KR20090060692A - 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치 및 방법 - Google Patents

가상 객체의 물리적 특성 변경 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치는, 영상에서 실세계 객체의 움직임을 추적하여 실세계 객체의 물리적 및 구조적 변화를 감지하는 영상 처리부와, 실세계 객체에 대응되는 가상 객체의 모델링 정보가 저장된 데이터 저장부와, 실세계 객체의 특징과 가상 객체의 모델링 정보간의 비교를 통해 매핑 기준점을 검출하고, 매핑 기준점을 이용하여 실세계의 객체와 가상 객체간의 매핑을 수행하는 매핑 처리부와, 영상 처리부에서 감지된 물리적 및 구조적 변화에 의거하여 실세계 객체의 물리적 변수를 추출하고, 매핑 결과에 의거하여 산출된 물리적 변수를 토대로 가상 객체의 모델링 정보를 업데이트시키는 물리적 변수 변경부를 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 실세계 객체가 포함된 영상을 토대로 가상 객체에서 물리 모델링을 수행할 때 필요한 물리 변수를 추출한 후 이를 가상 객체의 모델링 정보에 적용해줌으로서, 실세계 객체와 가까운 가상 객체의 물리 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있어 기존에 비해 높은 품질의 콘텐츠 생성이 가능해질 뿐만 아니라 가상 공간에서의 물리 현상 구현에 있어서 그 비용을 절감시킬 수 있다.
실제 객체, 물리적 변수, 모델링, 매핑

Description

가상 객체의 물리적 특성 변경 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHANGING PHYSICAL DATA OF VIRTUAL OBJECT}
본 발명은 실제 세계에 존재하는 물체에 대한 영상에서 물리적 정보를 추출하여 가상 객체에 동일한 물리적 효과를 부여하기 위한 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 정보 통신부 및 정보 통신 연구 진흥원의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호 : 2006-S044-02, 멀티코아 CPU 및 MPU 기반 크로플랫폼 게임기술 개발].
기존에 캐릭터에 대한 모션 캡쳐와 같이 실세계의 움직임을 가상의 세계에 옮기는 방법은 많이 이용되어 왔고, 영상 내의 물체를 추적하는 방법에 관하여 많은 연구가 이루어지고 있다.
하지만, 물체를 추적하는 방법에서 추출하는 정보가 물리에 기반하여 추출한 데이터가 아닌 단순히 시간적인 변위들만을 가지고 키 프레임 형태의 데이터를 활용하는 측면이 강하다.
가상 환경에서 물리 시뮬레이션을 수행하는데 있어서 파괴공학 등과 같이 정밀한 결과를 요구하는 경우에는 대부분 유한요소법(FEM : Finite Element Method)을 이용하여 구현을 하고, 실시간적 처리가 요구되는 경우에는 간단하게 강체 시뮬레이션으로 처리하는게 일반적이다.
최근 들어, 하드웨어의 성능이 나날이 발전함에 따라 복잡한 물리적 연산이 가능해져서 보다 실제와 같은 물리적 시뮬레이션 결과를 요구하기 때문에 이를 위하여 가상의 물체에 많은 변수를 추가하여야 한다.
그러나, 종래의 유한요소법은 연산량이 많아 실시간 처리에 어려움이 있으며, 강체 시뮬레이션을 이용하는 경우에는 물리적 특성의 일부만을 근사화하여 처리하기 때문에 실세계의 물리적 결과와는 많은 차이를 보인다.
일반적으로 가상 세계의 객체가 실세계와 유사한 물리적 행동 양식을 보이게 하려면 실세계에서 일어날 수 있는 많은 물리적 변수들이 작용할 수 있는데 이러한 물리적 변수들을 사용자가 임의로 혹은 실세계의 데이터에 근간하여 추가하기 위해서는 많은 노력과 어려움이 따르는 문제점이 있다.
본 발명은 영상 속의 객체의 움직임을 추적하고 물리적 변화를 획득하고, 가상객체와 실세계 객체의 매핑을 통해 매핑된 객체간의 물리적 연관성을 반복 확인을 통하여 최대한 유사하게 만들어 보다 편리하게 가상 객체에게 실세계의 물리적 특성을 부여할 수 있도록 한다.
본 발명의 제 1 관점으로서 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치는, 영상에서 실세계 객체의 움직임을 추적하여 상기 실세계 객체의 물리적 및 구조적 변화를 감지하는 영상 처리부와, 상기 실세계 객체에 대응되는 가상 객체의 모델링 정보가 저장된 데이터 저장부와, 상기 실세계 객체의 특징과 가상 객체의 모델링 정보간의 비교를 통해 매핑 기준점을 검출하고, 상기 매핑 기준점을 이용하여 실세계의 객체 와 가상 객체간의 매핑을 수행하는 매핑 처리부와, 상기 영상 처리부에서 감지된 물리적 및 구조적 변화에 의거하여 상기 실세계 객체의 물리적 변수를 추출하고, 상기 매핑 결과에 의거하여 상기 산출된 물리적 변수를 토대로 상기 가상 객체의 모델링 정보를 업데이트시키는 물리적 변수 변경부를 포함한다.
