KR102355511B1 - Vr기반 인지 훈련 시스템 - Google Patents

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Abstract

상기의 과제를 해결하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은,
VR기반 콘텐츠가 구동되는 키오스크(100); 상기 키오스크(100)로부터 데이터를 전송받아 상기 VR기반 콘텐츠가 시각적으로 구현되는 VR디스플레이부(200); 사용자의 손 움직임을 감지하여 상기 VR기반 콘텐츠를 조작하는 VR장갑부(300); 사용자의 발 움직임을 감지하여 상기 VR기반 콘텐츠를 조작하는 VR의자부(400); 사용자의 뇌파를 감지하고 분석하는 뇌파연동부(500); 를 포함하되,
사용자는 상기 VR디스플레이부(200)와 상기 VR장갑부(300)를 착용하고 상기 VR의자부(400)에 앉아서 상기 VR기반 콘텐츠에 따라 훈련을 하면, 상기 뇌파연동부(500)에서 훈련 시 사용자의 뇌파를 감지하고 분석하여 상기 키오스크(100)에서 상기 훈련의 효과가 모니터링되는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
이에 따라, 본 개시의 따른 VR기반 인지 훈련 시스템은 가상현실 프로그램을 활용하여 사용자가 원하는 시간과 장소에서 훈련을 할 수 있다는 이점이 있다.

Description

VR기반 인지 훈련 시스템 {VR-Based Recognition Training System}
본 명세서에 개시된 내용은 인지 훈련 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 VR 장치를 활용하여 우울증 및 불면증 해소를 위한 인지 훈련을 하는 시스템에 관한 것이다.
가상현실이란 컴퓨터를 이용하여 구축한 가상공간(Virtual Environmental)속에서 인간감각계(sensory system)와의 상호작용을 통해 물리적, 공간적 제약에 의해 현실세계에서는 직접 경험하기 어려운 상황을 간접체험 할 수 있도록 만든 정보활동 분야이다. 가상현실을 구현해 내는 시스템들이 사용자의 시점과 동작이 실현되는 가상의 환경을 제공하게 되면 일반적으로 사용자의 시점이나 동작의 변화를 가상의 공간에서 실제로 행하거나 가상현실공간에서 인간의 신체를 대신하여 행위를 수행하는 존재를 통하여 그 환경을 경험한다.
가상·증강현실 전문가들과 경제학자들은 이 시장규모를 52억 달러에서 2020년 1620억 달러(190조 원)까지 증가할 것으로 예측한다. 또 인공지능과 함께 4차 산업혁명을 이끌 수 있는 유망기술로 전망한다. 가상현실 환경에서 인터랙션 디바이스들은 입력용 센서 장치를 기반으로 사용자의 다양한 정보를 인식하기 위해 사용되어져 왔다. 예를 들어, 가상 스크린에서 공이 골프채에 맞자마자, 골프채에 부착된 공간 인지 모션 센서가 사용자의 스윙 각도와 퍼팅 자세 등을 바로 분석하고, 분석된 사용자 정보는 곧바로 스마트폰으로 전송되며, 사용자는 해당 정보를 활용해 자세를 교정해 나갈 수 있다.
다만, 사용자에게 반력이나 촉각, 자극정보와 같은 피드백 신호를 생성하여 역으로 정보를 전달하기 위한 출력용 장치는 이제 걸음마 단계에 있다. 이를 응용한 기술 개발의 성장가능성이 크다.
한편, HMD(Head Mount Display) 같은 VR(Virtual Reality, 가상현실) 장치에 우울증 및 불면증 해소를 위한 인지 훈련을 돕는 콘텐츠를 탑재하면 참여자가 원하는 시간과 장소에서 개별적으로 훈련 프로그램을 이수할 수 있으므로 훈련 효과가 매우 클 것으로 판단된다.
KR 101915238 B1 KR 101944489 B1 KR 101881986 B1 KR 101777755 B1 KR 101828952 B1 KR 1020120092249 A
본 개시의 실시예에 의한 VR기반 인지 훈련 시스템은 VR장치를 활용하여 인지 훈련을 하면, 훈련 시 뇌파를 감지하고 분석하여 훈련 결과를 모니터링할 수 있는 훈련 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 개시에 의한 VR기반 인지 훈련 시스템은,
VR기반 콘텐츠가 구동되는 키오스크(100); 상기 키오스크(100)로부터 데이터를 전송받아 상기 VR기반 콘텐츠가 시각적으로 구현되는 VR디스플레이부(200); 사용자의 손 움직임을 감지하여 상기 VR기반 콘텐츠를 조작하는 VR장갑부(300); 사용자의 발 움직임을 감지하여 상기 VR기반 콘텐츠를 조작하는 VR의자부(400); 사용자의 뇌파를 감지하고 분석하는 뇌파연동부(500); 를 포함하되,
사용자는 상기 VR디스플레이부(200)와 상기 VR장갑부(300)를 착용하고 상기 VR의자부(400)에 앉아서 상기 VR기반 콘텐츠에 따라 훈련을 하면, 상기 뇌파연동부(500)에서 훈련 시 사용자의 뇌파를 감지하고 분석하여 상기 키오스크(100)에서 상기 훈련의 효과가 모니터링되는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 VR장갑부(300)는 소정의 위치에 적어도 하나 이상 설치되어 사용자의 손동작을 감지하는 손동작감지모듈(310)과, 소정의 위치에 적어도 하나 이상 설치되어 터치를 인식하는 터치감지모듈(320)과, 상기 VR장갑부(300)의 이동 궤적을 감지하는 트래킹감지모듈(330)을 포함하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 VR의자부(400)는 지면에 놓여 받침대를 형성하는 받침대모듈(410)과, 상기 받침대모듈(410) 중앙에서 상방향으로 소정의 길이로 형성된 몸체모듈(420)과, 상기 몸체모듈(420)의 일단의 끝에 결합되는 지지모듈(430)과, 상기 몸체모듈(420)의 소정의 위치에 길이방향과 수직한 방향으로 형성되는 안장모듈(440)과, 상기 받침대모듈(410)의 측면부에 결합되어 사용자의 발위치를 감지하는 발위치감지모듈(450)을 포함하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 몸체모듈(420)은 길이방향으로 길이가 조절되고, 길이방향을 회전축으로 하여 회전되는 것을 특징으로 하는 VR기반 인지 훈련 시스템.
