KR20020071252A

KR20020071252A - 3차원 공간이동형 시뮬레이터

Info

Publication number: KR20020071252A
Application number: KR1020010011265A
Authority: KR
Inventors: 성윤모
Original assignee: (주)브이알시스템
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-12

Abstract

본 발명은 3D 공간이동형 시뮬레이터에 관한 것이다. 본 시뮬레이터는 소정 크기의 반구형상을 가지며 함몰된 노출면에 영상이미지가 디스플레이되는 스크린과, 상기 영상이미지가 시각적으로 노출되도록 상기 스크린을 고정시키는 본체와, 상기 본체에 고정된 스크린과 상호 대향되게 설치되어 게임머를 착석시키고, 상기 영상이미지에 따라 3차원공간을 추종하는 반구형의 궤적이동용 모션플렛폼과, 상기 본체에 원주방향으로 상호 교차점을 갖도록 고정되어 있으며, 상기 모션플렛폼을 상기 교차점에 설치하여 3차원의 공간이동으로 이동가능하게 가이드하는 XY구동축의 공간이동가이더와, 상기 공간이동가이더를 따라 상기 모션플렛폼을 소정의 회전각만큼 구동하는 XY구동모터를 포함한다. 이에 따라, 게임머가 스크린속의 게임공간과 스크린밖의 공간을 일치시키기 위하여 3차원 공간상에서의 움직임을 구현하기 때문에 가상적인 게임공간을 보다 더 현실감있게 제공한다.

Description

3차원 공간이동형 시뮬레이터{3 DIMENSION SIMULATOR TO MOVE THE SPACE}

본 발명은 게임용 시뮬레이터에 관한 것으로 게임머가 게임용 스크린상에 나타나 있는 게임공간 속에서 게임을 하는 것과 같은 움직임효과를 느낄 수 있는 3D 공간이동형 시뮬레이터에 관한 것이다.

일반적으로 시뮬레이터는 실제상황과 거의 유사하게 테스터를 할 수 있도록 한 것으로써, 전체를 개념적인 의미로 모델화하여 외부적인 환경변수에 적응하도록 하고, 그 환경적인 요인에 추종하도록 한다.

그런데 이와 같은 시뮬레이터로 3차원의 공간의 특정위치로 이동하려면 적어도 3개의 구동축과 3축제어가 필요하고, 자세제어까지 하려면 6축이 필요하므로 제조공정이 어렵고 단가가 비싸 경제적인 부담감이 가중되고, 고장이 자주 일어나므로 사후관리가 어려워지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 게임머가 스크린속의 게임공간과 스크린밖의 공간을 일치시키기 위하여 3차원 공간상에서의 움직임을 구현하기 위한 3D 공간이동형 시뮬레이터를 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 소정 크기의 반구형상을 가지며 함몰된 노출면에 영상이미지가 디스플레이되는 스크린과, 상기 영상이미지가 시각적으로 노출되도록 상기 스크린을 고정시키는 본체와, 상기 본체에 고정된 스크린과 상호 대향되게 설치되어 게임머를 착석시키고, 상기 영상이미지에 따라 3차원공간을 추종하는 반구형의 궤적이동용 모션플렛폼과, 상기 본체에 원주방향으로 상호 교차점을갖도록 고정되어 있으며, 상기 모션플렛폼을 상기 교차점에 설치하여 3차원의 공간이동으로 이동가능하게 가이드하는 XY구동축의 공간이동가이더와, 상기 공간이동가이더를 따라 상기 모션플렛폼을 소정의 회전각만큼 구동하는 XY구동모터를 포함하는 3D 공간이동형 시뮬레이터에 의해 달성된다.

여기서, 상기 본체에는 상기 XY구동모터를 게임엔진의 명령에 따라 제어하고, 상기 스크린에 상기 영상이미지를 소정의 시나리오에 따라 동영상으로 처리하는 영상디스플레이를 가지는 시스템컨트롤러가 내장되어 있는 것이 바람직하다. 상기 영상디스플레이는 상기 스크린에 상기 영상이미지를 투사하여 게임화면을 만들어 내는 프로젝터인 것이 바람직하다.

