KR102530673B1 - Xr 레일바이크 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 XR 레일바이크 시스템에 관한 것이다. 코로나 19 및 각종 바이러스로 인하여 실외 활동의 제한으로 인해 스트레스가 증진되는 상황에서 XR 게임과 접목시켜 재미를 주면서 운동효과를 제공할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

Description

XR 레일바이크 시스템{XR RAILROAD BIKE SYSTEM}
본 발명은 XR 레일바이크 시스템에 관한 것이다. 코로나 19 및 각종 바이러스로 인하여 실외 활동의 제한으로 인해 스트레스가 증진되는 상황에서 XR 게임과 접목시켜 재미를 주면서 운동효과를 제공할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
가상현실 기술은 컴퓨터로 만들어 놓은 가상의 환경에서 실제와 같은 체험을 할 수 있도록 하는 기술로 머리에 장착하는 디스플레이 디바이스인 HMD(Head mounted display)를 활용해 체험이 이루어진다.
확장현실(XR, eXtended Reality)은 가상현실(VR)과 증강현실(AR)을 아우르는 혼합현실(MR) 기술을 망라하는 용어다. 가상현실(VR)이 360도 영상을 바탕으로 새로운 현실을 경험하도록 하는 기술이라면 증강현실(AR)은 실제 사물 위에 컴퓨터그래픽(CG)을 통해 정보와 콘텐츠를 표시한다. 증강현실(AR)과 가상현실(VR)은 별개이지만 이 두 기술은 각자 단점을 보완하며 상호 진화를 하고 있다. 그러나 현 단계에서는 차이가 분명히 드러난다. 가상현실(VR)은 눈 전체를 가리는 헤드셋 형(HMD) 단말기가 필요하고, 증강현실(AR)은 구글 글라스와 같은 안경으로 표현이 가능하다. 확장현실(XR)은 가상·증강현실(VR·AR) 기술의 개별 활용 또는 혼합 활용을 자유롭게 선택하며, 확장된 현실을 창조한다.
선행기술문헌을 살펴보면, 대한민국 등록특허공보 10-1961934에는 "VR 자전거 시스템"이 기재되어 있다. 청구항 1을 살펴보면, "디스플레이부; 하나 이상으로 구비되는 헬스용 자전거; 이용 중인 상기 헬스용 자전거 측을 촬영하는 카메라; 상기 헬스용 자전거, 디스플레이부 및 카메라 사이를 연동시키며 VFX(Visual FX)기능을 추가한 VR컨텐츠를 제공하는 시스템 서버; 상기 시스템 서버를 기반으로 하는 어플리케이션이 포함되며, 상기 헬스용 자전거마다 구비되는 이용자단말 및 상기 시스템 서버와 연동되는 센서부를 포함하고, 상기 헬스용 자전거는, 핸들; 이용자가 앉도록 형성되며, 높이조절이 가능하도록 조절부가 구비된 안장; 상기 핸들 및 안장과 지지부재로 연결되며, 회전축을 포함하는 휠; 상기 시스템 서버와 연동되어 상기 핸들, 안장 및 휠을 제어하는 제어부; 상기 회전축에 연결되어 양단에 형성되는 한 쌍의 페달 및 일측에 구비되는 스피커를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 시스템 서버로부터 전송된 입력정보에 따라 자동으로 상기 안장의 조절부를 움직일 수 있도록 제어하는 몰입모듈; 상기 이용자단말로부터 입력된 속도정보에 따라 상기 휠의 회전속도를 제어하는 속도제어모듈; 상기 이용자단말로부터 입력된 배경음악정보에 따라 상기 스피커로 출력할 수 있도록 하는 음악재생모듈 및 상기 이용자단말로부터 입력된 핸들민감도입력정보에 따라 상기 핸들의 민감도를 조절할 수 있는 핸들조절모듈을 포함하는 VR 자전거 시스템."