또한, 상기 VR의자부(400)는 소정의 신호를 전송받아 상기 몸체모듈(420)을 움직이게 하는 운동모듈(421)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VR기반 인지 훈련 시스템.
또한, 상기 지지모듈(430)은 상기 안장모듈(440)에 사용자가 착석 시 사용자의 복부에 맞닿도록 위치되어 사용자의 상체를 지지하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 뇌파연동부(500)는 사용자의 뇌파를 감지하는 뇌파감지모듈(510)과, 상기 감지된 뇌파와 연동하여 우울증 상태를 분석하는 우울증분석모듈(520)을 포함하되,
상기 우울증분석모듈(520)은 미리 우울증 및 불면증과 연관된 기준 뇌파의 특징에 대해 구비하고, 사용자 훈련 시 감지된 뇌파와 상기 기준 뇌파의 특징을 비교 분석하여 훈련에 따른 우울증 및 불면증 해소 정도를 모니터링하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 뇌파연동부(500)는 상기 감지된 뇌파와 연동하여 멀미 상태를 분석하는 멀미분석모듈(530)을 더 포함하는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 키오스크(100)는 사용자의 신체능력을 측정할 수 있는 신체능력측정모듈을 더 포함하되,
상기 신체능력측정모듈의 데이터를 바탕으로 상기 VR장갑부(300) 및 상기 VR의자부(400)가 조정되는 것을 특징으로 하여 구성될 수 있다.
이에 따라, 본 개시의 실시예에 따른 VR기반 인지 훈련 시스템은 가상현실 프로그램을 활용하여 사용자가 원하는 시간과 장소에서 훈련을 할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 우울증 및 불면증 치료를 위해 병원에 다니는 것에 비해 상대적으로 적은 비용으로 효율적으로 훈련을 할 수 있다는 이점이 있다.
또한, VR기반 콘텐츠를 이용하여 흥미와 재미를 유발하여 훈련 몰입도를 향상시켜 훈련 효과를 높일 수 있다는 이점이 있다.
또한, 복수의 참여자가 함께 프로그램을 이용할 수 있어 기존에 혼자 훈련하는 것에 비해 집중도를 높이고, 사용자에게 협동심, 성취감, 소속감 등의 감정을 심어줌으로써 훈련 효과를 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한, 뇌파를 수집하고 분석하는 뇌파측정부를 통해 훈련의 효과를 실시간으로 모니터링할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 특정의 뇌파를 수집하여 뇌파 분석을 통해 멀미를 감지하고 조치함으로써 VR기기를 이용함에 따른 사이버멀미를 저감시킬 수 있다는 이점이 있다.
또한, VR의자부(400)를 통해 한정된 공간에서도 3차원적 움직임으로 훈련할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 개시에 따른 VR기반 인지 훈련 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도,
도 2는 본 개시에 따른 키오스크(100)와 VR디스플레이부(200)의 구성을 간략히 나타낸 블록구성도,
도 3은 본 개시에 따른 VR장갑부(300)와 VR의자부(400)의 구성을 간략히 나타낸 블록구성도,
도 4는 본 개시에 따른 뇌파측정부의 구성을 간략히 나타낸 블록구성도,
도 5는 본 개시에 따른 VR기반 인지 훈련 시스템의 일 실시예,
도 6은 본 개시에 따른 VR기반 콘텐츠를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 개시에 따른 키오스크(100)를 구체적으로 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 개시에 따른 VR장갑부(300)를 구체적으로 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 개시에 따른 VR장갑부(300)를 구체적으로 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 개시에 따른 VR의자부(400)를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 도면부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
도 1은 본 개시에 따른 VR기반 인지 훈련 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도, 도 2는 본 개시에 따른 키오스크(100)와 VR디스플레이부(200)의 구성을 간략히 나타낸 블록구성도, 도 3은 본 개시에 따른 VR장갑부(300)와 VR의자부(400)의 구성을 간략히 나타낸 블록구성도, 도 4는 본 개시에 따른 뇌파측정부의 구성을 간략히 나타낸 블록구성도, 도 5는 본 개시에 따른 VR기반 인지 훈련 시스템의 일 실시예, 도 6은 본 개시에 따른 VR기반 콘텐츠를 설명하기 위한 도면, 도 7은 본 개시에 따른 키오스크(100)를 구체적으로 설명하기 위한 도면, 도 8은 본 개시에 따른 VR장갑부(300)를 구체적으로 설명하기 위한 도면, 도 9는 본 개시에 따른 VR장갑부(300)를 구체적으로 설명하기 위한 도면, 도 10은 본 개시에 따른 VR의자부(400)를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
<VR기반 인지 훈련 시스템>
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 개시에 따른 VR기반 인지 훈련 시스템은 키오스크(100); VR디스플레이부(200); VR장갑부(300); VR의자부(400) 및 뇌파연동부(500); 를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 키오스크(100)는 VR기반 콘텐츠를 구동하고 인지 훈련을 모니터링하기 위한 것으로, 도 2의 (a)에 도시된 것과 같이 사용자인식모듈(110), 데이터저장모듈(130), VR콘텐츠구동모듈(140), 디스플레이모듈(150) 및 데이터를 주고받을 수 있는 통신모듈(160)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 VR기반 콘텐츠는 가상현실을 이용한 인지 훈련에 관한 프로그램으로 우울증 및 불면증 해소를 위한 콘텐츠로 구성될 수 있으며, VR 체험에 기반하여 후술될 VR장갑부(300)와 VR의자부(400)와 연동할 수 있는 게임형 콘텐츠일 수 있다.
