KR20060088545A - 촉각 전송 시스템 및 그 작동 방법 - Google Patents

Abstract

촉각 전송 시스템의 네트워크 지연으로부터 발생하는 문제들을 극복하기 위해 로컬 PC(23, 24)는 원격 촉각 장치(22, 21)의 힘/방향 모델을 구성하려고 시도하며 그리하여 패킷화된 포지션 데이터가 네트워크(5)를 통해 수신될 때 로컬 촉각장치(21, 22)의 모터를 제어하는 신호는 아직 수신할 예측된 포지션을 반영하도록 조정될 수 있다. 원격 환경의 로컬 데이터 모델을 사용하여 상기 예측은 로컬에서 시뮬레이션 되는 대상/테스처로부터 반응력을 고려할 수 있다.

Description

촉각 전송 시스템 및 그 작동 방법{HAPTICS TRANSMISSION SYSTEMS}

본 발명은 촉각 전송 시스템에 관한 것으로, 특히 지연 수정 개선에 관한 시스템 및 지연 수정 개선 방법에 관한 것이다.

본 발명은 촉각 통신에 관한 것으로 특히 통신 네트워크에 의해 연결된 촉각 장치의 응답 개선에 관한 것이다.

컴퓨터의 촉각 출력은 게임 플레이에 "느낌"을 부가하는 것을 강화하기 위해 사용되는데 예를 들어 바이브레이션은 게임에 부가적인 지각 감각을 더한다. 이러한 출력은 시력이 손상된 사람이 문서를 읽거나, 그림과 같은 것을 느낄 수 있도록 하는 데에 사용된다. 촉각 출력 장치의 기본적인 동작은 본 출원인의 PCT 공개 특허출원 WO 03/007136에서 설명되었으며, 여기에는 터치 감각의 사람간 차이를 수정하기 위해 촉각 인터페이스 출력 특성을 적응시키는 방법이 개시되어 있다. 다른 PCT 특허출원 WO 03/02885에는 촉각 출력장치를 사용하여 Moon 알파벳을 읽도록 하는 방법이 개시되어 있다. 컴퓨터나 데이터 저장 장치로부터 촉각 출력장치로 캐릭터 세트의 전송에서 출력신호에 따라 좌우되는 시간에 민감한 활동이 없을 것 같다. 그러나, 게임 플레이가 포함되면, 특히 플레이어가 서로 경쟁하거나 경쟁방식으로 기계에 대항하는 경우 정방향력 또는 역방향력 파라미터(parameter)의 전송 지연은 지각 경험(sensed experience)에 현저한 영향력을 가진다.

게임 플레이가 점 대 점 통신 링크 대신에 인터넷이나 월드와이드웹과 같이 접속 없는(connectionless) 네트워크를 통해 수행될 가능성이 더 크기 때문에, 입력에 비하여 출력의 감지 동작에 있어서 불일치를 가져오는 신호지연이 생길 수 있다.

또한, 감지 동작의 느낌과 사용자 응답에 대한 리액션이 현실감 있으려면 감지 장치는 양 신호 방향으로 빈번한 업데이트가 요구된다. 현실감 유지를 위해 요구되는 업데이트 횟수는 촉각 출력 장치가 발생 프로세서에 근접해 있고 직접 연결된 경우의 문제가 아니지만, 단시간에 통신 네트워크에 과부하가 되고, 및/또는 대역폭의 최대 할당이 필요하게 된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 방향력을 정의하는 신호에 반응하는 촉각 출력장치 작동 방법을 제공한다. 본 발명에 의한 촉각 출력장치 작동 방법은, 각 패킷이 현 위치에 전송하기 위하여 어떤 위치에 적용되는 방향력을 정의하는 다양한 데이터 패킷을 정의하는 일련의 신호를 수신하고; 상기 패킷으로부터 상기 데이터 촉각 출력장치가 이동하도록 기대되는 포지션을 정의하는 정보를 결정하고; 힘과 방향을 정의하는 신호를 생성하기 위해 현 위치 데이터를 사용하고; 이전에 정의된 포지션으로부터 현재 정의된 포지션을 향한 동작 비율을 늦추기 위하여 상기 힘과 방향 신호에 댐핑 팩터(damping factor)를 적용하고; 상기 촉각 출력 장치가 이동한 다양한 위치를 정의하는 데이터를 저장하고; 증가하는 상기 동작의 주파수 요소를 결정하는 상기 데이터를 분석하고; 상기 증가하는 주파수 성분을 제거하는 필터 기능을 만들고; 촉각 출력 장치에 의하여 영향받은 움직임으로부터 상기 주파수 성분을 제거하기 위하여 상기 필터 기능을 상기 힘과 방향 신호에 적용하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 방법은 하나의 장치에 적용되는 촉각력의 각 방향에서 일련의 리턴 데이터 패킷에서 현재 위치 신호의 형태에 대응하는 신호를 보내는 것을 포함한다.

