KR102320960B1

KR102320960B1 - 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템

Info

Publication number: KR102320960B1
Application number: KR1020210057367A
Authority: KR
Inventors: 이다인; 이가영
Original assignee: 이다인; 이가영
Priority date: 2021-05-03
Filing date: 2021-05-03
Publication date: 2021-11-02

Abstract

본 발명은 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자 단말기를 통해서 사용자가 정확한 동작으로 홈 트레이닝 할 수 있는 동작 안내 및 교정 시스템에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은 상기 홈 트레이닝 동작 영상 데이터를 제공하는 사용자 단말기와, 상기 홈 트레이닝을 수행하는 사용자의 운동 동작을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라로부터 촬영된 사용자의 체형 정보를 추출하여 사용자의 실제 모습과 체형에 맞는 만들어진 가상의 사용자 체형에 신체 부위별 색상이 달리 구현되는 부위별 컬러 가이드를 생성하는 사용자 체형 생성부와, 상기 사용자 단말기 화면에서 보여주는 상기 부위별 컬러 가이드의 동작 자세를 따라서 운동하는 사용자의 동작 자세에 대한 정확도를 판단하는 동작 자세 판정부를 포함한다. 이로 인해 사용자는 신체 부위별로 색상이 달리 구현되는 부위별 컬러 가이드를 따라 운동하게 되므로 각 신체 부위가 어느 위치에서 어떻게 움직여야 하는지 구분하여 정확히 파악할 수 있어 정확하고 바른 자세로 동작을 수행할 수 있다.

Description

사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템{Personalized home training behavior guidance and correction system}

본 발명은 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스마트폰 또는 스마트 워치를 통해서 사용자가 정확한 동작으로 홈 트레이닝 할 수 있는 동작 안내 및 교정 시스템에 관한 것이다.

최근 들어 현대인은 신체 활동이 감소하면서 운동 부족으로 인해 비만과 같은 성인병이 증가하고 있다. 이에 따라 신체 건강을 유지하기 위해 요가 또는 피트니스 등에 대한 관심이 증가하는 추세이다. 이러한 전문적인 운동은 전문장비가 구비된 운동 센터에서 전문 강사의 지도를 통해 이루어지게 되나, 바쁜 일상 때문에 운동 센터에 찾아가 정기적으로 전문 강사의 지도를 받기 어렵고, 비싼 강습료로 인해 운동을 지속하기가 매우 어려운 실정이다.

최근 코로나19 팬데믹 이후 가급적 비대면으로 모든 활동들이 진행되고 있는 만큼 다른 사람들과의 접촉 없이 혼자 할 수 있도록 도움을 주는 언택트 기술들이 주목을 받고 있다.

개인 운동과 관련한 언택트 기술에 있어서는 스마트 디바이스를 이용하여 전문 트레이너 없이 가정에서 사용자가 혼자 운동을 할 수 있는 홈 트레이닝(Home Training)이 도입되고 있으나, 일괄적으로 정해진 운동 코스 및 동작을 수행하게 되므로 실질적인 운동 효과를 보기 어렵고, 잘못된 자세의 운동으로 인해 오히려 부상을 초래할 수 있으며, 사용자가 홈 트레이닝을 중도에 쉽게 포기해버리는 경우가 많은 문제점이 있었다.

또한, 기존의 홈 트레이닝 서비스는 동영상으로만 전문 강사의 동작 안내를 해주는 경우가 대다수이다. 물론 운동 경험이 많은 사람들에게는 쉽게 동작을 따라할 수 있지만, 초보자일 경우 동작이 다소 어렵게 느껴질 수 있는 문제점이 있다.

또한, 홈 트레이닝을 경험해본 사람이라면 자신의 자세를 직접적으로 보기가 힘들며, 거울이나 홈 트레이닝 서비스를 제공하는 스마트폰으로 운동을 하더라도 주기적으로 거울 또는 화면을 보면서 운동을 하는 것에 대해 어려움이 있는 문제가 있었다. 즉 사용자들이 자신의 자세를 확인하기 위해 계속하여 거울이나 스마트폰 방향으로 고개를 돌리는 것에 의해 자세 불안정과 불편함을 겪게 되는 문제점이 있다.

