KR20030029684A - 실제 모션에 기반한 가상현실에서의 회전값 적용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실제 모션에 기반한 가상현실에서의 회전값 적용방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가상현실에서의 회전값을 3DOF 위치센서의 움직임과 인체의 운동을 고려하여 적용함으로써 실제 움직임과 비슷한 상호작용을 가능하게 한 실제 모션에 기반한 가상현실에서의 회전값 적용방법에 관한 것이다.

본 발명의 회전값 적용방법은 HMD에 부착된 3DOF 위치센서가 검출한 회전값에 연동하여 폴리곤의 위치를 바꾸어 주고 상기 회전값을 인체의 운동 모델링을 통해 선형 보간을 하여 실제 모션에 근사화함을 특징으로 한다.

상술한 구성에 의하면, 가격이 싼 3DOF 위치센서를 이용한 가상현실에서 사용자와 가상현실의 변화 불일치를 해결할 수 있고, 이러한 변화 불일치를 제거함으로써 사용자는 가상현실에서 더욱 실제감을 느낄 수 있고 또 가상현실을 어색함없이 체험할 수 있다.

Description

실제 모션에 기반한 가상현실에서의 회전값 적용방법{Realistic Motion in Virtual Environment based on Real Human Motion}

본 발명은 실제 모션에 기반한 가상현실에서의 회전값 적용방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가상현실에서의 회전값을 3DOF 위치센서의 움직임과 인체의 운동을 고려하여 적용함으로써 실제 움직임과 비슷한 상호작용을 가능하게 한 실제 모션에 기반한 가상현실에서의 회전값 적용방법에 관한 것이다.

요즈음 게임이나 여러가지 의료기기 산업에서 현장감을 불어 넣기 위한 많은 연구가 수행되어 왔고, 촉감을 제어하는 데이터 글러브 등이 개발되면서 가상현실에 대한 연구가 본격화되고 있다.

상기 가상현실(Virtual Reality)은 고도의 컴퓨터 기술과 시뮬레이션 기능을 이용하여 실제로는 존재하지 않는 상황을 마치 실제로 존재하는 것과 같이 사람이 느낄 수 있도록 하는 컴퓨터의 응용분야이다.

즉, 가상현실은 컴퓨터내에 가상공간을 만들고 그 공간이 마치 현실 그 자체인 것처럼 느끼게 만드는 것이다.

상기 가상현실은 헤드 세트에 부착된 센서에 의해 사용자의 두부 부분의 움직임을 검출하고, 이에 상응하여 사용자에게 눈에 보이는 시점을 바꾸어 준다.

그리고 사용자의 발의 움직임을 검출하여 걷는 거리에 따라 시점을 이동시켜 주며, 컴퓨터가 계산으로 만들어 낸 손이 물체를 잡으면 사용자의 손에 힘을 되돌려보내는 장치를 사용하는 방법을 사용한다.

한편 최근들어 대두하기 시작한 가상환경기술은 사용자로 하여금 컴퓨터가 만든 세계에 들어가 시각, 청각 및 촉각을 통하여 컴퓨터와 상호작용하게 하는 테크놀로지로서 각광받고 있다.

가상환경은 컴퓨터 그래픽과 다양한 디스플레이 그리고 입력 테크놀로지들이 통합 외에도 사용자에게 존재감 또는 몰입을 제공한다는 점에서 기존의 전통적인 디스플레이와는 구분이 된다.

가상환경은 새로운 인간과 컴퓨터 상호작용의 패러다임을 제공하며 사용자는더 이상 컴퓨터 화면상의 정보나 이미지를 단순히 외적으로 관찰하는 존재가 아니고 컴퓨터가 제공한 3차원 가상 세계에서 적극적으로 참여한다.

두부 탑재형 디스플레이 장치(Head Mounted Display : 이하 HMD라 칭함)는 액정표시기 및 편광필터 등의 광학소자를 이용하여, 제어가능한 화상신호를 렌즈 및 거울을 통해 확대집광시켜 디스플레이 하는 것으로, 그 원리가 간단하고 또한 이에 이용되는 광학계는 적절히 가변 배치됨으로써 보다 다양한 기능의 구현이 가능한 디스플레이 장치를 말한다.

도 1 은 이러한 HMD가 구비된 가상현실 시스템을 나타낸 것이다.

상기 HMD(12)를 머리에 착용함으로써 가상환경 체험시 외부와 차단을 하여 가상환경에 몰입할 수 있게 하고, 상기 HMD(12) 위에 부착되는 위치센서(16)는 사용자의 머리 움직임을 추적한다.

