KR102317196B1

KR102317196B1 - 가상현실 기반 지면 보행 훈련 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102317196B1
Application number: KR1020190148257A
Authority: KR
Inventors: 권효순; 김현경; 김슬기; 이금주; 박소라
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2021-10-25
Also published as: KR20210060804A; WO2021101138A3; US20220392370A1; WO2021101138A2

Abstract

본 발명은 가상현실 기반 과제 지향적 보행 훈련 시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 가상현실 기반 보행 훈련 시스템은 훈련자의 보행 동작을 감지하는 보행 감지부, 훈련자의 보행 훈련을 유도하는 가상 보행 환경 정보를 투사하는 프로젝터부, 그리고 감지된 훈련자의 보행 동작에 따라 가상 보행 환경 정보를 변경하는 보행 훈련 프로그램을 실행하는 제어부를 포함하고, 가상 보행 환경 정보는 가상 공간을 이루는 배경과 상기 가상 공간에 출연하는 보행 훈련 객체를 포함하며, 보행 훈련 객체는 미리 설정된 난이도에 따라 훈련자의 보행 동작을 방해하는 가상의 장애물 또는 훈련자가 미리 정해진 보폭으로 보행하도록 유도하는 보행 유도 객체를 포함한다. 본 발명에 의하면 실제 지면 보행 환경에 가깝게 구현된 가상현실에서 실시간 상호 작용을 통해 훈련자가 보행 훈련을 흥미롭게 수행할 수 있고, 훈련자 맞춤형 치료를 진행할 수 있는 장점이 있다.

Description

가상현실 기반 지면 보행 훈련 시스템 및 방법{Virtual Reality Based Overground Walking Training System and Method}

본 발명은 가상현실 기반 과제 지향적 보행 훈련 시스템 및 방법에 관한 것이다.

기존 보행치료의 문제점으로 고식적 물리치료는 제한된 치료실에서의 유사한 치료방법을 반복하고 치료사의 역량에 따른 치료의 질에 차이가 있다. 트레드밀 보행치료는 반복 보행훈련은 가능하나 아동의 흥미가 부족하고, 실제 보행 환경과의 차이가 있었다. 로봇 보조 보행치료는 고가의 장비이고 아동의 신체 조건(다리길이, 발 사이즈, 몸무게 등)에 의한 로봇 적용 제한이 있었다.

한편 기존의 가상현실 기술의 사용은 스포츠 활동 및 놀이 활동 콘텐츠가 대부분이고 트레드밀 기반 활용이 대부분이었다. 실제 환경과 가상 현실 간의 실시간 상호작용 가능한 운동 시스템이 부족하고 장애 아동의 보행 치료를 위한 가상현실 관련기술 연구가 부족한 상황이다.

한국공개특허공보 제10-2016-0061557호(2016.06.01)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 가상현실 기반의 과제 지향적 지면 보행 훈련 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 가상현실 기반 보행 훈련 시스템은 훈련자의 보행 동작을 감지하는 보행 감지부, 상기 훈련자의 보행 훈련을 유도하는 가상 보행 환경 정보를 지면에 투사하는 프로젝터부, 그리고 상기 감지된 훈련자의 보행 동작에 따라 상기 가상 보행 환경 정보를 변경하는 보행 훈련 프로그램을 실행하는 제어부를 포함한다.

상기 가상 보행 환경 정보는 가상 공간을 이루는 배경과 상기 가상 공간에 출연하는 보행 훈련 객체를 포함할 수 있다.

상기 보행 훈련 객체는 미리 설정된 난이도에 따라 상기 훈련자의 보행 동작을 방해하는 가상의 장애물 또는 상기 훈련자가 미리 정해진 보폭으로 보행하도록 유도하는 보행 유도 객체를 포함할 수 있다.

상기 훈련자의 이동에 따라 움직이는 이동체를 더 포함할 수 있다.

상기 보행 감지부와 상기 프로젝터부는 상기 이동체에 장착될 수 있다.

상기 이동체는 상기 훈련자의 보행 방향의 전방에서 상기 훈련자와 미리 정해진 거리를 유지하며 이동할 수 있다.

상기 보행 유도 객체 간의 간격, 상기 보행 유도 객체의 크기 및 상기 장애물의 출연 양태를 미리 설정된 난이도에 따라 보폭훈련 정도를 조정할 수 있다.

상기 보행 유도 객체는 징검돌이고, 상기 가상 보행 환경 정보는 복수의 징검돌로 이루어진 징검다리를 포함할 수 있다.

상기 가상 보행 환경 정보는 상기 훈련자가 미리 정해진 보행 속도 이상으로 미리 정해진 구간을 보행하도록 유도하는 가상 이미지를 포함하고, 상기 미리 정해진 보행 속도와 상기 장애물의 출연 양태를 미리 설정된 난이도에 따라 조정할 수 있다.

상기 가상 이미지는 횡단 보도일 수 있다.

상기 가상 보행 환경 정보는 상기 훈련자의 곡선 보행을 유도하는 곡선 보행 경로 구간을 포함하고, 곡선 보행 경로 구간의 개수 및 곡률과 상기 장애물의 출연 양태를 미리 설정된 난이도에 따라 조정할 수 있다.

상기 보행 감지부는, 상기 훈련자의 양 발목의 중심축과 양 발 부위를 인식하여 좌우 발을 구분 감지하고, 좌우 발목이 구부러진 형태를 감지하여 발자국 패턴을 추정할 수 있다.

상기 발자국 패턴 추정은, 다수의 훈련자의 보행 패턴 영상을 데이터베이스화하여 구축한 학습 데이터를 이용하여 기계학습된 발자국 패턴 추정 모델을 이용할 수 있다.

상기 발자국 패턴 추정 모델에 대해서, 다수의 훈련자의 보행 패턴 영상에서 감지된 발 패턴 특성을 추출하여 데이터베이스화한 학습 데이터를 지도 학습을 통해 훈련시켜, 훈련자의 보행 패턴을 첨족 보행, 웅크림 보행, 편평족 보행 및 종 보행을 포함하는 보행 패턴 중 하나로 출력되게 할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 보행 감지부에서 감지된 일 측의 발자국 위치를 기준으로 다음 보행 가이드를 위한 반대 측 발자국 패턴을 상기 훈련자의 훈련 난이도에 맞추어 일정 위치에 투사하게 할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 보행 감지부에서 감지된 일 측의 발자국 위치를 기준으로 다음 보행 가이드를 위한 반대 측 발자국 패턴을 상기 훈련자의 훈련 난이도에 맞추어 상기 훈련자와 상기 이동체 사이의 일정 위치에 투사하게 할 수 있다.