한국등록특허공보 제10-2096476호 한국등록특허공보 제10-2141288호

본 발명은 앞서 언급한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 스마트폰 또는 스마트 워치 등의 화면에서 사용자의 실제 체형에 맞게 만들어진 부위별 컬러 가이드를 통해 본인의 운동자세가 정확한지를 직관적으로 확인할 수 있는 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템은, 상기 홈 트레이닝 동작 영상 데이터를 제공하는 사용자 단말기와, 상기 홈 트레이닝을 수행하는 사용자의 운동 동작을 촬영하는 카메라와, 상기 카메라로부터 촬영된 사용자의 체형 정보를 추출하여 사용자의 실제 모습과 체형에 맞는 만들어진 가상의 사용자 체형에 신체 부위별 색상이 달리 구현되는 부위별 컬러 가이드를 생성하는 사용자 체형 생성부와 상기 사용자 단말기 화면에서 보여주는 상기 부위별 컬러 가이드의 동작 자세를 따라서 운동하는 사용자의 동작 자세에 대한 정확도를 판단하는 동작 자세 판정부 및 상기 동작 자세 판정부에 의한 판정 결과를 사용자에게 제공하는 판정 처리 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 부위별 컬러 가이드는 미리 정해진 운동의 기준 동작 정보에 의해 동작된다.

이에 의해, 상기 동작 자세 판정부는 상기 카메라를 통해 촬영된 사용자의 동작과 상기 미리 정해진 운동의 기준 동작 정보와 비교하여 사용자 운동 동작의 정확도를 판단하게 된다.

또한, 상기 동작 자세 판정부로부터 상기 사용자가 취한 운동 자세 중에서 기준 동작 자세와 일치하지 않은 부위가 판정되는 경우에, 상기 판정 처리 제어부는 상기 부위별 컬러 가이드에서 운동 자세가 일치하지 않는 부위에 해당되는 색 이미지를 깜빡임으로 보여주어 사용자의 직관적인 판단이 가능하도록 하는 것이다.

여기서, 상기 판정 처리 제어부는 상기 일치하지 않는 자세의 부위가 주요 동작을 수행하는 부위인 경우에 상기 컬러 가이드가 멈추면서 일치하지 않는 부위에 해당하는 색 이미지를 깜빡임으로 계속 보여준다.

그리고 상기 판정 처리 제어부는 상기 일치하지 않는 자세의 부위가 주요 동작을 수행하는 부위가 아닌 경우에 상기 컬러 가이드가 멈춰지지 않고 일치하지 부위에 해당하는 색 이미지를 일시적인 깜빡임으로 보여준다.

또한, 상기 사용자 단말기의 화면에 상기 부위별 컬러 가이드의 운동 동작과 상기 카메라를 통해 촬영된 사용자의 운동 동작이 오버레이(overlay)되게 보여준다.

한편, 상기 부위별 컬러 가이드는 사용자의 신체에 착용되는 스마트 워치 화면을 통해서도 구현된다.

나아가, 상기 사용자 운동 자세 정보를 수집하는 사용자 동작정보 DB를 더 포함하고, 상기 판정 처리 제어부는 상기 사용자 동작정보를 통해 해당 운동 종목의 각 세트 별로 잘 못된 자세에 대한 횟수를 카운트하여 알려준다.

이때, 상기 판정 처리 제어부는 사용자의 신체 부위별로 잘못된 횟수를 카운트하여 알려줄 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 홈 트레이닝을 수행함에 있어 사용자의 신체와 맞는 체형의 동작 가이드를 사용함으로써 사용자는 더욱 직관적으로 동작을 따라할 수 있다.

둘째, 사용자는 신체 부위별 색상이 달리 구현되는 부위별 컬러 가이드를 따라 운동하게 되므로 각 신체 부위가 어느 위치에서 어떻게 움직여야 하는지 구분하여 정확히 파악할 수 있어 정확하고 바른 자세로 동작을 수행할 수 있다.