본 발명의 일 측면에서, 양방향 전송 장치를 포함하는 상호 작용 촉각 출력 단말기에 있어서, 상기 단말기는 적어도 하나의 촉각 출력장치와, 제어수단을 포함하되, 상기 제어수단은, 상기 장치의 현재 위치를 결정하기 위해 상기 촉각 출력 장치로부터의 신호를 수신하고, 상기 전송장치로부터 수신되는 신호로부터 상기 촉각 출력 장치의 선호되는 현재 위치를 결정하고, 상기 제어수단은, 상기 촉각 출력장치가 현재 위치로부터 선호되는 위치로 이동하기 위하여 필요한 힘과 방향 출력을 결정하고, 상기 촉각 출력 장치가 이동한 다양한 위치 각각을 정의하는 데이터의 저장에 의해 상기 힘과 방향 출력을 조절하며, 증가하는 움직임의 주파수 성분을 결정하기 위하여 상기 데이터를 분석하고, 상기 증가하는 주파수 성분을 제거하기 위한 필터 기능을 만들며, 그리고, 상기 촉각 출력 장치에 의해 영향받은 움직임으로부터의 주파수 성분을 제거한 힘과 방향 신호에 필터 기능을 적용하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어수단은 촉각 출력 장치로부터 임의 특정 시간에 상기 장치의 위치를 규정하는 데이터를 포함하는 신호를 수신하고, 소정의 간격으로 상기 양방향 전송 장치에 전송을 위해 상기 데이터를 신호로 변환하는 것을 특징으로 한다.

선호되는 현재 위치를 규정하는 상기 신호는 예를 들어 프로그램된 컴퓨터와 같은 환경 시뮬레이터에 의해 생성되거나, 또는 상기 전송장치의 반대쪽의 단부의 대응하는 대화형 상호 출력 단말기에 의해 생성되는 것을 특징으로 한다.

각각 상기 현재 위치에 전송을 위해 한 위치에서 적용된 지향성 힘을 규정하는, 선호된 위치를 규정하는 일련의 패킷들이 수신되는 경우, 제어수단은 패킷 데이터로부터 전송 순서를 정하고 상기 데이터를 숫자상 올바른 열로 재정렬하고 후속적으로 수신된 패킷에 의해 정의되는 기대되는 선형 이동을 이전에 수신한 패킷으로부터 외삽하고(extrapolating) 임의 분실 데이터 패킷에 관하여 상기 기대되는 선형 이동에 대응하는 출력 지향성 힘 신호를 적용하는 수단을 포함한다.

본 발명에 의한 촉각 전송 시스템을 다음과 같은 도면을 참고로 하여 설명하기로 한다.

도 1은 네트워크가 환경 시뮬레이션을 촉각 입출력 장치에 상호 연결하는 제 1 촉각 통신 시스템을 나타낸 블럭도;

도 2는 상호 연결된 복수 개의 촉각 입출력 장치를 포함하는 촉각 통신 시스템을 나타낸 블럭도;

도 3은 도 2의 시스템 내에서 데이터 교환을 나타낸 도면;

도 4는 도 2의 시스템의 조정을 위해 두 위치 사이의 지연을 측정하는 방법 을 나타낸 흐름도;

도 5는 로컬에서 적용되는 힘을 계산하는 방법을 나타낸 흐름도; 및

도 6 - 도 8은 본 발명의 실시 형태를 나타낸 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 출원인의 유럽 특허출원 제01305947.2호에서, 대상 모델 데이터로서 저장된 장면의 촉각 출력 표현을 예를 들어 제공하는 방법이 개시된다. 이 경우 프로세서(1)는, 대상 모델 데이터에 근거한 반발력을 출력하기 위하여, 촉각 출력 장치(예를 들면, 미국의 센스 에이블 테크놀러지사(Sense Able Technologies Inc)의 팬텀 1.0 촉각 출력 장치)의 위치에 반응하는 프로그램을 포함한다. 데이터 저장부(4)에 저장된 대상 모델 데이터(3)는 촉각 출력 인터페이스(2)의 사용자에 의해 지각될 수 있는 고정되거나 움직일 수 있는 대상의 질감, 표면, 및 위치를 규정할 수 있다. 상기 출원에서 개시된 또 다른 개선점에서 플레이어 ID(6)를 기초로 데이터 저장부(4)에 보관된 정보는, 상이한 플레이어들이 촉각 출력 인터페이스(2)의 출력을 거의 동일하게 지각하도록 보장하기 위해 적절한 출력조정을 제공하는데 플레이어 선택사항(7) 및 감마 보정 계수(8)가 사용되도록 허용했다.