상기 제어부는 상기 감지된 비정상적 보행 패턴을 정상적 보행 패턴으로 유도하는 보행 훈련 프로그램을 실행시킬 수 있다.

상기 제어부는, 상기 가상 보행 환경 정보가 투사되는 투사면의 조도가 미리 정해진 기준 이상이고, 상기 투사면의 바닥 패턴이 미리 정해진 기준 이상으로 복잡하면, 상기 가상 보행 환경 정보의 배경색을 바닥보다 상대적으로 어두운 단색으로 처리하고, 보행 훈련 객체는 상기 배경색과 대비되는 보색으로 처리할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 가상 보행 환경 정보가 투사되는 투사면의 조도가 미리 정해진 기준 이상이고, 상기 투사면의 바닥 패턴이 미리 정해진 기준 이상으로 복잡하지 않으면, 상기 가상 보행 환경 정보의 배경색을 바닥보다 상대적으로 밝은 단색으로 처리하고, 보행 훈련 객체는 상기 배경색과 대비되는 보색으로 처리할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 가상 보행 환경 정보를 상기 프로젝터부에서 지면에 투사되는 거리가 멀어질수록 높은 압축률을 적용하여 변환하여 투사되게 할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 보행 유도 객체의 미리 정해진 부분을 다른 부분보다 진하게 표시되게 할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 가상현실 기반 보행 훈련 방법은, 보행 훈련 프로그램의 난이도를 설정받는 단계, 훈련자의 보행 훈련을 유도하는 가상 보행 환경 정보를 투사하는 단계, 상기 훈련자의 보행 동작을 감지하는 단계, 그리고 상기 감지된 훈련자의 보행 동작에 따라 상기 가상 보행 환경 정보를 변경하는 보행 훈련 프로그램을 실행하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면 지면위에 투사되는 실제 보행 환경에 가깝게 구현된 가상현실에서 실시간 상호 작용을 통해 훈련자가 보행 훈련을 흥미롭게 수행할 수 있고, 훈련자 맞춤형 치료를 진행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 기반 보행 훈련 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 가상 보행 환경 정보 투사 방식을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 환경 정보가 보정되지 않은 상태로 지면에 왜곡되어 표현되는 예를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 환경 정보가 보정되어 지면에 왜곡없이 표현되는 예를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 기반 보행 훈련 시스템에 의한 보행 훈련 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보폭 훈련을 위한 가상 보행 환경 정보를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 보행 속도 훈련을 위한 가상 보행 환경 정보를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 곡선 보행 훈련을 위한 가상 보행 환경 정보를 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌우 발 구분 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따를 발자국 패턴 구분 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련자와 이동체가 일정 거리를 유지시키는 절대 좌표 기반 알고리즘을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련자와 이동체가 일정 거리를 유지시키는 상대 좌표 기반 알고리즘을 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 가상 보행 환경 정보를 훈련 환경에 맞추어 투사하는 방법을 설명하는 도면이다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 기반 보행 훈련 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 가상현실 기반 보행 훈련 시스템(100)은 보행 감지부(110), 프로젝터부(120), 저장부(130), 제어부(140) 및 사용자 인터페이스부(150)를 포함할 수 있다.

보행 감지부(110)는 보행 훈련을 하는 훈련자의 보행 동작을 감지할 수 있다. 보행 감지부(110)는 라이다(Lidar)센서를 이용할 수 있다. 물론 그 외에도 보행 감지부(110)는 키넥트(Kinect)의 RGB 카메라, 적외선 에미터(IR Emitter), 적외선 깊이 센서(IR Depth Sensor) 등으로 이루어져 사용자의 움직임을 인식할 수 있는 장치로 구현될 수도 있다. 여기서 설명한 것 외에 보행 감지부(110)는 보행 훈련을 하는 훈련자의 보행 동작을 감지할 수 있는 다른 장치로 구현하는 것도 가능하다.

프로젝터부(120)는 훈련자의 보행 훈련을 유도하는 가상 보행 환경 정보를 투사할 수 있다. 프로젝터부(120)는 사진, 그림 또는 문자 등과 같은 정보를 광원으로부터 조사되는 빛을 통해 미리 정해진 위치에 투사하는 영사 장치로 이루어질 수 있다.

여기서 가상 보행 환경 정보는 가상 공간을 구성하는 배경과, 배경 상에 출연하는 보행 훈련 객체를 포함할 수 있다. 예컨대 보행 훈련 객체는 훈련자가 피하도록 설계된 가상의 장애물이나, 발자국, 징검돌 등과 같이 훈련자가 그에 따라 보행하도록 유도하는 보행 유도 객체 등을 포함할 수 있다. 가상 보행 환경 정보에 대해서는 뒤에서 실시예를 참고하여 보다 자세히 설명한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 가상 보행 환경 정보 투사 방식을 예시한 도면이다.

도 2를 참고하면, 프로젝터부(120)는 훈련자가 보행하는 공간의 상부에서 바닥을 향해 가상 보행 환경 정보를 투사하도록 설치될 수 있다. 그리고 보행 감지부(110)는 보행 훈련 경로의 양측에 설치된 라이다(Lidar) 센서나 키넥트(Kinect)를 통해 훈련자의 보행 동작을 감지할 수 있다.

도 3을 참고하면, 보행 감지부(110)와 프로젝터부(120)가 훈련자 앞쪽에 설치될 수 있다. 보행 감지부(110)는 훈련자가 앞으로 보행하는 동작을 감지할 수 있다. 그리고 프로젝터부(120)는 훈련자의 보행 방향의 앞쪽 바닥에 가상 보행 환경 정보를 투사할 수 있다.

도 4를 참고하면, 보행 감지부(110)와 프로젝터부(120)를 훈련자의 이동에 따라 움직이는 이동체(M)에 장착할 수도 있다. 이동체(M)는 바퀴 등을 구비한 이동 로봇으로 보행 감지부(110)에서 감지되는 훈련자의 보행 동작에 따라 이동 방향과 이동 속도 등을 결정하여 움직일 수 있다. 예컨대 훈련자와 미리 정해진 거리를 유지하면서 훈련자의 보행 방향의 전방에서 가상 보행 환경 정보를 훈련 공간에 투사할 수 있다.

물론 도 2 내지 도4에서 예시한 것 외에 다른 방법으로 보행 감지부(110)와 프로젝터부(120)를 보행 훈련 공간에 설치하고 운영하는 것도 가능하다.

한편 예를 들어 직사각형 모양으로 만들어진 보행 환경 정보를 앞서 도 3과 도 4에서 예시한 것과 같이 프로젝터부(120)에서 사선으로 지면에 투사하면, 도 5에 예시한 것과 같이 프로젝터부(120)에 먼 쪽의 변이 가까운 쪽 변보다 긴 사다리꼴로 왜곡되어 표시될 수 있다.