상기 VR기반 콘텐츠의 일 예를 도 6을 참조하여 설명하자면, 상기 콘텐츠는 바닷가 모래사장으로 배경으로 복수의 물체가 화면상에 움직이고 있으며, 사용자는 후술될 VR장갑부(300)와 VR의자부(400)를 통해 움직이고 물체를 맞히는 게임기반의 콘텐츠이다.
구체적으로 바닷가 모래사장을 배경으로 까마귀 형상 물체와 갈매기 형상 물체가 화면상에 날아다니게 되고, 사용자는 까마귀 형상 물체와 갈매기 형상 물체 중 제시되는 타겟을 총으로 쏘아 맞히면서, 동시 날아오는 장애물을 방패로 막거나, 몸을 움직여 피하는 인지 재활 및 유산소 운동을 겸하는 기능성 콘텐츠이다.
상기 콘텐츠를 이용한 훈련 시 사용자는 후술될 VR장갑부(300)를 통해 오른손 조작으로는 총을 조작하고, 왼손 조작으로는 방패를 조작하며, 후술될 VR의자부(400)를 통해 발 동작으로 조작하여 이동하면서 날아오는 장애물을 피하는 활동을 통해 눈과 손, 발의 협응 활동과 주의집중력, 판단력을 포함하는 인지 활동을 유도하고 가벼운 유산소 운동 효과를 통해 스트레스를 해소시켜 우울증 및 불면증 상태를 해소할 수 있다.
한편, VR기반 콘텐츠는 전술한 내용에 한정되는 것은 아니며 다양한 종류, 다양한 난이도의 콘텐츠를 포함하여 구성될 수 있음은 물론이다.
상기 사용자인식모듈(110)은 사용자를 인식하여 사용자정보를 등록하고 사용자정보를 불러올 수 있다. 최초 서비스 이용시 사용자의 이름, 고유관리번호, 사진촬영 등의 정보를 등록하고, 이후 로그인을 통해 훈련에 참여할 수 있게된다.
도 7을 참조하면, 상기 사용자인식모듈(110)은 카메라에 의한 얼굴 인식으로 로그인되도록 구성될 수 있으며, 사용자 각각의 얼굴 특징을 추출함으로써 다중 사용자 인증이 가능하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 사용자인식모듈(110)은 카메라를 통한 얼굴 인식으로 설명되었으나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다양한 방식(예를 들면 지문 인식 등)으로 구성될 수 있음은 물론이다.
상기 데이터저장모듈(130)은 상기 통신모듈(160)을 통해 전송받은 데이터를 데이터베이스화하여 저장하도록 구성될 수 있다. VR기반 콘텐츠의 데이터 또한 상기 데이터저장모듈(130)에 저장될 수 있다.
상기 VR콘텐츠구동모듈(140)에 의해 VR기반 콘텐츠가 구동되고, 상기 구동된 콘텐츠는 상기 통신모듈(160)에 의해 후술될 VR디스플레이부(200)로 전송되어 상기 VR디스플레이부(200)의 디스플레이모듈(210)에서 구현되도록 구성될 수 있다.
이러한 VR콘텐츠구동모듈(140)은 상기 데이터저장모듈(130)에 저장된 데이터베이스를 바탕으로 사용자에게 적합한 콘텐츠가 구동되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 VR콘텐츠구동모듈(140)은 상기 데이터저장모듈(130)에 저장된 데이터베이스를 바탕으로 사용자에게 적합한 난이도의 콘텐츠가 구동되도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 VR콘텐츠구동모듈(140)은 상기 콘텐츠와 난이도를 바탕으로 훈련 점수포인트 구간을 분류한 후, 사용자의 훈련 데이터베이스를 바탕으로 상기 사용자의 평균 점수포인트가 속하는 구간의 난이도의 콘텐츠가 구동되도록 구성될 수 있다.
상기 디스플레이모듈(150)은 상기 통신모듈(160)을 통해 전송받은 데이터를 표시하고 사용자의 훈련이 모니터링되도록 구성될 수 있다. 이러한 디스플레이모듈(150)은 데이터 입력이 가능한 터치패널로 구성될 수 있으며, 상기 디스플레이모듈(150)을 통해 사용자 또는 관리자가 터치를 하여 데이터를 입력하거나 신호를 입력하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 키오스크(100)는 상기 통신모듈(160)을 통해 유관기관의 서버 등에 사용자의 훈련 데이터를 전송할 수 있으며, 상기 전송된 데이터를 바탕으로 유관기관에서도 모니터링되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 키오스크(100)는 사용자의 우울증 및 불면증 정도를 진단할 수 있는 인지상태분석모듈(120)을 더 포함할 수 있다.
