KR102434473B1 - 몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치는 가상 현실 콘텐츠로부터 내비게이션 인터페이스를 위한 정보를 획득하는 내비게이션 정보 추출부, 일정한 물리적 형태의 햅틱 셀들로 이루어지며, 상기 가상 현실 콘텐츠의 지면의 형태와 연동된 물리적인 무한 궤도의 표면에서 재질감을 표현하는 매쉬형 재질감 입출력기, 상기 가상 현실 콘텐츠가 가진 임의의 3D 기하 정보 및 시간에 따른 변화 정보를 상기 매쉬형 재질감 입출력기의 구조와 연계되는 제어 신호로 변경하는 재질감 제어 신호 변환부, 및 상기 재질감 제어 신호 변환부에서 출력되는 상기 제어 신호에 따라 상기 매쉬형 재질감 입출력기의 상기 햅틱 셀들 각각을 제어하는 재질감 출력기 제어부를 포함한다.

Description

몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치 및 그 동작 방법{Device for providing a virtual tactile feedback in an immersive virtual environment and method thereof}

본 발명은 몰입형 가상 현실(Immersive Virtual Environment) 기술에 관한 것으로, 특히 사용자에게 가상환경에서의 가상의 재질감을 제공하는 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.

오늘날, 몰입형 가상 환경에서 사용자의 이동 상호작용 기능을 구현할 때, 사용자의 제한적인 물리적 이동 행위를 가상 공간에서는 무한대의 공간으로 매핑할 수 있는 가상 내비게이션 장치가 연구되고 있다. 예컨대, 트레드밀((treadmill, 러닝머신)에 무한궤도 형태의 연속 이동 장치를 적용하여, 가상 현실 기술이 적용된 가상 스포츠 및 엔터테인먼트 분야에서 해당 기기와 가상의 콘텐츠를 연동한 가상 트레드밀 장치가 개발되고 있다.

그러나, 종래의 가상 내비게이션 장치는 사용자가 접지하는 표면의 재질이 고정되어 있어서, 일정한 표면 형태를 유지하거나, 매우 제한적인 지면의 변형만이 가능한 한계점이 있다. 예컨대, 종래의 가상 내비게이션 장치는 가상의 언덕의 내리막길을 표현하기 위한 경사도의 변화, 약간의 변위를 가지는 높이 및 좌우(회전) 방향 등의 변화 등만을 제공할 수 있다.

가상 현실 상호 작용 연구 분야에서 가상 내비게이션 기법을 연구한 사례로, 타일 형태로 배열된 기계적인 변형물 위에서 사용자가 제한적으로 이동할 수 있도록 개발된 사례가 있다. 그러나 이는 기계식 기구가 설치된 물리적인 공간이 제한적이므로, 지속적인 가상 공간에서의 이동을 표현할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

특히, 몰입형 가상 현실 시스템에서 몰입감 및 현실감을 높이기 위하여, 사용자의 몸 전체의 이동을 콘텐츠와 동기화시키고, 가상 환경에서의 변화(예컨대, 지면의 형태 및 재질감)를 반영할 수 있는 내비게이션 인터페이스 장치의 중요성 및 필요성은 매우 중요하다. 하지만, 대부분의 종래의 기술은 단순한 방향 이동 느낌만을 제시하는 기존의 운동 기구(예컨대, 러닝머신)를 재활용하는 수준에 머무르고 있다.

본 발명의 목적은 가상 공간에서의 지속적인 방향 이동을 제시하면서, 다양한 형태로 사용자가 접지한 표면의 재질감의 변형을 제어할 수 있는 가상 재질감 제공 장치 및 방법을 제공함에 있다.