이를 해결하기 위해서 제어부(140)는 보행 환경 정보를 프로젝터부(120)에서 지면에 투사되는 거리가 멀어질수록 높은 압축률을 적용하여 변환하고, 변환된 보행 환경 정보를 전달하여 지면에 투사되게 하는 것이 바람직하다. 예컨대 앞서 설명한 것과 같이 직사각형 모양의 보행 환경 정보의 경우 프로젝터부(120)에 먼 쪽의 변이 가까운 쪽 변보다 짧은 역사다리꼴이 되게 압축 변환시켜 프로젝터부(120)에 전달할 수 있다. 그러면 도 6에 예시한 것과 같이 지면에 보행 환경 정보가 왜곡되지 않게 표시될 수 있다.

다시 도 1을 참고하면, 저장부(130)는 시스템(100)의 동작과 관련된 각종 데이터 및 프로그램을 저장할 수 있다. 저장부(130)는 하드디스크, 램(RAM), 롬(ROM) 등의 기억 장치 등을 포함할 수 있다. 구체적으로 저장부(130)는 보행 훈련 프로그램을 저장할 수 있다. 또한 저장부(130)는 훈련자의 개인 정보와 보행 훈련 정보를 저장할 수 있다. 개인 정보는 식별자, 성별, 생년월일, 키, 몸무게, 진단명, GMFCS 레벨, 발명일 등을 포함할 수 있다. 그리고 보행 훈련 정보는 훈련명, 훈련일시, 훈련지속시간, 난이도 레벨, 성공률, 스텝 길이(Step Length), 스텝 폭(Step Width), 보행 속도, 보행 거리, 보행 균형(Symmetry) 등을 포함할 수 있다.

제어부(140)는 시스템(100)의 전체적인 동작을 제어한다. 제어부(140)는 보행 감지부(110)에서 감지된 훈련자의 보행 동작에 따라 가상 보행 환경 정보를 변경하고, 미리 설정된 난이도에 따라 훈련자의 보행 동작을 방해하는 가상의 장애물을 가상 보행 환경 정보에 출연시키는 보행 훈련 프로그램을 실행할 수 있다.

사용자 인터페이스부(150)는 시스템(100)의 동작과 관련된 각종 정보를 출력할 수 있다. 예컨대 사용자 인터페이스부(150)는 훈련자의 개인 정보와 보행 훈련 정보 등을 출력할 수 있다. 그리고 사용자 인터페이스부(150)는 시스템(100)의 동작과 관련된 각종 명령이나 설정을 입력받을 수 있다. 예컨대 사용자 인터페이스부(150)는 훈련자 개인 정보를 입력받거나, 훈련 종류 선택, 훈련 난이도 선택 등을 사용자로부터 입력받을 수 있다. 사용자 인터페이스부(150)는 모니터, 스피커, 터치패널, 마우스, 키보드 등과 같은 입출력 모듈을 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상현실 기반 보행 훈련 시스템에 의한 보행 훈련 방법을 나타낸 흐름도이다.

도 1 및 도 7을 참고하면, 먼저 시스템(100)은 훈련자에 대한 로그인 절차를 진행하고(S505), 로그인한 훈련자의 기존 정보를 사용자 인터페이스부(150)를 통해 표시할 수 있다(S510). 여기서 훈련자 기존 정보는 시스템(100)에 등록되어 있는 훈련자의 개인 정보와 훈련자가 과거에 수행했던 보행 훈련 정보 등을 포함할 수 있다.

시스템(100)은 단계(S510)에서 기존 정보를 확인한 훈련자 또는 치료사 등으로부터 보행 훈련 프로그램을 선택받을 수 있다(S515). 단계(S515)에서 선택될 수 있는 보행 훈련 프로그램은 보폭 훈련, 보행 속도 훈련 및 곡선 보행 훈련 등이 있을 수 있다.

보폭 훈련을 위한 보행 훈련 프로그램은 도 8에 예시한 것과 같이 훈련자가 미리 정해진 보폭으로 보행하도록 유도하는 보행 유도 객체(10)를 포함하는 가상 이미지를 투사되게 할 수 있다. 도 6에서는 복수의 징검돌(10)로 이루어진 징검다리를 훈련자가 건너가는 것처럼 느낄 수 있게 가상 보행 환경을 제공하는 것을 예시한 것이다.

보행 속도 훈련을 위한 보행 훈련 프로그램은 도 8에 예시한 것과 같이 훈련자가 미리 정해진 보행 속도 이상으로 미리 정해진 구간을 보행하도록 유도하는 가상 이미지를 투사되게 할 수 있다. 도 9에서는 신호등이 설치된 횡단 보도를 훈련자가 건너가는 것처럼 느낄 수 있게 가상 보행 환경을 제공하는 것을 예시한 것이다.

곡선 보행 훈련을 위한 보행 훈련 프로그램은 도 10에 예시한 것과 같이 훈련자의 곡선 보행을 유도하는 곡선 보행 경로 구간을 포함하는 숲 길과 같은 가상 이미지를 투사되게 할 수 있다.

다시 도 7을 참고하면, 사용자로부터 보행 훈련 프로그램의 종류를 선택받은 후(S515), 선택된 보행 훈련 프로그램의 난이도를 설정받을 수 있다(S520).

예컨대 도 8에 예시한 보폭 훈련 프로그램에서, 징검돌(10) 간의 간격, 징검돌(10)의 크기 및 장애물의 출연 양태 등을 조정하여 난이도를 다르게 설정할 수 있다. 예컨대 아동의 보행 발달 특징인 걸음 길이(step length)의 증가와 걸음 폭(step width)의 감소를 가능하게 하도록, 징검돌(10) 간의 간격을 조정할 수 있다. 예컨대 난이도가 높을수록 같은 열을 이루는 징검돌 간의 간격은 길어지게 하고, 열과 열 사이의 간격은 짧아지게 조정할 수 있다. 그리고 훈련자의 발 위치 정확도를 높이기 위해서 징검돌(10)의 크기를 감소시키는 방식으로 난이도를 높게 조정할 수도 있다. 징검다리를 건너는 훈련자의 보행을 방해하는 장애물로 물에서 튀어오르는 물고기, 날아가는 새 등의 가상의 장애물 이미지를 출연시키거나, 주변 소리 등을 발생시켜서 훈련자가 보행에 집중하지 못하게 방해하는 방식으로 난이도를 조정할 수도 있다. 실시예에 따라서 징검다리를 통과하는 제한 시간을 설정받아 난이도를 조정할 수도 있다.

