KR20100023015A - 실 방향 동적 사격 훈련 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사용자가 지시하는 방향을 분석하여 그 방향에 대응되는 화면으로 전환하면서 지시된 위치에 영상을 투사하는 실 방향 동적 사격 훈련 시스템에 관한 것으로, 대부분의 사격 훈련 시스템은 피 훈련자가 고정된 타킷을 목표로 실탄을 조준 및 발사하여 정확도만을 측정하는 훈련을 실시하고 있다. 이는 공간의 확보 및 실탄에 의해 경제적으로 막대한 비용이 소요된다. 또한, 현재 출시되고 있는 대다수의 사격 훈련 시스템은 고정된 자세로 사격 훈련을 실시함으로써 실제 전투에서 발생할 수 있는 다양한 상황에 비해 비효율적인 훈련 체계로 구성되어 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 보완하여 실제 전투와 동일한 환경에서 피 훈련자가 동적으로 움직이면서 작전을 수행할 수 있는 사격 훈련 기능을 포함한다. 또한 네트워크를 통하여 동시에 다수가 동일한 환경에서 팀별 훈련 수행이 가능할 뿐만 아니라, 아군 및 적군으로 구분되어 동작이 가능하여 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 정해진 패턴의 동작이 아니라 현실에서 발생할 수 있는 실제 전투에서의 사격 훈련이 가능하도록 구성되어 있다. 훈련 시스템의 환경은 실존하는 장소와 동일하게 구성이 가능하며 실제 장소에서 모의 전투를 수행하면서 지형 및 구조물에 대한 사전 숙달이 가능하여 실전에서 인명피해를 최소화할 수 있는 효율적 시스템을 제공한다. 그리고 이러한 사격 시뮬레이션에 의해 실탄의 소모로 인하여 발생하는 경제적 손실이 없을 뿐만 아니라, 군사 작전 및 대테러진압과 같은 훈련에서 현실과 동일한 상황을 구성한 훈련이 가능하다.

Description

실 방향 동적 사격 훈련 시스템 {The Shooting Training System of Moving for Real Direction}

본 발명은 사격 훈련 시 투영되는 영상의 위치가 고정된 시스템과는 달리, 사용자가 지시하는 방향을 분석하여 그 방향에 대응되는 화면으로 전환하면서 지시한 위치에 영상을 투사하는 실 방향 동적 사격 훈련 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히 말하면 발광 수단을 장착한 아케이드 건에 의해 조준된 위치를 발광 수단이 지시하게 되고, 발광 수단을 인지하는 광 여과기를 장착한 카메라를 이용하여 영상을 획득하고, 위치 및 방향을 연산한 후 팬틸트를 이용하여 사용자가 지시한 위치에 그 방향과 대응하는 화면으로 전환하여 영상을 투사함으로써 현실과 동일하게 시점을 변화시키는 사격 훈련 시스템에 관한 것이다.

뿐만 아니라, 본 발명은 네트워크상에서 사업자가 서비스하는 온라인 1인칭 3D 슈팅게임에 바로 적용이 가능하여, 키보드나 마우스를 이용하지 않고, 다수의 접속자 간에 아케이드 건을 이용하여 현실과 동일한 방향으로 컨트롤하면서 게임의 진행이 가능한 시스템이다.

또한, 본 발명은 예컨대 가상의 공간에 투입된 군사가 원하는 각 방향으로 현실과 동일하게 조준을 하며 사격 훈련이 가능하기 때문에 모의 전투 훈련이나 대테러훈련 등에서 실전훈련을 재현할 수 있는 활용도가 높은 시스템이다.

현존하는 대다수의 슈팅 게임은 평면으로 구성된 스크린에 발광 장치를 이용하여 사용자가 지시한 위치를 인식하여 타격할 위치를 결정하는 형태의 시스템이 주류를 이루고 있다. 이러한 시스템은 주로 임의로 설계되어 있는 프로그램 시나리오가 진행되면서 이동하는 표적을 향하여 동작하는 발광 장치와 표적의 위치를 비교함으로써 타격 여부를 판별하는 시스템으로 구성되어 있다.