본 발명의 제 2 관점으로서 가상 객체의 물리적 특성 변경 방법은, (a) 실세계의 객체가 포함된 영상을 제공받는 단계와, (b) 상기 제공받은 영상 내 실세계 객체의 물리적 변수를 추출하는 단계와, (c) 상기 입력받은 영상 내의 상기 실세계 객체의 특징을 파악하고, 상기 파악된 특징과 가상 객체의 모델링 정보간 비교를 통해 매핑 기준점이 추출되는지를 판단하는 단계와, (d) 상기 판단 결과, 상기 추출된 상기 매핑 기준점을 토대로 상기 실세계 및 가상 객체간의 매핑을 수행하는 단계와, (e) 상기 매핑 결과, 상기 실세계 및 가상 객체간의 차이점이 있는 경우 상기 추출된 물리적 변수를 이용하여 상기 가상 객체의 모델링 정보를 업데이트시키는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 실세계 객체가 포함된 영상을 토대로 가상 객체에서 물리 모델링을 수행할 때 필요한 물리 변수를 추출한 후 이를 가상 객체의 모델링 정보에 적용해줌으로서, 실세계 객체와 가까운 가상 객체의 물리 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있어 기존에 비해 높은 품질의 콘텐츠 생성이 가능해질 뿐만 아니라 가상 공간에서의 물리 현상 구현에 있어서 그 비용을 절감시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 실세계 객체가 포함된 영상을 토대로 물리변수를 추출하고, 실세계 객체와 가상 객체간의 매핑을 토대로 산출된 물리 변수를 가상 객체의 모델링 정보에 반영시켜 실제와 가까운 물리 시뮬레이션 결과을 얻을 수 있도록 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치를 도시한 블록도로서, 영상 입력부(100), 영상 처리부(110), 물리 변수 변경부(120), 매핑 처리부(130), 데이터 저장부(140), 렌더링부(150) 및 사용자 인터페이스(160)를 포함한다.
영상 입력부(100)는 영상 재생기, 예컨대 카메라 또는 영상 매체로부터 실세계 객체의 영상을 제공받아 디지털로 변환하여 영상 처리부(110)에 출력하는 수단으로서, 그 예로 프레임 그레버(frame grabber)를 이용하여 입력되는 영상을 처리하여 영상 처리부(110)에 출력한다. 즉, 카메라 또는 영상 매체로부터 출력되는 영상 신호는 프레임 그레버로 의해 컴퓨터가 처리할 수 있는 디지털 신호로 변환되 어 영상 처리부(110)에 출력된다.
한편, 영상 입력부(100)가 다수개 구비할 수 있으며, 이를 통해 다수 개의 카메라 또는 영상 매체로부터 영상 신호를 제공받아 영상의 깊이를 구할 수 있다.
영상 처리부(110)는 실세계 객체에 대한 이동을 추적하여 물리/구조적 변화를 감지한 후 이를 물리 변수 변경부(120)에 제공한다.
물리 변수 변경부(120)는 영상 처리부(110)에서 순차적으로 출력되는 영상 속의 실세계 객체의 변화를 추적하여 물리적 변수를 추출하며, 매핑 처리부(130)의 제어에 따라 추출된 물리적 변수를 이용하여 데이터 저장부(140)에 저장된 가상 객체에 대한 모델링 정보를 업데이트시킨다.
매핑 처리부(130)는 실세계 객체의 특징과 가상 객체간의 연관성을 지정하기 위해 실세계 객체와 데이터 저장부(140)에 저장된 가상 객체에 대한 모델링 정보를 비교하여 매핑 기준점을 검출하고, 검출된 매핑 기준점을 토대로 매핑을 수행한 후 이를 토대로 물리 변수 변경부(120)를 제어한다.
여기서, 매핑 처리부(130)는 실세계 객체의 특징과 가상 객체의 특징을 추출하여 일치하는 점, 즉 매핑 기준점을 검색한다. 실세계 및 가상 객체의 특징을 추출하는 방법으로는 객체의 에지 감지, 에지 기울기 또는 곡률 등을 그 예로 들 수 있다.
매핑 처리부(130)의 매핑 처리 결과, 실세계 객체와 가상 객체간의 차이점이 있는 경우 물리 변수 변경부(120)는 추출된 실세계 객체의 물리적 변수를 이용하여 데이터 저장부(140)에 저장된 가상 객체의 모델링 정보를 데이트시킨다.
