KR20020095314A

KR20020095314A - 발판형 3차원센서

Info

Publication number: KR20020095314A
Application number: KR1020010033423A
Authority: KR
Inventors: 고성욱
Original assignee: (주)한국아이엔디
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2002-12-26

Abstract

본 발명은 사용자가 실제로 몸을 움직여서 게임 내의 캐릭터가 게임상의 가상공간에서 사용자의 몸동작과 유사한 동작으로 움직이도록 조종하는 방식으로 진행되는 게임을 즐기기 위한 게임장치의 모션 센싱 장치에 관한 것으로,

본 발명의 장치는 사용자의 무게의 변화를 이용하여 사용자의 전후좌우 이동, 제자리 달리기, 점프, 앉기, 서기 동작을 센싱하는 수단을 포함하는 매트 형태의 센싱장치임을 특징으로 한다.

본 발명은 본 발명에 의한 매트 위에서 운동하는 사용자의 움직임을 센싱함에 있어서 단지 수평적인 움직임만을 센싱하는 것이 아니라 수직적인 움직임도 센싱할 수 있으므로 단지 수평적인 움직임만을 센싱하는 게임기에서와는 달리 보다 다양한 게임과 운동에 적용할 수 있으며, 수직적인 움직임도 센싱하면서도 입체적으로 설치된 형태가 아니라, 매트 형태의 평면적인 형태를 가지므로 설치가 간편하며, 구조가 단순하여 경제적이라는 이점이 있다.

Description

발판형 3차원센서{Mat-type 3-D Sensor}

본 발명은 사용자가 실제로 전신을 사용한 몸동작을 하여 게임상의 캐릭터를 조종하는 전자게임장치에 사용되는 몸동작 센싱장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자가 전후좌우이동이나 앉기, 서기, 점프, 제자리 달리기 등의 운동을 실제로 하면 게임 내의 캐릭터가 이에 따라 전후좌우이동이나 앉기, 서기, 점프, 달리기 등의 동작을 하면서 진행되는 게임(예를 들면, 캐릭터가 전후좌우상하로 장애물을 피하면서 총을 쏘아 격파하는 게임 등)에 사용하기 위하여, 사용자의 동작을 센싱하는 장치에 관한 것이다.

사용자가 실제로 몸동작을 하여 전자게임상의 캐릭터를 유사한 동작으로 조종하는 방식의 게임장치에서는 앉고 서고 점프하는 수직이동 몸동작을 센싱하지 않고서는 제대로 구현될 수 없는 게임이 매우 많이 있다.

예를 들어, 캐릭터들이 격투기를 하는 게임에 있어서, 사용자가 실제로 격투 동작을 하여 전자게임상의 캐릭터가 유사한 동작으로 격투 동작을 하도록 조종하는 방식으로 게임화하려 해도 사용자의 수직이동 몸동작을 센싱하지 않으면 불가능하다.

또다른 예를 들어, 캐릭터가 좌, 우, 아래, 위의 장애물을 피하면서 달리는 게임을 가상하면, 사용자가 실제로 몸동작을 하여 전자게임상의 캐릭터가 유사한 동작으로 움직이도록 조종하는 방식으로 게임화하려 해도 사용자의 수직이동 몸동작을 센싱하지 않으면 불가능하다.

최근, 운동을 실제로 하면서 게임을 즐길 수 있도록 한 DDR, 사이클링, 노젓기, 승마 등의 게임기들에 사용되는 몸동작을 센싱하는 장치들이 많이 있으나, 전후좌우로 몸을 움직이는 것을 센싱할 뿐만 아니라, 앉고, 서고, 점프하고, 제자리 달리는 등의 다양한 몸 움직임을 센싱하는 할 수 있는 간편한 센싱장치는 개발되어 있지 않다.

따라서, 본 발명은 앉기, 서기, 점프, 제자리 달리기, 전후좌우의 몸의 움직임등의 다양한 몸 움직임을 센싱할 수 있도록 하여 다양한 게임에 적용할 수 있으면서도 단순한 구조로 제작 할 수 있는 할 수 있는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 본 발명에 따른 발판형 3차원센서,

