KR20070033127A - 체감형 볼 스포츠 게임 장치 - Google Patents

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KR20070033127A
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엄의석
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Abstract

본 발명은 체감형 볼 스포츠 게임 장치에 관한 것으로, 특히 탁구, 배드민턴, 테니스, 스쿼시 등과 같이 라켓을 이용하는 볼 스포츠 게임 장치에서 사용자가 실제 스포츠에서와 같은 동작을 취하면서 게임을 할 수 있음은 물론, 평소 본인이 사용하는 실제의 라켓을 그대로 이용한 3차원 공간에서의 사용자 모션으로부터 라켓의 3차원 위치와 각도를 실시간으로 파악하고, 그에 따른 타구의 다양한 변화를 게임에 반영하는 것이 가능하도록 한 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명에 의하면 촬영된 게임자 영상신호로부터 마커의 2차원 평면의 위치값을 구한 후 그 마커의 2차원 평면의 위치값 기울기를 이용하여 3차원 공간에서의 라켓의 위치와 각도를 실시간으로 파악하여 게임에 반영해줌으로써 게임자의 흥미 유발과 더불어 게임자에게 보다 실감나는 입체 게임이 가능하도록 하는 효과가 있다.
체감형, 볼 스포츠, 라켓, 마커, 디지털 카메라부, 영상신호 처리부, 연산처리부

Description

체감형 볼 스포츠 게임 장치{A somesthesia ball sport game apparatus}
도 1은 종래의 체감형 게임 장치의 외관 구성도,
도 2는 종래의 다른 체감형 탁구 게임 장치의 외관 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치의 구성을 설명하기 위해 나타낸 기능블록도,
도 4는 도 3에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치의 사용 상태를 설명하기 위해 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치에 사용되는 라켓과 마커를 나타낸 참고도,
도 6은 본 발명에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치에서 마커의 데이터 값을 이용한 라켓의 중심점 위치를 계산하는 원리를 설명하기 위해 나타낸 참고도,
도 7은 본 발명에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치에서 마커의 이미지 데이터 값을 이용한 3차원 각도를 계산하는 원리를 설명하기 위해 나타낸 참고도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치가 인터넷 망과 접속되어 온라인 원격 게임을 지원하는 예를 나타낸 참고도,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치를 이용한 기본기술의 교육 예를 나타낸 참고도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 게임 조작부 200 : 디지털 카메라부
300 : 출력부 301 : 디스플레이
302 : 스피커 400 : 영상신호 처리부
401 : 영상 처리부 402 : 영상 추출부
403 : 영상 합성부 500 : 연산처리부
501 : 마커 계산부 502 : 타구 계산부
600 : 장치 제어부 700 : 통신망 접속 모뎀
800 : 메모리
본 발명은 체감형 볼 스포츠 게임 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 게임자의 움직이는 동작 모션을 촬영하여 그대로 게임에 반영하고, 마커가 부착된 라켓의 3차원 위치와 각도를 실시간으로 계산하여 게임에 반영시킴으로써 실제의 볼 스포츠 운동과 유사한 느낌을 갖도록 해주는 체감형 볼 스포츠 게임 장치에 관한 것이다.
최근 정보통신 기술의 급속한 발전에 따라 게임자가 실제 게임에서와 같은 동작을 취하면서 게임을 할 수 있도록 하는 체감형 게임 장치가 개발되어 사용되고 있다.
도 1은 종래의 체감형 게임 장치의 외관 구성도이고, 도 2는 종래의 다른 체감형 탁구 게임 장치의 외관 구성도를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같은 종래의 체감형 게임 장치는, 체감형의 볼 스포츠 게임 장치 중 가장 기본적인 기능을 가지는 체감형 볼 게임 장치로서, 2001년 공개특허 제81060호에 상세히 개시되어 있다.
도 1에 도시된 체감형 게임 장치는, 크게 게임기, 모니터, 라켓형 입력장치 및 적외선 수광부를 포함하여 이루어지며, 이 게임장치는 라켓형 입력장치에 가속도 센서를 부착하여 라켓형 입력 장치를 흔들었을 때의 이동속도를 가속도 센서로부터 전압신호에 의해 계산하고, 볼이 반구 한계 위치에 도달할 때까지 스윙이 있었는지의 여부를 게임화면의 안쪽 방향 위치에 의해 판별하여 게임용구의 속도와 타이밍을 게임에 반영시킴으로서 단지 버튼 조작에 의한 게임에 비해 체감 만족도를 크게 향상시켰다.
그러나 상기와 같은 종래의 체감형 게임 장치는 게임용구의 속도와 타이밍에 의해서만 게임을 진행하기 때문에 게임이 단순하여 게임자에게 큰 흥미를 끌지 못하는 문제점이 있었다.
한편, 도 2는 도 1에 나타난 종래의 체감형 게임 장치의 원리를 기본 바탕으 로 하면서 게임용구의 동작 경로에 대한 정보가 없는 상태에서 단지 게임용구의 속도와 타이밍에 의해서만 게임을 진행하기 때문에 실제의 움직임과는 동떨어지는 결과를 초래할 수 있는 도 1의 도시한 체감형 게임 장치의 문제점을 개선하기 위해서 고안된 것으로 2004년 공개특허 제61212호에 상세히 개시되어 있다.