전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치는 가상 현실 콘텐츠로부터 내비게이션 인터페이스를 위한 정보를 획득하는 내비게이션 정보 추출부, 일정한 물리적 형태의 햅틱 셀들로 이루어지며, 상기 가상 현실 콘텐츠의 지면의 형태와 연동된 물리적인 무한 궤도의 표면에서 재질감을 표현하는 매쉬형 재질감 입출력기, 상기 가상 현실 콘텐츠가 가진 임의의 3D 기하 정보 및 시간에 따른 변화 정보를 상기 매쉬형 재질감 입출력기의 구조와 연계되는 제어 신호로 변경하는 재질감 제어 신호 변환부, 및 상기 재질감 제어 신호 변환부에서 출력되는 상기 제어 신호에 따라 상기 매쉬형 재질감 입출력기의 상기 햅틱 셀들 각각을 제어하는 재질감 출력기 제어부를 포함하고, 상기 매쉬형 재질감 입출력기는 가변형 외피와, 상기 가변형 외피의 내부에 각각의 위치에서의 부피가 독립적으로 변형 가능한 복수의 햅틱 셀을 포함하고, 상기 복수의 각 햅틱 셀은 점탄성 소재와 진동 충격 발생 소자를 포함하는 다중 배열되는 단위 액추에이터로 구성되며, 상기 진동 충격 발생 소자의 동작 제어에 따라 상기 단위 액추에이터의 점탄성이 강화 또는 약화되어 변위가 증감된다.

종래에는 시각적 및 청각적 표현이 주로 활용되었으나, 본 발명의 실시예에 따르면 촉감적 감각 피드백이 추가된 가상현실 내비게이션 상호작용이 가능함에 따라 사용자는 가상공간에서 이동하면서 시각적으로 제시되는 다양한 표면과 상호작용하는 다양한 느낌을 체험할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 햅틱셀에 내장되는 다양한 센서들의 정보를 활용하는 경우 사용자의 현재 동작 및 자세 그리고 의도적인 접촉 이벤트(예; 지면에 그려진 특정 유저 인터페이스를 접촉/누르는 상황)를 검출할 수 있으므로, 다양한 표면의 형태 및 재질감 표현은 물론 양방향 상호작용을 지원하는 보조적인 입출력 인터페이스로 활용할 수 있다

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치를 포함한 가상 내비게이션 장치의 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가상 재질감 제공 장치의 매쉬형 재질감 입출력기의 구현 예를 설명하기 위한 참조도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가상 재질감 제공 장치에서 다양한 사용자 내비게이션 환경을 가진 콘텐츠로부터 표면의 재질감 정보를 획득하여, 가상의 재질감을 출력하는 처리 과정을 설명하기 위한 참조도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가급적 동일한 부호를 부여하고, 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

종래의 러닝머신 형태의 가상 내비게이션 장치는 무한궤도 형태의 단순 재질(예컨대, 고무, 플라스틱 소재의 벨트 등)을 활용하고 있다. 그래서, 사용자는 이동 상호작용을 할 때, 고정된 형태의 표면 소재의 질감을 느끼면서 단순히 운동 방향 또는 속도의 변화만을 느낄 수 있는 한계점을 가지고 있다.

본 발명의 실시에에 따른 가상 재질감 제공 장치는 가상 내비게이션 장치(트레드밀)의 무한궤도 형태의 연속 이동 장치의 표면을 형체의 변형 및 경도(단단함)의 변형이 가능한 소재를 활용하는 방법을 제안한다. 변형되는 표면을 구현하기 위한 단순한 방법으로는 가스와 같은 기체 매질, 물 및 점도가 다양한 액체 매질의 입출력 기구부를 무한궤도 형태의 연속 이동 장치에 적용해서 접촉 재질 표면의 단위 셀(haptic cell)의 부피를 조절하는 방법으로 표현의 형상 및 경도의 변화를 제시하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치(이하, '가상 재질감 제공 장치'로 총칭)(100)는 가상 현실 콘텐츠로부터 내비게이션 인터페이스를 위한 정보를 획득하는 내비게이션 정보 추출부(110), 가상 현실 콘텐츠가 가진 임의의 3D 기하 정보 및 시간에 따른 변화 정보를 일정한 물리적 형태로 배치된 매쉬형 재질감 입출력기(160)의 구조와 연계되는 제어 신호로 변경하기 위한 재질감 제어 신호 변환부(120), 매쉬형 재질감 입출력기(160)의 단위 구성 요소(haptic cell, 햅틱 셀)의 제어를 담당하는 재질감 출력기 제어부(130), 상기의 구성 요소(내비게이션 정보 추출부(110), 재질감 제어 신호 변환부(120), 재질감 출력기 제어부(130))에서 필요한 입출력 데이터를 저장 및 관리하는 데이터 저장부(140), 임의의 가상 현실 콘텐츠와 햅틱 효과 출력 관계를 저작(authoring)할 수 있는 가상 재질감 저작부(150)를 포함한다.