도2는 도1에 도시된 발판형 3차원센서의 간략한 평면구성도,

도3은 도2에 도시된 발판형무게센서의 조립도,

도4는 사용자의 수직이동 동작에 따른 사용자의 무게의 변화를 보인 그래프

도5는 무게센서를 사용하여 사용자가 앉고 서는 동작을 식별하는 처리 과정을 보인 블록도

도6은 도5에 도시된 처리 과정에 따른 출력 신호를 보인 그래프

도7은 본 발명에 따른 발판형 3차원센서를 게임에 사용하는 모습을 보인 사시도,

도8는 본 발명에 따른 발판형 3차원센서를 사용할 수 있는 게임화면의 예시도

도9는 본 발명에 따른 발판형 3차원센서를 사용할 수 있는 또다른 게임화면의 예시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 발판형 무게센서

11 : 발판형 무게센서 틀12 : 발판

13 : 하부 지지물14 : 상부 스토퍼

15 : 무게센서16 : 무게센서 입출력선

20 : 매트 틀30 : 입출력선

40 : 게임기

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도1은 본 발명에 따른 발판형 3차원센서의 사시도로서, 상기 발판형 3차원센서는 매트틀(20)과, 매트틀(20) 안쪽에 인접하여 격자형으로 나란히 배치 되고 사용자가 밟을 수 있도록 설치되어 사용자의 무게를 시시각각 센싱하여 상응하는 전기신호를 생성하는 12개의 발판형 무게센서(10)와 발판형 무게센서(10)에 전류를 공급하고 발판형 무게센서(10)로부터 생성된 전기신호를 출력하기 위한 입출력선(30)으로 구성된다.

도2는 도1에 도시된 동작 센싱용 매트의 간략한 평면구성도로서 발판형 무게센서가 12개의 발판형 무게센서(10a~10l)로 구성되어 있음을 보이고 있다.

도3은 도2에 도시된 발판형 무게센서(10)의 조립도로서, 발판형 무게센서(10) 각각은 구성물을 감싸고 지지하는 발판형무게센서틀(11)과, 사용자가 밟을 수 있도록 상부에 노출된 발판(12)과, 발판(12)을 발판형무게센서틀(11)의 바닥으로부터 어느 정도 떠있는 상태로 지지하며 발판(12)의 하방의 이동 범위를 제한하기 위하여 발판형무게센서틀(11)의 안쪽 모서리에 부착된 탄성체로 된 하부지지물(13)과, 발판(12)의 상방의 이동 범위를 제한하기 위하여 발판형무게센서틀(11)의 윗쪽 모서리에 부착된 상부스토퍼(14)와, 발판(12)의 아랫면에 밀착되게 설치되어 발판(12)에 가해지는 무게를 센싱하는 무게센서(15)과, 무게센서(15)에 전류를 입력하고 무게센서(15)로부터 생성된 전기신호를 출력할 수 있도록 무게센서(15)와 입출력선(30)을 연결하는 무게센서 입출력선(16)으로 구성된다.

이때, 무게센서(15)는 무게를 전기신호로 변환하는 트랜스듀서이고, 상기 무게센서는 로드셀이어도 무방하고, 로드셀이 아니어도 무게를 전기신호로 변환하는 기능을 수행할 수 있으면 무엇이건 상관없다.

본 발명의 발판형 3차원센서는 사용자가 상기 발판형 3차원센서 위에서 전후좌우로 이동하고, 앉고, 서고, 점프하고, 제자리 달리는 동작을 센싱한다.

사용자가 발판형 무게센서(10) 위에서 서 있다가 앉거나, 앉아 있다가 서거나, 점프하는 등 수직운동을 하면 사용자의 무게중심이 수직적으로 가속도 운동을 하게 되므로 발판형 무게센서(10) 위에 가해지는 무게가 변화한다.

도4는 사용자의 수직이동 동작에 따른 사용자의 무게의 변화를 보인 그래프로서, 도4에 보여지는 바와 같이, 사용자가 서 있다가 앉으면, 발판형 무게센서(10) 위에 감지되는 무게는 일단 감소하였다가 다시 증가하여, 앉기 동작을 멈출 때는 사용자의 본래의 몸무게보다 무게가 증가한 상태가 되고, 이후 사용자의 본래의 몸무게로 되돌아오게 되는데, 발판형 무게센서(10)의 진동 때문에 사용자의 무게는 감쇄진동을 하며 사용자의 본래의 무게로 수렴한다.

사용자가 앉아 있다가 서면, 발판형 무게센서(10) 위에 감지되는 무게는 일단 증가하였다가 다시 감소하여, 서기 동작을 멈출 때는 사용자의 본래의 몸무게보다 무게가 감소한 상태가 되고, 이후 사용자의 본래의 몸무게로 되돌아오게 되는데, 발판형 무게센서(10)의 진동 때문에 사용자의 무게는 감쇄진동을 하며 사용자의 본래의 무게로 수렴한다.