셋째, 자신의 손목에 착용한 스마트 워치를 통해 운동 중에도 자신의 자세를 지속적으로 확인할 수 있어 운동에 집중할 수 있고, 잘 못된 동작에 대해서는 사용자 신체에 진동으로 알려주기 때문에 보다 더 바른 자세에 집중할 수 있어 운동 효과를 극대화할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템의 주요 구성에 대한 기능 블록으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에 의한 사용자 단말기의 카메라를 통해 사용자의 신체가 나올 수 있도록 조절하는 상태를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에 의해 사용자 실제 체형으로부터 부위별 컬러 가이드가 구현된 것을 보여주기 위한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에 의해 사용자가 부위별 컬러 가이드를 따라 운동하는 동작 상태를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에서 구현되는 홈트체킹 앱을 도시한 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템의 전체 흐름 과정을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에서 구현되는 스마트 워치를 도시한 도면
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에서 판정 결과에 대한 데이터를 가공하여 사용자에게 맞춤형 정보를 알려주는 결과물을 도시한 도면

본 발명은 스마트폰과 같은 사용자 단말기 또는 사용자 신체에 착용되는 스마트 워치와 같은 웨어러블 기기를 통해서 사용자가 정확한 동작으로 홈 트레이닝을 수행할 수 있도록 도와주는 서비스 시스템이다. 본 발명에서 제공하는 서비스 시스템은 사용자들에게 자세 확인 및 교정 기능과 인공지능의 빅데이터 분석을 통한 맞춤형 추천 운동 기능을 제공한다.

상술한 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 수단 및 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 특허청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템을 설명하기 위한 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템의 주요 구성에 대한 기능 블록으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에 의한 사용자 단말기의 카메라를 통해 사용자의 신체가 나올 수 있도록 조절하는 상태를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에 의해 사용자 실제 체형으로부터 부위별 컬러 가이드를 구현된 것을 보여주기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에 의해 사용자가 부위별 컬러 가이드를 따라 운동하는 동작 상태를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템은, 크게 사용자 단말기(10), 카메라(20), 사용자 체형 생성부(30), 동작 자세 판정부(50) 및 판정 처리 제어부(60)를 포함한다.

상기 사용자 단말기(10)는 화면을 통해 특정 운동의 기준 동작 자세와 사용자의 운동 동작 자세 등의 일정한 정보를 화면을 통해 사용자에게 제공하는 장치이다. 예컨대, 사용자 단말기(10)는 스마트폰, 태블릿, PC, 게임 콘솔 등과 같은 다양한 장치일 수 있다. 여기서, 기준 동작 자세는 전문 트레이너의 운동 자세를 사전에 인공지능으로 분석한 데이터에 의해 구현된다. 본 발명에서는 사용자 체형에 맞게 만들어진 부위별 컬러 가이드(40)에 의해 기준 동작 자세가 구현된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

상기 카메라(20)는 사용자의 체형과 실제 운동 동작을 촬영하고, 촬영되는 사용자 체형과 운동 동작의 영상 데이터를 제공하는 동작 감지 구성이다. 이러한 카메라(20)는 비접촉식 ToF(Time-of-Flight) 방식의 깊이 카메라 또는 RGB 카메라로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 비접촉식 ToF(Time-of-Flight) 방식의 깊이 카메라는 적외선의 반사 시간 차이를 이용한 ToF(Time-of-flight) 방식의 깊이 카메라로서, 레이저나 적외선을 객체나 대상 영역에 비추어 되돌아오는 광선을 받아 시간 차이를 계산하는 ToF 방식으로 거리 정보를 계산할 수 있다. 이러한 카메라(20)는 CCD 카메라 영상 화소 단위로 깊이 정보를 얻을 수 있고, 3D 객체 인식의 움직이는 객체의 실시간 깊이 정보를 모으는 데 활용되는 깊이 카메라로 이해될 수 있다.

상기 사용자 체형 생성부(30)는 사용자 체형을 반영한 2D 또는 3D 아바타를 생성하는 구성이다. 구체적으로 상기 카메라(20)로부터 촬영되어 제공되는 사용자 신체의 영상 데이터로부터 사용자 체형에 맞게 만들어진 가상의 사용자 체형을 생성하는 구성이다. 이러한 사용자 체형 생성부(30)는 뼈대 예측 딥러닝 모델인 오픈 포즈(Open Pose)를 인체의 특정 위치의 관절을 인식하고 뼈대로 연결하여 사용자의 신체에 대한 정보를 파악할 수 있다. 이후 사용자 체형 생성부(30)는 검출된 사용자 신체 골격 정보를 기반으로 하는 가상의 사용자 체형을 생성한다. 예를 들어, 카메라를 통해 스캔된 사용자 체형 정보 및 골격 정보를 2D 또는 3D 모델링 기술과 연계하여 사용자 체형에 맞는 운동 가이드를 생성할 수 있다.