또한 스피커(18)를 통해 사용자에게 입체 음향을 제공함으로써 더욱 실제적인 가상환경을 체험할 수 있도록 한다.

미설명 부호 10은 PC이고, 14는 인터페이스 박스이다.

가상현실과의 상호작용을 위해 여러가지 센서들이 개발되고 있다.

사용자의 위치를 파악하기 위한 상기 위치센서(16)는 가상현실과의 상호작용을 위한 센서의 하나로서 자유도(Degree Of Freedom:이하 DOF라 칭함)와 초음파, 적외선, 마그네틱 방식 등과 같이 위치 추적 방식에 따라 여러가지로 나누어져 개발되어 왔다.

또한 센서로는 사용자의 손의 움직임을 파악하기 위한 데이터 글로브, 이에더하여 힘을 전달할 수 있는 힘반력 장비등 여러 가지 인터페이스들이 개발되고 있다.

하지만 이러한 센서들은 너무 고가여서 일반인들이나 가상현실을 사용하고자 하는 사람들에게 장벽이 되고 있다.

그중 위치센서(16)는 가상현실과 상호작용을 위해 기본적인 장치중의 하나로서 자유도에 따라서 3DOF, 6DOF 등으로 나누어진다.

상기 3DOF 위치센서는 사용자의 회전값 즉, 사용자가 바라보는 방향만 알 수 있는 것이다.

따라서 사용자는 가상환경을 걸어다닐 수 없고, 다른 디바이스로 보정해야 한다.

반면에 6DOF 위치센서는 사용자의 회전값 및 이동값을 알 수 있기 때문에 사용자의 이동 또한 검출할 수 있다.

하지만 6DOF 위치센서는 일반인들이나 가상현실을 사용하고자 하는 사람들이 쉽게 쓰기에는 너무 고가이다.

이러한 이유로 많은 가상현실 개발자들은 3DOF 위치센서를 부착한 머리추적 장치와 조이스틱을 이용하고 있다.

그러나 상기 3DOF 머리추적 장치를 이용한 가상현실 프로그램은 그 자체의 값을 가상환경에서의 회전값으로만 적용하기 때문에 사용자에게는 실제적이지 못하다.

즉, 종래의 3DOF 위치센서를 사용한 가상현실 어플리케이션은 요(yaw),롤(roll), 피치(pitch)값을 그대로 적용하였다.

도 2 는 실제 모션과 가상환경에서의 회전값의 차이를 나타내는 도면이다.

가상환경에서의 회전값 즉, 3DOF 위치센서(16a)가 검출하는 값은 머리중심인 가상환경축(y1)에서 회전한 값인 θ가 된다.

도 3a, 도 3b 는 이와 같이 종래 회전값에 의한 가상현실에서의 동작모습으로서 머리만 돌아감을 알 수 있다.

그러나 실제 모션은 목뼈를 중심으로 회전하므로 실제 모션축(y2)에서 머리중심으로 이동한 거리(t1)와 눈의 위치까지 이동한 거리(t2)를 합쳐서(t1+t2) 적용해야 한다.

즉, 사용자의 머리는 어느 정도의 이동값도 포함하고 있기 때문에 회전값만 적용해서는 실제적인 모션을 구현할 수 없었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가상현실에서의 회전값을 3DOF 위치센서의 움직임과 인체의 운동을 고려하여 적용함으로써 실제 움직임과 비슷한 상호작용을 가능하게 하여 가상환경에서 자연스러운 모션을 구현할 수 있는 실제 모션에 기반한 가상현실에서의 회전값 적용방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 머리에 착용하는 HMD에 부착된 3DOF 위치센서가 검출한 회전값에 연동하여 폴리곤의 위치를 바꾸어 주고 상기 회전값을 인체의 운동 모델링을 통해 선형 보간을 하여 실제 모션에 근사화함을 특징으로 하는 실제 모션에 기반한 가상현실에서의 회전값 적용방법을 제공하고자 한다.

도 1 은 일반적인 가상현실 시스템의 구성도이다.

도 2 는 실제 모션과 가상환경에서의 회전값의 차이를 나타내는 도면이다.

도 3a, 도 3b 는 종래 회전값에 의한 가상현실에서의 동작모습이다.