랜더링부(150)는 데이터 저장부(140)에 저장된 모델링 정보가 저장된 가상 객체의 영상과 실세계 객체의 영상을 사용자에게 디스플레이해준다.
사용자 인터페이스(160)는 매핑 처리부(130)에서 특징 분석을 통해 매핑 기준점을 찾을 수 없을 경우 사용자가 임의로 매핑 기준점을 설정할 수 있는 인터페이스를 제공하는 수단이다.
특징 분석을 통해 매핑 기준점을 찾을 수 없을 경우, 매핑 처리부(130)는 사용자 인터페이스(160)를 통해 설정된 매핑 기준점을 토대로 매핑을 수행한 후 이를 토대로 물리 변수 변경부(120)를 제어한다.
한편, 영상 입력부(100)가 다수 개인 경우 매핑 처리부(130)는 다수 개의 영상 입력부(100)로부터 입력받은 디지털화된 영상을 토대로 실세계 객체가 포함된 영상의 깊이를 산출하고, 깊이를 이용하여 가상과 상기 실세계 객체간의 공간 매핑을 수행한다.
상기와 같은 구성을 갖는 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치에서 영상으로부터 3D 모델의 물리적 특성을 추출하고, 추출된 물리적 특성을 토대로 가상 객체의 모델링 정보를 변경시키는 과정에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치가 가상 객체의 모델링 정보를 변경하는 과정을 도시한 흐름도이다.
먼저, 영상 입력부(100)는 카메라, 영상 매체 등과 같은 영상 재생기로부터 영상을 입력받아 이를 영상 처리부(110)에 제공한다(S200).
영상 처리부(110)는 영상 입력부(100)로부터 제공받은 영상에서 실세계 객체 에 대한 움직임을 추적하고, 물리적 및 구조적 변화를 감지한 후 이를 물리 변수 변경부(120)에 제공한다(S202).
한편, 매핑 처리부(130)는 에지 감지, 에지의 기울기 또는 곡률 등의 방법으로 영상 내 실세계 객체의 특징을 파악한 후(S204), 파악된 실세계 객체의 특징과 가상 객체의 특징이 일치하는 부분인 매핑 기준점이 존재하는지를 판단한다(S206). 여기서, 영상 내 실세계 객체의 특징 파악 시 영상 내 객체의 주변 환경에 대한 정보도 구해야하는데, 이러한 주변 환경에 대한 정보는 실세계 객체의 특징을 파악하는 방법과 동일한 방법으로 구해진다.
S206의 판단 결과, 매핑 기준점이 존재하는 경우 매핑 처리부(130)는 매핑 기준점을 토대로 가상 객체와 실세계 객체간의 매핑을 수행(S208)한 후 가상 객체의 물리적 변수, 즉 가상 객체의 모델링 정보의 업데이트가 필요한지를 판단한다(S210).
S210의 판단 결과, 매핑된 가상 객체와 실세계 객체간의 차이점이 많은 경우에는 데이터 저장부(140)에 저장된 모델링 정보의 업데이트가 필요하기 때문에 물리 변수 변경부(120)를 제어하게 되며, 이에 따라 물리 변수 변경부(120)는 실세계 객체의 물리적 및 구조적 변화를 토대로 추출된 실세계 객체에 대한 물리 변수를 이용하여 데이터 저장부(140)에 저장된 가상 객체의 모델링 정보를 업데이트시킨다(S212, S214).
이후, 렌더링부(150)는 업데이트된 모델링 정보를 토대로 한 가상 객체의 영상과 실세계 객체의 영상을 디스플레이해준다(S216).
한편, S206의 판단 결과, 매핑 기준점이 존재하지 않을 경우 사용자 인터페이스(160)는 매핑 기준점을 설정할 수 있는 인터페이스, 예컨대 설정창을 제공한다(S218).
매핑 기준점이 인터페이스에 의해 설정되면(S220), 매핑 처리부(130)는 인터페이스를 통해 설정된 매핑 기준점을 토대로 가상 객체와 실세계 객체간의 매핑을 수행(S208)한 후 S210, S212, S214 및 S216을 수행한다.
상기와 같은 S210에서 S218까지의 단계는 실세계 객체의 물리적 및 구조적 변화가 가상 객체에 반영될 때까지 반복적으로 수행할 것이다.