개시된 바와 같이 프로세서(1)는 촉각 출력 인터페이스(2)에 가깝게 연결되었고, 그것에 의하여 장치의 x, y, z 축에 대한 사용자 손가락의 위치를 거의 연속적으로 검출하여 제공할 수 있으므로 대상 모델 데이터(3)에 의해 정의된 환경의 실시간 시뮬레이션을 허용하게 된다.

상기한 바와 같이, 일단 네트워크(5)가 촉각 출력 인터페이스(2)와 프로세서(1) 사이에 도입된 경우, 거의 연속적인 속도로 시그널링(signaling) 업데이트가 요구된다면, 프로세서(1)에 대한 입출력 인터페이스(6)에 의한 사용자의 응답과 위치를 결정하는 응답 시그널링과 가상환경의 연속적인 통신은 비실용적이 된다. 또한, 네트워크에 의해 시그널링에 도입된 지연은 전송되는 정보에 극도로 떨리는 느낌을 가져온다.

이제 도 2를 참조하면, 복수 개의 촉각 출력장치(21,22)가 각각의 입출력 인터페이스(25,26)에 의해 각각의 프로세서(23,24)로 통신하는 경우 네트워크 지연과 시그널링 제한 문제는 더욱 중요해 진다. 이와 같이, 프로세서(23)가 촉각 출력장치(22)에 대한 위치를 나타내는 신호를 네트워크 어댑터(27)에 의해 수신하고 상기 위치로 촉각 장치(21)를 즉각적으로 움직이고자 한다면, 움직임에서의 실질적 떨림(jerk)이 명백해 질 것이다. 어떠한 경우에도, 촉각 출력장치(21)의 사용자는 그러한 움직임을 막고 그렇게 하여 프로세서(23)가 촉각 출력 장치(22)의 위치와 촉각 출력 장치(21)의 위치를 정렬하는 것을 방지하는 역방향 힘을 작용할 것이다. 상응하게, 촉각 출력장치(21)의 위치를 측정하는 프로세서(23)는 네트워크 어댑터(28)와 네트워크(5)를 통해 프로세서(24)로 신호를 돌려보낼 것이며 이것은 촉각 출력장치(22) 내에 상응하는 움직임을 만들고자 시도할 것이다. 이와 같이, 촉각 장치(21,22) 사이의 통신이 더 이상 연속 모드가 아니고 위치 정보를 때때로 수신 및 송신하기 때문에 사용자의 경험은 심각하게 약화될 것이다. 또한, 신호가 네트워크를 횡단하는데 소요되는 시간 간격(네트워크 지연)이 사용자 지각을 더욱 손상 하게 될 것이다.

따라서, 도 3을 참조하면, 사용자가 위치A에서 촉각 출력장치(21)의 "포지션(position)"을 정하고 촉각 출력 장치로부터 힘을 수신하면, "포지션"으로부터 도출된 로컬 포지션 데이터는 PC(23)에 의해 도출되고 네트워크로 전송되는 것을 인식하는 것이 가능하다. 동시에 네트워크로부터 수신된 원격 포지션 데이터는 PC(23)에 의해 로컬 힘 데이터로 변환된다.

상응하는 포지션과 힘 파생 데이터는 PC(24)에 의해 위치(B)에서도 사용될 것이다.

실제 네트워크에서 상기 포지션 데이터와 힘 출력은 거의 5 msec 간격으로 각 종단 사이에 전송된다. 그러므로 새로운 포지션이 수신될 때마다 효과적으로 모터가 로컬 사용자를 밀어서 상기 출력장치를 새로운 포지션으로 움직이기 위한 시도로 힘이 출력된다. 사실상, 위치 A와 B에서 각 단부의 사용자는 서로 연결되고, 양 방향 활동과 데이터 전송은 효과적으로 양 출력장치(21, 22)를 상응하는 포지션으로 움직이려 한다. 이것이, 예를 들어 스프링 또는 유연한 막대와 같은 탄성 장치 종류에 의해 함께 연결되는 것과 같은 방식으로 양 사용자의 연결을 시뮬레이션한다. 각 단부에 반발력이 있기 때문에 두 장치 사이에 불안정이 있을 수 있고, 힘을 지연 전송하는 피드백 루프는 효과적인 정 피드백(positive feedback)이 된다.