사용자가 점프하면, 발판형 무게센서(10) 위에 감지되는 무게는 점프할 때 사용자가 일단 몸을 움츠리므로 일단 감소하였다가, 사용자가 발로 발판형 무게센서(10)를 박찰 때까지 무게가 증가한 뒤, 이후 무게가 감소하여 결국 0(제로)이 되었다가, 사용자가 착지하면 무게가 증가한 뒤, 이후 사용자의 본래의 몸무게로 되돌아오게 되는데, 발판형 무게센서(10)의 진동 때문에 사용자의 무게는 감쇄진동을 하며 사용자의 본래의 무게로 수렴한다.

이와 같이, 사용자의 앉기, 서기, 점프 동작에 따라 무게 변화의 패턴이 달라지므로, 본 발명의 발판형 3차원센서는 사용자가 양발로 2개의 발판형 무게센서(10)를 밟고 있는 경우에는 사용자가 밟고 있는 2개의 발판형 무게센서(10)에 가해지는 무게의 합의 변화패턴을 이용하여, 또 사용자가 한발로 1개의 발판형 무게센서(10)를 밟고 있는 경우에는 사용자가 밟고 있는 1 개의 발판형 무게센서(10)에 가해지는 무게의 변화 패턴을 이용하여 사용자의 앉기, 서기, 점프 동작을 센싱할 수 있게 된다.

도5는 무게센서를 사용하여 사용자가 앉고 서는 동작을 식별하는 처리 과정의 하나의 실시예를 보인 블록도로서, 사용자의 수직이동에 따른 무게를 측정한 원시자료인 측정치를 필터링하여 노이즈를 제거한 후 1차 적분하면, 무게는 곧 가속도이고 가속도의 적분치는 속도이므로, 사용자의 무게중심의 하방 이동 속도의 그래프가 얻어진다. 이렇게 하여 얻어진 사용자의 무게중심의 하방 이동 속도의 그래프를 다시 적분하면, 속도의 적분치는 위치이므로, 사용자의 무게중심의 상하 위치의 그래프를 얻을 수 있다. 사용자의 무게중심의 상하 위치 그래프를 얻으면, 사용자가 앉으면 사용자의 무게중심의 위치가 낮아지고, 사용자가 서면 사용자의 무게중심의 위치가 높아지므로, 사용자의 무게중심의 위치에 따라 사용자가 앉고 서고를 식별하여 신호를 출력할 수 있다. 도5의 실시예는 무게함수를 이중적분하여 위치함수를 구하는 회로를 사용한다는 점에 특징이 있다.

도5의 신호처리 장치를 사용하여 실제로 원시 자료인 무게 자료로부터 식별 신호의 출력까지의 신호처리 과정 마다의 결과를 도6에 도시하였다.

한편, 사용자가 점프할 경우, 사용자의 무게는 0(제로)이 되므로 사용자가 점프하였음을 식별하고 점프신호를 출력할 수 있다.

무게 변화의 패턴을 이용하여 사용자의 앉기, 서기, 점프 동작을 식별하는 방법은 상기 실시예 외에도 여러 다른 방법이 존재할 수 있는 바, 그 식별의 목적에 따라 알맞은 방법이 선택될 수 있을 것이다.

사용자가 전후좌우로 이동하는 것을 센싱하는 원리를 설명하면, 사용자가 본 발명에 따른 발판형 3차원센서 위에서 움직이면 12개의 발판형 무게센서(10) 중에 어느 발판형 무게센서(10)를 딛는가를 발판형 무게센서(10)에 센싱되는 무게가 있는가, 없는가로 확인하여 사용자가 전후좌우로 움직이는 동작을 센싱할 수 있다. 도 2는 12개의 발판형 무게센서(10)로 구성된 발판형 3차원센서를 보이고 있으나, 게임의 종류에 따라서는 사용자의 위치파악을 보다 정확하게 하기 위하여 보다 많은 개수의 발판형 무게센서(10)를 사용할 수 있다.

사용자가 제자리 달리기를 하면 사용자가 왼발로 밟는 발판형 무게센서와 오른발로 밟는 발판형 무게센서에 교대로 무게가 가해졌다가 무게가 0(제로)가 되는 현상이 발생하므로 사용자가 제자리 달리기를 하는 것이 센싱된다.