도 9에 예시한 보행 속도 훈련 프로그램에서, 횡단 보도 통과 시간 설정을 통해 난이도를 설정할 수 있다. 또한 훈련자가 횡단 보도를 통과할 때 사람, 자전거, 유모차, 휠체어 등의 가상의 장애물의 출연 유무, 가상 장애물의 출연 방향, 출연 개수, 이동 속도 등을 통해 난이도를 설정할 수도 있다. 즉 통과 시간을 길게 설정하면 난이도가 높게 설정되고, 장애물의 개수, 종류, 출연 방향, 속도 등을 증가시킬 수록 난이도가 높게 설정될 수 있다. 차량 경적 소리 등과 같은 주변 소리의 발생 유무, 발생 횟수, 소리 크기 등을 설정하여 난이도를 설정할 수도 있다.

도 10에 예시한 보행 속도 훈련 프로그램에서, 곡선 보행 경로 구간의 개수 및 곡률 등의 설정을 통해 난이도를 설정할 수 있다. 또한 훈련자가 숲길을 지나갈 때 동물, 날아가는 새 등의 가상의 장애물의 출연 유무, 가상 장애물의 출연 방향, 출연 개수, 이동 속도 등을 통해 난이도를 설정할 수도 있다. 동물 소리 등과 같은 주변 소리의 발생 유무, 발생 횟수, 소리 크기 등을 설정하여 난이도를 설정할 수도 있다.

다시 도 7을 참조하면, 보행 훈련 프로그램의 난이도 설정 후(S520), 시스템(100)은 선택된 보행 훈련 프로그램을 실행하여 훈련자의 보행 훈련을 유도하는 가상 보행 환경 정보를 보행 훈련 공간에 프로젝터부(120)를 통해 투사할 수 있다(S525).

시스템(100)은 가상 보행 환경 상에서 훈련자의 보행 동작을 보행 감지부(110)를 통해 감지할 수 있다(S530).

시스템(100)은 감지된 훈련자의 보행 동작에 따라 가상 보행 환경 정보를 변경하고, 미리 설정된 난이도에 따라 훈련자의 보행 동작을 방해하는 가상의 장애물을 가상 보행 환경 정보에 포함하여 출연시킬 수 있다(S535).

단계(S525) 내지 단계(S535)는 보행 훈련 프로그램을 실행하면서 동시에 수행될 수 있다. 그리고 시스템(100)은 단계(S525) 내지 단계(S535)를 실행하면서, 훈련자의 보행 훈련 수행 정도에 따라 시각, 청각, 촉각 등의 피드백을 제공할 수 있다. 예컨대 도 9의 실시예에서 훈련자가 징검돌(10)을 정확하게 밟을 때마다 시각, 청각, 촉각 등의 피드백을 제공할 수 있다. 물론 도 9에서 횡단 보도를 정해진 시간 이내에 장애물과 충돌없이 성공적으로 건너거나, 도 10에서 숲길의 곡선 구간을 벗어나지 않고 성공적으로 통과한 경우 등에 피드백을 제공할 수도 있다. 여기서 예시한 것 외에도 훈련 프로그램에 미리 설정되어 있는 조건을 만족하면, 그에 대응하는 피드백이 제공되게 구현할 수 있다. 물론 실패한 경우에는 실패에 대한 피드백을 제공할 수도 있다.

다음으로 선택된 보행 훈련 프로그램에 따른 보행 훈련이 완료되면(S540), 보행 훈련 결과 화면을 사용자 인터페이스부(150)를 통해 출력할 수 있다(S545). 물론 보행 훈련 결과는 보행자 훈련 정보로 저장부(130)에 저장될 수 있다.

한편 본 발명에 따른 보행 훈련 시스템(100)에서 보행 감지부(110)는 훈련자의 좌우 발을 구분 감지(예: 좌우 발 부위에 마커 부착하는 방식, 소프트웨어적으로 훈련자를 촬영한 영상 등을 분석하여 발의 형태(왼발, 오른발의 형태)를 감지하는 방식, 훈련 전 왼발, 오른발을 보행 훈련 시스템(100)에 인지시키는 보정(calibration) 단계를 거치는 방식)하는 알고리즘을 지원할 수 있다. 또는 보행 감지부(110)는 훈련 시 훈련자의 체간 중심축과 양 다리의 발목 축을 중심으로 좌, 우 발을 인지하는 방식으로 좌우 발을 구분 감지할 수 도 있다. 예컨대, 라이더 센서를 사용할 경우 양 다리의 발목 축을 중심으로 좌, 우 발을 인지할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 좌우 발 구분 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참고하면, 보행 감지부(110)는 훈련자의 양 발목의 중심축과 양 발 부위를 인식하여 좌우 발을 구분 감지할 수 있다. 그리고 좌우 발목이 구부러진 형태 등도 구분하여 감지할 수 있다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따를 발자국 패턴 구분 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 12를 참고하면, 보행 감지부(110)는 도 11에 의해 구분 감지된 좌우 발과, 좌우 발목이 구부러진 형태 등에 대해서 정상 보행, 외반 보행, 내반 보행, 편마비 보행, 외족지 보행, 내족지 보행, 첨족 보행 등의 발자국 패턴을 대응시킨 데이터를 참조하여, 훈련자의 발자국 패턴과 그에 따른 보행 패턴을 구분 감지할 수 있다. 도 12에서 파란색 부분은 지면에 발바닥이 접촉한 면을 표시한다.

이를 위해 보행 감지부(110)는 3D 깊이 센서 등에 의해 감지되는 발 패턴의 특성(feature)을 추출, 데이터베이스(DB)화하여 지도학습(supervised learning)을 통해 발자국 패턴을 라벨링하고, 그에 따른 보행 패턴을 첨족 보행, 웅크림 보행, 편평족 보행, 종 보행 등으로 범주화할 수도 있다.

즉 보행 감지부(110)는 훈련자의 양 발목의 중심축과 양 발 부위를 인식하여 좌우 발을 구분 감지하고, 좌우 발목이 구부러진 형태를 감지하여 발자국 패턴을 추정할 수 있다.

제어부(140)는 추정된 발자국 패턴을 정상 보행 패턴과 비교하여 비정상적 보행 패턴 여부를 감별할 수 있다.

여기서 발자국 패턴 추정은, 다수의 훈련자의 보행 패턴 영상을 데이터베이스화하여 구축한 학습 데이터를 이용하여 기계학습된 발자국 패턴 추정 모델을 이용할 수 있다. 그리고 발자국 패턴 추정 모델에 대해서, 다수의 훈련자의 보행 패턴 영상에서 감지된 발 패턴 특성을 추출하여 데이터베이스화한 학습 데이터를 지도 학습을 통해 훈련시켜, 훈련자의 보행 패턴을 첨족 보행, 웅크림 보행, 편평족 보행 및 종 보행을 포함하는 보행 패턴 중 하나로 출력되게 할 수 있다.