도 1에 비해 개선된 종래의 체감형 게임 장치는 크게 게임기 본체와, 게임자가 잡고 휘두르는 라켓을 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 게임기 본체의 중앙에는 게임 관련 영상, 즉 게임, 탁구대, 네트 및 볼 캐릭터가 배경과 합쳐져서 3차원적으로 디스플레이되는 모니터가 배치되고, 게임기 본체의 적당한 장소에는 라켓에서 발사되는 적외선 신호를 수신하는 수광 센서가 배치되어 있다.
도 2에 도시된 종래의 체감형 게임장치는 라켓에서 보내진 적외선 신호를 적절한 개수만큼 배치된 수광 센서에 의해 포착하고, 각 수광 센서에서 수신된 적외선 신호의 상태 여부에 의해 라켓의 움직이는 경로를 파악할 수 있도록 되어있는 것으로, 아래의 [표 1]에서는 수광 센서를 2개 설치한 것과 4개 설치했을 때의 적외선 신호의 포착범위 및 포착 경로를 보여주고 있다.
Figure 112005052328874-PAT00001
상용화 측면에서, 상기 도 2에 도시된 종래의 체감형 게임 장치는 도 1에 도시된 종래의 체감형 게임 장치에 비해 수광 센서에 의해 라켓이 이동하는 동작 경로를 파악하게 되고, 게임에서 모니터에 나타나는 관련 영상들인 게임자, 탁구대, 네트 및 볼들이 3차원의 입체 영상으로 표현됨으로서 도 1의 종래의 체감형 게임 장치에 비해 훨씬 더 실감나는 게임이 가능하게 되었다.
그러나, 상기의 기술에 의해 구현된 종래의 체감형 게임장치로는 라켓의 이동속도, 타이밍, 한정된 동작 경로가 파악되어 게임에 반영되기 때문에 실제의 운동경기와 비교해 볼 때 많은 차이가 있다.
실제로 탁구를 취미로 하는 사람에게는 경기를 하면서 스매시, 드라이브, 커트 및 쇼트와 같은 기본적 기술을 사용하고 또한 이들이 복합하여 변형된 많은 타구를 구사하며 흥미를 느끼고 있는데 비해, 도 2에 도시된 종래의 체감형 게임 장치의 기술로는 이와 같은 기능의 구현이 거의 불가능하고 또한 게임자의 실제 동작 모션이 게임에 반영되지 못하여 사실적인 느낌이 들기에는 여전히 부족할수 밖에 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 타구 시 라켓의 3차원 위치와 각도를 실시간으로 계산하고, 볼의 운동량과 회전량을 계산하여 다양한 타구의 형태를 나타나게 함은 물론, 게임자 자신의 동작 모션이 게임에 직접 반영되도록 함으로써 실제와 같은 느낌이 들도록 해주는 체감형 볼 스포츠 게임 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 게임에 반영되어 사용된 게임자의 영상을 저장하고, 미리 저장된 운동 선수의 모범적인 자세와의 비교를 통해 게임자의 기본 자세의 교정 및 교육에 사용될 수 있도록 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 체감형 볼 스포츠 게임 장치 는, 사용자의 조작에 따른 각종 게임조작신호를 발생시키는 게임 조작부;
라켓을 가진 게임자의 움직이는 모습을 촬영하고, 그에 따른 게임자 영상신호를 출력하는 디지털 카메라부;
게임자의 동적인 움직임을 포함한 게임의 진행 영상을 입체적인 3차원으로 표시하는 디스플레이와, 타구 시 볼이 맞는 느낌이 나도록 사운드를 출력하는 스피커를 구비한 출력부;
상기 디지털 카메라부로부터 입력받은 영상신호를 단순화 처리하고, 그 단순화 처리된 영상신호로부터 게임자 영상과 마커가 포함된 라켓의 이미지를 분리 추출한 후 배경을 삭제한 게임자 영상 데이터를 게임에 반영하는 한편, 분리 추출된 마커가 포함된 라켓의 이미지 정보를 출력하는 영상신호 처리부;
상기 영상신호 처리부로부터 입력받은 라켓의 이미지 정보에서 마커의 2차원 평면의 위치값을 구하고, 그 위치값을 기준으로 3차원 공간에서의 라켓의 위치와 각도를 계산한 후, 라켓의 움직임에 대한 영상 그룹화를 통해 타구의 구질을 판단하는 연산처리부; 및
상기 게임 조작부로부터 각종 게임조작신호를 입력받고 그에 따른 제어신호를 해당 블록으로 출력하는 한편, 상기 영상신호 처리부와 연산 처리부로부터 게임자 영상 데이터 정보와 타구 구질 정보를 입력받아 제어동작을 수행하는 장치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 체감형 볼 스포츠 게임 장치에 대하여 첨 부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의한 체감형 볼 스포츠 게임 장치는 탁구, 배드민턴, 스쿼시, 테니스 등 라켓을 이용하는 볼 스포츠 게임 장치에 모두 적용할 수 있는 것이나, 본 발명에서는 하나의 예로서 탁구 게임 장치를 예로 들어 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치의 구성을 설명하기 위해 나타낸 기능블록도이고, 도 4는 도 3에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치의 사용 상태를 설명하기 위해 나타낸 구성도로서, 본 발명에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치는 게임 조작부(100), 디지털 카메라부(200), 출력부(300), 영상신호 처리부(400), 연산처리부(500), 장치 제어부(600), 통신망 접속 모뎀(700) 및 메모리(800)로 구성되어 있다.