도7은 본 발명에 따른 발판형 3차원센서를 게임에 사용하는 모습을 보인 사시도로서, 사용자는 본 발명에 따른 발판형 3차원센서를 게임기(40)나 PC에 연결하여 본 발명의 발판형 3차원센서 위에서 수평이동, 앉기, 서기, 점프, 제자리 달리기 동작을 행함으로써 실행할 수 있는 다양한 게임에 활용할 수 있다.

이때, 도5에 도시된 바와 같은 사용자의 수직이동 식별회로 또는 전술한 바와 같은 점프나 수평이동 식별을 위한 회로는 본 발명의 발판형 3차원센서에 부가되어도 되고, 게임기의 프로세서에 의하여 처리되어도 되고, 만일 상기 게임기가 PC라면 게임프로그램에 내장되거나 또는 별도의 드라이버로 PC에 설치되어도 무방하다.

도8은 본 발명을 이용하여 실행할 수 있는 게임의 예를 들기 위하여 게임이 디스플레이 되는 모니터 화면을 예시한 것이다.

사용자의 위치는 게임상의 가상의 공간에서 캐릭터(21)로 표시되어 있다.

사용자는 게임상의 캐릭터(21)를 조종하여 캐릭터(21)가 전후좌우로 움직이거나, 앉거나, 점프하여 위로 날아오는 물체(22)와 아래로 날아오는 물체(23)를 피하도록 하여야 한다.

캐릭터(21)는 위로 날아오는 물체(22)는 전후좌우로 움직이거나 앉아서 피하고, 아래로 날아오는 물체(23)는 전후좌우로 움직이거나 점프하여 피할 수 있다.

사용자는 캐릭터의 동작을 조종하기 위하여 본 발명의 발판형 3차원센서 위에서 캐릭터(21)를 움직이려는 동작과 유사하게 실제로 움직여야 한다. 캐릭터(21)가 이동하는 방향를 조종하기 위하여 사용자는 본 발명의 동작 센싱용 매트 위에서 발을 이동한다. 예를 들어 중앙에 위치한 발판형 무게센서(10f, 10g)에 오른발과 왼발을 딛고 있는 사용자가 왼발로 왼쪽 발판(10e)를 밟으면 캐릭터(21)는 왼쪽으로 이동한다. 사용자가 점프하면 캐릭터(21)도 점프한다. 사용자가 앉으면 캐릭터(21)도 앉는다.

본 발명의 발판형 3차원센서를 사용하면 이와 같은 게임을 만들어 즐길 수 있다.

도10은 본 발명의 발판형 3차원센서를 이용하여 실행할 수 있는 또 다른 게임의 예를 들기 위하여 게임이 디스플레이 되는 모니터 화면을 예시한 것이다.

사용자의 위치는 게임상의 가상의 공간에서 발자국(29)으로 표시되어 있다.

사용자가 본 발명에 따른 발판형 3차원센서 위에서 제자리 달리기를 하면 게임상의 가상공간에서 발자국(29)이 달리게 되는데, 게임상의 가상공간에는 사용자가 달리는 길(25)과, 딛어야 할 위치표식(26)과, 점프하여 넘어야 할 장애물(27)과, 부딪치면 안되는 날아다니는 장애물(28)이 있다.

사용자는 가상공간에서 위치표식(26)을 밟고 달리기 위하여 중앙에 위치한 행의 발판형 무게센서(10e~10h)의 위에서 좌우로 이동하며 제자리 달리게 되는데, 점프하여 넘어야 할 장애물(27)을 뛰어넘기 위하여 적절한 타이밍에 점프하여야 하며, 부딪치면 안되는 날아다니는 장애물(24)을 피하기 위하여 좌우로 이동하거나 혹은 앉아서 피하여야 한다.

이때, 달리기의 속도는 사용자의 양발이 딛는 발판형 무게센서에 무게가 교대로 가해지는 템포에 의하여 결정되고, 점프의 높이와 거리는 사용자가 발판(13)을 이탈하여 허공에 체류하는 시간과 점프직전의 달리기 속도에 의하여 결정된다.

특히, 캐릭터들이 가상 공간에서 격투기를 하는 게임에 있어서, 사용자가 실제로 격투 동작을 하여 전자게임상의 캐릭터가 유사한 동작으로 격투 동작을 하도록 조종하는 방식으로 게임화하려면 사용자의 수직이동 몸동작을 센싱하지 않으면 게임화가 불가능하므로 본 발명에 의한 발판형 3차원센서는 이러한 격투대전게임의 입력장치로 매우 적합하다.