본 발명에서는 사용자 체형 생성부(30)에 의해 생성된 가상의 사용자 체형 아바타가 신체 부위의 관절을 기준으로 각각 다른 색으로 구현되는 부위별 컬러 가이드(40)가 생성된다. 구체적으로 부위별 컬러 가이드(40)는 사용자 신체 부위의 관절을 기준으로 얼굴, 몸통, 왼팔, 오른팔, 왼다리 및 오른다리가 서로 다른 색으로 구현된다. 운동 종목에 따라서는 각 부위별로도 서로 다른 색으로 더욱 세부화 될 수 있다. 예를 들어, 하체의 움직임이 중요한 스쿼트 운동에서는 왼다리 및 오른다리에서 무릎을 중심으로 허벅지 부위와 정강이 부위를 서로 다른 색으로 구현될 수 있다.

한편, 상기 부위별 컬러 가이드(40)는 미리 정해진 운동의 기준 동작 정보에 의해 동작된다. 여기서 기준 동작 정보는 해당 운동 종목의 전문 트레이너의 운동 자세를 사전에 분석한 값으로 기준 동작 DB(70)에 저장되어 있다. 이러한 기준 동작 정보에는 해당 운동에 따른 부위별 컬러 가이드의 각 관절에 대한 위치, 각도 및 속도 등과 관련한 행동 데이터 세트로 저장된다.

상기 동작 자세 판정부(50)는 카메라(20)를 통해 촬영된 사용자의 동작과 기준 동작 DB(70)에 저 장된 해당 운동 종목의 기준 동작 정보와 비교하여 사용자 운동 동작의 정확도를 판단할 수 있다. 구체적으로 동작 자세 판정부(50)는 카메라(20)로부터 추출된 스켈레톤 데이터를 이용하여 운동 종목 사용자의 동작을 분석하고, 분석된 운동 종목 사용자의 동작과 미리 설정된 기준 동작을 비교하여 동작의 정확도를 측정할 수 있다. 동작의 정확도는 사용자의 자세와 기준 동작 자세와의 일정 오차 범위를 기준으로 정할 수 있다. 예를 들어, 오차 범위가 10% 이하인 경우에는 정확한 자세로 판단하고, 오차 범위가 10% 이상인 경우에는 오류 자세로 판단할 수 있다. 이러한 오차 범위는 운동 종목마다 다를 수 있으며, 같은 종목일지라도 신체 부위별로 달리 판단할 수 있다. 예를 들어, 하체의 움직임이 중요한 스쿼트 운동에서는 다리 부위의 오차 범위를 10% 이하로 정하고 상체의 부위는 20% 이하로 정할 수도 있다.

상기 판정 처리 제어부(60)는 상기 동작 자세 판정부(50)의 판정 결과를 사용자에게 제공하는 제어 구성이다. 즉, 판정 처리 제어부(60)는 사용자가 취한 운동 자세 중에서 기준 동작 자세와 일치하지 않은 부위가 판정되는 경우에 이를 사용자에게 알려주도록 제어하는 구성이다. 본 발명에서는 사용자의 자세가 올바르지 않는 경우에 부위별 컬러 가이드(40)에서 운동 자세가 일치하지 않는 부위에 해당되는 색 이미지를 깜빡임으로 보여 준다. 이로 인해 사용자는 운동 자세 중에서 올바르지 않은 부위를 직관적이면서도 정확하게 파악할 수 있어 정확하고 바른 자세로 동작을 수행할 수 있다.