네트워크 지연(network latency)는 결과적으로 네트워크에 의해 패킷을 수신함에 있어서의 지연 때문에 특히 상기 네트워크 지연의 변화가 발생하면 상기 이펙터의 반응에서 사용자가 경련을 느끼게 하는 경향이 있다. 이것은 사용자의 경험 의 질을 손상시킨다.

그러므로, 상기에 설명하는 바와 같이, 다시 도 3을 참조하면, 인터넷을 통해 링크된 PC(23, 24)에 각각 접속된 두 촉각 출력 장치(21, 22)를 포함하는 시스템은 상술한 네트워크 지연을 받기 쉽다.

사용시, 각 컴퓨터(23,24)는 연결된 촉각 출력장치(21,22) 각각의 포지션을 읽고, 촉각 디스플레이의 핸드피스(handpiece)의 위치 좌표를 정의하는 데이터를, 상기 연결된 촉각 디스플레이의 각 핸드피스를 동일한 좌표로 강제하기 위해 필요한 힘을 계산하는 다른 컴퓨터에 전송한다. 그러면 컴퓨터는 촉각 디스플레이가 핸드피스를 통해 사용자에게 그 힘을 가하도록 지시한다. 대칭 통신은 두 디스플레이가 일치하여 계속 움직이도록 하여 둘 사이에서 단순한 힘, 포지션, 형상 질감, 및 동작이 전송 가능하도록 한다.

이제 도 4를 참조하면, 위치 A와 B 각각으로부터 PC(23,24)의 각각의 로컬 클럭(30, 40)이 네트워크 지연을 결정하기 위해 사용된다. 이와 같이 위치 A에서 로컬 클럭의 시각은 전송 패킷 내에 포함되고(단계 31), 네트워크(5)를 통해 송신된다(단계 32).

상기 패킷은 위치 B에서 수신되고(단계 33), 네트워크(5)를 통해 즉시 재송신되고(단계 34), 위치 A에서 다시 수신된다(단계 35). 수신 시각이 분리되고(송신이 처음 일어난 시각임), 로컬 클럭(30)과 다시 비교되어(단계 37), 유용한 네트워크(5) 지연의 측정을 제공한다(단계 38).

각 종단이 같은 지연을 사용하도록 네트워크를 통해 지연 정보의 전송이 가 능하지만, 네트워크 변경의 경우, 지시한 바와 같이 단계 31 내지 단계 37에 대응하는 단계 41 내지 단계 47의 방법에 의해 지연 측정을 도출하기 위해 비슷한 지연 측정이 각각의 로컬 클럭(40)을 사용하여 위치 B에서 수행된다.

지연 측정 결정에 하나의 클럭 만이 포함되기 때문에 두 통신 시스템의 클럭의 동조가 요구되지 않는다. 물론 패킷화는 전용의 클럭 시각을 가질 필요는 없지만 단순히 송신 및 수신되는 시리얼 넘버일 수 있고, 현재 시각과의 비교를 위하여 시리얼 넘버 패킷의 전송 시각을 결정하는데 검색 테이블이 사용된다는 것을 알 수있을 것이다.

전방향과 역방향 전송 경로에서 경로 다양화 때문에 네트워크를 통해 경험하는 지연 사이에 차이가 있는 경우 각각의 단부가 각각의 지연 측정을 수행한다는 것을 주목해야 한다.

일단 각 방향에서 지연을 결정하면 지연 문제에 대한 두 가지 방법이 사용될 수 있다. 이와 같은 방법들의 몇 가지 예가 우리의 유럽 특허출원 제EP02254458.9호 및 동시 출원 GB(당사 참조번호 A30267)에 개시되어 있다.