대다수의 모의 훈련용 시뮬레이션의 경우도 이러한 평면스크린 기반의 시스템으로 구성되어 있어 단순한 사격 연습 시스템으로만 의미 있으며, 방향성이 있는 실제 현실과 같은 훈련에는 부적합한 것이 현 실정이다.

한편, 근래에 개발되어 출시되고 있는 대다수의 FPS 게임은 단순히 컴퓨터와 개인 간의 대결이 아니라, 온라인상에 접속한 다수의 사용자들 간에 팀을 나눠 전투를 수행하는 형태의 게임으로 발전하였으나, 컴퓨터와 연결된 마우스 및 키보드를 이용하여 방향을 전환하면서 게임이 진행된다. 또한, 이러한 게임은 1인칭 시점을 기준으로 하여 제작되었기 때문에 컴퓨터와 직접 연결된 마우스나 키보드를 이용하여 시점을 이동시킬 경우, 조준점이 원하는 위치로 이동하는 것이 아니라, 조준점은 항상 투사된 영상의 중심에 놓이고 배경 영상이 회전하도록 구성되어 있다. 이는 사용자가 실제 아케이드 건을 이용하여 조준한 후 사격을 하더라도 타격은 조준점이 아닌 화면의 중심을 향하게 되는데, 게임이 가지는 이러한 특징 때문에 실전 사격 시스템에 적용하기에는 부적합하다.

따라서 사용자가 현실과 동일하게 원하는 방향을 지시하게 되면, 투영 영상 또한 사용자가 지시하는 방향을 따라서 투사되도록 설계함으로써, 게임이 전개되는 상황에 따라서 가상의 공간 내에서 실제와 동일한 체감을 얻을 수 있는 시스템에 대한 연구가 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사용자가 발광 장치를 장착한 아케이드 건을 이용하여 사용자 주위를 감싸고 있는 곡면 스크린 상에 원하는 위치를 조준하면, 발광 장치에 의해 그 위치가 표시되고, 조준점을 인지하는 광 여과기를 장착한 카메라로 영상을 획득하여 위치 및 방향 분석 후, 사용자가 지시한 위치로 팬틸트를 회전시켜 그 방향에 대응되는 영상으로 전환하여 투사함으로써 영상의 중심과 사용자가 원하는 위치의 조준점을 일치시켜 능동적으로 영상이 방향에 따라 변화하며 조준 위치로 영상을 투사하는 실 방향 사격 훈련 시스템을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 1인칭 사격 훈련에 참여한 사용자가 실제 원하는 방향으로 총구를 조준하면 그 방향에 대응하는 화면으로 전환되어 조준 위치에 영상이 투사되면서 훈련을 진행하는 실 방향 동적 사격 훈련 시스템의 제공에 있어서, 영상을 투사하는 영상출력부; 영상출력부가 투사하는 영상이 투영되는 영상투영부; 발광 수단을 장착하여 사용자가 조준한 위치를 지시하기 위한 수단으로 활용되는 아케이드 건; 발광 수단이 지시한 조준점을 감지하기 위해 광여과기를 장착한 영상획득부; 영상획득부에 의해 획득된 위치를 연산하기 위한 위치연산부, 위치연산부에 의해 연산된 좌표값을 팬틸트로 전송하기 위한 위치전송부 및 연산된 정확한 위치에 영상을 출력하기 위해 회전 및 이동하는 팬틸트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 영상투영부는 사용자를 중심으로 휘어진 형태를 취하며, 발광 수단을 장착한 아케이드 건은 사용자가 회전 및 이동하면서 원하는 방향으로 지시할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 발광 수단이 지시한 조준 위치를 중심으로 영상출력부에 의해 투사된 영상이 정확히 투영될 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 발광 수단은 사용자에 의해 지시된 방향으로 향하는 아케이드 건의 총구가 조준하는 위치에 정확히 표시될 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 영상획득부는 영상출력부에 의해 영상투영부에 투사된 영상에서 사용자가 조준한 발광 장치를 감지하기 위한 필터를 장착한 것을 특징으로 한다.

