 볼링 레인 및 볼링핀 등에 관한 영상, 즉 가상의 볼링 영상이 실제 레인과 연결되어 자연스럽게 실제 레인과 가상의 레인이 연결될 수 있도록 하면서도 실제 볼링볼이 실제 레인을 지나서 영상 쪽으로 지나갈 수 있도록 함으로써 가상의 볼링을 즐기는 사용자로 하여금 볼링 스포츠의 현실감과 몰입도를 향상시킬 수 있도록 하며, 정확한 센싱과 빠르고 정확한 볼의 스핀 산출, 그리고 이를 이용하여 실제 볼링볼의 이동과 영상(허상) 상에서의 가상의 볼링볼의 이동이 자연스럽게 이어질 수 있도록 함으로써 더욱 더 가상 볼링 플레이데 대한 현실감과 몰입도 향상을 도모할 수 있다는 특장점이 있다.

100: 레인바닥부, 200: 허상구현장치
210: 영상출력패널, 220: 하프미러
230: 허상, 300: 센싱장치
500: 제어장치, 600: 디스플레이장치

Claims

볼링 규격 레인 보다 짧은 길이의 레인을 형성하는 레인바닥부;
상기 레인바닥부의 끝에 설치되며 상기 레인바닥부로부터 볼링볼의 지름보다 더 큰 높이의 공간을 형성하는 프레임;
상기 프레임의 일측에 구비되어 상기 레인바닥부와 연결되는 나머지 길이의 레인에 대한 가상 레인과 볼링핀을 포함하는 가상의 볼링 환경 영상을 표시하는 영상출력패널;
사용자가 투구한 볼링볼이 상기 레인바닥부 상을 운동하는 것에 대한 지속적인 영상을 취득하여 분석하며 상기 레인바닥부 상의 볼링볼에 대한 위치 좌표 정보 및 볼 속도와 방향, 스핀 정보를 포함하는 센싱데이터를 산출하는 센싱장치; 및
상기 영상출력패널에 표시되는 영상의 구현을 위한 영상 데이터를 처리하며 상기 센싱장치의 센싱데이터에 기초하여 상기 영상출력패널에 표시되는 가상의 볼링 환경 영상 상에 가상의 볼링볼이 시뮬레이션되어 이동하는 영상이 구현되도록 하는 제어장치를 포함하며,
상기 센싱장치는,
상기 레인바닥부의 일부 또는 전체 영역을 포함하는 화각으로 이미지를 취득하며, 상기 취득된 이미지로부터 미리 설정된 크기의 볼감지영역을 추출하여 상기 추출된 볼감지영역에서 볼링볼을 검출하여 상기 검출된 볼링볼의 복수 위치 각각에서의 위치좌표 정보를 산출하여 저장하고, 상기 볼감지영역과 연결된 영역 또는 인접한 영역으로서 미리 설정된 크기의 트리거영역을 추출하여 상기 추출된 트리거영역에 볼링볼이 진입하였는지 여부를 감지하여 상기 트리거영역에 상기 볼링볼이 진입하였다면 상기 저장된 볼링볼의 위치좌표 정보를 이용하여 상기 볼링볼의 이동에 따른 속도, 방향 및 스핀 정보를 포함하는 센싱데이터를 산출하여 상기 제어장치로 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 볼링 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,
상기 프레임의 상기 영상출력패널이 구비된 위치의 상부 위치에 구비되어 스코어 정보 및 소정의 광고 정보를 출력하는 디스플레이장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 볼링 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서, 상기 센싱장치는,
상기 레인바닥부의 일부 또는 전체 영역을 포함하는 화각으로 이미지를 취득하며, 그 취득된 이미지를 분석하여 볼링볼을 검출하고 상기 검출된 볼링볼의 위치 좌표를 산출하여 상기 볼링볼의 속도, 방향 및 스핀 정보를 포함하는 센싱데이터를 산출하여 상기 제어장치로 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 볼링 시뮬레이션 시스템.
삭제
제1항에 있어서, 상기 제어장치는,
상기 레인바닥부와 연결되는 나머지 길이의 레인에 대한 가상 레인 및 볼링핀을 포함하는 가상의 볼링 환경 영상을 구현하여 상기 영상출력패널을 통해 표시되도록 하며,
소프트웨어 상에서 상기 센싱장치에 의해 감지된 특정 시점의 볼링볼의 위치 좌표와 동일한 좌표 위치에 가상의 볼링볼을 위치시키고 상기 센싱장치로부터 전달받은 상기 센싱데이터에 기초하여 물리엔진에 의해 상기 가상의 볼링볼에 대한 시뮬레이션을 구현함으로써, 실제 볼링볼이 이동하다가 상기 프레임 아래의 공간으로 사라지면서 상기 영상출력패널 상에서 상기 시뮬레이션에 따라 상기 가상의 볼링볼이 이동하는 영상이 구현되도록 하는 것을 특징으로 하는 가상 볼링 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서,