여기서, 매쉬형 재질감 입출력기(160)는 가상 내비게이션 장치(200)에 접지면의 형태로 구체화되며, 가상 현실 콘텐츠의 지면의 형태와 연동된 물리적인 무한 궤도의 표면에서 재질감 표현 및 사용자 상호 작용 입력 감지가 가능하다.

일 예로서, 매쉬형 재질감 입출력기(160)는 가상현실 햅틱 인터페이스 연구분야에서 개발된 전자능동제어폴리머(electro Active polymer) 재질의 소재를 활용하여 구현될 수 있다. 전자능동제어폴리머는 전기신호에 의해서 매질의 형체가 변형(확장, 축소)될 수 있는 특징을 가진다. 따라서, 본 매질을 임의의 형태로 공간에 배열하고 단위 매질(haptic cell)을 독립적으로 제어하는 경우 다단계/다양한 형태로 햅틱셀의 부피와 경도를 변경할 수 있으므로, 다양한 표면의 형태와 재질감을 표현할 수 있다. 그리고, 해당 매질의 물리적인 특징 중에는 외부의 물리적인 힘을 역방향으로 설계된 회로를 통해서 전류/전기 수치로 발생시키는 특성도 가지고 있으므로, 해당 특징을 활용하면 매쉬형 재질감 입출력기(160)를 통해서 접지된 사용자의 신체 움직임 정보를 획득할 수 있다.

다른 예로서, 매쉬형 재질감 입출력기(160)는 외부에서 작용되는 힘의 충격량과 적용 시간에 따라서 재료의 탄성이 변화하는 물질의 점탄성(viscoelastic) 특성을 활용하여 구현될 수 있다. 점탄성 물질은 단순히 햅틱 셀 안에 있는 경우 사용자가 밟는 순간 부드럽지만, 사용자의 접촉 이전부터 일정한 충격을 공급하는 경우 재료의 탄성이 높아져서 외부의 충격(예컨대, 사용자가 밟는 동작)에도 재료의 형체가 변형되지 않는 저항성이 발생되는 특성을 활용할 수 있다. 점탄성 특성을 나타내는 소재는 다양한 재료들이 있으며, 녹말과 물을 혼합한 재료에서도 해당 특성을 얻을 수 있다.

또 다른 예로서, 매쉬형 재질감 입출력기(160)는 내비게이션 상황에서 접촉 지면을 중심으로 그 주변에서 발생되는 사용자의 행동 추적을 위한 목적으로 햅틱 셀의 세부 구성 요소에 입력용 센서를 이용하여 구현될 수 있다. 다양한 콘텐츠의 체험 시나리오에 따라서 사용자는 내비게이션 장치에서 걷기, 뛰기, 앉기, 구르기 등 다양한 동작을 취할 수 있으므로, 매쉬형 재질감 입출력기(160)는 사용자의 다양한 신체 부문(예컨대, 발, 손, 몸통 등)이 표면에 접근, 단순 접지, 일정한 힘이 부여된 누르는 동작 등으로 닿는 경우를 개별적으로 인식할 수 있는 다양한 센서를 내장할 수 있다. 해당 기술을 활용하는 경우 사용자의 행동 형태를 직/간접적으로 인식할 수 있는 기술의 구현이 가능하다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 가상 재질감 제공 장치(100)의 매쉬형 재질감 입출력기(160)의 구현 예를 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시에에 따른 매쉬형 재질감 입출력기 세부 구성 예시도이다.