상기 영상투영부에 투사된 영상을 영상획득부가 획득하고 사용자가 지시한 위치를 위치연산부가 정확히 분석할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 위치연산부에 의해 연산된 좌표값을 위치전송부는 팬틸트로 회전 및 이동해야 할 값을 전달할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 팬틸트는 위치전송부를 통해 전달된 좌표로 정확히 이동하여 영상을 투사할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실 방향 동적 사격 훈련 시스템은 상술한 바와 같은 특유의 구성을 구비하는 것에 의해서, 사용자가 현실에서 원하는 방향과 동일하게 사격방향을 지시하며 투영 화면의 위치를 능동적으로 변화시킬 수 있는 장점이 있다.

뿐만 아니라, 본 발명에 의해, 기존에 온라인상에서 사업자에 의해 서비스되고 있는 기존 슈팅 게임에 바로 연동이 가능하여 온라인 단말기를 통해 접속 후, 아케이드 건을 이용하여 실제 전투와 동일하게 체감할 수 있는 체감형 슈팅 시스템의 구성이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 다수의 사용자가 온라인 게임에 참여하여 팀을 나눈 후 게임을 진행할 경우, 2차원 기반에서 형식적으로 동작하는 타킷을 조준하는 슈팅 시스템과는 달리 실제와 동일하게 조준하면서 모의 군사작전 및 대테러훈련 등을 수행할 수 있는 슈팅 훈련이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명 실 방향 동적 사격 훈련 시스템의 사시도.
도 2는 본 발명 실 방향 동적 사격 훈련 시스템의 순서도.
도 3은 본 발명의 아케이드 건 상세도
도 4는 본 발명의 영상획득부와 영상출력부가 장착된 팬틸트 상세도
도 5는 본 발명 컴퓨터, 빔 프로젝터, 카메라 영상 차이의 상세도
도 6a는 본 발명의 영상출력부에 의해 투사되는 영상의 상세도.
도 6b는 본 발명의 영상획득부에 의해 획득된 영상의 상세도.
도 7은 본 발명의 캘리브레이션에 의해 획득된 영상의 상세도.
도 8은 본 발명의 광여과기를 장착한 카메라에 의해 획득된 영상의 상세도.
도 9는 본 발명의 좌표 추출 영상의 상세도.
도 10은 본 발명의 카메라와 빔 프로젝터를 장착한 팬틸트 실물도.
도 11은 본 발명의 카메라 캘리브레이션 실시 예 도면
도 12는 본 발명의 영상처리를 통한 조준점 추출의 실시 예 도면
도 13은 본 발명의 조준점에 의한 팬틸트 동작의 실시 예 도면
도 14는 본 발명의 온라인 게임 적용 실시 예 도면

본 발명은 사용자가 원하는 방향으로 변화되는 조준점을 영상투영부(120)에 지시하기 위한 아케이드 건(100), 상기 영상투영부(120)에 지시된 조준점을 감지하기 위한 영상획득부(140), 변화되는 영상을 투사하기 위한 영상출력부(170), 및 조준점의 위치 연산과 연산된 위치 값을 전송하기 위한 컴퓨터(150)로 구성되어, 사용자가 조준하는 방향에 대응하는 영상으로 전환되면서 조준한 위치로 영상이 투사되는 실 방향 동적 사격 훈련 시스템이다.

또한 본 발명은 상기 아케이드 건(100)에는 사용자가 원하는 방향으로 변화되는 조준점을 영상투영부(120)에 지시하기 위한 발광 수단(110)이 장착되고, 상기 영상획득부(140)에는 영상투영부(120)에 지시된 조준점을 감지하기 위한 광여과기(130)가 장착되며, 상기 영상획득부(140)와 영상출력부(170)는 팬틸트(160)에 장착되어, 사용자가 원하는 방향으로 영상이 투사되는 실 방향 동적 사격 훈련 시스템이다.