상기 게임 조작부(100)는 사용자의 조작에 따른 각종 게임조작신호를 발생시키는 역할을 하며, 이러한 상기 게임 조작부(100)는 게임의 시작 버튼, 게임의 진행 설정 버튼 및 종료 버튼을 포함한 다양한 기능 조작버튼을 포함하고 있다.
이때, 상기 게임의 진행 설정 버튼은 게임자 위치의 3차원 공간좌표 설정 기능, 온라인 접속 설정 기능, 게임자 영상 비교 설정 기능 등을 포함하며, 다른 기능으로는 사운드 설정과, 게임자 영상의 캐릭터 설정 등을 포함하고 있다.
그리고, 상기 디지털 카메라부(200)는 게임을 하면서 움직이는 게임자의 모습을 촬영하기 위해 사용되는 것으로 라켓(10)을 가진 게임자의 움직이는 모습을 촬영하고, 그에 따른 게임자 영상신호를 상기 영상신호 처리부(400)로 출력하는 역 할을 한다.
여기서, 상기 디지털 카메라부(200)는 게임자 위치에서 바라본 3차원 공간상 X, Y, Z 축의 공간좌표(전방3m, 좌측3m, 위2m)에 설치되어 게임자의 모습 및 라켓(10)의 러버(마커)에 대한 영상을 효과적으로 추출하게 된다.
또한, 상기 디지털 카메라부(200))를 3차원 공간상에서 움직이는 게임자의 후방 또는 오른쪽 방향에 추가로 설치하여 사용할 수 있는데, 이 경우 게임자의 모습을 실감나는 입체영상으로 더 표현할 수 있게 된다.
상기 출력부(300)는 게임자의 동적인 움직임을 포함한 게임의 진행 영상을 입체적인 3차원으로 표시하는 디스플레이(301)와, 타구 시 볼이 맞는 느낌이 나도록 사운드를 출력하는 스피커(302)를 구비한다.
이때, 상기 디스플레이(301)는 좌측 앞면에서 디지털 카메라부(200)로 촬영한 게임자의 동작 모션이 그대로 거울에 비추어진 것처럼 나타나게 되고, 그 앞에는 탁구대, 네트 및 상대방 캐릭터의 모습이 나타나게 된다.
그러나, 상기 디스플레이(301)를 통해 표시되는 상대방 모습이 캐릭터이고 게임자의 모습은 촬영된 그대로의 모습인 경우, 표시되는 영상의 차이를 줄이고 게임 효과를 높이기 위한 방안으로 게임자의 모습에 이미지 처리를 하여 캐릭터처럼 변형시킬 수도 있다.
그리고, 상기 스피커(302)는 게임을 더욱 실감나게 하기 위해서 게임자가 화면의 볼을 맞출 때 볼의 타구 형태에 따른 소리를 내도록 함은 물론, 카운트를 부르게 하거나 또는 어렵게 친 타구가 상대방 코트로 넘어갈 경우에는 박수 소리 등 부가적인 사운드를 출력하도록 한다.
상기 영상신호 처리부(400)는 상기 디지털 카메라부(200)로부터 입력받은 영상신호를 단순화 처리하고, 그 단순화 처리된 영상신호로부터 게임자 영상과 마커(11)가 포함된 라켓(10)의 이미지를 분리 추출한 후 배경을 삭제한 게임자 영상 데이터를 게임에 반영하는 한편, 분리 추출된 마커(11)가 포함된 라켓(10)의 이미지 정보를 출력하는 역할을 한다.
여기서, 상기 영상신호 처리부(400)는 도 3에 도시된 바와 같이, 영상 처리부(401), 영상 추출부(402) 및 영상 합성부(403)로 구성되며, 상기 영상 처리부(401)는 상기 디지털 카메라부(200)로부터 입력받은 게임자의 3차원 영상신호에서 정지영상인 배경을 제거한 게임자의 움직임 영상만을 단순화 처리하여 상기 영상 추출부(402)로 출력하는 역할을 한다.
그리고, 상기 영상 추출부(402)는 상기 영상 처리부(401)로부터 입력받은 단순화 처리된 영상신호로부터 게임자 영상과 마커(11)가 포함된 라켓(10)의 영상 이미지를 각각 분리한 후 게임자 영상은 상기 영상 합성부(403)로 출력하고, 마커(11)가 포함된 라켓(10)의 영상 이미지는 상기 연산처리부(500)로 출력하는 역할을 한다.
또한, 상기 영상 합성부(403)는 상기 영상 추출부(402)로부터 입력받은 게임자 영상과 상기 장치 제어부(600)를 통해 입력받은 볼, 탁구대, 네트, 상대방 캐릭터, 응원자 캐릭터 등 게임진행 영상을 합성하여 상기 디스플레이(301)로 출력하는 역할을 한다.
그리고, 상기 연산처리부(500)는 상기 영상신호 처리부(400)로부터 입력받은 라켓(10)의 이미지 정보에서 마커(11)의 2차원 평면의 위치값을 구하고, 그 위치값을 기준으로 3차원 공간에서의 라켓(10)의 위치와 각도를 계산한 후, 라켓(10)의 움직임에 대한 영상 그룹화를 통해 타구의 구질을 판단하는 역할을 한다.