참고적으로 뇌성마비 아동의 경우 병변에 따라 비정상적인 보행패턴을 가지고 있다. 예를 들어, 첨족 보행(equinus gait) 또는 웅크림 보행(crouch gait)을 하는 경우 보행주기 중 입각기 대부분을 전족부로 지지하며, 편평족 보행(flatfoot gait) 또는 종보행(calcaneus gait)의 경우 발바닥굽힘근 약화로 인해 보행 중 발가락 떼기가 힘들어진다. 또한, 발의 내반(ankle varus) 및 외반(valgus)의 경우 변형으로 인하여, 발 전체를 통해 체중 지지가 불가능하기 때문에 어느 한쪽으로 압력이 쏠리고, 내족지(In-toeing) 및 외족지(Out-toeing) 보행의 경우 보행 시 정상보다 발이 과도하게 안쪽 또는 바깥쪽으로 이동한다. 따라서 보행훈련 시스템 개발을 위해서는 이러한 다양한 보행 패턴 감지가 필요하다.

제어부(140)는 보행 감지부(110)에서 감지된 훈련자의 보행 패턴에 따라 가상 보행 환경 정보를 변경하고, 미리 설정된 난이도에 따라 훈련자의 보행 동작을 방해하는 가상의 장애물을 가상 보행 환경 정보에 출연시키는 보행 훈련 프로그램을 실행할 수 있다.

예컨대 내족지 및 외족지 보행의 경우, 정상보행 위치에 발바닥을 표시하여 훈련하도록 할 수 있다. 발바닥 편마비 보행(hemiplegic gait)을 하는 경우 단계를 설정하여 가상 보행 환경 정보를 투사할 수 있다. 예를 들어, 1단계에서는 정상측 발의 위치의 50%, 2단계에서는 70%, 3단계에서는 90%에 도달하도록 난이도를 조절하여 투사 및 감지할 수 있다. 가위 보행(scissors gait)을 비롯하여 발의 간격(step width)의 조절이 필요한 경우 또한 난이도를 조절하여 단계적으로 발의 간격을 늘릴 수 있도록 가상 보행 환경 정보를 투사할 수 있다.

한편 제어부(140)는 가상 보행 환경 정보에 포함되어 투사된 발모양의 일정 비율, 예컨대 1/3 이상을 훈련자가 밟은 것으로 인지되면, 투사된 발 모양을 사탕 그림이나, 기타 보상 효과를 제시하는 이미지 등으로 변경하여 훈련자에게 보상을 제공할 수도 있다. 물론 그 외에도 훈련 지속시간, 난이도 레벨, 성공률, 스텝 길이(Step Length), 스텝 폭(Step Width), 보행 속도, 보행 거리, 보행 균형(Symmetry), 양발 교대 시간, 정확한 발 걸음 수 등을 미리 설정된 목표치와 비교하여 목표를 달성한 경우 그에 따른 보상 효과를 제공할 수도 있다.

한편 제어부(140)는 훈련자의 비정상적인 보행패턴(예: 첨족보행, 웅크림보행 등)을 정상적인 보행패턴으로 유도하는 보행 가이드 발자국 모양을 투사되게 할 수도 있다. 예컨대 보행 감지부(110)에서 감지된 훈련자의 좌측 발자국 위치 또는 우측 발자국 위치를 기준으로 다음 보행을 가이드하기 위해 반대 측 발자국 모양을 훈련자의 훈련 난이도에 맞추어 일정 위치에 투사되게 할 수 있다. 가령 훈련 난이도에 맞추어 훈련자와 이동체(M) 사이의 일정한 위치에 투사되게 할 수 있다.

한편 도 4에 예시한 것과 같이, 보행 감지부(110)와 프로젝터부(120)를 훈련자의 이동에 따라 움직이는 이동체(M)에 장착하여 훈련자와 일정 거리를 유지하도록 한 경우 훈련자의 보행속도와 동기화하여 이동체(M)를 훈련자의 전방방향으로 전진시킬 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련자와 이동체가 일정 거리를 유지시키는 절대 좌표 기반 알고리즘을 설명하는 도면이고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련자와 이동체가 일정 거리를 유지시키는 상대 좌표 기반 알고리즘을 설명하는 도면이다.

도 13 및 도 14를 참고하면, 절대좌표 및 상대좌표 알고리즘 모두 투사되는 훈련자와 이동체(M) 사이의 일정거리(

) 안에 발자국 등과 같은 보행 훈련 객체가 투사될 수 있다. 보행 훈련 객체는 투사각(Θ)에 따라 정해지는 거리(P1) 및 훈련자와의 안전거리(LS=PJ)를 고려하여 이동체(M)부터 P1만큼 떨어진 위치에 투사될 수 있다. 지면 등의 바닥에 투사되는 보행 훈련 객체는 훈련 전 치료사가 입력한 목표보폭(Sl)와 발 길이(fl)에 맞게 투사될 수 있다.

P_int: 훈련자와 이동체사이의 일정거리

PJ: 투사화면거리

Ld: 왼발의 목표보폭 + 발길이

Rd: 오른발의 목표보폭 + 발길이

Θ: 투사각

P1: 이동체와 보행 훈련 객체 투사 시작 지점 사이의 거리

Ls: 안전거리

sl: 목표보폭

fl: 발길이

도 13의 실시예를 참조하여 절대좌표 알고리즘에 대해 설명한다.

(절대좌표 알고리즘) 6M의 훈련공간에서 마커(예를 들어서 적외선 반사 마커)를 훈련 시작점과 끝점에 두고 필요시 정확도를 높이기 위해 1m마다 마커를 두어 좌표를 설정할 수 있다. 훈련자가 앞으로 이동한 위치의 좌표(Ld/Rd)를 이동체(M)가 감지하여 이동체가 일정거리를 유지하기 위해 Ld/Rd 만큼 뒤로 물러나면서 보행 훈련 객체인 발 교반 콘텐츠를 투사할 수 있다.

이동체(M) 위치:

투사지점:

훈련자가 보행한 거리의 현 좌표:

직선보행 훈련 시

변화 없음

한편 도 13에서 치료사가 입력한 목표보폭(Sl)과 발길이(fl)에 따라서, 6m거리에 발자국이 몇 개 있는지 설정된 상태일 수 있다. 이동체(M)는 시작점 마커를 기준으로 이동체에 탑재된 키네틱 센서를 활용하여 ToF 센싱(시작점 마커를 기준으로 이동체까지 몇 개의 마커가 있는지 확인)하여 이동체가 있는 위치를 파악할 수 있다. 여기서 ToF 센싱 기술 방식은 송신부에서 적외선 레이저 신호를 방사하여 피사체에 반사되어 수신부까지 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 측정하는 것이다.