한편, 판정 처리 제어부(60)는 같은 운동 종목일지라도 신체 부위별로 달리 사용자에게 알려줄 수 있다. 즉, 사용자의 일치하지 않는 자세의 부위가 주요 동작을 수행하는 부위가 아닌 경우에 부위별 컬러 가이드(40)가 멈춰지지 않고 일치하지 부위에 해당하는 색 이미지를 일시적인 깜빡임으로 보여준다. 그런데 일치하지 않는 자세의 부위가 주요 동작을 수행하는 부위인 경우에 부위별 컬러 가이드(40)가 동작을 멈추면서 일치하지 않는 부위에 해당하는 색 이미지를 깜빡임으로 화면에 계속 보여 준다. 예를 들어, 스쿼트 운동을 할 때, 스쿼트의 주요 동작은 엉덩이를 내리는 것이다. 이때, 사용자가 엉덩이를 기준 동작 자세에 비해 덜 내리는 경우에 부위별 컬러 가이드의 동작이 멈추어지면서 엉덩이 부분에 해당하는 색 이미지를 계속적으로 깜빡이는 방식이다. 한편 스쿼트 운동을 할 때 허리의 자세는 피는 것은 상대적으로 덜 중요할 수 있다. 따라서 허리 부위에서 자세의 오류가 발생하는 경우에는 부위별 컬러 가이드가 동작을 멈추지는 않고 허리에 해당하는 색 이미지가 일시적으로 깜빡이는 방식이다.

상술한 구성들은 사용자 단말기(10)에 설치된 홈트체킹 어플리케이션(100, 이하, ‘홈트체킹 앱’이라 한다.)에 의해 구현된다. 도 5는 이러한 홈트체킹 앱을 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 상기 홈트체킹 앱(100)은 크게 오늘의 운동, 추천 운동, 마이페이지, 검색, 설정 등의 화면을 포함하고, 오늘의 운동은 운동시작, 체형 인식화면, 운동화면 및 해당 운동 레프트화면으로 구성되어 진다. 그리고 마이페이지 화면은 개인운동이 기록되는 화면 등이 포함되어 질 수 있다.

상술한 홈트체킹 앱(100)의 주요 기능을 보다 구체적으로 설명하면, 사용자는 ‘오늘의 운동’으로 운동 시작 전에 본인이 그날 할 운동을 미리 설정해두어 메인 화면에 띄움으로써, 자신이 계획한 운동을 한눈에 확인할 수 있다. 또한 ‘추천 운동’으로 사용자의 취약점 및 개선할 신체부위 등을 종합적으로 앱 내에서 분석하여 사용자에게 적합한 운동을 추천받을 수 있다. 그리고 ‘마이페이지’로 사용자의 개인 운동 기록 및 취약점 등을 확인할 수 있도록 되어있다. ‘검색’항목으로 사용자가 직접 운동 종목 또는 운동 자세를 검색할 수도 있다. ‘설정’항목으로 앱 내의 다양한 기능 또는 사용자의 신체 정보 등을 설정할 수 있다.

사용자는 홈트체킹 앱(100)에서 운동 종목을 클릭하게 되면 해당 운동의 횟수 및 운동 속도 등을 조절할 수 있고, 이를 확인한 사용자는 운동 시작을 누른다. 본격적인 운동이 시작되기 전, 홈트체킹 앱(100)에서는 사용자의 동작을 원활하게 인식을 할 수 있도록 사용자에게 두 가지의 행동을 유도한다. 먼저 사용자의 전체 체형을 측정하기 위해 화면 내에 나타난 팔과 다리를 벌리는 자세를 취하게 유도한다. 그리고 사용자의 앞모습 뿐 아니라 옆모습이나 뒷모습 등 여러 모습을 확인하기 위해 사용자는 제자리에서 360도를 회전하는 자세를 취한다. 측정 후 홈트체커 앱(100)은 사용자 단말기(10)에 구비된 사용자 체형 생성부(30)를 통해 사용자의 관절을 기준으로 부위별 컬러 가이드(40)를 화면에 나타내면서 본격적인 운동이 시작된다. 사용자는 화면 내의 부위별 컬러 가이드(40)의 동작에 맞추어서 운동을 한다. 운동 후, 사용자는 마이 리포트를 통해 자신의 취약점 및 피드백을 확인할 수 있다.

이하에서는 상술한 구성으로 이루어진 본 발명의 전체 프로세스를 도 1 내지 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 관련하여, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템의 처리 흐름 과정을 도시한 도면이다.