사용자가 볼링 경기에 사용하고자 하는 개인 볼링볼을 스캔하여 그 외관에 관한 정보를 감지하여 상기 제어장치로 전달하는 스캐너 또는 카메라장치를 더 포함하며,
상기 제어장치는,
상기 스캐너 또는 카메라장치에 의해 감지된 상기 개인 볼링볼의 외관에 관한 정보에 따른 가상의 볼링볼이 이동하는 시뮬레이션 영상을 구현하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가상 볼링 시뮬레이션 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어장치는,
가상의 레인 상에 미리 설정된 오일존 또는 드라이존이 설정되도록 하여 그 설정된 오일존 또는 드라이존에 따라 시뮬레이션 되는 가상의 볼링볼이 이동하도록 영상 구현하는 것을 특징으로 하는 가상 볼링 시뮬레이션 시스템.
가상 볼링 시뮬레이션 시스템에서 사용자가 투구한 볼링볼이 레인바닥부 상을 운동하는 것에 대한 영상의 분석을 통해 상기 볼링볼의 이동에 대한 센싱데이터를 산출하는 센싱장치의 센싱방법으로서,
상기 레인바닥부의 일부 또는 전체 영역을 포함하는 화각으로 이미지를 취득하는 단계;
상기 취득된 이미지로부터 미리 설정된 크기의 볼감지영역을 추출하여 상기 추출된 볼감지영역에서 볼링볼을 검출하는 단계;
상기 검출된 볼링볼의 복수 위치 각각에서의 위치좌표 정보를 산출하여 저장하는 단계;
상기 볼감지영역과 연결된 영역 또는 인접한 영역으로서 미리 설정된 크기의 트리거영역을 추출하여 상기 추출된 트리거영역에 볼링볼이 진입하였는지 여부를 감지하는 단계; 및
상기 트리거영역에 상기 볼링볼이 진입하였다면 상기 저장된 볼링볼의 위치좌표 정보를 이용하여 상기 볼링볼의 이동에 따른 속도, 방향 및 스핀 정보를 포함하는 센싱데이터를 산출하는 단계;
를 포함하는 센싱장치의 센싱방법.
제8항에 있어서,
상기 위치좌표 정보를 산출하여 저장하는 단계는,
상기 볼감지영역 상에서의 제1 볼 위치 및 상기 제1 볼 위치와 다른 위치인 제2 볼 위치 각각에서의 상기 볼링볼의 중심점 좌표를 산출하는 단계를 포함하며,
상기 센싱데이터를 산출하는 단계는,
상기 제1 볼 위치 및 제2 볼 위치 각각의 중심점 좌표 및 시간차를 이용하여 상기 볼링볼의 속도 및 상기 볼링볼이 휘어지는 기울기 정도를 각각 산출하는 단계와,
상기 속도의 값과 상기 기울기 정도의 값을 이용하여 미리 정의된 사항에 따라 산출한 회전 인덱스의 값을 산출하는 단계와,
미리 실험을 통해 다양한 볼링볼의 속도값과 기울기 정도의 값을 이용하여 산출한 다양한 회전 인덱스의 값을 테이블로 마련해 놓은 회전 테이블을 통해 상기 산출된 회전 인덱스의 값에 대응되는 스핀값을 상기 볼의 스핀 정보로서 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치의 센싱방법.
제8항에 있어서, 상기 센싱데이터를 산출하는 단계는,
상기 볼감지영역 상에서의 제1 볼 위치 및 상기 제1 볼 위치와 다른 위치인 제2 볼 위치 각각에서의 추출된 볼링볼인 제1 볼 및 제2 볼 각각의 임의로 부여된 마커, 볼의 브랜드 또는 로고의 표시, 볼링볼 표면에 부여된 모양이나 이물질을 포함하는 특징부 부분이 이미지 상에서의 영상 에지 정보를 통해 추출되어 생성되는 정보로서, 상기 제1 볼의 특징부에 대한 영상 에지 정보를 통해 생성되는 제1 특징맵과 상기 제2 볼의 특징부에 대한 영상 에지 정보를 통해 생성되는 제2 특징맵을 각각 마련하는 단계와,
상기 제1 특징맵을 임의의 회전축 및 회전각 중 적어도 하나로 회전시킨 임의회전 특징맵을 상기 제2 특징맵과 비교하여 상관성이 가능 높은 경우의 회전축 및 회전각을 찾아 상기 볼링볼의 스핀 정보로서 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 센싱장치의 센싱방법.