상기 인지상태분석모듈(120)은 CES-D(Center for Epidemiologic Studies Depression Scale), BDI(Beck Depression Inventory), PHQ-9(Patient Health Questionnaire-9, GDS(Geriatric Depression Scale), GAD-7(Generalized Anxiety Disorder-7), RSES(Rosenberg Self Esteem Scale), PSS(Perceived Stress Scale) 검사 프로그램 중 적어도 하나 이상이 구비될 수 있으며, 상기 검사결과를 바탕으로 분석결과가 제공되도록 구성될 수 있다.
예를 들면, CES-D 검사의 경우에는 총점 15점 이하이면 정상상태, 16점 이상 20점 이하이면 경미한 우울상태, 21점 이상 24점 이하이면 중한 우울상태, 25점 이상이면 심한 우울상태로 분류되도록 구성될 수 있다.
예를 들면, BDI척도 검사의 경우에는 총점 9점 이하라면 정상상태, 10점 이상 15점 이하이면 경미한 우울상태, 16점 이상 22점 이하이면 중한 우울상태, 23점 이상이면 심한 우울상태로 분류되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 인지상태분석모듈(120)은 상기 통신모듈(160)을 통해 상기 검사결과 데이터를 유관기관의 서버에 전송하고, 상기 유관기관으로부터 분석결과 데이터를 전송받아 사용자에게 제공되도록 구성될 수 있다.
이러한 상기 분석결과 데이터를 바탕으로 전술한 VR콘텐츠구동모듈(140)에 의해 사용자에게 적합한 난이도의 콘텐츠가 구동되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 키오스크(100)는 복수의 사용자가 함께 참여할 경우 각 사용자의 데이터를 연동하는 VR콘텐츠연동모듈(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 VR콘텐츠연동모듈(미도시)은 적어도 둘 이상의 사용자의 훈련 데이터를 전송받아 이를 연동한 후, 연동한 데이터를 각 사용자의 VR디스플레이부(200)로 전송하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 VR콘텐츠연동모듈(미도시)은 복수의 사용자가 VR기반 콘텐츠에서 획득한 점수포인트를 병합하여 하나의 화면에 표시되도록 연동하고, 상기 연동된 데이터를 각 사용자의 VR디스플레이부(200)에 전송하여 연동된 VR기반 콘텐츠가 각 사용자의 VR디스플레이부(200)에서 구현되도록 구성될 수 있다. 이에 의해 복수의 사용자가 함께 훈련에 참여할 수 있으며, 상기 훈련에 따른 점수결과가 연동되어 화면에 표시됨으로써 사용자에 협동심과 경쟁심을 불러일으켜 훈련 효과를 더욱 높이는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 키오스크(100)는 사용자의 키, 체중, 손 움직임과 관련된 악력, 발 움직임과 관련된 무릎관절의 유연성 정도를 측정할 수 있는 신체능력측정모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 상기 신체능력측정모듈의 데이터를 바탕으로 VR기반 콘텐츠, 후술될 VR장갑부(300) 및 VR의자부(400)가 조정되도록 구성될 수 있다. 상기 신체능력측정모듈(미도시)은 사용자의 키, 체중, 손 움직임과 관련된 악력, 발 움직임과 관련된 무릎관절의 유연성 정도를 측정하는 것으로 설명되었으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 VR디스플레이부(200)는 전술한 키오스크(100)로부터 데이터를 전송받아 VR기반 콘텐츠를 시각적으로 구현시키는 것으로, 도 2의 (b)에 도시된 것과 같이 디스플레이모듈(210), 움직임감지모듈(220), 스피커모듈(230) 및 통신모듈(240)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 VR디스플레이부(200)는 전술한 키오스크(100)와 후술될 VR장갑부(300), VR의자부(400), 뇌파연동부(500)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 상기 통신모듈(240)을 통해 신호 및 데이터를 주고받을 수 있다.
상기 디스플레이모듈(210)은 상기 통신모듈(240)을 통해 상기 키오스크(100)로부터 VR기반 콘텐츠 데이터를 전송받아 사용자에게 가상 현실 화면이 제공되도록 구성될 수 있다.
상기 움직임감지모듈(220)은 사용자의 머리 움직임을 감지하고 상기 VR기반 콘텐츠에 반영하여 상기 콘텐츠가 사용자의 머리 움직임에 따라 가상현실 환경이 변하도록 구성될 수 있다.
이러한 상기 움직임감지모듈(220)은 더욱 정밀한 감지를 위해 위해 노이즈제거유닛(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어 상기 노이즈제거유닛(미도시)에서는 소정의 시간 간격으로 노이즈가 포함된 데이터를 샘플링하고, 샘플링된 데이터에 대해 그 직전에 샘플링된 데이터와 비교하여 그 값들간의 차이가 소정의 범위 내에 있는 경우에는 후에 샘플링된 데이터를 채택하고, 상기 값들간의 차이가 소정의 범위를 벗어나는 경우에는 그 직전에 샘플링한 데이터를 채택하도록 구성될 수 있다.
구체적으로 상기 소정의 범위를 A라고 하는 경우, 샘플링된 데이터의 차의 절댓값이 A보다 작은 경우에는 후에 샘플링된 데이터는 노이즈가 없는 것으로 판단하여 채택하나, 샘플링된 데이터의 차의 절댓값이 A보다 큰 경우에는 후에 샘플링된 데이터는 노이즈가 포함된 것으로 판단하여 채택하지 않고 전에 샘플링된 데이터를 채택하도록 구성할 수 있을 것이다.