도 14의 실시예를 참조하여 상대좌표 알고리즘에 대해 설명한다.

(상대좌표 알고리즘) 6M의 훈련공간에서 이동체(M)는 훈련자가 앞으로 이동한 거리(Ld/Rd)를 감지하여 그 거리만큼(Ld/Rd) 뒤로 물러나며 일정거리를 유지하고 발 교반 콘텐츠를 투사할 수 있다.

이동체(모바일로봇) 이동지점:

도 13 및 도 14에서 나타낸 수치는 예시일 뿐이고, 실시예와 훈련 상황 조건 등에 따라 그 수치가 조정될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

한편 아동 등의 경우 발자국 등과 같은 모양으로 표시되는 보행 훈련 객체의 경우 왜 밟아야 하는지 인식하지 못하기 때문에 발 모양 위에 동기부여(예: 사탕, 동전) 그림을 나타내 아동의 동기를 유발할 수도 있다.

한편 일정 시간동안 아동 등의 훈련자가 보행 훈련 객체를 밟지 않는 경우 시각적 보상효과(예: 사탕, 동전 등)를 경쟁자 콘텐츠가 등장하여 획득하도록 할 수도 있다. 그리고 경쟁자 콘텐츠와 훈련자의 보상 획득 정보를 화면에 표시하여 훈련종료 후 훈련자와 경쟁자중 누가 더 많은 보상효과를 획득했는지 비교하는 방식으로 훈련 효과를 높일 수도 있다.

한편 제어부(140)는 가상 보행 환경 정보를 바닥에 투사할 때 훈련 환경에 맞추어 다음과 같은 처리를 하는 것도 가능하다.

도 15는 본 발명에 따른 가상 보행 환경 정보를 훈련 환경에 맞추어 투사하는 방법을 설명하는 도면이다.

도 15를 참고하면, 먼저 제어부(140)는 투사면(가상 보행 환경 정보가 투사되는 바닥면)의 조도가 미리 정해진 기준보다 밝은지 판단할 수 있다(S1510). 만일 투사면의 조도가 미리 정해진 기준 이상이면(S1510-Y), 투사면의 바닥 패턴이 복잡한지 판단한다(S1520). 이를 위해 가상현실 기반 보행 훈련 시스템(100)은 조도 센서 등을 포함할 수 있다.

그리고 투사면의 바닥 패턴이 미리 정해진 기준 이상으로 복잡하면(S1520-Y), 제어부(140)는 복잡한 바닥 패턴을 가리기 위해서 가상 보행 환경 정보의 배경색을 바닥보다 상대적으로 어두운 단색(저명도·저채도)으로 처리하여 바닥 패턴을 가리고, 보행 훈련 객체(예컨대 발자국 모양, 징검돌 등)는 밝은색(고명도·고채도)으로 배경색과 대비되는 보색으로 처리할 수 있다(S1530).

반대로 투사하는 바닥의 패턴이 복잡하지 않을 때(S1520-N), 제어부(140)는 투사하는 가상 보행 환경 정보의 배경색을 밝은색(고명도·고채도)으로 보행 훈련 객체는 어두운색(저명도·저채도)으로 배경색과 대비되는 보색으로 처리할 수도 있다(S1540).

한편 제어부(140)는 투사면의 조도가 미리 정해진 기준 미만이면(S1510-N), 단계(S1530)를 수행할 수 있다.

단계(S1530) 또는 단계(S1540)에서 처리된 배경과 보행 훈련 객체를 포함하는 가상 보행 환경 정보를 투사하여 훈련을 진행할 수 있다(S1550).

한편 제어부(140)는 이동체(M)의 이동에 따라 이동체(M)의 상단에 탑재된 프로젝터부에서 투사되는 가상 보행 환경 정보의 위치 변화와 훈련자의 보행을 감지하는 보행감지부의 신호 등에 따라 보행훈련 유도정보 등이 포함된 가상 보행 환경 정보를 가변 적응시킬 수도 있다.

또한 제어부(140)는 첨족 보행 및 웅크림 보행을 하는 경우 초기 접지기(Initial contact)에 발뒤꿈치 부분을 먼저 닿게 하기 위하여, 편평족 보행 또는 종보행을 하는 경우 전-유각기(Pre-swing)에 발가락에 체중 지지를 하도록 하기 위하여 보행 유도 객체의 미리 정해진 부분, 예컨대 보행 유도 객체가 발자국 모양의 경우 발뒤꿈치 부분 또는 발가락 부분의 색을 진하게 표시할 수 있으며, 숫자로 순서를 표시하는 것도 가능하다. 그리고 발의 내반 변형의 경우 발바닥의 안쪽(medial) 부분을, 외반 변형의 경우 발바닥의 바깥쪽(lateral) 부분에 해당되는 보행 유도 객체의 일정한 부분을 다른 부분보다 진하게 표시하여, 표시한 부분에 체중지지를 할 수 있도록 보행 유도 객체를 투사하는 것도 가능하다.

본 발명의 실시예는 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체를 포함한다. 이 매체는 앞서 설명한 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한다. 이 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 이러한 매체의 예에는 하드디스크, 플로피디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD 및 DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 자기-광 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 구성된 하드웨어 장치 등이 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