도 5를 참조하면, 네트워크를 통한 전형적인 촉각 결합에서, 단계 51에서 지시된 바와 같이 촉각 출력 장치 센서로부터 도출된 로컬 포지션과, 네트워크로부터 수신된 원격 포지션(단계 52)은, 차이를 계산하여 두 촉각 출력장치의 x,y,z 좌표에 대하여 차이 벡터를 제공하기 위해, 사용된다. 두 장치 사이의 결합 강도(단계 54) 또는 탄성은, x, y, z 벡터가 모터를 위한 로컬 힘을 제공하기 위하여 전송될 수 있도록(단계 56), 상기 로컬 촉각 장치가 원격 장치의 상대적인 위치로 강제하 기 위해 필요한 힘을 계산하는 데 사용된다(단계 55).

본 발명에서, 네트워크 지연을 보상하는 대안의 방법이 제안되며 이것은 이전에 제안된 지연 보상 방법의 대신에 또는 향상된 방법으로서 사용될 수 있다.

이와 같이 원격 핸드피스의 수신 위치만을 사용하기보다는 그 다음 수신 위치가 어디가 될 지의 예측이 사용될 것이다. 현재의 위치와 속도로부터 동적 외삽(extrapolation)에 기초한 예측을 포함하고, 핸드피스의 힘 센서로부터의 접촉력을 측정하여 전송함으로써 삽입(interpolation)을 향상시키며, 원격 환경 및 힘 필드 모델링의 모델을 구축하여, 위치를 예측하기 위해 제안된 다수의 방법이 존재한다.

도 6을 참조하면, 상기한 방법의 첫 번째에서, 원격 위치가 네트워크로부터 수신되면(단계 60) 포지션 이력 레코드(61)에 저장되며, 이것은 단지 상기 핸드피스의 마지막 "x" 위치들의 롤링 로그(rolling log)일 수 있다. 그 다음 위치는 이제 상기 속도(62)(이전 동작으로부터 예측됨)와 상기 변화가 일어난 시간 간격을 결정하기 위해 상기 수신 위치와 기지의 이전 위치 또는 위치들을 사용하는 이전 위치에 기초하여 예측될 수 있다. 예를 들어 가속도(63), 가속도 변화율 등을 사용하는 고차의 항들이 고려될 수 있다. 이 추정은 예를 들면 상기 이용자가 부드럽게 자유 공간에서 상기 핸드피스를 이동하고 있거나 또는 표면을 따라가는 부드러운 이동에서 효과가 있지만, 사용자가 단단한 표면을 빨리 때리거나 또는 핸드피스가 큐브, 구체 또는 벽과 같은 단단한 물체의 경계를 지각하는데 사용되는 효과와 같은 급격한 동작은 잘못 예측될 것이다.

이전의 위치, 속도 및 가속도를 결정한 후 다음 수신 데이터 패킷에 대한 위 치의 예상되는 변화는 전술한 방법들을 사용하여 결정된 지연 측정의 입력으로 계산될 수 있으며, 패킷 사이에서 취해지는 추가적인 단계의 수에 종속하는 인자에 의해 조정되며, 위치의 상기 예측된 변화는 네트워크로부터 수신한 현재 위치에 더해진다(66). 로컬 핸드피스의 센서로부터 결정된 로컬 위치는 이제 원격 핸드피스의 예측된 위치와 로컬 핸드피스의 현재 위치 사이의 차이 벡터를 계산하는데 사용된다(68).

2개의 핸드피스(69) 사이에 설정되는 결합 강도와 같은 다른 입력들이 이제 상기 로컬 핸드피스를 원격 핸드피스(70)의 동일한 상대적인 위치로 강제하는데 필요한 힘을 계산하기 위해 상기 차이 벡터와 연관하여 사용될 수 있고 x, y, 및 z 신호들이 출력되어 상기 로컬 핸드피스의 모터에 로컬 힘을 제공한다.

주목할 것은 동일한 알고리즘이 위치 "A"와 "B" 모두에서 구현된다는 것이다. 각 종단에서 전송된 위치는 상기 핸드피스가 현재 존재하는 실제의 위치이고 모터에 대한 로컬 힘의 계산을 위해 사용된 예측 위치가 아니다. 상기 위치 예측에서의 어떤 에러도 물론 실시간으로 보정할 수는 없지만 선행 예측 부정확성의 영향을 보정하고 상기 로컬 핸드피스를 원격 핸드피스 위치로 이동시키는 힘의 보정이 이루어질 수 있다.

만일 상기 핸드피스에 힘 센서가 설치되면 상기 위치 데이터로부터의 계산에 영향을 주기보다는 오히려 가속도가 직접 계산될 수 있다. 그러므로 상기 가속도 데이터는 상기 원격 및 로컬 환경 사이에서 위치와 힘 데이터가 전송된다면 더 일찍 이용 가능하다.