또한, 상기 모션플렛폼은, 게임머가 상기 스크린을 집중적으로 응시하도록 착석할 수 있게 설치된 조종석과, 모션플렛폼이 상기 영상이미지에 추종하도록 게임머가 조종하기 위한 조종간과, 상기 조종석의 머리위치에 설치되어 게임머에게 사운드를 발산하는 스피커를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 조종석에는 소리를 진동으로 전환하여주는 바이브레이션 시스템이 포함되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 Y구동모터는 조종간과 조종석를 Y축 이동궤적으로 운동시키기 위해 조종간()에 연결된 회동프레임에 회동가능하게 결합되어 있고, 상기 Y구동모터와 상기 X구동모터 각각이 양단에 설치된 회동가이더가 마련되어 있는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터를 나타낸 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 시스템을 나타낸 블럭도이고,

도 3은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 단면 구성을 나타낸 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 3차원 공간이동가이더를 나타낸 사시도이고,

도 5는 도 4를 상세하게 나타낸 상세도이고,

도 6은 도 5의 분해사시도이고,

도 7은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 동작을 설명하기 위한 도면이고,

도 8은 도 7의 운동형태를 회전각도별로 분해하여 설명하기 위한 도면이고,

도 9는 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터가 가장 선형적으로 동작하는 변위를 나타낸 그래프이고,

도 10은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터가 가장 선형적으로 동작하는 속도를 나타낸 그래프이고,

도 11은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 다른 실시예에 따른 동작 변위를 나타낸 그래프이고,

도 12는 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 다른 실시예에 따른 동작 속도를 나타낸 그래프이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 ; 본체3 ; 스크린

5 ; 모션플렛폼7 ; 시스템컨트롤러

9 ; 통합시스템11 ; 스피커

13 ; 게임엔진15 ; 영상/음향디스플레이

17 ; 조종석19 조종간

21 ; X구동축 공간이동가이더22 ; Y구동축 공간이동가이더

23 ; 프로젝터25 ; X구동모터

27 ; Y구동모터29 ; XY회동축

30 ; 회동프레임31 ; 지지프레임

32 ; 플레이트

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 시스템을 나타낸 블럭도이고, 도 3은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 단면 구성을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 3차원 공간이동가이더를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4를 상세하게 나타낸 상세도이고, 도 6은 도 5의 분해사시도이다.

본 시뮬레이터는 도 1에 도시된 바와 같이, 게임머가 시각적으로 집중시킬 수 있는 노출측에 반구형상으로 함몰된 디스플레이용 스크린(3)이 설치된 본체(1)와, 상기 본체(1)의 스크린(3)과 대응되도록 위치하고 게임머가 상기 스크린(3)을 응시하면서 영상의 이미지에 따라 3차원으로 추종움직임을 나타내는 반구형의 궤적이동용 모션플렛폼(5)을 가지고 있다.

상기 본체(1)의 내부에는 게임프로그램 등 게임관련 모든 기능들을 제어하고 통제하는 시스템컨트롤러(7)가 마련되어 있다. 상기 시스템컨트롤러(7)는 도 2에 도시된 바와 같이, 본 시뮬레이터의 각종기능들 예를들어 모션플렛폼(5)의 3차원의 공간이동과 상기 스크린(3)에 투사되는 영상 및 스피커(11)의 음향을 게임엔진(13)의 알고리즘에 따라 통제하는 통합시스템(9)이다. 여기서, 게임엔진(13)은 여러가지의 가상현실을 구현하는데 정해진 시나리오에 따른 게임알고리즘을 동작시킴은 물론 스크린(3)의 게임영상과 스피커(11)의 게임사운드를 위한 신호를 제공하고, 영상 및 음향은 상기 신호 중 어느 하나를 받아 영상/음향디스플레이(15)에서이루어진다. 또한, 3차원 공간이동은 상기 신호 중 어느 하나를 받아 모션플렛폼(5)에서 이루어진다.