도 4a, 도 4b 는 본 발명에 의해 근사된 가상현실에서의 동작모습이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : PC 12 : HMD(Head Mounted Display}

14 : 인터페이스 박스 16 : 위치센서

16a : 3DOF 위치센서 18 : 스피커

이하 본 발명을 첨부된 도면 도 1 내지 도 4b를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 본 발명에 따른 적용방법은, 머리에 착용하는 HMD(12)에 부착된 3DOF 위치센서(16a)가 검출한 회전값에 연동하여 폴리곤의 위치를 바꾸어 주고, 상기 회전값을 인체의 운동 모델링을 통해 선형 보간을 하여 실제 모션에 근사화함을 특징으로 한다.

가상현실은 사용자가 가상환경에서 이리저리 둘러볼 수 있고 이동하는 등의 상호작용이 있어야 한다.

이러한 상호작용의 구현은 사용자의 머리에 탑재된 상기 HMD(12)에 3DOF 위치센서(16a)를 부착하여 실시간으로 검출되는 정보(회전값)에 따라 가상환경을 그에 맞게 변화시켜 줌으로써 가능하다.

상기 HMD(12)를 통해 눈에 보이는 화면은 PC(10)에서 폴리곤(polygon)과 텍스처(texture)를 이용하여 만들어낸 그림으로, 폴리곤들을 3DOF 위치센서(16a)에서 검출하는 회전값에 연동하여 위치를 바꾸어 줌으로써, 사용자가 자신이 가상현실에 있는 것처럼 가상현실과 상호작용할 수 있다.

또한 종래기술에 기재한 것처럼 3DOF 위치센서(16a)를 사용한 경우, 가상환경은 회전값만 가지고 그에 해당하는 가상환경을 디스플레이 하기 때문에 도 3a 및도 3b처럼 실제적이지 못하다.

이러한 점은 가상환경을 경험하는 사용자들에게 몰입을 저해하는 요소이다.

실제로 사람의 눈은 머리의 중앙으로부터 어느 정도 떨어져 위치하기 때문에 머리를 돌릴 경우, 한점에서 회전하는 것이 아니라, 머리 가운데를 중심으로 회전하게 된다.

또한 고개를 숙일 때는 목뼈의 끝을 축으로 하여 회전하게 되며 이때 사람들은 자연스럽게 허리를 숙이는 실제 모션을 취한다.

이와 같은 머리와 목, 목과 허리의 상호 관련있는 모션은 3DOF 위치센서(16a)를 통해 들어오는 회전값으로부터 선형 보간을 하여 근사화된다.

종래의 가상현실 어플리케이션의 가상현실에 적용되는 값인 요(yaw), 롤(roll), 피치(pitch)값을 보정하여 목의 이동값을 적용하면 실제와 비슷한 장면을 볼 수 있고, 이에 더하여 허리의 움직임을 근사하여 적용하면, 완전히 아래를 내려다 볼 때에도 도 4a 및 도 4b처럼 실제와 다르지 않은 영상을 제공할 수 있다.

즉 종래의 회전값에 회전축을 다르게 적용하는 허리와 목의 이동값을 더하여 적용함으로써 3DOF 위치센서(16a)를 이용한 실제적인 영상 제공방법을 이룰 수 있다.

상술한 머리와 목, 목과 허리의 인체 운동 모델링을 통해 한 곳에 서서 둘러보거나 숙여 볼 상황에서 값싼 3DOF 위치센서(16a)를 이용하더라도 6DOF 위치센서를 사용한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 가격이 싼 3DOF 위치센서를 이용한 가상현실에서 사용자와 가상현실의 변화 불일치를 해결할 수 있고, 이러한 변화 불일치를 제거함으로써 사용자는 가상현실에서 더욱 실제감을 느낄 수 있고 또 가상현실을 어색함없이 체험할 수 있다.

Claims (3)

1. HMD에 부착된 3DOF 위치센서가 검출한 회전값에 연동하여 폴리곤의 위치를 바꾸어 주고 상기 회전값을 인체의 운동 모델링을 통해 선형 보간을 하여 실제 모션에 근사화함을 특징으로 하는 실제 모션에 기반한 가상현실에서의 회전값 적용방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 인체의 운동 모델링을 통한 선형 보간은 상기 회전값에 목의 이동값을 적용하는 것을 특징으로 하는 실제 모션에 기반한 가상현실에서의 회전값 적용방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 인체의 운동 모델링을 통한 선형 보간은 상기 회전값에 허리의 이동값을 적용하는 것을 특징으로 하는 실제 모션에 기반한 가상현실에서의 회전값 적용방법.