도 2의 좌측상단의 TOP VIEW에서 바라본 매쉬형 재질감 입출력기(160)는 평면 패널의 화소(pixel)들과 같이 2차원적인 형상 정보를 출력하기 위하여 일정한 배열(예컨대, 직교형 그리드, 벌집형 매쉬 등) 구조를 가질 수 있다. 그리고, 중앙의 ISOMETRIC VIEW의 사례와 같이 가변형 외피(flexible surface)의 내부에는 각각의 위치의 부피가 변형될 수 있는 햅틱 셀(haptic cell) 구성부가 배치됨으로써, 앞에서 표현된 2차원적인 형상에 높이 방향의 다양한 변화로, 전체적으로는 표면에 3차원이 형상이 출력될 수 있는 구조이다.

예컨대, 도 2에서 햅틱 셀(햅틱 입출력 단위 셀)은 내부에는 전자능동제어폴리머 소재의 햅틱 액추에이터(힘을 발생시키는 소자)를 여러 개의 조합으로 내장할 수 있다. 해당 소자는 전기 신호에 따라서 부피 형체가 변화될 수 있지만 변화량이 적은 단점을 보완하기 위하여 다층 구조로 배치함으로써 전체적인 햅틱 셀의 부피 변화 효과를 확대하도록 할 수 있다.

도 2와 같이 햅틱 셀의 단위 제어를 독립적으로 수행하는 경우, 이들과 연계된 가변형 외피에는 다양한 굴곡을 가진 표면이 형성될 수 있다. 그리고, 각각의 액추에이터를 구동하는 전기회로에 암전소자의 사례와 같이 역방향의 전류를 검출하는 회로를 추가하는 경우, 시스템의 능동적인 햅틱 효과 출력(단위 셀의 부피 증가)이 수행되지 않는 상황에서 외부의 힘이 주어지는 경우(예컨대, 사용자가 접지면을 누르는 행위)에 해당 이벤트를 검출하는 입력 센서의 기능을 수행할 수 있다.

도 3은 매쉬형 재질감 입출력기(160)의 하위 구성 요소인 햅틱 셀의 내부에 점탄성 소재와 진동 소자를 내장하는 경우이다. 점탄성 소재와 연계된 진동 충격 발생 소자(예컨대, 진동 모터, 초음파 발생기 등)의 동작 제어(on/off)에 따라서 단위 액추에이터의 점탄성이 강화/약화 될 수 있으므로, 해당 구조를 도 2 및 도 3의 중앙부 그림과 같이 다중으로 배열하여 단위 햅틱 셀을 구성하는 경우에는 변위가 커지도록 할 수 있다.