한편, 샘플링 시간 간격과 데이터의 차의 절댓값은 변경 가능하며, 일반적으로 신호 처리에서 쓰이는 밴드패스 필터 등을 이용하여 노이즈를 제거할 수도 있을 것이다.
상기 스피커모듈(230)은 상기 콘텐츠의 사운드를 제공할 뿐만 아니라 상기 키오스크(100)로부터 신호를 받아 사용자에게 청각적 알림을 제공하도록 구성될 수 있다.
상기 VR장갑부(300)는 사용자의 손 움직임을 감지하여 VR기반 콘텐츠를 조작하기 위한 것으로, 도 3의 (a) 및 도 8에 도시된 것과 같이 손동작감지모듈(310), 터치감지모듈(320), 트래킹감지모듈(330) 및 통신모듈(350)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 VR장갑부(300)는 전술한 키오스크(100), VR디스플레이부(200)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 상기 통신모듈(350)을 통해 신호 및 데이터를 주고받을 수 있다.
상기 손동작감지모듈(310)은 소정의 위치에 적어도 하나 이상 설치되어 사용자의 손동작을 감지하고 인식하도록 구성될 수 있으며, 이러한 손동작감지모듈(310)에 의해 인식된 사용자의 동작은 도 9에 나타난 것과 같이 VR기반 콘텐츠에 반영되게 된다.
상기 터치감지모듈(320)은 소정의 위치에 적어도 하나 이상 설치되어 터치를 인식할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 트래킹감지모듈(330)은 상기 VR장갑부(300)의 3차원 이동 궤적을 감지하여 VR기반 콘텐츠에 반영하도록 구성될 수 있으며, 이러한 트래킹감지모듈(330)은 IMU센서를 포함할 수 있고, 상기 IMU센서를 통해 방향 및 회전 데이터가 함께 연동되도록 구성될 수 있다. 구체적으로 IMU센서는 자이로스코프와 가속도계로 구성된 6축센서로 구성될 수 있을 뿐만 아니라 자이로스코프와 가속도계 및 지자기센서로 구성된 9축센서로 구성될 수 있다.
상기 감지모듈(310, 320, 330)을 통해 손가락의 굴전, 신전 데이터를 측정할 수 있고, 상기 데이터를 이용한 조작 인터페이스가 구성될 수 있다.
한편, 상기 감지모듈(310, 320, 330)은 더욱 정밀한 감지를 위해 상기 VR디스플레이부(200)에서 전술한 내용의 노이즈제거유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 VR장갑부(300)는 소정의 신호에 따라 사용자에게 진동 촉각 경험을 제공하는 진동모듈(340)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들면, VR기반 콘텐츠에서 사용자가 대상물을 잡거나, 표적물을 맞추거나, 점수포인트가 변경되는 경우 등에 진동이 제공되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 VR장갑부(300)는 음성인식모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 소정의 음성 신호를 인식하여 조작되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 손동작에 익숙하지 않은 사용자의 경우에는 음성인식을 통해 조작할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 손동작이 익숙하지 않은 사용자의 경우라도 다양한 방식으로 훈련을 할 수 있을 것이다.
상기 VR의자부(400)는 사용자의 발 움직임을 감지하여 VR기반 콘텐츠를 조작하기 위한 것으로, 도 3의 (b) 및 도 10에 도시된 것과 같이 받침대모듈(410), 몸체모듈(420), 지지모듈(430), 안장모듈(440), 발위치감지모듈(450) 및 통신모듈(460)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 VR의자부(400)는 전술한 키오스크(100), VR디스플레이부(200)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 상기 통신모듈(460)을 통해 신호 및 데이터를 주고받을 수 있다.
상기 받침대모듈(410)은 지면에 맞닿도록 위치되며, 육각의 판형으로 구성됨이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 받침대모듈(410)에서 사용자는 발을 딛고 있거나 움직이거나 또는 탭(tab) 동작을 하게 된다.
또한, 상기 받침대모듈(410)의 상부면에는 탄성소재의 완충유닛(미도시)이 더 구비될 수 있으며, 이를 통해 훈련 시 안전성을 높이고, 훈련 시 발생되는 소음을 최소화 할 수 있다.
한편, 상기 받침대모듈(410) 하부면에는 받침대모듈(410)의 평형을 조절하기 위한 높이조절유닛(미도시)이 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 상기 높이조절유닛(미도시)은 회전을 통해 상기 받침대모듈(410)이 상하로 높이조절되도록 구성될 수 있다. 이에 의해 상기 받침대모듈(410)이 위치된 장소의 바닥면 굴곡이나 경사 등에 맞춰 수평 조절이 용이하고, 또한 상기 받침대모듈(410)이 정지된 상태를 유지하여 훈련 시 안전성을 제공하게 된다.
한편, 상기 높이조절유닛(미도시)은 회전을 통해 상하로 높이조절되는 것으로 설명되었으나 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 다양한 방식으로 구성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 받침대모듈(410) 하부면에는 이동 편의를 위한 캐스터(미도시)가 더 구비될 수 있으며, 상기 캐스터(미도시)는 탈부탁이 가능하여 필요한 경우에 캐스터를 부착하여 이동할 수 있도록 구성됨이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 다양한 방식으로 구성될 수 있음은 물론이다.