훈련자의 보행 동작을 감지하는 보행 감지부,
상기 훈련자의 보행 훈련을 유도하는 가상 보행 환경 정보를 지면에 투사하는 프로젝터부, 그리고
상기 감지된 훈련자의 보행 동작에 따라 상기 가상 보행 환경 정보를 변경하는 보행 훈련 프로그램을 실행하는 제어부
를 포함하고,
상기 가상 보행 환경 정보는 가상 공간을 이루는 배경과 상기 가상 공간에 출연하는 보행 훈련 객체를 포함하며,
상기 보행 훈련 객체는 미리 설정된 난이도에 따라 상기 훈련자의 보행 동작을 방해하는 가상의 장애물 또는 상기 훈련자가 미리 정해진 보폭으로 보행하도록 유도하는 보행 유도 객체를 포함하고,
상기 보행 감지부는,
상기 훈련자의 양 발목의 중심축과 양 발 부위를 인식하여 좌우 발을 구분 감지하고, 좌우 발목이 구부러진 형태를 감지하여 발자국 패턴을 추정하며,
상기 제어부는 상기 추정된 발자국 패턴을 정상 보행 패턴과 비교하여 비정상적 보행 패턴 여부를 감별하고,
상기 발자국 패턴 추정은,
다수의 훈련자의 보행 패턴 영상을 데이터베이스화하여 구축한 학습 데이터를 이용하여 기계학습된 발자국 패턴 추정 모델을 이용하며,
상기 발자국 패턴 추정 모델에 대해서, 다수의 훈련자의 보행 패턴 영상에서 감지된 발 패턴 특성을 추출하여 데이터베이스화한 학습 데이터를 지도 학습을 통해 훈련시켜, 훈련자의 보행 패턴을 첨족 보행, 웅크림 보행, 편평족 보행 및 종 보행을 포함하는 보행 패턴 중 하나로 출력되게 하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
제 1 항에서,
상기 훈련자의 이동에 따라 움직이는 이동체
를 더 포함하고,
상기 보행 감지부와 상기 프로젝터부는 상기 이동체에 장착되는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
제 2 항에서,
상기 이동체는 상기 훈련자의 보행 방향의 전방에서 상기 훈련자와 미리 정해진 거리를 유지하며 상기 훈련자보다 앞서 이동하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
제 1 항에서,
상기 보행 유도 객체 간의 간격, 상기 보행 유도 객체의 크기 및 상기 장애물의 출연 양태를 미리 설정된 난이도에 따라 조정하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
제 4 항에서,
상기 보행 유도 객체는 징검돌이고,
상기 가상 보행 환경 정보는 복수의 징검돌로 이루어진 징검다리를 포함하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
제 1 항에서,
상기 가상 보행 환경 정보는 상기 훈련자가 미리 정해진 보행 속도 이상으로 미리 정해진 구간을 보행하도록 유도하는 가상 이미지를 포함하고,
상기 미리 정해진 보행 속도와 상기 장애물의 출연 양태를 미리 설정된 난이도에 따라 조정하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
제 6 항에서,
상기 가상 이미지는 횡단 보도인 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
제 1 항에서,
상기 가상 보행 환경 정보는 상기 훈련자의 곡선 보행을 유도하는 곡선 보행 경로 구간을 포함하고,
곡선 보행 경로 구간의 개수 및 곡률과 상기 장애물의 출연 양태를 미리 설정된 난이도에 따라 조정하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
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삭제
삭제
제 1 항에서,
상기 제어부는 상기 감지된 비정상적 보행 패턴을 정상적 보행 패턴으로 유도하는 보행 훈련 프로그램을 실행시키는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
제 1 항에서,
상기 제어부는,
상기 보행 감지부에서 감지된 일 측의 발자국 위치를 기준으로 다음 보행 가이드를 위한 반대 측 발자국 패턴을 상기 훈련자의 훈련 난이도에 맞추어 일정 위치에 투사하게 하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
제 2 항에서,
상기 제어부는,
상기 보행 감지부에서 감지된 일 측의 발자국 위치를 기준으로 다음 보행 가이드를 위한 반대 측 발자국 패턴을 상기 훈련자의 훈련 난이도에 맞추어 상기 훈련자와 상기 이동체 사이의 일정 위치에 투사하게 하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
훈련자의 보행 동작을 감지하는 보행 감지부,
상기 훈련자의 보행 훈련을 유도하는 가상 보행 환경 정보를 지면에 투사하는 프로젝터부, 그리고
상기 감지된 훈련자의 보행 동작에 따라 상기 가상 보행 환경 정보를 변경하는 보행 훈련 프로그램을 실행하는 제어부
를 포함하고,
상기 가상 보행 환경 정보는 가상 공간을 이루는 배경과 상기 가상 공간에 출연하는 보행 훈련 객체를 포함하며,
상기 보행 훈련 객체는 미리 설정된 난이도에 따라 상기 훈련자의 보행 동작을 방해하는 가상의 장애물 또는 상기 훈련자가 미리 정해진 보폭으로 보행하도록 유도하는 보행 유도 객체를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 가상 보행 환경 정보가 투사되는 투사면의 조도가 미리 정해진 기준 이상이고, 상기 투사면의 바닥 패턴이 미리 정해진 기준 이상으로 복잡하면, 상기 가상 보행 환경 정보의 배경색을 바닥보다 상대적으로 어두운 단색으로 처리하고, 보행 훈련 객체는 상기 배경색과 대비되는 보색으로 처리하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
제 15 항에서,
상기 제어부는,
상기 가상 보행 환경 정보가 투사되는 투사면의 조도가 미리 정해진 기준 이상이고, 상기 투사면의 바닥 패턴이 미리 정해진 기준 이상으로 복잡하지 않으면, 상기 가상 보행 환경 정보의 배경색을 바닥보다 상대적으로 밝은 단색으로 처리하고, 보행 훈련 객체는 상기 배경색과 대비되는 보색으로 처리하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
훈련자의 보행 동작을 감지하는 보행 감지부,
상기 훈련자의 보행 훈련을 유도하는 가상 보행 환경 정보를 지면에 투사하는 프로젝터부, 그리고
상기 감지된 훈련자의 보행 동작에 따라 상기 가상 보행 환경 정보를 변경하는 보행 훈련 프로그램을 실행하는 제어부
를 포함하고,
상기 가상 보행 환경 정보는 가상 공간을 이루는 배경과 상기 가상 공간에 출연하는 보행 훈련 객체를 포함하며,
상기 보행 훈련 객체는 미리 설정된 난이도에 따라 상기 훈련자의 보행 동작을 방해하는 가상의 장애물 또는 상기 훈련자가 미리 정해진 보폭으로 보행하도록 유도하는 보행 유도 객체를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 가상 보행 환경 정보를 상기 프로젝터부에서 지면에 투사되는 거리가 멀어질수록 높은 압축률을 적용하여 변환하여 투사되게 하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
제 1 항에서,
상기 제어부는,
상기 보행 유도 객체의 미리 정해진 부분을 다른 부분보다 진하게 표시되게 하는 가상현실 기반 보행 훈련 시스템.
사용자 인터페이스부에서 보행 훈련 프로그램의 난이도를 설정받는 단계,