이 기재되어 있는데, 자전거의 안장, 핸들 및 휠의 동작 정보를 이용하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 10-2144232 에는 "페달 속도가 연동된 가상현실 콘텐츠를 제공하는 헬스 자전거 시스템"이 기재되어 있다. 청구항 1을 살펴보면, "페달 속도가 연동된 가상현실 콘텐츠를 제공하는 헬스 자전거 시스템에 있어서, 헬스 자전거의 페달 속도를 센싱하는 페달링 속도 센서; 복수의 빔 프로젝터 및 VR 디스플레이 기기를 포함하는 디스플레이 기기; 및 상기 페달링 속도 센서와 연결되어 상기 페달 속도에 대응하는 센서 값을 수신하고 상기 가상현실 콘텐츠와 상기 센서 값을 실시간으로 연동하는 전자 장치;를 포함하고, 상기 전자 장치는, 디스플레이부를 포함하며, 상기 디스플레이부를 통해 상기 가상현실 콘텐츠를 표시하고, 상기 가상현실 콘텐츠를 표시하는 동안 수신한 센서 값에 기반하여 주행 상태 정보를 획득하고, 상기 획득한 주행 상태 정보에 기반하여 상기 표시 중인 가상현실 콘텐츠를 실시간으로 변경하며, i) 상기 복수의 빔 프로젝터가 사용자를 중심으로 사방으로 영사되고 상기 복수의 빔 프로젝터는 제1 빔 프로젝터 및 제2 빔 프로젝터를 포함하며, 상기 사용자의 얼굴 방향이 제1-1 방향으로 향하는 경우 상기 제1 빔 프로젝터가 영사되고, 상기 사용자의 얼굴 방향이 제1-2 방향으로 향하는 경우 상기 제2 빔 프로젝터가 영사되며, ii) 상기 VR 디스플레이 기기가 홍채인식 센서와 연결되고 상기 사용자의 눈이 제2-1 방향으로 향하는 경우 상기 가상현실 콘텐츠가 상기 제2-1 방향으로 표시되고, 상기 사용자의 눈이 제2-2 방향으로 향하는 경우 상기 가상현실 콘텐츠가 상기 제2-2 방향으로 표시되는 것을 특징으로 하는 페달 속도가 연동된 가상현실 콘텐츠를 제공하는 헬스 자전거 시스템."이 기재되어 있는데, 실제 도로를 주행하는 것과 유사한 느낌으로 운동을 할 수 있도록 페달 속도가 연동된 가상현실 콘텐츠를 제공하는 것을 기술적 특징으로 하고 있다.
대한민국 등록특허공보 10-1961934 (2019.03.26 등록) 대한민국 등록특허공보 10-2144232 (2020.08.06 등록)
해결과제는 XR 레일바이크 게임을 즐기면서 싸이클링 운동효과를 제공할 수 있는 XR 레일바이크 시스템을 제공하는 것이다.
해결수단은,
물리운동기구; 머리 착용 디스플레이(HMD, Head Mounted Display); 조작컨트롤러; 및 컴퓨터 애플리케이션;을 포함하는 XR 레일바이크 시스템에 있어서,
HMD를 착용한 사용자가 물리운동기구에 위치하고 PC에 설치된 애플리케이션이 XR 레일바이크 게임을 시작하면,
애플리케이션은,
레일 구간별 마찰계수가 다르게 설정된 구간별 마찰데이터가 포함된 레일을 생성하고, 이 데이터에 따른 운동강도 데이터를 물리운동기구에 전송하여 운동강도 조절 모터가 제어되도록 하며,
사용자가 조작컨트롤러의 방향을 움직이고 물리운동기구의 페달을 밟으면 이에 따라 레일바이크를 이동 구동하는 것을 특징으로 하는 XR 레일바이크 시스템이다.
상기 물리운동기구는,
페달 RPM 데이터 및 페달링 총회수 데이터를 애플리케이션에 전송하고, 애플리케이션은 페달 RPM 데이터에 따라 레일바이크의 동작을 제어하되, 구간별 기준 RPM 데이터와 비교 분석하여 동작을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 애플리케이션은,
페달 RPM 데이터, 페달링 총회수 데이터, 레일 구간별 마찰 데이터 및 구간별 기준 RPM 정보를 종합 분석하여 사용자의 운동량 및 운동패턴을 분석하는 것을 특징으로 한다.