상기 몸체모듈(420)은 상기 받침대모듈(410) 중앙에서 상방향으로 소정의 길이로 형성될 수 있으며, 이러한 몸체모듈(420)은 길이방향으로 길이가 조절되고, 길이방향을 회전축으로 하여 회전되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 VR의자부(400)는 상기 몸체모듈(420) 내부에 구비되어 소정의 신호를 받아 상기 몸체모듈(420)의 길이를 조절하거나 회전시키는 운동모듈(421)을 더 포함할 수 있다. 이에 의해, 사용자에게 VR기반 콘텐츠에 따라 VR의자부(400)가 자동으로 움직이는 환경이 제공될 수 있어 더욱 다양한 체감형 훈련을 할 수 있다는 이점이 있다.
상기 지지모듈(430)은 상기 몸체모듈(420)의 일단의 끝에 결합되며, 후술될 안장모듈(440)에 사용자가 착석 시 사용자의 복부에 맞닿도록 위치되어 사용자의 상체를 지지하도록 구성될 수 있다. 이러한 지지모듈(430)은 상하 방향으로 길이 조절이 가능하도록 구비되어 다양한 신체사이즈의 사용자에게 적용될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
상기 안장모듈(440)은 상기 몸체모듈(420)의 소정의 위치에 길이방향과 수직한 방향으로 형성되어 사용자가 착석할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 안장모듈(440)은 몸체모듈(420)의 길이방향과 수직한 방향으로 위치조절이 가능하도록 구비되어 다양한 신체사이즈의 사용자에게 적용될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
한편, 상기 안장모듈(440)은 상기 안장모듈(440)의 경사를 조절하는 경사조절유닛(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이러한 경사조절유닛(미도시)은 상기 안장모듈(440)을 상기 몸체모듈(420)이 있는 방향으로 경사지도록 조절할 수 있으며, 이에 의해 사용자가 착석 시 사용자의 복부에 상기 지지모듈(430)이 자연스럽게 맞닿아 지지되도록 무게 중심을 조절하여 훈련시 낙상의 위험을 줄이도록 구성될 수 있다.
상기 발위치감지모듈(450)은 상기 받침대모듈(410)의 측면부에 결합되어 사용자의 발위치를 감지하도록 구성될 수 있다. 이러한 발위치감지모듈(450)은 복수의 적외선 감지센서를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 받침대모듈(410)의 측면 전부를 둘러싸도록 구성되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 발위치감지모듈(450)을 통해 사용자의 발 움직임에 의해 VR기반 콘텐츠가 조작되도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 발위치감지모듈(450)에서 사용자가 지속적으로 탭(tab)하는 동작을 감지하면 VR기반 콘텐츠 내에서는 시선방향으로 이동되도록 구성하여 사용자에게 적절한 수준의 유산소 운동을 유도함과 동시에 직관적인 콘텐츠 조작 방법을 제시하여 흥미와 재미를 유발할 수 있을 것이다.
또한, 상기 VR의자부(400)는 소정의 신호에 따라 사용자에게 진동 촉각 경험을 제공하는 진동모듈(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 진동모듈(미도시)은 상기 안장모듈(440)의 상부면 소정의 위치에 설치되어 VR기반 콘텐츠에서 사용자가 벽에 부딪히거나, 정해진 경로로 가야하는 콘텐츠에서 경로를 이탈하는 경우 등에 진동이 제공되도록 구성될 수 있다. 이러한 진동모듈(미도시)은 상기 안장모듈(440)의 상부면 소정의 위치에 설치되거나 사용자 복부와 맞닿는 지지모듈(430)의 소정의 위치에 설치되어 진동이 제공되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 VR의자부(400)는 음성인식모듈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 소정의 음성 신호를 인식하여 조작되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 발동작에 익숙하지 않은 사용자의 경우에는 음성인식을 통해 조작할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이에 의해 발동작이 익숙하지 않은 사용자의 경우라도 다양한 방식으로 훈련을 할 수 있을 것이다.
상기 뇌파연동부(500)는 훈련 시 사용자의 뇌파를 감지하고 분석하기 위한 것으로, 도 4의 (a)에 도시된 것과 같이 뇌파감지모듈(510), 우울증분석모듈(520) 및 통신모듈(540)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 뇌파연동부(500)는 전술한 키오스크(100)와 유선 또는 무선으로 연결되어, 상기 통신모듈(540)을 통해 데이터를 주고받을 수 있다.
상기 뇌파감지모듈(510)은 사용자의 뇌파를 감지하는 것으로 상기 사용자 머리의 서로 다른 위치에 부착되는 복수개의 전극을 포함하며, 상기 복수의 전극으로부터 뇌파를 수신하도록 구성될 수 있다.
상기 뇌파 측정에 사용되는 전극으로는 느린 전압의 변화도 정확히 측정 가능한 Ag-AgCl 디스크를 사용함이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 전극을 이용하면 뇌파를 검출할 수 있는데, 일반적으로 뇌파의 주파수는 델타파(Delta wave), 세타파(Theta wave), 알파파(Alpha wave), 베타파(Beta Wave), 감마파(Gamma wave)로 분류되고, 델타파는 0.2 ~ 4Hz 주파수의 신호, 세타파는 4 ~ 8Hz 주파수의 신호, 알파파는 8 ~ 12Hz 주파수의 신호, 베타파는 12 ~ 30Hz 주파수의 신호, 감마파는 30Hz 이상 주파수의 신호이다.