프로젝터부에서 훈련자의 보행 훈련을 유도하는 가상 보행 환경 정보를 투사하는 단계,
보행 감지부에서 상기 훈련자의 보행 동작을 감지하는 단계, 그리고
제어부에서 상기 감지된 훈련자의 보행 동작에 따라 상기 가상 보행 환경 정보를 변경하는 보행 훈련 프로그램을 실행하는 단계
를 포함하고,
상기 가상 보행 환경 정보는 가상 공간을 이루는 배경과 상기 가상 공간에 출연하는 보행 훈련 객체를 포함하며,
상기 보행 훈련 객체는 미리 설정된 난이도에 따라 상기 훈련자의 보행 동작을 방해하는 가상의 장애물 또는 상기 훈련자가 미리 정해진 보폭으로 보행하도록 유도하는 보행 유도 객체를 포함하고,
상기 훈련자의 양 발목의 중심축과 양 발 부위를 인식하여 좌우 발을 구분 감지하고, 좌우 발목이 구부러진 형태를 감지하여 발자국 패턴을 추정하며, 상기 추정된 발자국 패턴을 정상 보행 패턴과 비교하여 비정상적 보행 패턴 여부를 감별하고,
상기 발자국 패턴 추정은,
다수의 훈련자의 보행 패턴 영상을 데이터베이스화하여 구축한 학습 데이터를 이용하여 기계학습된 발자국 패턴 추정 모델을 이용하며,
상기 발자국 패턴 추정 모델에 대해서, 다수의 훈련자의 보행 패턴 영상에서 감지된 발 패턴 특성을 추출하여 데이터베이스화한 학습 데이터를 지도 학습을 통해 훈련시켜, 훈련자의 보행 패턴을 첨족 보행, 웅크림 보행, 편평족 보행 및 종 보행을 포함하는 보행 패턴 중 하나로 출력되게 하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
제 19 항에서,
상기 가상 보행 환경 정보를 투사하는 프로젝터부와 상기 훈련자의 보행 동작을 감지하는 보행 감지부를 장착한 이동체가 상기 훈련자의 이동에 따라 움직이는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
제 20 항에서,
상기 이동체는 상기 훈련자의 보행 방향의 전방에서 상기 훈련자와 미리 정해진 거리를 유지하며 상기 훈련자보다 앞서 이동하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
제 19 항에서,
상기 가상 보행 환경 정보는 상기 훈련자가 미리 정해진 보폭으로 보행하도록 유도하는 복수의 보행 유도 객체를 포함하고,
상기 보행 유도 객체 간의 간격, 상기 보행 유도 객체의 크기 및 상기 장애물의 출연 양태를 미리 설정된 난이도에 따라 조정하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
제 22 항에서,
상기 보행 유도 객체는 징검돌이고,
상기 가상 보행 환경 정보는 복수의 징검돌로 이루어진 징검다리를 포함하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
제 19 항에서,
상기 가상 보행 환경 정보는 상기 훈련자가 미리 정해진 보행 속도 이상으로 미리 정해진 구간을 보행하도록 유도하는 가상 이미지를 포함하고,
상기 미리 정해진 보행 속도와 상기 장애물의 출연 양태를 미리 설정된 난이도에 따라 조정하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
제 24 항에서,
상기 가상 이미지는 횡단 보도인 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
제 19 항에서,
상기 가상 보행 환경 정보는 상기 훈련자의 곡선 보행을 유도하는 곡선 보행 경로 구간을 포함하고,
곡선 보행 경로 구간의 개수 및 곡률과 상기 장애물의 출연 양태를 미리 설정된 난이도에 따라 조정하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
삭제
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제 19 항에서,
상기 제어부는 상기 감지된 비정상적 보행 패턴을 정상적 보행 패턴으로 유도하는 보행 훈련 프로그램을 실행시키는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
제 20 항에서,
상기 보행 감지부에서 감지된 일 측의 발자국 위치를 기준으로 다음 보행 가이드를 위한 반대 측 발자국 패턴을 상기 훈련자의 훈련 난이도에 맞추어 일정 위치에 투사하게 하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
제 20 항에서,
상기 보행 감지부에서 감지된 일 측의 발자국 위치를 기준으로 다음 보행 가이드를 위한 반대 측 발자국 패턴을 상기 훈련자의 훈련 난이도에 맞추어 상기 훈련자와 상기 이동체 사이의 일정 위치에 투사하게 하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
보행 훈련 프로그램의 난이도를 설정받는 단계,
훈련자의 보행 훈련을 유도하는 가상 보행 환경 정보를 투사하는 단계,
상기 훈련자의 보행 동작을 감지하는 단계, 그리고
상기 감지된 훈련자의 보행 동작에 따라 상기 가상 보행 환경 정보를 변경하는 보행 훈련 프로그램을 실행하는 단계
를 포함하고,
상기 가상 보행 환경 정보는 가상 공간을 이루는 배경과 상기 가상 공간에 출연하는 보행 훈련 객체를 포함하며,
상기 보행 훈련 객체는 미리 설정된 난이도에 따라 상기 훈련자의 보행 동작을 방해하는 가상의 장애물 또는 상기 훈련자가 미리 정해진 보폭으로 보행하도록 유도하는 보행 유도 객체를 포함하고,
상기 가상 보행 환경 정보가 투사되는 투사면의 조도가 미리 정해진 기준 이상이고, 상기 투사면의 바닥 패턴이 미리 정해진 기준 이상으로 복잡하면, 상기 가상 보행 환경 정보의 배경색을 바닥보다 상대적으로 어두운 단색으로 처리하고, 보행 훈련 객체는 상기 배경색과 대비되는 보색으로 처리하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
제 33 항에서,
상기 가상 보행 환경 정보가 투사되는 투사면의 조도가 미리 정해진 기준 이상이고, 상기 투사면의 바닥 패턴이 미리 정해진 기준 이상으로 복잡하지 않으면, 상기 가상 보행 환경 정보의 배경색을 바닥보다 상대적으로 밝은 단색으로 처리하고, 보행 훈련 객체는 상기 배경색과 대비되는 보색으로 처리하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
보행 훈련 프로그램의 난이도를 설정받는 단계,
훈련자의 보행 훈련을 유도하는 가상 보행 환경 정보를 투사하는 단계,
상기 훈련자의 보행 동작을 감지하는 단계, 그리고
상기 감지된 훈련자의 보행 동작에 따라 상기 가상 보행 환경 정보를 변경하는 보행 훈련 프로그램을 실행하는 단계
를 포함하고,
상기 가상 보행 환경 정보는 가상 공간을 이루는 배경과 상기 가상 공간에 출연하는 보행 훈련 객체를 포함하며,
상기 보행 훈련 객체는 미리 설정된 난이도에 따라 상기 훈련자의 보행 동작을 방해하는 가상의 장애물 또는 상기 훈련자가 미리 정해진 보폭으로 보행하도록 유도하는 보행 유도 객체를 포함하고,
상기 가상 보행 환경 정보를 투사하는 프로젝터부와 상기 훈련자의 보행 동작을 감지하는 보행 감지부를 장착한 이동체가 상기 훈련자의 이동에 따라 움직이며,
상기 가상 보행 환경 정보를 상기 프로젝터부에서 지면에 투사되는 거리가 멀어질수록 높은 압축률을 적용하여 변환하여 투사되게 하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.
제 19 항에서,
상기 보행 유도 객체의 미리 정해진 부분을 다른 부분보다 진하게 표시되게 하는 가상현실 기반 보행 훈련 방법.