다른 해결수단은,
물리운동기구; 머리 착용 디스플레이(HMD, Head Mounted Display); 조작컨트롤러; 및 컴퓨터 애플리케이션;을 포함하는 XR 레일바이크 시스템의 동작방법에 있어서,
HMD를 착용한 사용자가 물리운동기구에 위치하고 PC에 설치된 애플리케이션이 XR 레일바이크 게임을 시작하는 1 단계;
애플리케이션은 레일 구간별 마찰계수가 다르게 설정된 구간별 마찰데이터가 포함된 레일을 생성하고, 이 데이터에 따른 운동강도 데이터를 물리운동기구에 전송하여 운동강도 조절 모터가 제어되도록 하는 2 단계;
애플리케이션은 사용자가 조작컨트롤러의 방향을 움직이고 물리운동기구의 페달을 밟으면 이에 따라 레일바이크를 이동 구동하는 3 단계;
물리운동기구는 페달 RPM 데이터 및 페달링 총회수 데이터를 애플리케이션에 전송하고, 애플리케이션은 페달 RPM 데이터에 따라 레일바이크의 동작을 제어하되, 구간별 기준 RPM 데이터와 비교 분석하여 동작을 제어하는 4 단계; 및
애플리케이션은 페달 RPM 데이터, 페달링 총회수 데이터, 레일 구간별 마찰 데이터 및 구간별 기준 RPM 정보를 종합 분석하여 사용자의 운동량 및 운동패턴을 분석하는 5 단계;를 포함하는 XR 레일바이크 시스템의 동작방법이다.
상기에서,
서버;를 추가로 포함하고,
네트워크 게임인 경우,상기 2 단계에서 복수 개의 레일을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 시스템은 코로나 19 및 각종 바이러스로 인하여 실외 활동의 제한으로 인해 실내에서 단순한 운동 활동이 아닌 XR 게임과 접목시켜 재미를 주면서 운동효과를 제공할 수 있다.
특히, XR 게임을 통해서 레일의 궤적에 따른 경사도를 반영하여 사용자가 그에 따른 운동 강도로 게임을 할 수 있도록 하여 재미를 주고, 운동량과 운동패턴을 분석 제공함으로써 건강 가이드로서의 기능도 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 XR 레일바이크 시스템에 포함되는 물리운동기구를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명에 따른 XR 레일바이크 시스템을 실제로 사용하는 것을 나타낸 사진이다. 도 7 내지 도 9는 애플리케이션에서 제공하는 VR 게임 화면 일부를 캡쳐한 도면이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 XR 기술을 활용하여 기존 게임의 단점인 흥미를 금방 잃게 되는 부분을 다양한 콘텐츠와 운동기구 연동으로 보완한 것이다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 XR 레일바이크 시스템에 포함되는 물리운동기구를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명에 따른 XR 레일바이크 시스템을 실제로 사용하는 것을 나타낸 사진이다. 도 7 내지 도 9는 애플리케이션에서 제공하는 VR 게임 화면 일부를 캡쳐한 도면이다.
본 발명에 따른 XR 레일바이크 시스템은 물리운동기구, 머리 착용 디스플레이(HMD, Head Mounted Display), 조작컨트롤러 및 애플리케이션을 포함한다. 애플리케이션은 PC에 설치되어서 VR 게임을 제공한다. 서버는 네트워크 게임으로 이용될 때 구성요소로 포함될 수 있다.
사용자가 HMD를 착용하고 VR 게임을 즐기면서 물리운동기구와 애플리케이션이 상호 통신 연동되도록 구성한다.
물리운동기구는 사용자가 VR 레일바이크 게임을 할 때 다리 운동 효과를 같이 제공하기 위한 기구이다. 물리운동기구는 페달, 페달링 회전수 센서, 경사도 연동 운동강도 조절 모터 및 통신부를 포함한다. (도 1 내지 5 참조, 도 4는 페달링 회전수 센서, 도 5는 경사도 연동 운동강도 조절 모터)
페달링 회전수 센서는 사용자의 페달링을 센싱하고 RPM 데이터와 페달링 총회수 데이터를 발생시킨다. 운동강도 조절 모터는 애플리케이션과 연동하여 제어되도록 구성된다.
통신부는 RPM 데이터 및 페달링 총회수 데이터를 애플리케이션에 전송한다.
애플리케이션은 사용자에게 VR 레일바이크 게임을 제공한다. 애플리케이션은 인터페이스 모듈, 가상도시 생성 모듈, 레일 운용 모듈, 랜드마크 운용 모듈 및 운동패턴 분석모듈을 포함한다.