사용자는 스마트폰(사용자 단말기:10)에서 제공하는 홈트체킹 앱(100)을 실행한 후, 스마트폰(10)을 한 구석에 세워 카메라(20) 또는 스마트폰에 내장된 카메라(20)를 통해 자신의 신체가 화면에 나올 수 있도록 조절을 한다(도 6의 S10 단계). 이를 바탕으로 해당 앱이 사용자의 체형을 인식을 하고, 신체의 부위별 특성에 관한 데이터가 수집되어 부위별 컬러 가이드가 2D 또는 3D 형태로 다음과 같이 만들어 진다.

그리고 사용자 단말기(10)는 카메라(20)를 통해 사용자의 신체에 대한 정보를 수집한다(도 6의 S20 단계). 구체적으로 사용자가 서 있는 위치, 카메라(20)의 각도에 대한 정보를 수집한다. 이는 카메라(20)를 통해 사용자 체형 생성부(30)에서 사용자 신체를 파악 및 분석하기 위함이다. 사용자 신체 정보에 따라 개개인의 체형에 관한 구체적인 데이터를 수집한다. 그리고 사용자 주위 배경과 피사체를 분리하여 본뜬다. 구체적으로 배경 제거 알고리즘 SIFT(Scale Invariant Feature Transform)을 통해 모션 벡터를 추출하여 배경과 전경을 분리한다. 여기서 사용되는 SIFT는 기존 영상 크기 변화에 민감하거나 흑백 영상에서만 작동하는 다른 알고리즘에 비해 성능이 우수하여 해당 기능을 구현하기에 적합하다.

다음으로, 뼈대 예측 딥러닝 모델인 오픈포즈(Open Pose)를 통해 신체의 뼈대를 추출한다. 오픈포즈(Open Pose)는 인체의 특정 위치의 관절을 인식하고 뼈대로 연결하여 사용자의 신체에 대한 정보를 파악할 수 있는 모델이다. 인공 지능이 위의 기술들을 종합하여 신체의 부위를 관절 기준으로 나눈다. 그리고 관절 기준으로 구분되는 2D 또는 3D 사용자 체형에 색상 구현 알고리즘을 통해 각각 다른 색으로 표현된 부위별 컬러 가이드(40)를 생성한다(도 6의 S30 단계).

사용자 신체의 뼈대를 추출한 후에 사용자의 실제 모습과 체형에 맞게 만들어진 부위별 컬러 가이드(40)를 화면에 겹쳐서 보여준다(도 6의 S40 단계). 필요한 경우에는 화면에 사용자 실제 모습과 부위별 컬러 가이드(40)들 분할해서 보여줄 수도 있다. 즉 실제 모습과 부위별 컬러 가이드(40)가 화면의 좌우에 각각 배치되게 보여줄 수 있다. 이로 인해 사용자는 화면에서 보여주는 자신의 실제 운동 자세와 기준 자세를 제공하는 부위별 컬러 가이드(40)의 운동 자세가 1개의 화면에 오버레이(overlay)되어 사용자가 보다 흥미를 가지고 정확하게 운동할 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명에서는 부위별 컬러 가이드(40)가 사용자의 스마트폰(10) 화면에 보여주거나, 또는 사용자가 자신의 자세를 가까이 볼 수 있도록 스마트 워치(90) 화면에서도 보여줄 수 있다. 스마트워치의 사용에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

사용자가 자신의 체형에 맞는 부위별 컬러 가이드(40)를 따라 운동을 수행하는 중에 사용자의 자세가 올바른지에 대한 정보를 알려준다(도 6의 S50 및 S60단계). 정자세일 경우, 즉 사용자의 자세가 기존에 구축된 자세 데이터와 일치할 경우, 스마트 워치(90)에 진동이 울리면서 카운트 소리가 울린다(도 6의 S70단계). 오류 자세일 경우, 즉 사용자의 자세가 기존에 구축된 자세 데이터와 일치하지 않을 경우, 신체의 어떤 부위가 오류인지 인공지능이 판단하여 음성으로 지적한다. 이때, 사용자가 취한 운동 자세 중 기존에 구축된 데이터와 일치하지 않은 부위를 감지하여, 앞서 설명한 바와 같이 그 부위에 해당되는 색 이미지를 깜빡임으로 보여주어 사용자의 직관적인 판단이 가능하도록 할 수 있다(도 6의 S80단계).