여기서, 상기 연산처리부(500)는 도 3에 도시된 바와 같이, 마커 계산부(501)와 타구 계산부(502)를 포함하며, 상기 마커 계산부(501)는 상기 영상신호 처리부(400)내 영상 추출부(402)로부터 입력받은 마커(11)가 포함된 라켓(10)의 영상 이미지에서 기울어진 모습의 마커(11)를 찾아낸 후 그 마커(11)의 5개 꼭지점에 대한 2차원 평면의 위치값을 구하고, 이 2차원 평면의 위치값을 기준으로 3차원 공간에서 게임자가 휘두르는 라켓(10)의 3차원 위치와 각도를 계산하여 상기 타구 계산부(502)로 출력하는 역할을 한다.
이때, 상기 마커(11)는 도 5에 도시된 바와 같이, 4개의 영역으로 분할된 가로 12cm × 세로 12cm의 정사각형으로 형성하되, 그 4개의 영역을 파란색, 남색, 보라색, 흰색 등 서로 다른 색상으로 설정하여 마커(11)의 이미지를 분리 추출할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 마커(11)의 5개 꼭지점은 서로 다른 색상으로 설정된 4개의 영역에서의 좌상(P1), 좌하(P4), 우상(P2), 우하(P3), 중앙(C)을 나타내고, 상기 3차원 공간에서의 라켓(10)의 위치는, 상기 라켓(10)의 위치 변화에 따라 디지털 카메라부(200)에 촬영되는 영상의 크기 비율에 의거한 마커(11)의 크기와 마커(11)의 3차 원 기울기 변화로 구하게 된다.
또한, 상기 마커(11)는 도 5에 도시된 바와 같이, 라켓(10)의 전면에 붙이는 제 1 마커(12)와, 후면에 붙이는 제 2 마커(13)로 구분할 수 있으며, 이때 상기 제 1, 2 마커(12, 13)는 라켓(10)의 전후면에서 4개의 영역으로 분할된 가로 12cm × 세로 12cm의 정사각형으로 형성되며, 전면의 제 1 마커(12)의 4개 영역을 파란색, 남색, 보라색, 흰색으로 구성하고, 후면의 제 2 마커(13)의 4개 영역을 빨간색, 주황색, 노란색, 초록색으로 구성하여 마커(11)의 이미지를 분리 추출할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 타구 계산부(502)는 상기 마커 계산부(501)로부터 입력받은 3차원 공간에서의 라켓(10)의 위치와 각도를 기준으로, 게임자의 타구 시 상기 라켓(10)의 움직임에 대한 다수의 장면을 하나의 그룹으로 묶어 볼의 회전에너지와 전진에너지에 대한 형태의 구분에 따라 타구의 구질을 판단하는 역할을 한다.
본 발명이 적용되는 탁구 게임에서는 라켓(10)으로 볼을 치는 것을 스트로크라 하고, 타구의 성질에 따라서 타구 법도 다르며 일반적으로 왼쪽 방향 또는 오른쪽 방향의 치는 코스에 따라 포핸드 스트로크와 백핸드 스트로크로 구분되며, 타법에 따라서는 스매시, 쇼트, 드라이브, 커트 등으로 구분된다.
또한, 탁구는 실제로 볼의 속도 및 회전과 밀접한 관련이 있는 운동으로서 상대가 친 볼이 자기 코트에 들어와서 바운드 된 후 일어나는 변화와 라켓(10)으로 그 볼을 쳤을 때의 반사각에 대한 변화를 아는 것이 매우 중요한 기초 자료이며, 볼은 전형과 라켓(10)의 방향에 따라 여러 가지 형태로 변화하지만 회전의 기본적 변화 방식은 전진회전, 후진회전, 좌회전, 우회전의 4가지를 기본으로 한다.
즉, 상기 타구 계산부(502)는 볼의 위치 및 방향과 라켓(10)의 위치 및 각도에 대한 상대적 비교를 통해 사실과 유사한 느낌을 갖는 타구를 구현하게 된다.
그리고, 상기 장치 제어부(600)는 상기 게임 조작부(100)로부터 각종 게임조작신호를 입력받고 그에 따른 제어신호를 해당 블록으로 출력하는 한편, 상기 영상신호 처리부(400)와 연산 처리부(500)로부터 게임자 영상 데이터 정보와 타구 구질 정보를 입력받아 제어동작을 수행하는 역할을 한다.
여기서, 상기 장치 제어부(600)에서는 상기 마커 계산부(501)와 타구 계산부(502)에 의해 처리된 볼 영상을 기반으로 게임을 실감나게 3차원으로 구현해주는 게임의 액션 매니저 역할을 수행한다.
또한, 상기 통신망 접속 모뎀(700)은 도 8에 도시된 바와 같이, 게임 장치 간 통신망 접속을 이용하여 원격지에서의 온라인 게임이 가능하도록 하는 역할을 한다.
또한, 상기 통신망 접속 모뎀(700)을 사용하는 경우 2명의 게임자가 단식 게임을 하거나, 4명의 게임자가 서로 팀을 이뤄 복식게임도 할 수 있게 된다.
그리고, 상기 메모리(800)는 운동 선수의 모범적인 자세를 미리 저장하고 게임자의 게임 동영상을 실시간으로 저장하는 역할을 하며, 사용자에 의한 게임 조작부(100)를 통해 게임자 영상 비교가 선택되면 상기 디스플레이(301)의 좌우로 2 분할되는 화면을 통해 운동 선수의 모범적인 자세와 게임자의 게임 영상이 동시에 표시될 수 있도록 저장된 데이터를 출력한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치를 이용한 기본기술의 교육 예를 나타낸 참고도이다.