도 3의 중앙부 하단의 단면 그림과 같이 일정한 강도와 주파수 패턴으로 점탄성 소재에 일괄적으로 또는 액추에이터별로 개별적으로 충격에너지를 지속적으로 공급하는 경우, 우측 하단의 도면과 같이 외피의 변형을 유도하면 일정한 형태의 곡면 표면을 형성할 수 있다. 그리고, 각각의 햅틱 셀의 부피 변형 정도와 입력되는 진동 충격 소자의 에너지량 관계에 대한 상호 특성 관계 데이터가 정립되는 경우, 도 3의 중앙 하단의 도면과 같이 각각의 햅틱 셀의 변형 정도를 추적할 수 있는 거리 센서를 내장할 수 있다. 예컨대, 거리 센서는 자기장 측정 센서일 수 있으며, 자기장 측정 센서를 활용해서 두 지점 간의 거리 값을 획득할 수 있다. 거리 센서를 활용하는 경우, 외부의 힘에 의해서 변형된 햅틱 셀의 상태를 추적할 수 있으므로, 각각의 단위 셀에 대한 상호작용 입력 값(사용자의 표면 누름 정도 측정 값)을 얻을 수 있다.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라 다양한 사용자 내비게이션 환경을 가진 콘텐츠로부터 표면의 재질감 정보를 획득하여, 가상의 재질감을 출력하는 처리 과정을 설명한다. 예컨대, 도 4의 상단에서 제1 상황은 대리석 바닥과 같이 평평하고 단단한 가상 공간을 이동하는 경우, 제2 상황은 부드러운 흙 바닥에 자갈돌밭이 혼재하는 상황이며, 제3 상황은 평평한 돌 바닥의 사이사이에 풀숲이 형성된 가상 공간을 사용자가 이동하는 상황을 표현하는 콘텐츠이다.

내비게이션 정보 추출부(110)에서는 각각의 콘텐츠에서 도 4의 (a)와 같이 내비게이션 표면에 대한 지형 지오메트리 정보를 추출하여 입력 값으로 받아들인다. 일반적인 (게임)콘텐츠 들은 지형의 정보를 3차원 폴리곤 매쉬와 세부 객체를 표현하는 폴리곤들의 집합으로 표현하거나, 일정한 형태의 폴리콘 매쉬와 함께 세부 굴곡 정보를 표현하는 데이터(예컨대, height map)를 활용해서 시각적으로 다양한 질감이 표현되는 가시화 방법을 사용한다. 그러므로, 내비게이션 정보 추출부(110)는 사용자가 가상공간에서 접촉하고 있는 표면의 형태 및 질감에 대한 디지털 수치를 얻는 과정을 용이하게 수행할 수 있다.

임의의 해상도와 정밀도를 가진 매쉬형 재질감 입출력기(160)의 표면이 입력된 제1 내지 제3 상황의 표면 외형과 최대한 일치된 형상을 가질 수 있도록, 재질감 제어 신호 변환부(120)에서는 도 4의 (b)와 같이 햅틱 셀의 해상도 폴리곤 매쉬를 생성한다. 예컨대, 매쉬형 재질감 입출력기(160)가 100x100으로 구성된 경우, 재질감 제어 신호 변환부(120)는 100x100개의 폴리곤 집합으로 구성된 평면형 폴리곤 매쉬를 생성할 수 있다.

또한, 재질감 제어 신호 변환부(120)는 이를 입력된 제1 내지 제3 상황의 재질감 표현의 형상과 일치시키는 작업(mesh mapping)을 수행한다. 이때, 폴리곤 매쉬를 각각의 지점의 높이를 개별적으로 제어해서 굴곡을 가진 곡면형 매쉬로 만드는 작업은 컴퓨터그래픽스 분야의 일반적인 기법이므로 상세 과정은 생략한다.

앞의 과정을 거치면 도 4의 (c)와 같이 입력된 표면은 3가지 형태의 단면의 사례와 같이 평평하거나, 불규칙적인 높이를 가지는 매쉬의 형태로 변형되어 각각의 표면의 3차원 외형을 표현할 수 있는 데이터로 출력된다. 이때, 출력되는 해당 데이터는 데이터 저장부(140)에 저장될 수 있으며, 필요에 따라서 GUI(그래픽사용자인터페이스)를 구비한 가상 재질감 저작부(150)에서 로드(load)되어서 사용자가 직접 해당 표면의 세부 표현 정보(예; 각각 햅틱 셀의 높이 정보)를 변경(authoring)할 수 있다.

또한, 제1 내지 제3 상황에 대한 콘텐츠 정보가 각각의 재질이 가지는 물리적인 특성을 포함하고 있는 경우 또는 가상 재질감 저작부(150)를 통해서 각각의 표면의 단단함(경도) 특성을 앞 단계에서 생성된 표면의 3차원 외형 정보와 쌍으로 매핑하여서 데이터 저장부(140)에 기록한다.