한편, 본 발명에서는 사용자의 운동 취약점을 빅데이터로 수집하여 다음 동작에 유의할 점을 미리 알려줄 수 있는 서비스를 제공한다. 이를 위해 사용자 동작 DB(80)에서는 사용자가 취하는 운동 자세의 데이터를 수집한다. 실제 운동을 하는 과정에서 사용자의 취약점을 판단하여 운동을 끝마쳤을 때, 도 8에 도시된 바와 같이 레포트 형식으로 취약점과 개선 방향을 제시해준다. 보다 구체적으로, 사용자의 운동자세가 ‘오류 자세’일 경우, 판정 처리 제어부(60)에서는 신체 부위별로 잘못된 횟수를 도 8에 도시된 표와 같은 데이터 형식으로 저장된다. 이러한 사용자 운동 자세의 데이터를 통해 사용자의 취약점 개선에 도움을 주는 추천 운동을 제시해줄 수 있다. 여기서 추천 방식은 앞 단계에서 누적 합계된 사용자의 취약점과 관련된 데이터를 활용하여 이루어진다. 이를 위해서 ‘컨텐츠 기반 필터링’이라는 기법이 사용되는데, 이는 각각 운동이 어떤 부위를 개선시켜주는지 항목 분석을 통해 추천해주는 알고리즘이다.

또한, 본 발명에서는 의학 전문가들이 구축해 둔 각종 데이터베이스를 기반으로 사용자의 취약 부위에 대해서 구체적으로 근력이 부족한지 혹은 유연성이 부족한지 등에 대한 정보를 알려줄 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 집 안에 설치된 사용자 단말기(10) 화면에서 보여주는 사용자 체형에 맞는 부위별 컬러 가이드(40)를 통해 운동 자세를 직관적으로 볼 수 있다는 특징이 있다. 기존의 홈 트레이닝 서비스는 앞서 언급한 바와 같이 전문 강사의 동작 사진 및 동영상으로만 동작 안내를 해주는 경우가 대다수이다. 물론 운동 경험이 많은 사람들에게는 쉽게 동작을 따라 할 수 있지만, 초보자일 경우 다소 동작이 어렵게 느껴질 수 있다. 본 발명에서는 이들을 위해 사용자의 신체를 감지하여 그에 맞는 부위별 컬러 가이드(40)를 제시하는 형태로 안내한다. 이는 사용자로 하여금 운동 자세를 직관적으로 보여주어 따라 하기 쉽게 하는 장점이 있다. 또한, 사용자들은 부위별 컬러 가이드(40)의 동작을 맞추려고 하는 과정에서 흥미를 가질 수 있다. 다시 말해, 사용자들은 부위별 컬러 가이드(40)의 동작을 보면서 어떤 신체 부위가 어느 위치에서 어떻게 움직여야 하는지 쉽게 파악할 수 있어 정확하고 바른 자세로 동작을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 스마트 워치(90)와도 연동하여 운동하는 모습을 스마트 워치(90)의 화면을 통해 볼 수 있도록 하였다(도 7 참조). 홈 트레이닝을 경험해본 사람이라면 자신의 자세를 직접적으로 보기 힘든 적이 있을 것이다. 거울이나 홈 트레이닝 스마트폰으로 운동을 하더라도 주기적으로 거울 또는 화면을 보면서 운동을 하는 것에 대해 어려움이 있게 된다.

본 발명에서는 이를 해결하기 위해 앱과 웨어러블 서비스를 연결하여 스마트폰 화면이 그대로 스마트 워치(90) 화면과 공유하는 기술을 제공한다. 예를 들어 윗몸 일으키기나 플랭크와 같은 동작들은 실제로 동작을 하면서 스마트폰 화면을 보는 것이 힘들 수 있다. 이때, 사용자는 자신의 손목에 있는 스마트 워치(90)를 보면서 자신의 자세를 지속적으로 확인할 수 있다. 이러한 방식은 사용자들이 자신의 자세를 확인하기 위해 계속 거울이나 스마트폰 방향으로 고개를 돌리는 것에 의해 자세 불안정과 불편함을 동시에 해소할 수 있다. 또한 사용자가 운동을 수행하면서 자세가 올바르지 않은 경우에 스마트 워치를 통해 사용자 몸에 직접 진동을 주면서 알려주기 때문에 사용자들은 보다 더 바른 자세의 동작에 집중할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 자신의 손목에 착용한 스마트 워치를 통해 자신의 자세를 지속적으로 확인할 수 있어 운동에 집중할 수 있고, 잘못된 동작에 대해서는 사용자 신체에 진동으로 알려주기 때문에 보다 더 바른 자세에 집중할 수 있어 운동 효과를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시는 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