도 9를 보면, 상기 디스플레이(301)의 화면을 둘로 나누어 좌측의 화면에는 모범적으로 치는 모습을 보여주고, 우측에는 게임자가 실제 친 모습이 나타나도록 한다.
그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치의 동작 과정에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치의 구성을 설명하기 위해 나타낸 기능블록도이고, 도 4는 도 3에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치의 사용 상태를 설명하기 위해 나타낸 구성도이다.
상기 게임 조작부(100)는 사용자의 조작에 따른 각종 게임조작신호를 발생시켜 상기 장치 제어부(600)로 출력한다.
이에 따라, 상기 장치 제어부(600)가 구동하여 게임의 시작과 더불어 사용자가 입력한 게임의 진행 설정에 따른 다양한 게임 설정 및 제어기능을 수행한다.
이어서, 상기 디지털 카메라부(200)는 게임을 하면서 움직이는 게임자의 모습을 촬영하고, 그에 따른 게임자 영상신호를 상기 영상신호 처리부(400)내 영상 처리부(401)로 출력한다.
그러면, 상기 영상 처리부(401)는 상기 디지털 카메라부(200)로부터 입력받은 게임자의 3차원 영상신호에서 정지영상인 배경을 제거한 게임자의 움직임 영상 만을 단순화 처리하여 상기 영상 추출부(402)로 출력한다.
이어서, 상기 영상 추출부(402)는 상기 영상 처리부(401)로부터 입력받은 단순화 처리된 영상신호로부터 게임자 영상과 마커(11)가 포함된 라켓(10)의 영상 이미지를 각각 분리한 후 게임자 영상은 상기 영상 합성부(403)로 출력하고, 마커(11)가 포함된 라켓(10)의 영상 이미지는 상기 연산처리부(500)내 마커 계산부(501)로 출력한다.
상기 마커 계산부(501)는 상기 영상신호 처리부(400)내 영상 추출부(402)로부터 입력받은 마커(11)가 포함된 라켓(10)의 영상 이미지에서 기울어진 모습의 마커(11)를 찾아낸 후 그 마커(11)의 5개 꼭지점에 대한 2차원 평면의 위치값을 구하고, 이 2차원 평면의 위치값을 기준으로 3차원 공간에서 게임자가 휘두르는 라켓(10)의 3차원 위치와 각도를 계산하여 상기 타구 계산부(502)로 출력한다.
이때, 상기 마커 계산부(501)에서 출력하는 3차원 위치와 각도를 갖는 라켓(10)의 공간좌표는 상기 라켓(10)에 부착된 마커(11)의 중심점 위치(C)와, 마커(11)의 좌우방향의 X축 회전각도(θX)와, 마커(11)의 앞뒤방향의 Y축 회전각도(θY)와, 마커(11)의 위아래 방향의 Z축의 회전각도(θZ)인 4개의 파라메터를 연산하여 구하게 된다.
이는, 1대의 디지털 카메라로 촬영한 영상에서 추출한 라켓(10)의 이미지에서 마커(11)의 이미지를 분리하고, 동작의 순간마다 기울어진 정사각형 또는 기울어진 직사각형으로 다양하게 변화되는 마커(11)의 이미지 중심점과 4개의 꼭지점의 데이터 값을 실시간으로 처리하여 라켓(10)의 위치와 각도를 파악하게 된다.
아래의 [표 2]는 상술한 4개의 파라메터에 대한 특징을 나타낸다.
구 분 특 징`
중심점 위치 마커 이미지의 크기 및 중심점 위치로서 라켓의 위치 파악
x축 회전 각도 라켓의 좌우 방향에 대한 회전 각도 계산
y축 회전 각도 라켓의 앞뒤 방향에 대한 회전 각도 계산
z축 회전 각도 라켓의 위 아래 방향에 대한 회전 각도 계산
그리고, 도 6은 본 발명에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치에서 마커의 데이터 값을 이용한 라켓의 중심점 위치를 계산하는 원리를 설명하기 위해 나타낸 참고도이다.
도 6을 참조하여 상기 라켓(10)의 중심점 위치를 구하는 과정을 보면, 먼저 앞뒤로 떨어져 있는 두 개의 라켓(10)을 촬영하는 경우 카메라의 렌즈에 나타나는 상의 크기는 피사체(예, 라켓)의 크기와 초점 거리에 비례하고, 피사체와의 거리에 반비례하게 된다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같은 크기의 라켓(10)이 디지털 카메라부(200)로부터 2:3의 비율로 떨어져 있다면 사진(디스플레이 화면)에 나타나는 두 라켓(10)의 크기의 비는 거리의 반대가 되어 3:2로 나타나게 된다.
이는 같은 위치에서 렌즈를 초점거리가 다른 짧은 것으로 바꾸게 되면 화각이 커져 상이 작아지긴 하지만 크기의 비율은 변하지 않게 된다. 또한 상기 라켓(10)에 마커(11)를 붙여 디지털 카메라부(200)로 촬영했을 때 렌즈에 나타나는 마커(11)의 영상 크기도 위와 같은 원리가 적용된다.
본 발명은 이러한 원리가 적용되어 라켓(10)의 위치가 달라짐에 따라 생기는 영상의 크기 비율에 의거하여 상기 마커(11)의 크기를 가지고 라켓(10)의 위치를 계산하게 된다.
그러나 실제의 게임 동작에서는 라켓(10)의 위치와 X, Y, Z축의 3방향에 대한 각도가 동시에 변하기 때문에 마커(11)의 크기와 모양도 동시에 변화게 된다.