상기 모션플렛폼(5)은 도 3에 도시된 바와 같이, 게임머가 상기 스크린(3)을 집중적으로 응시하도록 편히 앉을 수 있게 설치된 조종석(17)과, 게임머가 모션플렛폼(5)이 상기 영상이미지에 추종하도록 조종하기 위한 조종간(19)과, 상기 조종석(17)의 머리위치에 설치되어 게임머에게 사운드를 발산하는 스피커(11)를 가지고 있다. 상기 본체(1)의 내측에는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모션플렛폼(5)의 물리적인 위치가 상기 조종간(19)의 명령에 따라 추종하여 움직이도록 설치된 반원형 XY구동축의 3차원 공간이동가이더(21,22)가 고정되어 있고, 상기 공간이동가이더(21,22) 간에 형성되는 교차점에는 상기 모션플렛폼(5)이 X,Y축의 원주방향으로 이동가능하게 고정되어 있다. 여기서, 상기 3차원 공간이동가이더(21,22)는 반원형의 XY구동축으로 이루어져 있으므로 X축과 Y축을 가변적으로 이동함에 따라 반구형의 이동궤적이 형성되고, 즉 2차원평면을 반구형으로 변형하여 3차원공간을 이동할 수 있도록 반구형의 표면궤적을 이동하며, 그의 교차점에 고정된 조종석(17)을 상기 이동궤적으로 보다 원활하게 동작할 수 있도록 유도한다.

상기 조종석(17)의 의자에는 소리를 진동으로 전환하여주는 바이브레이션 시스템이 포함되어 있다. 상기 조종간(19)에는 조종석(17)의 방향과 위치를 조종하고 게임상의 기능을 구현하기 위한 여러개의 버튼이 있으며, 상기 스크린(3)을 향하여 특정한 비율로 적색,청색,녹색의 색광을 비추어 스크린(3)에 영상이미지가 투사되도록 하여 게임화면을 만들어 내는 프로젝터(23)가 설치되어 있다. 이 스크린에 각종 게임이 프로젝터(23)를 통해 디스플레이되어 게임을 진행할 수 있도록 한다. 이 때, 프로젝터(23)를 통하여 투사된 게임상의 화면은 스크린(3)으로 구현된다

그리고 상기 스크린(3)과 상기 모션프렛폼(5) 사이의 본체(1) 하부에는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 모션플렛폼(5)의 3차원 공간이동가이더(21,22) 각각을 상기 조종간(19)의 명령에 따라 구동시키는 X축 구동모터(25) 및 Y축 구동모터(27)가 설치되어 있다. 상기 Y축 구동모터(27)가 상부에 위치하고 상기 X축 구동모터(25)가 하부에 위치하는 회동가이더(29)가 수직하게 설치되어 있으며, 즉 상기 회동가이더(29)의 하부는 X축 구동모터(25)의 회전력을 상기 X구동축의 공간이동가이더(21)에 전달하여 X축의 원주방향으로 슬라이딩가능하게 유도하고, 상기 회동가이더(29)의 상부에는 Y축 구동모터(27)의 회전력을 상기 Y구동축의 공간이동가이더(22)에 전달하여 Y축의 원주방향으로 슬라이딩가능하게 유도한다. 이 때, 상기 Y축 구동모터(27)는 조종간(19)과 조종석(17)를 Y축 이동궤적으로 운동시키기 위해 조종간(19)에 연결된 회동프레임(30)에 회동가능하게 결합되어 있다. 또한, 상기 공간이동가이더(21,22)는 본체(1)를 지지하는 지지프레임(31)에 회동가능하게 고정되어 있다. 상기 본체(1)의 하측에는 상기 모션플렛폼(5)을 향하여 연장되어 게임머가 모션플레폼(5)의 조종석(17)으로 쉽게 앉을 수 있도록 보조하고 상기 모션플렛폼(5)의 이동공간의 움직임영역을 확보하기 위한 플레이트(32)가 마련되어 있다. 여기서, 상기 시스템컨트롤러(7)는 상기 프로젝터(23)와 XY구동모터(25,27)와 스피커(11)와 조종간(19)를 동작과 이들을 구동시킨다.

도 7은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 동작을 설명하기 위한도면이고, 도 8은 도 7의 운동형태를 회전각도별로 분해하여 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터가 가장 선형적으로 동작하는 변위를 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터가 가장 선형적으로 동작하는 속도를 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 다른 실시예에 따른 동작 변위를 나타낸 그래프이고, 도 12는 본 발명에 따른 3D 공간이동형 시뮬레이터의 다른 실시예에 따른 동작 속도를 나타낸 그래프이다.