10 : 사용자 단말기 20 : 카메라
30 : 사용자 체형 생성부 40 : 부위별 컬러 가이드
50 : 동자 자세 판정부 60 : 판정 처리 제어부
70 : 기준 동작 DB 80 : 사용자 동작 DB
90 : 스마트 워치 100 : 홈트체킹 앱

Claims

상기 홈 트레이닝 동작 영상 데이터를 제공하는 사용자 단말기; 상기 홈 트레이닝을 수행하는 사용자의 운동 동작을 촬영하는 카메라; 상기 카메라로부터 촬영된 사용자의 체형 정보를 추출하여 사용자의 실제 모습과 체형에 맞는 만들어진 가상의 사용자 체형에 신체 부위별 색상이 달리 구현되면서 미리 정해진 운동의 기준 동작 정보에 의해 동작되는 부위별 컬러 가이드를 생성하는 사용자 체형 생성부; 상기 사용자 단말기 화면에서 보여주는 상기 부위별 컬러 가이드의 동작 자세를 따라서 운동하는 사용자의 동작 자세에 대한 정확도를 판단하되, 상기 카메라를 통해 촬영된 사용자의 동작과 상기 미리 정해진 운동의 기준 동작 정보와 비교하여 사용자 운동 동작의 정확도를 판단하는 동작 자세 판정부; 및 상기 동작 자세 판정부에 의한 판정 결과를 사용자에게 제공하는 판정 처리 제어부;를 포함하는 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템에 있어서,
상기 동작 자세 판정부로부터 상기 사용자가 취한 운동 자세 중에서 기준 동작 자세와 일치하지 않은 부위가 판정되는 경우에, 상기 판정 처리 제어부는 상기 부위별 컬러 가이드에서 운동 자세가 일치하지 않는 부위에 해당되는 색 이미지를 깜빡임으로 보여주되,
상기 판정 처리 제어부는 상기 일치하지 않는 자세의 부위가 주요 동작을 수행하는 부위인 경우에 상기 부위별 컬러 가이드가 멈추면서 일치하지 않는 부위에 해당하는 색 이미지를 깜빡임으로 계속 보여주고, 상기 일치하지 않는 자세의 부위가 주요 동작을 수행하는 부위가 아닌 경우에 상기 부위별 컬러 가이드가 멈춰지지 않고 일치하지 않는 부위에 해당하는 색 이미지를 일시적인 깜빡임으로 보여주며,
상기 부위별 컬러 가이드가 사용자의 신체에 착용되는 스마트 워치 화면을 통해서 구현될 때, 사용자의 자세가 기존에 구축된 자세 데이터와 일치할 경우 상기 스마트 워치(90)에 진동이 울리면서 카운트 소리가 울리고, 사용자의 자세가 기존에 구축된 자세 데이터와 일치하지 않을 경우 상기 스마트 워치에 진동이 울리면서 신체의 어떤 부위가 오류인지 인공지능이 판단하여 음성으로 지적하는 것을 특징으로 하는 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 사용자 단말기의 화면에 상기 부위별 컬러 가이드의 운동 동작과 상기 카메라를 통해 촬영된 사용자의 운동 동작이 오버레이(overlay)되는 것을 특징으로 하는 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템.
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청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
상기 사용자 운동 자세 정보를 수집하는 사용자 동작정보 DB를 더 포함하고, 상기 판정 처리 제어부는 상기 사용자 동작정보를 통해 해당 운동 종목의 각 세트 별로 잘 못된 자세에 대한 횟수를 카운트하여 알려주는 것을 특징으로 하는 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 판정 처리 제어부는 사용자의 신체 부위별로 잘못된 횟수를 카운트하여 알려주는 것을 특징으로 하는 사용자 신체 맞춤형 홈 트레이닝 동작 안내 및 교정 시스템.