본 발명은 이에 따라 마커(11)의 모양을 가지고 X, Y, Z축의 각도를 계산하고 라켓(10)의 앞면이 상기 디지털 카메라부(200) 정면에서 보이는 각도가 없는 0도인 상태로 마커(11)의 모양을 변경시키게 되면 크기만 다른 원래의 정사각형이 되므로 이에 대한 크기로서 라켓(10)의 위치를 계산하게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치에서 마커의 이미지 데이터 값을 이용한 3차원 각도를 계산하는 원리를 설명하기 위해 나타낸 참고도이다.
여기서, 도 7a는 X축인 좌우 방향의 각도가 0도에서 30도, 60도, 90도로 변화될 때의 모습을 보여주고 있으며, 이 변하는 각도를 θX라 할 때 θX 는 다음과 같은 수식에 의해 계산된다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이 사각형의 4개의 꼭지점을 P1, P2, P3, P4라 하면, 각각은 마커(11)의 2차원 평면의 데이터 값을 가지기 때문에 P1=(P1x,P1y), P2=(P2x,P2y), P3=(P3x,P3y), P4=(P4x,P4y)라 할 수 있다.
여기서, 상기 마커(11)의 좌우방향의 X축 회전각도는 하기의 [수학식 1], [수학식 2]를 통해 구하게 된다.
Figure 112005052328874-PAT00002
Figure 112005052328874-PAT00003
또한, 도 7b는 Y축인 앞뒤 방향의 각도가 0도에서 30도, 60도, 90도로 변화될 때의 모습을 보여주고 있으며, 이 변하는 각도를 θy라 할 때 θy 가 변함에 따라 달라지는 모습은 사각형의 높이, 즉 P1과 P3사이의 거리 및 P2 와 P4사이의 거리인바, 라켓(10)의 크기에 비해 라켓(10)과 카메라의 거리가 충분히 크므로 이 둘의 거리는 같다고 할 수 있고, P1과 P3 사이의 거리는 하기의 [수학식 3]과 같으므로, 고정된 사각형의 가로방향 폭인 (P1- P2)의 절대값과, (P3 -P4)의 절대값에 기준하여 높이의 변화에 의해 θy를 구하게 된다.
Figure 112005052328874-PAT00004
또한, 도 7c는 Z축인 위아래 방향의 각도가 0도에서 30도, 60도, 90도로 변화될 때의 모습을 보여주고 있으며, 이 변하는 각도를 θZ라 할 때 θZ는 다음과 같은 수식에 의거하여 구하게 된다.
Figure 112005052328874-PAT00005
Figure 112005052328874-PAT00006
그런 후, 상기 타구 계산부(502)는 상기 마커 계산부(501)로부터 입력받은 3차원 공간에서의 라켓(10)의 위치와 각도를 기준으로, 게임자의 타구 시 상기 라켓(10)의 움직임에 대한 다수의 장면을 하나의 그룹으로 묶어 볼의 회전에너지와 전진에너지에 대한 형태의 구분에 따라 타구의 구질을 판단하고, 그 판단된 타구의 구질을 상기 장치 제어부(600)로 출력한다.
이는 볼이 자기 코트에 바운드 된 후 언제 어떤 각도에서 얼마의 힘으로 쳤느냐에 따라서 득점이 결정되는데, 게임자의 모션을 관찰해 보면 백스윙에서 임팩트 사이의 라켓(10) 운동에 의해 서서히 각도가 조절되는데 팔목 또는 스냅에 의한 전진력, 회전력, 라켓(10)의 반발력 등이 복합되면서 몸의 각도가 수반된 하나의 타구를 형성하게 된다.
즉, 상기 타구 계산부(502)에서 볼의 위치와 각도를 계산한 상기 마커 계산부(501)의 결과를 가지고 볼의 위치와 라켓(10)의 움직임에 대한 상호 비교를 통해 게임자가 친 모션에 대응한 타구를 생성하게 된다.
이어서, 상기 장치 제어부(600)는 상기 영상신호 처리부(400)와 연산 처리부(500)로부터 게임자 영상 데이터 정보와 타구 구질 정보를 입력받아 제어동작을 수행한 후, 상기 영상 합성부(403)로 볼, 탁구대, 네트, 상대방 캐릭터, 응원자 캐릭터 등 게임진행 영상을 출력한다.
그러면, 상기 영상 합성부(403)는 상기 영상 추출부(402)로부터 입력받은 게임자 영상과 상기 장치 제어부(600)를 통해 입력받은 볼, 탁구대, 네트, 상대방 캐릭터, 응원자 캐릭터 등 게임진행 영상을 합성하여 상기 디스플레이(301)로 출력한 다.
이어서, 상기 출력부(300) 내 디스플레이(301)는 게임자의 동적인 움직임을 포함한 게임의 진행 영상을 입체적인 3차원으로 표시하고, 상기 스피커(302)는 타구 시 볼이 맞는 느낌이 나도록 사운드를 출력한다.
이때, 상기 디스플레이(301)를 통해 표시되는 게임자의 모습은 이미지 처리를 통해 캐릭터로 변화하여 출력할 수도 있다.