상술한 바와 같은 본 시뮬레이터의 동작은 먼저, 게임머가 게임을 승인받으면 모션플렛폼(5)의 조종석에 앉아서 시작을 기다린다. 게임엔진(13)에 의해서 게임이 시작되면 스크린(3)에는 게임영상의 이미지가 프로젝터(23)에 의해서 투사되고, 그 이미지는 특정한 주제를 가지고 있는 시나리오를 따라 동영상게임이 이루어진다. 게임머가 상기 동영상의 게임에 따라 조종간으로 원하는 방향으로 움직이도록 하면, 시스템컨트롤러(7)는 게임머에게 게임사운드를 들려주면서 각 구동모터(25,27)를 제어하여 모션플렛폼()이 XY구동축의 3차원 공간이동가이더(21,22)를 따라 슬라이드운동을 하도록 하고, 특히 이 슬라이드운동은 3차원의 공간을 자유자재로 이동하는 궤적을 그린다. 즉 X구동모터(25)의 운동은 구동축을 통하여 X구동축의 공간이동가이더(21)의 슬라이드 궤적을 따라 일어나고, Y구동모터(27)의 운동은 Y구동축에 연결된 회동프레임(30)을 통하여 Y구동축의 공간이동가이더(22)의 슬라이드 궤적을 따라 일어남으로 구의 궤적 공간 어디에든 모션플렛폼(5)을 이동시킨 수 있다. 여기서, 상기 조종석(17)은 게임의 특성상 바이브레이션 시스템에 의해 소리를 진동으로 발생되고, 게임머는 상기 진동을 느낀다.

상세하게, 상기 Y구동축의 공간이동가이더(22)의 슬라이드 궤적은 도 7에 도시된 바와 같이, 구동축에 연결된 Y구동축의 공간이동가이더(22)만으로 이루어지는 원주방향을 따른 운동을 나타낸 것으로 X,Y축의 구동모터(21,22)에 의해 φ와 θ의 변화를 주어 위치이동을 하는 것이며, 특히 상기 공간이동가이더(21,22)가 반원형상으로 이루어져 있으므로 2차원의 평면적인 궤적을 그리지않고, 3차원의 입체적인 궤적을 그린다. 즉 X구동축의 공간이동가이더(21)에 의해 φ가 변화하며, Y구동축의 공간이동가이더(22)에 의해 θ값을 변화시키면, 구면의 궤적분포를 갖는다는 것을 알수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 동작의 실시예는 X,Y에 대응하는 (φ,θ)를 (0,0)에서(40,40)으로 이동하는 동작을 상세히 나타낸다. 즉, θ가 0인 상태에서 φ만 -40도와 40도로 구동하면 X구동축의 공간이동가이더(21)만이 80도의 상하 슬라이드궤적으로 모션플렛폼(5)을 이동시키고, φ가 0인 상태에서 θ만 -40도와 40도로 구동하면 Y구동축의 공간이동가이더(22)만이 80도의 좌우 슬라이드궤적으로 모션플렛폼(5)을 이동시킨다. 이와 같이 구동모터(25,27)의 각각 동작각도에 의해서 다양한 구면궤적을 연출할 수 있다.

한편, 기술적인 사항으로 모션플렛폼(5) θ의 변화에 따른 링크의 위치 및 속도 변화 특성은 도 9와 10에 도시된 바와 같이, 소프트웨어적으로 선형적인 시스템이 되도록 구현하거나 선형적인 시스템이 되도록 일정한 변위에서 구현하는데,플렛폼에 θ의 각변위는 50°로 슬라이딩 블럭 링키지(Sliding block linkage)에 사용되는 영역을 선택하여 최대한 선형에 가깝도록 구현한다. 슬라이딩 블럭 링키지(Sliding block linkage)로 구성할 경우 슬라이딩기구의 변위를 S라 하면 크랭크의 θ에 따른 S의 변화는

이다.

여기서, r : 크랭크의 길이 이고, n : 크랭크와 커낵팅 로드의 길이비이다.

그리고, 모션플렛폼(5)에서 사용하는 크랭크의 길이는 250이며, n : 1.6이다.