재질감 출력기 제어부(130)는 재질감 제어 신호 변환부(120)에서 출력되는 데이터 또는 데이터 저장부(140)의 데이터를 입력받아서, 가상 내비게이션 장치(200)의 매쉬형 재질감 입출력기(160)에 내장된 햅틱 셀의 액추에이터를 제어한다. 이때, 각각의 액추에이터를 제어하는 방법은 앞의 도 2 및 도 3의 상세 설명에서 기술하였다.

그러므로, 도 4의 (d) 의 결과와 같이 제1 내지 제3의 상황의 특성을 가진 가상콘텐츠의 이동공간의 표면이 본 발명이 제안한 가상 재질감 제공 장치(100)를 통해서 다양한 물리적 표면으로 제시될 수 있다. 일 예로서, 제1 상황의 단단한 표면 소재를 표현하는 경우, 매쉬형 재질감 입출력기(160)의 액추에이터의 부피 변형 값을 고정(예컨대, 0으로 고정)시켜서 사용자가 접촉하여도 외형이 변화되지 않는 평평하고 단단한 느낌을 제시할 수 있다. 다른 예로서, 제2 상황의 부드러운 흙의 재질감은 사용자가 접지하는 부분의 햅틱 셀을 입력 센서를 통해서 감지되는 양에 비례하여 높이 값을 변형(예컨대, 높이를 낮춤) 시키는 방법으로 지형이 변형되는 물리적 효과(밟는 느낌)를 제시할 수 있다. 또 다른 예로서, 제3 상황의 풀숲을 표현하는 경우는 사용자 신체와 접촉된 부분은 변형(예컨대, 높이와 부피를 변형)을 시키고, 시간이 지나면 다시 원형을 복구시켜서, 재접촉이 일어나는 경우에도 동일한 풀숲에서 이동하는 느낌을 전달하도록 구현할 수 있다. 이때, 앞에서 구현된 부드러운 흙을 표현하는 경우 변형된 표면이 3차원 형태를 유지하는 경우이지만, 풀숲을 표현하는 방법은 다시 원래의 저작 단계의 정보(재질감 제어 신호 변환부(120) 및 데이터 저장부(140)의 정보)로 복귀함을 의미한다.

본 발명의 구체적인 설명에서 기술된 가상 표면 재질감을 물리적 재질감으로 출력하는 가상 재질감 제공 장치(100)는 가상 내비게이션 장치(200)가 가지고 있는 공간적인 형체 변형의 한계 때문에 시각적으로 정확하게 일치되는 표면의 형태를 표현하는 것은 불가능하다. 그러나, 대부분의 가상현실 콘텐츠는 사용자의 시야를 가리는 착용형 디스플레이를 활용하거나, 사용자가 내비게이션 장치의 표면을 직접 눈으로 관찰하면서 콘텐츠의 게임을 진행하는 경우는 매우 드물기 때문에(즉, 사용자의 시감각 기관을 담당하는 인터페이스는 내비게이션용 장치와는 별개로 제공되는 경우가 일반적임) 시각적으로 완벽하게 일치되지 않더라도 다양한 표면 재질의 감각을 제시해도 가상공간의 사용자에게는 높은 사실감과 몰입도를 제공하는 인터페이스 장치로 활용될 수 있다.