따라서 도 7을 참조하면, 상응하는 계산의 단계들이 도 6을 참조하여 설명되었으며, 여기서는 더 상세히 설명하지는 않는다. 그러나, 여기서, 상기 힘 필드 모델에 관련된 요소를 도입함으로써 상기 촉각 출력 장치의 모터에 대한 출력을 수정하기 위한 추가적인 단계들이 수행된다. 이와 같이 일단 단계 63에서 가속도가 계산되었다면 힘 필드 모델을 도출하기 위해 실제의 출력 힘과 함께 사용된다. 이와 같이 단계 74에서 상기 가속도의 관성 성분은 상기 힘으로부터 감해지고 예측된 위치에서의 힘을 가지고 저장된 힘 필드 모델을 갱신하는데 사용된다. 위치의 변화가 결정되었을 때, 새로운 위치에서의 힘이 상기 힘 필드 모델에서 검색되어 단계 77에서 상기 로컬 핸드피스를 상기 원격 핸드피스의 계산된 위치로 강제하는데 필요한 계산된 힘에 더해지며, 그리하여 상기 출력 장치의 x, y 및 z 모터에 대해 출력된 힘의 정확성이 상기 힘을 고려하도록 조정된다.

이 경우를 더욱 개선한 경우에 있어서, 로컬 PC 각각은 상기 이펙터가 이동하고 있는 공간 모델을 생성하고 상기 모터에 대해 출력된 로컬 힘에 영향을 미치기 위해 상기 모델을 사용한다. 상기 공간 모델 데이터는 상기 2개의 촉각 출력장치 사이에 전송된 위치 및/또는 힘 데이터의 결정으로부터 시간에 따라 유도되거나 또는 샘플링에 의해 유도될 수 있다. 특히 샘플링이 사용된다면, 상기 공간 모델의 모든 점이 아니라 매 10번째 이동 가능한 점에 임피던스 또는 힘의 존재를 규정하는 데이터를 저장함으로써 또는 상기 모델 내에 기지의 값을 갖는 위치들 사이에 삽입(interpolation)함으로써, 제한된 데이터 모델이 구성될 수 있다. 상기 원격 환경의 완전한 컴퓨터 모델이 가용하다면 원격 사용자의 영향 외에 환경과의 원격 상호작용이 계산될 수 있다. 예를 들어 만일 상기 핸드피스의 예측된 위치가, 상기 원격 환경이 기지의 기계적인 특성의 단단한 물체를 갖는 것으로 알려진 위치를 방해하면 반응력이 예측되어 상기 로컬 핸드피스를 통해 상기 로컬 사용자에 가해진 힘에 추가될 수 있다.

따라서 도 8로 돌아가면, 도 6과 7에 대해서 설명된 것들에 대응하는 단계들은 대응되게 참조번호가 부여되고 더 상세하게는 설명하지 않으며, 단계 74의 관성력은 상기 위치에 물체의 존재 또는 부존재를 결정하는 임계값과 비교되며(78) 이 결정은 상기 동작 공간의 모델을 갱신하는데 사용된다(79). 일단 위치의 변화가 계산되었다면 상기 예측된 위치는 물체의 존재를 검사하는데 사용되며(80), 만일 존재한다면, 상기 물체로부터의 반응력이 계산되고(81) 그 다음에 단계 77에서 전과같이 합산된다.

물론 힘 델링과 공간 모델링의 조합이 단계 71에서 상기 모터에 대한 최종 출력에 영향을 미치기 위해 사용될 수 있다는 것은 알 수 있을 것이다.

그러나, 상기 원격 환경은 아주 정확히 모델링 될 수 있을 것 같지도 않고 상기 원격 환경 내의 물체가 사용자와 상기 환경 사이의 상호작용의 결과로 이동되지 않았다는 것도 보장될 수 없다. 상기 모델은 위치 및 힘 데이터로부터 시간에 따라 갱신될 수 있으며, 예를 들면 과거 위치 데이터가, 특정 영역의 어떤 위치에서 상기 핸드피스의 이전의 움직임이 결과적으로 상기 핸드피스를 튀게 했음을 보여준다면, 상기 위치에서 물체의 불확실한 기록이 상기 모델이 추가될 수 있다. 이와 같이 상기 핸드피스가 다음에 상기 위치로 이동할 때 상기 모델에서 물체와의 충돌이 시뮬레이션 되고 상기 충돌을 통지하는 실제 데이터가 네트워크를 통해 운반 중에도 사용자에 대한 출력에 반응력이 추가된다.