또한, 슬라이딩기구의 속도를 V 라 하면 크랭크의 θ에 따른 V의 변화는

으로 간략화 할 수 있다.

여기서 ω는 시간에 따른 θ의 변화율이다.

모션플렛폼(5)에 사용하는 각도는 40°에서 90°까지 50°를 사용하는 것이 가장 선형적으로 변화하는 것을 도면의 결과와 같이 알 수 있다. 위와 같이 40°에서 90°까지 50°를 사용시에는 초기지점의 속도와 마지막 지점의 속도가 상이하게 변화한다.

또한, 크랭크의 각도를 65°에서 115°를 사용할 경우에는 도 11과 도 12에 도시된 바와 같다. 크랭크 각도를 65°에서 115°를 사용할 경우에 초기지점의 속도와 마지막 지점의 속도가 일치하고, θ의 양 극지점에서의 속도가 가장 낮아 속도 변화시 기계적 충격을 줄여줄수 있는 장점이 있다. 슬라이드 블록에 속도에 따라서 크랭크의 각도 변화를 소프트 웨어적으로 선형화 하는것과 선형화 하지 않고 그래프와 같이 θ의 양극지점에서 속도가 약10%정도 낮게 설정하는 2가지 방법의 선택이 요구된다.

본 발명은 게임머가 스크린속의 게임공간과 스크린밖의 공간을 일치시키기 위하여 3차원 공간상에서의 움직임을 구현하기 때문에 가상적인 게임공간을 보다 더 현실감있게 제공하는 효과가 있다.

또한, 2차원의 평면공간을 위한 X,Y 공간이동가이더를 구비하여 3차원의 입체공간을 거의 완벽하게 구현하기 때문에 제조공정과 시간을 단축시키고, 그에 따른 경제적인 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

소정 크기의 반구형상을 가지며 함몰된 노출면에 영상이미지가 디스플레이되는 스크린과;

상기 영상이미지가 시각적으로 노출되도록 상기 스크린을 고정시키는 본체와;

상기 본체에 고정된 스크린과 상호 대향되게 설치되어 게임머를 착석시키고, 상기 영상이미지에 따라 3차원공간을 추종하는 궤적이동용 모션플렛폼과;

반원형상을 갖고 상기 본체에 원주방향으로 상호 교차점을 갖도록 고정되어 있으며, 상기 모션플렛폼을 상기 교차점에 설치하여 3차원의 공간이동으로 이동가능하게 가이드하는 XY구동축의 공간이동가이더와;

상기 공간이동가이더를 따라 상기 모션플렛폼을 소정의 회전각만큼 구동하는 XY구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 공간이동형 시뮬레이터.
제1항에 있어서;

상기 본체에는 상기 XY구동모터를 게임엔진의 명령에 따라 제어하고, 상기 스크린에 상기 영상이미지를 소정의 시나리오에 따라 동영상으로 처리하는 영상디스플레이를 가지는 시스템컨트롤러가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 3D 공간이동형 시뮬레이터.
제2항에 있어서;

상기 영상디스플레이는 상기 스크린에 상기 영상이미지를 투사하여 게임화면을 만들어 내는 프로젝터인 것을 특징으로 하는 3D 공간이동형 시뮬레이터.
제1항에 있어서;

상기 모션플렛폼은,

게임머가 상기 스크린을 집중적으로 응시하도록 착석할 수 있게 설치된 조종석과;

모션플렛폼이 상기 영상이미지에 추종하도록 게임머가 조종하기 위한 조종간과;

상기 조종석의 머리위치에 설치되어 게임머에게 사운드를 발산하는 스피커를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 공간이동형 시뮬레이터.
제4항에 있어서;

상기 조종석에는 소리를 진동으로 전환하여주는 바이브레이션 시스템이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 3D 공간이동형 시뮬레이터.
제1항에 있어서;

상기 Y구동모터는 조종간과 조종석를 Y축 이동궤적으로 운동시키기 위해 조종간)에 연결된 회동프레임에 회동가능하게 결합되어 있고;

상기 Y구동모터와 상기 X구동모터 각각이 양단에 설치된 회동가이더가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 3D 공간이동형 시뮬레이터.