구체적으로 델타파는 깊은 잠에 빠져 있을 때 관측되는 뇌파이며, 세타파는 정신을 집중하여 두뇌 내부의 정보를 활용할 때나 논리적 사고 문제 풀이를 집중할 때 발생하는 뇌파이다. 그리고 알파파는 정신을 집중하여 두뇌 내부의 정보를 활용할 때 발생하는 뇌파이고, 베타파는 육체활동을 할 때나 어떠한 것에 몰두할 때 주로 발생하는 뇌파이며, 감마파는 긴장과 능동적 고도의 복합 정신 기능을 수행할 때 발생하는 뇌파이다.
한편, 우울증 및 불면증은 뇌파 중에 특히 알파파와 관련되므로, 상기 수신된 뇌파에서 알파파 영역의 뇌파를 추출하여 파워 스펙트럼을 측정하고, 측정된 파워 스펙트럼을 FFT(Fast Fourier Transform)으로 변환하여 파워 스펙트럼 밀도를 산출한다.
상기 뇌파감지모듈(510)은 더욱 정밀한 감지를 위해 노이즈 제거 및 신호 증폭 등 데이터 전처리유닛(미도시)을 포함하고, 데이터 수집 장치로 Emotive Epoc+ 장치를 사용함이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 우울증분석모듈(520)은 상기 뇌파감지모듈(510)로부터 뇌파 데이터를 전송받아 사용자의 우울증 상태 여부를 판단하도록 구성될 수 있다. 이러한 우울증분석모듈(520)은 미리 우울증 및 불면증과 연관된 기준 뇌파의 특징에 대해 구비할 수 있으며, 사용자가 훈련 시 감지된 뇌파와 상기 기준 뇌파의 특징을 비교 분석하여 훈련에 따른 우울증 및 불면증 해소 정도를 판단하도록 구성될 수 있다.
한편, 뇌파 중에 알파파는 멀미와도 연관되므로 상기 뇌파연동부(500)는 상기 뇌파감지모듈(510)로부터 뇌파 데이터를 전송받아 사용자의 멀미 상태를 감지하고 분석하는 멀미분석모듈(530)을 더 포함할 수 있다. 이러한 멀미분석모듈(530)은 사용자가 멀미 상태인지 여부를 판단하기 위한 사용자별 기준값을 미리 구비할 수 있다.
예를 들면, 상기 멀미분석모듈(530)은 사용자가 VR기반 콘텐츠를 이용 중일 때의 알파파가 VR기반 콘텐츠를 이용하기 전의 알파파와 비교될 수 있도록 베이스라인 파워를 사용자별로 설정할 수 있다. 구체적으로 상기 멀미분석모듈(530)은 미리 설정된 기준영상이 출력되는 상태에서 측정되는 사용자의 뇌파를 이용하여 베이스라인 파워를 설정할 수 있다. 이러한 기준영상은 사용자가 멀미현상을 느낄 수 없는 영상을 의미하며, 이는 정지된 영상 또는 고정된 이미지일 수 있다.
즉, 상기 멀미분석모듈(530)은 상기 뇌파감지모듈(510)로부터 데이터를 전송받고, 상기 전송받은 데이터를 미리 측정된 베이스라인 파워와 비교하여 파워 변화량을 산출하며, 상기 산출된 파워 변화량을 미리 정해진 임계구간과 비교하여 사용자가 멀미 상태인지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 멀미분석모듈(530)과 관련되어 본 개시의 실시예에 의한 VR기반 인지 훈련 시스템은 사용자의 멀미 상태를 저감시키기 위한 멀미저감부(600)를 더 포함할 수 있으며, 도 4의 (b)에 도시된 것과 같이 상기 멀미저감부(600)는 시야각조절모듈(610), 대체영상재생모듈(620) 및 통신모듈(630)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 멀미저감부(600)는 전술한 키오스크(100), VR디스플레이부(200), 뇌파연동부(500)와 무선 또는 유선으로 연결되어, 상기 통신모듈(630)을 통해 데이터를 주고받을 수 있다.
상기 시야각조절모듈(610)은 상기 멀미분석모듈(530)에 의해 사용자가 멀미 상태로 판단된 경우에 상기 멀미 상태를 해소하기 위해 상기 VR디스플레이부(200)에서 구현되는 VR기반 콘텐츠의 시야각을 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 VR디스플레이부(200)에서 구현되는 VR기반 콘텐츠의 시야각을 제한함으로써 멀미를 저감하도록 구성될 수 있다.
상기 대체영상재생모듈(620)은 전술한 VR디스플레이부(200)에 연결되어 외부를 촬영하는 카메라유닛(미도시)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 카메라유닛(미도시)은 사용자가 상기 VR디스플레이부(200)를 착용 시 사용자의 시선 방향을 촬영하도록 상기 VR디스플레이부(200)의 외주면에 연결될 수 있고, 이에 의해 상기 카메라유닛(미도시)은 사용자가 상기 VR디스플레이부(200)를 착용하지 않은 상태에서 바라보는 것과 같은 영상을 촬영하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 대체영상재생모듈(620)은 전술한 시야각조절모듈(610)에 의해서도 사용자의 멀미 상태가 해소되지 않는 경우에, VR기반 콘텐츠 대신 상기 카메라유닛(미도시)이 촬영하고 있는 영상이 상기 VR디스플레이부(200)에서 재생되도록 구성될 수 있다. 이에 의해 사용자는 VR디스플레이부(200)를 착용하지 않은 것과 같은 효과로 멀미 상태를 신속히 해소할 수 있을 것이다.
본 개시의 실시예에 따른 VR기반 인지 훈련 시스템은 가상현실 프로그램을 활용하여 사용자가 원하는 시간과 장소에서 훈련을 할 수 있다는 이점이 있으며, 우울증 및 불면증 치료를 위해 병원에 다니는 것에 비해 상대적으로 적은 비용으로 효율적으로 훈련을 할 수 있다는 이점이 있다.