인터페이스 모듈은 RPM 데이터를 전송받아서 레일 운용 모듈에 전송하면, 레일 운용 모듈은 RPM 데이터를 활용하여 레일바이크의 동작을 처리하게 된다. 또한, 레일 운용 모듈이 레일과 레일바이크의 동작상황에 따라 운동강도 데이터를 인터페이스 모듈에 전송하면 인터페이스 모듈이 이 데이터를 물리운동기구에 전송하여 운동강도 조절 모터가 제어되도록 한다.
가상도시 생성 모듈은, 한국의 도시, 세계 유명 도시 또는 미래 세계의 도시를 모델링한 3D 가상 도시를 생성하여 화면으로 제공한다. (도 7 참조) 랜드마크 운용 모듈은 도시에 있는 중요한 랜드마크 근처를 레일바이크가 진행할 때 랜드마크의 설명문을 제시하여 여행을 하는 재미를 선사한다.(도 9 참조)
레일 운용 모듈은 레일바이크 및 레일바이크가 진행하는 레일을 생성하고 레일바이크의 동작을 처리 운용한다. (도 8 참조, 레일 중간에 각끝이 빨간색 및 초록색인 레일바이크가 진행하고 있는 화면)
첫 번째, 레일 운영모듈은 레일을 생성할 때 각 구간의 좌표에 따라 마찰계수를 설정하고 이 구간별 마찰 데이터에 따라 게임이 진행되도록 한다. 예를 들어, 레일의 구간이 급경사도인 경우 이 구간별 마찰 데이터의 마찰계수는 높게 설정된다.
두 번째, 구간별 마찰 데이터에 따라 운동강도 데이터를 물리운동기구에 전송하도록 하여 운동강도 조절 모터가 제어되도록 한다. 예를 들어, 급경사도인 경우 마찰계수는 높고 운동강도 조절 모터는 페달링이 매우 뻑뻑하게 작동하도록 한다.
세 번째, RPM 데이터에 따라 레일바이크의 동작을 제어한다. 이 경우 구간별 기준 RPM 데이터와 비교 분석하여 제어한다. 예를 들어, 급경사도의 높은 마찰계수가 설정된 구간은 기준 RPM 데이터가 다른 구간보다 작을 수 있다. 그러나 운동강도 조절 모터가 제어되기 때문에 사용자는 뻑뻑해진 페달링을 하면서 그 경사도에 따른 기준 RPM 이상을 발생시켜야 하며 그렇지 않으면 레일바이크의 정상 진행동작이 이루어지지 않게 한다.
네 번째, 사용자가 손으로 쥐고 있는 조작컨트롤러의 신호를 받아서 레일바이크의 진행방향을 조절 제어한다.
운동패턴 분석 모듈은 RPM 데이터, 페달링 총회수 데이터, 레일 정보 및 구간별 기준 RPM 정보를 집적 종합 분석하여 사용자의 운동패턴을 분석한다. 왜냐하면, 레일 정보 및 구간별 기준 RPM 정보를 이용하지 않고 단순히 RPM 데이터 및 페달링 총회수 데이터만 이용하면 고난도 레일에서의 운동량이 정확히 반영되지 않기 때문이다.
운동패턴 분석 모듈은 사용자의 운동량의 증감 및 운동패턴을 분석하여 그 분석 결과를 사용자에게 제공하여 운동도 하면서 보다 재미있게 게임을 즐길 수 있도록 할 수 있다.
서버는 다수 사용자가 사용하는 네트워크 게임을 제공할 때 포함된다. 네트워크 게임의 경우 애플리케이션은 다수 사용자 모드로 변환되어 하나의 레일에서 복수 명의 사용자가 각자의 레일바이크로 상호 경쟁할 수 있는 게임으로 전환하여 제공한다. 이 경우 하나의 레일 및 하나의 궤적만 있는 것이 아니라 복수 개의 레일 및 복수 개의 궤적이 포함되어 서로 만나면서 갈라지게 화면을 제공하여 복수 명이 즐겁고 경쟁적으로 게임을 즐기면서 운동을 할 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 XR 레일바이크 시스템의 구동방법은 다음의 단계를 포함한다.