이와 같이, 종래에는 시각적 및 청각적 표현이 주로 활용되었으나, 본 발명의 실시예에 따르면 촉감적 감각 피드백이 추가된 가상현실 내비게이션 상호작용이 가능함에 따라 사용자는 가상공간에서 이동하면서 시각적으로 제시되는 다양한 표면과 상호작용하는 다양한 느낌을 체험할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 햅틱셀에 내장되는 다양한 센서들의 정보를 활용하는 경우 사용자의 현재 동작 및 자세 그리고 의도적인 접촉 이벤트(예; 지면에 그려진 특정 유저 인터페이스를 접촉/누르는 상황)를 검출할 수 있으므로, 다양한 표면의 형태 및 재질감 표현은 물론 양방향 상호작용을 지원하는 보조적인 입출력 인터페이스로 활용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 재질감 제공 장치(100)를 통한 몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 통신 매체는 전형적으로 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 반송파와 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터, 또는 기타 전송 메커니즘을 포함하며, 임의의 정보 전달 매체를 포함한다.

본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍처를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

110 : 내비게이션 정보 추출부 120 : 재질감 제어 신호 변환부
130 : 재질감 출력기 제어부 140 : 데이터 저장부
150 : 가상 재질감 저작부 160 : 매쉬형 재질감 입출력기

Claims (9)

1. 가상 현실 콘텐츠로부터 내비게이션 인터페이스를 위한 정보를 획득하는 내비게이션 정보 추출부;
   상기 가상 현실 콘텐츠가 가진 임의의 3D 기하 정보 및 시간에 따른 변화 정보를 입출력하는, 일정한 물리적 형태로 배치된 매쉬형 재질감 입출력기;
   상기 매쉬형 재질감 입출력기의 구조와 연계되는 제어 신호로 변경하기 위한 재질감 제어 신호 변환부; 및
   상기 재질감 제어 신호 변환부에서 출력되는 신호에 따라 상기 매쉬형 재질감 입출력기의 햅틱 셀 각각을 제어하는 재질감 출력기 제어부를 포함하고,
   상기 매쉬형 재질감 입출력기는 가변형 외피와, 상기 가변형 외피의 내부에 각각의 위치에서의 부피가 독립적으로 변형 가능한 복수의 햅틱 셀을 포함하고,
   상기 복수의 각 햅틱 셀은 점탄성 소재와 진동 충격 발생 소자를 포함하는 다중 배열되는 단위 액추에이터로 구성되며, 상기 진동 충격 발생 소자의 동작 제어에 따라 상기 단위 액추에이터의 점탄성이 강화 또는 약화되어 변위가 증감되는 것인,
   몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 각 햅틱 셀은 다층 구조의 복수의 전자능동제어폴리머 소재의 햅틱 액추에이터로 구성되는 것인,
   몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 각 햅틱 셀은 임의의 형태로 공간에 배열 가능하며, 단위 매질을 독립적으로 제어하는 경우 다단계 및 다양한 형태로 단위 매질의 부피와 경도를 변경할 수 있는 전자능동제어폴리머 재질의 소재로 구성되는 것인,
   몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 매쉬형 재질감 입출력기는 상기 햅틱 액추에이터를 구동하는 전기회로에 역방향 전류 검출 회로가 구비됨에 따라, 외부의 힘에 상응하는 이벤트를 검출하는 입력 센서의 기능을 수행하는 것인,
   몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 매쉬형 재질감 입출력기는 복수의 두 지점 간의 거리 값을 획득하는 거리 센서를 구비함에 따라, 외부의 힘에 상응하는 상기 햅틱 셀의 상태를 추적하여 각 햅틱 셀에 대한 상호작용 입력값을 획득하는 것인,
   몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 재질감 제어 신호 변환부는 상기 매쉬형 재질감 입출력기에서의 해상도 및 정밀도에 상응하는 폴리곤 집합으로 구성된 평면형의 햅틱셀의 해상도 폴리곤 매쉬를 생성하는 것인,
   몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 가상 현실 콘텐츠와 햅틱 효과 출력 관계를 저작하고, 상기 가상 현실 콘텐츠에서의 각각의 재질이 가지는 물리적인 특성을 상기 3D 기하 정보와 쌍으로 매핑하여 데이터 저장부에 저장하는 가상 재질감 저작부를 더 포함하는,
   몰입형 가상 환경에서의 가상 재질감 제공 장치.

Images