또한, 상기 스피커(302)는 게임을 더욱 실감나게 하기 위해서 게임자가 화면의 볼을 맞출 때 볼의 타구 형태에 따른 소리를 내도록 함은 물론, 카운트를 부르게 하거나 또는 어렵게 친 타구가 상대방 코트로 넘어갈 경우에는 박수 소리 등 부가적인 사운드를 출력할 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치의 사용 상태를 설명하기 위해 나타낸 구성도가 도시된다.
먼저, 이를 간략하게 설명하면 게임자는 상기 디스플레이(301)에서 상대방 캐릭터가 볼을 타구하여 볼이 내 코트로 넘어오게 되면, 볼의 방향에 따라 움직이면서 상기 라켓(10)으로 볼을 타구 하게 되고, 상기 영상신호 처리부(400) 및 연산처리부(500)에서는 실시간으로 게임자의 움직임 영상을 파악하면서 라켓(10)의 위치와 각도를 계산하고, 타구의 특성을 정확히 반영하여 타구 된 볼을 상대방 코트로 넘기게 되며, 이러한 과정의 반복을 통해 실제의 경기와 같은 게임이 가능하게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치가 인터넷망 과 접속되어 온라인 원격 게임을 지원하는 예를 나타낸 참고도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 체감형 볼 스포츠 게임 장치를 이용한 기본기술의 교육 예를 나타낸 참고도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 통신망 접속 모뎀(700)이 통신망에 접속되는 경우, 4명의 게임자가 서로 팀을 이뤄 복식게임도 할 수 있으며, 이때의 상기 통신망 접속 모뎀(700)은 서울, 대전, 대구, 부산과 같이 지역적으로 멀리 떨어져 있는 게임장치 간 통신을 위해 TCP 방식 또는 UCP 방식의 접속 프로토콜을 사용하며, 통신망으로는 전용회선으로 연결된 특정 통신회선이나 게임방 또는 사무실과 같은 한정된 공간에서 LAN을 통해 연결된 통신망을 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 도 9는 기본기술의 교육 예로서, 상기 디스플레이(301)의 화면을 둘로 나누어 좌측의 화면에는 모범적으로 치는 모습을 보여주고, 우측에는 게임자가 실제 친 모습이 나타나도록 한다.
이는 일반적으로 라켓(10)을 이용한 스트로크 게임의 실력을 향상시키기 위한 기술에서 가장 교정하기 어려운 부분이 볼을 치는 자세인데 그 이유는 게임자가 자신이 치는 모습을 직접 보지 못하고 피상적으로 생각하면서 치기 때문인데, 도 9에 도시된 바와 같이, 잘 훈련된 선수들이 치는 모습과 자신이 치는 모습의 상대적인 비교를 통해 교육적인 효과를 가지게 된다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않 는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 체감형 볼 스포츠 게임 장치에 의하면, 라켓을 이용하는 볼 스포츠 게임장치에서 게임자가 취하는 실제 스포츠에서와 같은 움직이는 모습을 촬영하고, 촬영된 영상신호로부터 마커의 2차원 평면의 위치값을 구한 후 그 마커의 2차원 평면의 위치값 기울기를 이용하여 3차원 공간에서의 라켓의 위치와 각도를 실시간으로 파악하여 게임에 반영시키는 것이 가능하도록 해줌으로써 게임자의 흥미 유발과 더불어 게임자에게 보다 실감나는 입체 게임이 가능하도록 하는 효과가 있다.

Claims (17)

  1. 사용자의 조작에 따른 각종 게임조작신호를 발생시키는 게임 조작부;
    라켓을 가진 게임자의 움직이는 모습을 촬영하고, 그에 따른 게임자 영상신호를 출력하는 디지털 카메라부;
    게임자의 동적인 움직임을 포함한 게임의 진행 영상을 입체적인 3차원으로 표시하는 디스플레이와, 타구 시 볼이 맞는 느낌이 나도록 사운드를 출력하는 스피커를 구비한 출력부;
    상기 디지털 카메라부로부터 입력받은 영상신호를 단순화 처리하고, 그 단순화 처리된 영상신호로부터 게임자 영상과 마커가 포함된 라켓의 이미지를 분리 추출한 후 배경을 삭제한 게임자 영상 데이터를 게임에 반영하는 한편, 분리 추출된 마커가 포함된 라켓의 이미지 정보를 출력하는 영상신호 처리부;
    상기 영상신호 처리부로부터 입력받은 라켓의 이미지 정보에서 마커의 2차원 평면의 위치값을 구하고, 그 위치값을 기준으로 3차원 공간에서의 라켓의 위치와 각도를 계산한 후, 라켓의 움직임에 대한 영상 그룹화를 통해 타구의 구질을 판단하는 연산처리부; 및
    상기 게임 조작부로부터 각종 게임조작신호를 입력받고 그에 따른 제어신호를 해당 블록으로 출력하는 한편, 상기 영상신호 처리부와 연산 처리부로부터 게임자 영상 데이터 정보와 타구 구질 정보를 입력받아 제어동작을 수행하는 장치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 게임 조작부는 게임의 시작 버튼, 게임의 진행 설정 버튼 및 종료 버튼을 포함하는 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 게임의 진행 설정 버튼은 게임자 위치의 3차원 공간좌표 설정 기능, 온라인 접속 설정 기능, 게임자 영상 비교 설정 기능 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 디지털 카메라부는 게임자 위치에서 바라본 3차원 공간상 X, Y, Z 축의 공간좌표(전방3m, 좌측3m, 위2m)에 설치됨을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 디지털 카메라부를 3차원 공간상에서 움직이는 게임자의 후방 또는 오른쪽 방향에 추가로 설치하여 게임자의 모습을 실감나는 입체영상으로 표현함을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 영상신호 처리부는, 상기 디지털 카메라부로부터 입력받은 게임자의 3차원 영상신호에서 정지영상인 배경을 제거한 게임자의 움직임 영상만을 단순화 처리하여 출력하는 영상 처리부;