본 발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 실 방향 동적 사격 훈련 시스템의 사시도이고, 도 2는 본 발명 실 방향 동적 사격 훈련 시스템의 순서도이고, 도 3은 본 발명의 아케이드 건 상세도이며, 도 4는 본 발명의 영상획득부와 영상출력부가 장착된 팬틸트 상세도이며, 도 5는 본 발명 컴퓨터, 빔 프로젝터, 카메라 영상 차이의 상세도이며, 도 6a는 본 발명의 영상출력부에 의해 투사되는 영상의 상세도이며, 도 6b는 본 발명의 영상획득부에 의해 획득된 영상의 상세도이며, 도 7은 본 발명의 캘리브레이션에 의해 획득된 영상의 상세도이며, 도 8은 본 발명의 광여과기를 장착한 카메라에 의해 획득된 영상의 상세도이며, 도 9는 본 발명의 좌표 추출 영상의 상세도이며, 도 10은 본 발명의 카메라와 빔 프로젝터를 장착한 팬틸트 실물도이며, 도 11은 본 발명의 카메라 캘리브레이션 실시 예 도면이며, 도 12는 본 발명의 영상처리를 통한 조준점 추출의 실시 예 도면이며, 도 13은 본 발명의 조준점에 의한 팬틸트 동작의 실시 예 도면이며, 도 14는 본 발명의 온라인 게임 적용 실시 예 도면이다.

본 발명에 대해 구체적으로 기술하면, 본 발명은 도 1과 같이, 사용자가 1인칭 슈팅 게임을 실행하거나 인터넷 상에서 서비스되고 있는 온라인 FPS 게임에 참여하여 적외선레이저가 장착된 아케이드 건으로 현실과 동일하게 원하는 방향 및 위치를 조준하여 타격함으로써 모의 전투 시뮬레이터의 제어가 가능하도록 구성하고자 한다.

본 발명은 팬틸트(160)에 의해 회전하면서 영상이 투사되므로, 투영되는 영상의 왜곡을 최소화하기 위해서는 팬틸트(160)로부터 영상투영부(120)까지의 거리가 동일해야 한다. 따라서, 도 1과 같이 영상이 투영되는 스크린을 훈련자의 주위의 전 방향을 감싸는 휨 스크린 형태로 취하고, 휨 스크린의 곡면이 이루는 원의 중심 위치에 팬틸트(160)를 장착한다.

아케이드 건(100)은 사용자가 조준한 위치를 정확히 지시하기 위하여, 도 3과 같이 발광 수단(110)을 장착한다.

본 발명은 영상 간의 차를 이용하여 사용자가 조준한 위치를 인식하고, 조준 위치에 영상을 투사하기 위하여, 도 3과 같이, 발광 수단(110)에 의해 영상투영부(120)에 조준된 위치를 분석하기 위하여 조준점을 감지하기 위한 광여과기(130)를 장착한 영상획득부(140)와 영상출력부(170)를 팬틸트(160)에 장착한다.

영상출력부(170)에 의해 투사되는 영상과 영상획득부(140)에 의해 획득된 영상 간에는 차이가 존재한다. 도 6a는 영상출력부(170)에 의해 투사되는 영상을 도식화하였고, 도 6b는 영상획득부(140)에 의해 획득된 영상을 도식화 하였다. 이는 조준점의 위치를 인지하여 투사되는 영상 또한 조준점과 동일한 위치에 투사되어야 하는 본 발명의 특성상, 조준점의 정확한 위치 인식이 가장 중요하므로, 두 영상 간의 좌표를 매핑하기 위한 캘리브레이션이 반드시 필요하다.