본 발명에 의하여 실행할 수 있는 게임은 상기 예에 국한되지 않고, 사용자가 좌우이동, 점프, 앉기, 서기, 제자리 달리기 동작을 행함으로써 실행할 수 있는 게임이면 어떤 게임이든 상관없다. 본 발명에 따른 발판형 3차원센서는 특히 사용자의 무게의 변화를 이용하여 사용자의 앉기 동작과 서기 동작을 센싱하는 데 특징이 있다.

이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명에 의한 발판형 3차원센서는 매트 위에서 운동하는 사용자의 움직임을 센싱함에 있어서,

첫째, 단지 수평적인 움직임만을 센싱하는 것이 아니라 수직적인 움직임도 센싱할 수 있으므로 단지 수평적인 움직임만을 센싱하는 게임기에서와는 달리 보다 다양한 게임과 운동에 적용할 수 있으며,

둘째, 수직적인 움직임도 센싱하면서도 입체적으로 설치된 형태가 아니라, 매트 형태의 평면적인 형태를 가지므로 설치가 간편하며,

셋째, 수직적인 움직임도 센싱하면서도 구조가 단순하여 경제적이라는 이점이 발생한다.

Claims

사용자가 수평이동과 수직운동을 센싱하기 위한 매트 형태의 센싱 장치로서,

상기 매트 형태의 센싱장치의 하방과 측면의 외곽을 구성하여 구성물을 감싸고 지지하는 매트틀(20)과,

상기 매트틀(20) 위에 설치되고, 사용자가 밟을 수 있도록 수평면상에 전후좌우로 인접하여 나열된 형태로 배치되고 각각이 무게를 센싱할 수 있는 4각형의 면상체의 발판형 무게센서(10a~10l)와,

상기 발판형 무게센서(10a~10l)에 전력을 공급하고 상기 발판형 무게센서(10a~10l) 각각이 측정한 무게에 상응하도록 생성한 전기신호를 출력할 수 있는 입출력선(30)이 구비된 것을 특징으로 하는 매트 형태의 3차원 센싱장치
제1항에 있어서, 상기 발판형 무게센서(10a~10l) 각각은

상기 발판형 무게센서(10a~10l)의 하방과 측면의 외곽을 구성하여 구성물을 감싸고 지지하는 발판형무게센서틀(11)과,

상기 발판형무게센서틀(11)의 내측 각 모서리에 장치되어 수직방향으로 탄성을 발휘하는 탄성체로 된 4개의 하부지지물(13)과,

상기 하부지지물(13)에 각 모서리가 얹혀있고 사용자가 밟을 수 있도록 수평으로 노출되어 있는 면상체인 발판(12)과,

상기 발판(12)의 아래쪽에 설치되어 상기 발판(12)에 가해지는 무게를 센싱하여 전기신호로 변환하는 무게센서(15)와,

상기 무게센서(15)에 전류를 입력하고 상기 무게센서(15)로부터 생성된 전기신호를 출력하기 위하여 상기 무게센서(15)와 상기 입출력선(30)을 전기적으로 연결하는 무게센서입출력선(16)과,

상기 발판(12)의 상방의 이동 범위를 제한하도록 상기 발판형무게센서틀(11)의 상단에 부착된 상부스토퍼(14)로 구성됨을 특징으로 하는 매트 형태의 3차원 센싱장치
제2항에 있어서, 상기 매트 형태의 3차원 센싱장치는

사용자가 밟는 발판형 무게센서(10a~10l)의 위치에 따라 사용자의 수평 이동 위치를 식별하고,

사용자의 무게변화의 패턴에 따라 점프하는가와 앉는 동작을 하는가와, 서는 동작을 하는가를 식별하고,

발판형 무게센서(10a~10l) 모두에서 사용자의 무게가 0(제로)이 되는 상태의 지속시간으로 사용자의 공중 체류 시간을 식별하고,

발판형 무게센서(10a~10l)에 무게가 가해졌다가 무게가 0(제로)이 되었다가 다시 무게가 가해지는 템포에 따라서 제자리 달리기의 스텝의 주기를 식별하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 매트 형태의 3차원 센싱장치
제3항에 있어서, 사용자의 무게변화의 패턴에 따라 앉는 동작을 하는가와, 서는 동작을 하는가를 식별하는 수단은 이중적분회로를 포함함을 특징으로 하는 매트 형태의 3차원 센싱장치
제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 무게센서(15)는 로드셀임을 특징으로 하는 매트 형태의 3차원 센싱장치