    상기 영상 처리부로부터 입력받은 단순화 처리된 영상신호로부터 게임자 영상과 마커가 포함된 라켓의 영상 이미지를 각각 분리하여 출력하는 영상 추출부; 및
    상기 영상 추출부로부터 입력받은 게임자 영상과 볼, 탁구대, 네트, 상대방 캐릭터, 응원자 캐릭터 등 게임진행 영상을 합성하여 상기 디스플레이로 출력하는 영상 합성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  7. 제 1항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 연산처리부는, 상기 영상신호 처리부내 영상 추출부로부터 입력받은 마커가 포함된 라켓의 영상 이미지에서 기울어진 모습의 마커를 찾아낸 후 그 마커의 5개 꼭지점에 대한 2차원 평면의 위치값을 구하고, 이 2차원 평면의 위치값을 기준으로 3차원 공간에서 게임자가 휘두르는 라켓의 3차원 위치와 각도를 계산하여 출력하는 마커 계산부; 및
    상기 마커 계산부로부터 입력받은 3차원 공간에서의 라켓의 위치와 각도를 기준으로, 게임자의 타구 시 상기 라켓의 움직임에 대한 다수의 장면을 하나의 그룹으로 묶어 볼의 회전에너지와 전진에너지에 대한 형태의 구분에 따라 타구의 구질을 판단하는 타구 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 마커는 4개의 영역으로 분할된 가로 12cm × 세로 12cm의 정사각형으로 형성하되, 그 4개의 영역을 파란색, 남색, 보라색, 흰색 등 서로 다른 색상으로 설정하여 마커의 이미지를 분리 추출함을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 마커의 5개 꼭지점은 서로 다른 색상으로 설정된 4개의 영역에서의 좌상, 좌하, 우상, 우하, 중앙인 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 3차원 공간에서의 라켓의 위치는, 상기 라켓의 위치 변화에 따라 디지털 카메라부에 촬영되는 영상의 크기 비율에 의거한 마커의 크기와 마커의 3차원 기울기 변화로 구하는 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 마커 계산부에서 출력하는 3차원 위치와 각도를 갖는 라켓의 공간좌표는 상기 라켓에 부착된 마커의 중심점 위치와, 마커의 좌우방향의 X축 회전각도와, 마커의 앞뒤방향의 Y축 회전각도와, 마커의 위아래 방향의 Z축의 회전각도인 4개의 파라메터를 연산하여 구하는 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 마커의 좌우방향의 X축 회전각도는 하기의 [수학식 2]로 구하는 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
    [수학식 2]
    Figure 112005052328874-PAT00007
    여기서, P1, P2, P3, P4를 마커의 4개 영역의 꼭지점으로 하고, 4개의 꼭지점 P1=(P1x,P1y), P2=(P2x,P2y), P3=(P3x,P3y), P4=(P4x,P4y)는 2차원 평면 데이터 값을 갖는다.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 마커의 앞뒤방향의 Y축 회전각도는 하기의 [수학식 3]으로 구하는 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
    [수학식 3]
    Figure 112005052328874-PAT00008
    여기서, P1, P2, P3, P4를 마커의 4개 영역의 꼭지점으로 하고, 4개의 꼭지점 P1=(P1x,P1y), P2=(P2x,P2y), P3=(P3x,P3y), P4=(P4x,P4y)는 2차원 평면 데이터 값을 갖는다.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 마커의 위아래 방향의 Z축의 회전각도는 하기의 [수학식 5]로 구하는 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
    [수학식 5]
    Figure 112005052328874-PAT00009
    여기서, P1, P2, P3, P4를 마커의 4개 영역의 꼭지점으로 하고, 4개의 꼭지점 P1=(P1x,P1y), P2=(P2x,P2y), P3=(P3x,P3y), P4=(P4x,P4y)는 2차원 평면 데이터 값을 갖는다.
  15. 제 7항에 있어서,
    상기 마커는 라켓의 전면에 붙이는 제 1 마커와, 후면에 붙이는 제 2 마커로 구분하되, 상기 제 1, 2 마커는 라켓의 전후면에서 4개의 영역으로 분할된 가로 12cm × 세로 12cm의 정사각형으로 형성되며, 전면의 제 1 마커의 4개 영역을 파란색, 남색, 보라색, 흰색으로 구성하고, 후면의 제 2 마커의 4개 영역을 빨간색, 주황색, 노란색, 초록색으로 구성하여 마커의 이미지를 분리 추출함을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는 통신망 접속을 이용한 온라인 원격 게임을 지원하는 통신망 접속 모뎀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는 운동 선수의 모범적인 자세를 미리 저장하고 게임자의 게임 동영상을 실시간으로 저장하는 메모리를 추가로 포함하며, 사용자에 의한 게임 조작부를 통해 게임자 영상 비교가 선택되면 상기 디스플레이의 화면을 좌우로 2분할하고, 그 분할된 화면을 통해 운동 선수의 모범적인 자세와 게임자의 게임 영상을 표시함을 특징으로 하는 체감형 볼 스포츠 게임 장치.
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