도 2와 같이, 시스템 개시 시(S200), 팬틸트(160)의 초기화(S201)에 의해 중심의 위치로 영상을 투사하게 되면(S202), 도 6a의 체크무늬 영상을 영상출력부(170)에 의해 영상투영부(120)에 투사하고(S204), 이를 영상획득부(140)가 촬영한 후(S205), 영상처리 알고리즘을 통하여 각 체크무늬의 코너를 추출하고, 순차적으로 인덱싱에 의해 각각의 번호를 부여한다. 영상이 투사될 때, 코너의 좌표는 도 6a와 같이 이미 정확한 값이 지정되어 있으며, 이를 도 6b와 같이 영상획득부(140)에 의해 획득된 영상에서 각 코너의 좌표값과 비교함으로써 두 영상 간의 오차를 연산하게 된다(S206).

본 발명의 알고리즘에 대해 참고적으로 살펴보면, 컴퓨터 상에서 일정 간격으로 구성한 체스보드 영상에서, 각 코너의 좌표는 미리 결정이 되어 있다. 컴퓨터 상에서 타깃 영상을 일정한 간격으로 구성하였더라도, 빔 프로젝터에 의해 스크린에 영상을 투사할 경우, 카메라가 획득하는 영상은 투사된 영상만을 획득하지 않고, 빔 프로젝터에 의해 투사된 영상을 포함하는 스크린보다 넓은 영역의 영상을 획득하고, 스크린의 휨이나 빔 프로젝터에 의해 영상이 투사될 때 발생하는 오류로 인하여 좌표값이 달라지게 된다. 이에 대한 설명을 도 5에서 도식화하여 잘 표현하고 있다.

도 6a와 같이, 컴퓨터 상에서 일정 간격으로 구성한 체스보드 영상의 코너 좌표를 (u,v)라 하고, 도 6b와 같이, 카메라에 의해 획득된 코너 좌표값을 (x,y)라 하면 두 좌표간의 연산관계는 아래 식과 같이 구성된다.

여기서 w=P ₇ x+P ₈ x+P ₉라 두면, 다음 식과 같이 재구성할 수 있다.

좌변과 우변이 동등이므로, 이는 다시 다음과 같이 연산할 수 있다.

n개의 타깃을 이용하여 캘리브레이션을 적용할 경우, { (u _i ,v _i ),(x _i ,y _i )}(i=1,2,…,n)의 대응점으로 행렬을 구성하면 다음과 같이 2n×9 행렬식을 구성하게 된다.

여기서,

라 두면, 현실적으로 A ^T P≠0이므로, 최근사된 값을 도출하기 위해서 고유값(eigen value) 및 각각의 고유값에 해당하는 고유벡터(eigen vector)를 연산하게 된다.

고유값 및 고유벡터를 연산하기 위하여, A ^T A 행렬을 구성하면 A = 2n×9이므로, 9×9의 대칭정방행렬을 도출할 수 있다. 이를 이용하여 고유값 및 각각의 고유값에 해당하는 고유벡터 중에서 최소의 고유값에 해당하는 고유벡터를 이용하여, 처음에 제시한 식 (1)에 적용하면 카메라가 인지한 영상을 도 7과 같이, 컴퓨터의 출력 영상과 같은 정확한 좌표를 연산할 수 있게 되는 것이다.

캘리브레이션에 의해 좌표 매핑 연산이 완료되면, 온라인 상에서 서비스 되고있는 게임을 실행하여(S207), 발광 수단(110)에 의해, 사용자가 조준한 위치는 필터를 통하여 영상획득부(140)에 의해 획득되고(S209), 이를 분석한 후 매핑 좌표에 의해 정확한 위치를 분석할 수 있게 되는 것이다(S211).