1단계) HMD를 착용한 사용자가 물리운동기구에 위치하고 PC에 설치된 애플리케이션이 XR 레일바이크 게임을 시작하는 단계
2단계) 애플리케이션은 레일 구간별 마찰계수가 다르게 설정된 구간별 마찰데이터가 포함된 레일을 생성하고, 이 데이터에 따른 운동강도 데이터를 물리운동기구에 전송하여 운동강도 조절 모터가 제어되도록 하는 단계
3단계) 애플리케이션은 사용자가 조작컨트롤러의 방향을 움직이고 물리운동기구의 페달을 밟으면 이에 따라 레일바이크를 이동 구동하는 단계
4단계) 물리운동기구는 페달 RPM 데이터 및 페달링 총회수 데이터를 애플리케이션에 전송하고, 애플리케이션은 페달 RPM 데이터에 따라 레일바이크의 동작을 제어하되, 구간별 기준 RPM 데이터와 비교 분석하여 동작을 제어하는 단계
5단계) 운동패턴 분석 모듈은 페달 RPM 데이터, 페달링 총회수 데이터, 레일 구간별 마찰 데이터 및 구간별 기준 RPM 정보를 종합 분석하여 사용자의 운동량 및 운동패턴을 분석하는 단계
만약 네트워크 게임이면 상기 2단계)에서는 복수 개의 레일을 생성하도록 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (5)

  1. 물리운동기구; 머리 착용 디스플레이(HMD, Head Mounted Display); 조작컨트롤러; 컴퓨터 애플리케이션; 및 서버;를 포함하는 XR 레일바이크 시스템에 있어서,
    HMD 및 조작컨트롤러를 착용한 사용자가 물리운동기구에 위치하고 PC에 설치된 애플리케이션이 XR 레일바이크 게임을 시작하고,
    애플리케이션은 인터페이스 모듈, 가상도시 생성 모듈, 레일 운용 모듈, 랜드마크 운용 모듈 및 운동패턴 분석모듈을 포함하며,
    인터페이스 모듈은 RPM 데이터를 전송받아서 레일 운용 모듈에 전송하면, 레일 운용 모듈은 RPM 데이터를 활용하여 레일바이크의 동작을 처리하고, 레일 운용 모듈이 레일과 레일바이크의 동작상황에 따라 운동강도 데이터를 인터페이스 모듈에 전송하면 인터페이스 모듈이 이 데이터를 물리운동기구에 전송하여 운동강도 조절 모터가 제어되도록 하고,
    가상도시 생성 모듈은 한국의 도시, 세계 유명 도시 또는 미래 세계의 도시를 모델링한 3D 가상 도시를 생성하여 화면으로 제공하며,
    랜드마크 운용 모듈은 도시에 있는 중요한 랜드마크 근처를 레일바이크가 진행할 때 랜드마크의 설명문을 제시하여 여행을 하는 재미를 선사하고,
    레일 운용 모듈은 레일바이크 및 레일바이크가 진행하는 레일을 생성하고 레일바이크의 동작을 처리 운용하되,
    레일을 생성할 때 각 구간의 좌표에 따라 마찰계수를 설정하여 레일을 생성하고, 이 구간별 마찰 데이터에 따라 게임이 진행되도록 하며, 구간별 마찰 데이터에 따라 운동강도 데이터를 인터페이스 모듈에 전송하도록 하여 운동강도 조절 모터가 제어되도록 하고, RPM 데이터에 따라 레일바이크의 동작을 제어하며, 사용자가 손으로 쥐고 있는 조작컨트롤러의 신호 및 물리운동기구의 페달 RPM 데이터를 받아서 레일바이크의 진행을 조절 제어하며,
    운동패턴 분석 모듈은 페달 RPM 데이터, 페달링 총회수 데이터, 레일 구간별 마찰 데이터 및 구간별 기준 RPM 데이터를 종합 분석하여 사용자의 운동량 및 운동패턴을 분석하고,
    물리운동기구는,
    페달 RPM 데이터 및 페달링 총회수 데이터를 인터페이스 모듈에 전송하며, 인터페이스 모듈은 페달 RPM 데이터에 따라 레일바이크의 동작을 제어하되, 구간별 기준 RPM 데이터와 비교 분석하여 동작을 제어하고,
    서버는,
    하나의 레일에서 복수 명의 사용자가 각자의 레일바이크로 상호 경쟁할 수 있는 화면을 제공하거나, 복수 개의 레일 및 복수 개의 궤적이 포함되어 서로 만나면서 갈라지는 화면을 제공하여 복수 명의 사용자가 경쟁적으로 게임을 즐기면서 운동을 할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, XR 레일바이크 시스템.
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