또한, 상기 모델은 현재의 데이터 모델 시뮬레이션을 완전히 대체하기보다는 시간에 따른 변화를 평균화함으로써 갱신될 수 있다. 따라서, 현재 위치의 모델은 오래된 모델에 혼합되고 한 위치에서 더 많은 시간을 보낼수록 더 많은 새로운 버젼이 원격 환경과 조화를 이루고 더 적은 오래된 버젼들이 상기 평균에서 주가 된다.

이것은 상기 모델이 실제의 변화에 대해 갱신되는 속도를, 예를 들어 상기 핸드피스와 상기 모델의 다른 물체들의 상호작용 때문에 그 움직임을 예측할 수 없는 물체에 의해 줄일 수 있지만, 그것은 잡음의 효과, 과도현상 및 무접속 전송의 다른 기생 효과들에 대한 상기 모델의 저항감을 증가시킨다. 선형 힘 필드와 다른 선형적으로 결합할 수 있는 효과에 대해 감쇠 인자(δ)를 적용하고 각 시간 스텝에서 상기 위치에서 상기 모델의 기존 값에 δ-1을 곱하여 그것을 새로운 버젼의 δ배수에 더하는 것이 가능하다.

상기 원격 환경의 완전한 모델이 결정될 수 있을 것 같지 않고 현재의 시스템에서 핸드피스가 동작하는 전체 공간을 샘플링하는 것이 비실용적일 수 있으므로, 상기 결과는, 인위적인 환경을 제외하고, 상기 환경의 성긴 모델이 될 가능성이 있다. 상기 핸드피스가 상기 환경 내에서 이동됨에 따라 부분적인 모델이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 모델에서 기지의 값들 사이에 삽입(interpolation)이 필요하다. 한 예에서 이것은 가장 근접한 기지 값 지점을 찾음으로써 달성될 수 있다. 또는, 촉각 동작 공간에서 존재하는 것들보다 더 적은 지점들을 갖는 유한 요소 모델이 사용될 수 있다. 이 경우에 상기 모델은 상기 촉각 i/o 장치의 최소 위치 식별보다 훨씬 더 큰 셀들을 갖지만, 위치 사이의 조화기술(blending technique)이 사용자에 의해 지각된 힘에 대해 화소 처리된 느낌을 피하기 위해 사용될 수 있다. 좀 더 복잡한 구성에서 상기 시스템은 기지의 값들을 갖는 지점들의 서브 셋의 값들을 일치시키는 동작 공간에서 단단한 물체의 가장 그럴듯한 구성을 결정하도록 구성될 수 있다.

다른 데이터 축소 기능들이 상기 모델링에 포함될 수 있다 - 예를 들면 텍스처(texture)가 시뮬레이션 되는 경우 상대적으로 적은 파라미터를 갖는 주기함수 또는 확률함수로서 표현되며, 예를 들면 리지(ridges)는 주기, 진폭 및 리지 간 비율, 기울기 및 홈통 폭에 의해 특정될 수 있다. 이와 같이 예를 들어 원격 표면을 따라가는(tracing) 때의 표면 텍스처로부터의 진동은, 삽입에 의해 예측하는 것이 어렵더라도 그것들의 작은 크기는 정밀한 감촉의 표면의 다수의 혹들이 상기 네트워크 지연 동안에 이동될 수 있기 때문에, 상기 데이터 모델 내에 있는 벌크 텍스처 파라미터로부터 시뮬레이션 될 수 있다.

네트워킹 지연을 측정하는 다른 방법(예를 들어, ISDN, TCP/IP, PSTN을 통한 모뎀간 RS-232 직렬접속)이 UDP 대신에 사용될 수 있다. 다른 네트워크 지연 측정(예를 들어, 'ping' 시간, 네트워크의 다른 컴퓨터로부터의 네트워크 성능 측정, 또는 동조 클럭에 의한 단방향 측정)이 사용될 수 있다.