한편, 한 개의 영상이 아닌 다수 개의 영상을 입력받아 상기와 같은 과정을 진행할 수 있는데, 다수 개의 영상이 입력되는 경우 매핑 처리부(130)는 영상에서의 깊이를 구한 후 이를 토대로 실세계 객체와 가상 객체간의 공간 매핑을 수행한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 실세계 객체가 포함된 영상을 토대로 가상 객체에서 물리 모델링을 수행할 때 필요한 물리 변수를 추출한 후 이를 가상 객체의 모델링 정보에 적용해줌으로서, 실세계 객체와 가까운 가상 객체의 물리 시뮬레이션 결과를 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명의 일 실시예에 국한하여 설명하였으나 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하다. 이러한 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치를 도시한 블록도이며,
도 2는 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치가 가상 객체의 모델링 정보를 변경하는 과정을 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 영상 입력부 110 : 영상 처리부
120 : 물리 변수 변경부 130 : 매핑 처리부
140 : 데이터 저장부 150 : 렌더링부
160 : 사용자 인터페이스

Claims (9)

  1. 영상에서 실세계 객체의 움직임을 추적하여 상기 실세계 객체의 물리적 및 구조적 변화를 감지하는 영상 처리부와,
    상기 실세계 객체에 대응되는 가상 객체의 모델링 정보가 저장된 데이터 저장부와,
    상기 실세계 객체의 특징과 가상 객체의 모델링 정보간의 비교를 통해 매핑 기준점을 검출하고, 상기 매핑 기준점을 이용하여 실세계의 객체와 가상 객체간의 매핑을 수행하는 매핑 처리부와,
    상기 영상 처리부에서 감지된 물리적 및 구조적 변화에 의거하여 상기 실세계 객체의 물리적 변수를 추출하고, 상기 매핑 결과에 의거하여 상기 산출된 물리적 변수를 토대로 상기 가상 객체의 모델링 정보를 업데이트시키는 물리적 변수 변경부
    를 포함하는 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 물리적 특성 변경 장치는,
    상기 실세계의 객체가 포함된 영상과 상기 변경된 물리적 변수가 적용된 가상 객체를 포함한 영상을 디스플레이해주는 렌더링부
    를 더 포함하는 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 매핑 처리부는,
    상기 실세계 객체를 포함하는 영상의 에지 감지, 에지의 기울기 또는 곡률을 통해 상기 실세계 객체의 특징을 추출하는 수단을 더 포함하며,
    상기 수단으로부터 추출된 특징과 상기 가상 객체의 특징간 비교를 통해 상기 매핑 기준점을 추출하는 것을 특징으로 하는 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 물리적 특성 변경 장치는,
    다수의 영상을 각각 입력받아 디지털로 변환하여 상기 영상 처리부에 제공하는 다수의 영상 입력부를 더 포함하며,
    상기 다수의 디지털화된 영상을 토대로 상기 실세계 객체가 포함된 영상의 깊이를 산출하고, 상기 깊이를 이용하여 상기 가상과 상기 실세계 객체간의 공간 매핑을 실시하는 것을 특징으로 하는 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 물리적 특성 변경 장치는,
    상기 매핑 처리부에서 매핑 기준점을 찾지 못하는 경우 매핑 기준점을 임의 로 지정할 수 있는 사용자 인터페이스
    를 더 포함하는 가상 객체의 물리적 특성 변경 장치.
  6. (a) 실세계의 객체가 포함된 영상을 제공받는 단계와,
    (b) 상기 제공받은 영상 내 실세계 객체의 물리적 변수를 추출하는 단계와,
    (c) 상기 입력받은 영상 내의 상기 실세계 객체의 특징을 파악하고, 상기 파악된 특징과 가상 객체의 모델링 정보간 비교를 통해 매핑 기준점이 추출되는지를 판단하는 단계와,
    (d) 상기 판단 결과, 상기 추출된 상기 매핑 기준점을 토대로 상기 실세계 및 가상 객체간의 매핑을 수행하는 단계와,
    (e) 상기 매핑 결과, 상기 실세계 및 가상 객체간의 차이점이 있는 경우 상기 추출된 물리적 변수를 이용하여 상기 가상 객체의 모델링 정보를 업데이트시키는 단계
    를 포함하는 가상 객체의 물리적 특성 변경 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 물리적 특성 변경 방법은,
    상기 업데이트된 모델링 정보가 적용된 가상 객체와 상기 실세계 객체를 디스플레이시키는 단계
    를 더 포함하는 가상 객체의 물리적 특성 변경 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는,
    상기 매핑 기준점이 추출되지 않을 경우 상기 매핑 기준점을 입력할 수 있는 인터페이스를 제공하는 단계를 더 포함하며,
    상기 인터페이스를 통해 입력된 매핑 기준점을 통해 상기 가상과 실세계 객체간의 매핑을 수행하는 것을 특징으로 하는 가상 객체의 물리적 특성 변경 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 물리적 특성 변경 방법은,
    상기 (a) 단계에서 상기 실세계 객체가 포함된 다수의 영상을 입력받을 경우 상기 다수의 영상을 토대로 상기 영상에서의 깊이를 산출한 후 상기 매핑 기준점과 상기 깊이를 토대로 공간 매핑을 수행하는 것을 특징으로 하는 가상 객체의 물리적 특성 변경 방법.
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