또한, VR기반 콘텐츠를 이용하여 흥미와 재미를 유발하여 훈련 몰입도를 향상시켜 훈련 효과를 높일 수 있다는 이점이 있다.
또한, 뇌파를 수집하고 분석하는 뇌파측정부를 통해 훈련의 효과를 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 뇌파 분석을 통해 멀미를 감지하고 조치함으로써 VR기기를 이용함에 따른 사이버멀미를 저감시킬 수 있다는 이점이 있다.
이상 본 개시의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
1000 : 본 개시에 따른 VR기반 인지 훈련 시스템
100 : 키오스크 110 : 사용자인식모듈
120 : 인지상태분석모듈 130 : 데이터저장모듈
140 : VR콘텐츠구동모듈 150 : 디스플레이모듈
160 : 통신모듈 200 : VR디스플레이부
210 : 디스플레이모듈 220 : 움직임감지모듈
230 : 스피커모듈 250 : 통신모듈
300 : VR장갑부 310 : 손동작감지모듈
320 : 터치감지모듈 330 : 트래킹감지모듈
340 : 진동모듈 350 : 통신모듈
400 : VR의자부 410 : 받침대모듈
420 : 몸체모듈 421 : 운동모듈
430 : 지지모듈 440 : 안장모듈
450 : 발위치감지모듈 460 : 통신모듈
500 : 뇌파연동부 510 : 뇌파감지모듈
520 : 우울증분석모듈 530 : 멀미분석모듈
540 : 통신모듈 600 : 멀미저감부
610 : 시야각조절모듈 620 : 대체영상재생모듈
630 : 통신모듈

Claims (9)

  1. VR기반 콘텐츠가 구동되는 키오스크(100); 상기 키오스크(100)로부터 데이터를 전송받아 상기 VR기반 콘텐츠가 시각적으로 구현되는 VR디스플레이부(200); 사용자의 손 움직임을 감지하여 상기 VR기반 콘텐츠를 조작하는 VR장갑부(300); 사용자의 발 움직임을 감지하여 상기 VR기반 콘텐츠를 조작하는 VR의자부(400); 및 사용자의 뇌파를 감지하고 분석하는 뇌파연동부(500); 를 포함하고,
    상기 VR장갑부(300)는 소정의 위치에 적어도 하나 이상 설치되어 사용자의 손동작을 감지하는 손동작감지모듈(310)과, 소정의 위치에 적어도 하나 이상 설치되어 터치를 인식하는 터치감지모듈(320)과, 상기 VR장갑부(300)의 이동 궤적을 감지하는 트래킹감지모듈(330)을 포함하고,
    상기 VR의자부(400)는 지면에 놓여 받침대를 형성하는 받침대모듈(410)과, 상기 받침대모듈(410) 중앙에서 상방향으로 소정의 길이로 형성된 몸체모듈(420)과, 상기 몸체모듈(420)의 일단의 끝에 결합되는 지지모듈(430)과, 상기 몸체모듈(420)의 소정의 위치에 길이방향과 수직한 방향으로 형성되는 안장모듈(440)과, 상기 받침대모듈(410)의 측면부에 결합되어 사용자의 발위치를 감지하는 발위치감지모듈(450)을 포함하고,
    사용자는 상기 VR디스플레이부(200)와 상기 VR장갑부(300)를 착용하고 상기 VR의자부(400)에 앉아서 상기 VR기반 콘텐츠에 따라 훈련을 하면, 상기 뇌파연동부(500)에서 훈련 시 사용자의 뇌파를 감지하고 분석하여 상기 키오스크(100)에서 상기 훈련의 효과가 모니터링되는 것을 특징으로 하는 VR기반 인지 훈련 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 몸체모듈(420)은 길이방향으로 길이가 조절되고, 길이방향을 회전축으로 하여 회전되는 것을 특징으로 하는 VR기반 인지 훈련 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 VR의자부(400)는 소정의 신호를 전송받아 상기 몸체모듈(420)을 움직이게 하는 운동모듈(421)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VR기반 인지 훈련 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지모듈(430)은 상기 안장모듈(440)에 사용자가 착석 시 사용자의 복부에 맞닿도록 위치되어 사용자의 상체를 지지하는 것을 특징으로 하는 VR기반 인지 훈련 시스템.
  7. 제1항 또는 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 뇌파연동부(500)는 사용자의 뇌파를 감지하는 뇌파감지모듈(510)과, 상기 감지된 뇌파와 연동하여 우울증 상태를 분석하는 우울증분석모듈(520)을 포함하되,
    상기 우울증분석모듈(520)은 미리 우울증 및 불면증과 연관된 기준 뇌파의 특징에 대해 구비하고, 사용자 훈련 시 감지된 뇌파와 상기 기준 뇌파의 특징을 비교 분석하여 훈련에 따른 우울증 및 불면증 해소 정도를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 VR기반 인지 훈련 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 뇌파연동부(500)는 상기 감지된 뇌파와 연동하여 멀미 상태를 분석하는 멀미분석모듈(530)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 VR기반 인지 훈련 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 키오스크(100)는 사용자의 신체능력을 측정할 수 있는 신체능력측정모듈을 더 포함하되,
    상기 신체능력측정모듈의 데이터를 바탕으로 상기 VR장갑부(300) 및 상기 VR의자부(400)가 조정되는 것을 특징으로 하는 VR기반 인지 훈련 시스템.
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