Claims (10)

1. 지향성 힘을 정의하는 신호에 반응하는 촉각 출력 장치를 작동시키는 방법에 있어서,

   현재 위치로 전달하기 위해 한 위치에서 측정된 포지션을 정의하는 복수의 데이터 패킷을 규정하는 일련의 신호를 수신하는 단계,

   상기 촉각 출력장치가 이동할 포지션을 정의하는 정보를 상기 데이터 패킷으로부터 결정하는 단계,

   상기 촉각 출력 장치가 이동한 복수의 포지션 각각을 정의하는 포지션 이력 데이터를 저장하는 단계,

   지향성 힘이 상기 하나의 위치에 인가되고 있는 공간의 모델을 유도하여 상기 모델을 정의하는 데이터를 저장하는 단계,

   상기 포지션 이력 데이터와 상기 모델을 정의하는 데이터로부터 예상되는 포지션을 유도하고, 힘과 방향을 정의하는 출력 신호를 생성하여 상기 예상되는 포지션을 향해서 상기 촉각 출력 장치를 이동시키고, 상기 예상되는 포지션과 후속적인 포지션 데이터의 수신 시 전송된 포지션 사이의 차이를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 출력장치의 작동 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   현재 정의된 포지션을 향해 인가된 힘에 반응하여 한 장치에 인가된 촉각력 이 일련의 반환 데이터 패킷의 현재 포지션 신호의 형태로 상응하는 장치로 반사되도록 하는 각 방향으로 시그널링하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 출력장치의 작동 방법,
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   방해물의 존재를 상기 공간의 데이터 모델로부터 결정하는 단계를 추가로 포함하고,

   이로써, 예상되는 포지션 및/또는 힘이 변경되는 것을 특징으로 하는 촉각 출력장치의 작동 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 네트워크의 지연은 데이터 패킷을 상기 네트워크에 전송함으로써 결정되고, 상기 패킷은 시간 결정인자(determinant identity)를 포함하며,

   상기 데이터 패킷을 네트워크를 통해 반환하는 단계와,

   상기 수신된 시간과 상기 전송된 시간을 비교하여 상기 댐핑 인자(damping factor)가 결정되는 지연 파라미터를 제공하는 단계,

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 출력장치의 작동 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   포지션 데이터를 운반하는 송신된 패킷의 전부 또는 일부는 또한 상기 시간 결정인자 데이터를 포함하고,

   상기 시간 결정인자 데이터의 일부는 상기 지연 파라미터의 갱신을 허용하기 위해 반환되는 것을 특징으로 하는 촉각 출력장치의 작동 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   소정의 사용자 선호사항 데이터(user preference data)로부터 도출되는 변경 인자를 상기 힘과 방향 신호에 적용하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각 출력장치의 작동 방법.
7. 양방향 전송 장치와 결합하는 상호 작용 촉각 출력 단말기에 있어서,

   하나 이상의 촉각 출력장치와 제어수단을 포함하고,

   상기 제어수단은, 상기 촉각 출력 장치로부터의 신호를 수신하여, 상기 장치의 현재 포지션을 결정하고, 상기 전송 장치로부터 수신된 신호로부터 상기 촉각 출력 장치의 선호되는 현재 포지션을 결정하며,

   상기 제어수단은, 상기 촉각 출력장치를 현재 포지션으로부터 선호되는 포지션으로 움직이기 위하여 필요한 출력되는 힘과 방향을 결정하고, 상기 촉각 출력 장치가 움직인 복수의 포지션 각각을 정의하는 포지션 이력 데이터를 저장하고, 지향성 힘이 인가되고 있는 공간의 모델을 도출하여 상기 모델을 규정하는 데이터를 저장하고, 상기 포지션 이력 데이터와 상기 모델을 규정하는 데이터로부터 예상 포지션을 도출하여 상기 촉각 출력장치를 상기 예상 포지션을 향해 이동시키기 위한 힘과 방향을 규정하는 출력 신호를 생성하고 후속의 포지션 데이터를 수신하는 때 전송된 포지션과 상기 예상 포지션 사이의 차이를 보정하는 것을 특징으로 하는 촉각 출력 단말기.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 제어수단은 상기 촉각 출력장치로부터 신호를 수신하고,

   상기 신호는 특정 시간에 상기 장치의 포지션을 정의하는 데이터를 포함하고,

   상기 제어수단은 소정의 간격으로 상기 양방향 전송장치에 송신하기 위한 신호로 상기 데이터를 변환하는 것을 특징으로 하는 촉각 출력 단말기.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

   선호되는 현재 포지션을 정의하는 상기 신호는, 프로그램된 컴퓨터와 같은 환경 시뮬레이터에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 촉각 출력 단말기.
10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,

    선호되는 현재 포지션을 정의하는 상기 신호는, 전송 장치의 반대 측 단부에서 대응하는 상호 출력 단말기에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 촉각 출력 단말기.

Images