사용자가 게임에 참여하여 아케이드 건(100)으로 원하는 위치나 타격해야 할 부분으로 조준을 하게 되면, 아케이드 건(100)에 장착된 발광 수단(110)이 조준점을 지시하게 되고, 도 8과 같이, 광여과기(130)를 장착한 영상획득부(140)에 의해 조준점만을 추출할 수 있다. 도 9과 같이, 조준된 좌표를 추출하게 되고, 이전 프레임의 영상과의 좌표 차이를 비교하여 조준점의 이동 값을 파악할 수 있으며, 이를 이용하여 좌표 매핑 연산에 의해 사용자가 지시한 조준지점을 분석한다. 이와같이, 피 훈련자가 조준하고자 하는 위치 좌표를 연산하였으면, 팬틸트를 이용하여 피 훈련자가 조준한 위치를 중심으로 하는 화면으로 변환한 후, 그 위치로 팬틸트를 이용하여 영상을 이동시키게 되는 것이다. 분석된 조준지점을 중심으로 영상을 투사하기 위해서, 팬틸트(160)로 이동해야 할 좌표값을 전송하게 되고, 이를 수신한 팬틸트(160)는 조준 지점으로 회전 및 이동(S212)하여 영상출력부(170)에 의해 영상을 투사함으로써 투영영상의 중심에 사용자가 지시한 조준점을 위치시키게 되는 것이다.

카메라에 의해 획득되어진 영상에 의해 좌표가 연산되고, 팬틸트가 회전하는 동안, 시스템은 이벤트를 대기하고 있다가 사용자의 요구에 의해 조준점 타격 및 전, 후 방향으로 이동 등의 이벤트가 발생하면(S208), 사용자가 요구한 동작에 맞추어 이벤트를 처리하게 된다(S210).

사용자가 게임을 종료(S213)하기 전까지 이를 반복하여 시행함으로써, 능동적으로 사용자가 조준하는 위치로 영상을 이동하며 투사하는 시스템이 동작한다.

본 발명은 실 방향 동적 사격 훈련 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실제 전투와 동일한 환경에서 피 훈련자가 실 방향과 동일하게 움직이면서 작전을 수행할 수 있는 사격 훈련 기능을 포함한다. 또한 네트워크를 통하여 동시에 다수가 동일한 환경에서 팀별 훈련 수행이 가능할 뿐만 아니라, 아군 및 적군으로 구분되어 동작이 가능하여 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 정해진 패턴의 동작이 아니라 현실에서 발생할 수 있는 실제 전투에서의 사격 훈련이 가능하도록 구성되어 있다. 훈련 시스템의 환경은 실존하는 장소와 동일하게 구성이 가능하며 실제 장소에서 모의 전투를 수행하면서 지형 및 구조물에 대한 사전 숙달이 가능하여 실전에서 인명피해를 최소화할 수 있는 효율적 시스템을 제공한다. 그리고 이러한 사격 시뮬레이션에 의해 실탄의 소모로 인하여 발생하는 경제적 손실이 없을 뿐만 아니라, 군사 작전 및 대테러진압과 같은 훈련에서 현실과 동일한 상황을 구성한 훈련이 가능한 실 방향 동적 사격 훈련 시스템에 관한 것이다.

100 : 아케이드 건 110 : 발광수단
120 : 영상투영부 130 : 광여과기
140 : 영상획득부 150 : 컴퓨터
160 : 팬틸트 170 : 영상출력부

Claims (2)

1. 사용자가 원하는 방향으로 변화되는 조준점을 영상투영부(120)에 지시하기 위한 아케이드 건(100), 상기 영상투영부(120)에 지시된 조준점을 감지하기 위한 영상획득부(140), 변화되는 영상을 투사하기 위한 영상출력부(170), 및 조준점의 위치 연산과 연산된 위치 값을 전송하기 위한 컴퓨터(150)로 구성되어, 사용자가 지시하는 방향을 분석하여 그 방향에 대응되는 화면으로 전환하면서 지시한 위치에 영상을 투사하는 실 방향 동적 사격 훈련 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 아케이드 건(100)에는 사용자가 원하는 방향으로 변화되는 조준점을 영상투영부(120)에 지시하기 위한 발광 수단(110)이 장착되고, 상기 영상획득부(140)에는 영상투영부(120)에 지시된 조준점을 감지하기 위한 광여과기(130)가 장착되며, 상기 영상획득부(140)와 영상출력부(170)는 팬틸트(160)에 장착되어, 사용자가 원하는 방향으로 영상이 투사되는 실 방향 동적 사격 훈련 시스템.

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