KR20110025674A - 영상 분석 및 초음파 통신을 사용하여 컨트롤러의 3 차원 위치 판단 - Google Patents

영상 분석 및 초음파 통신을 사용하여 컨트롤러의 3 차원 위치 판단 Download PDF

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KR20110025674A
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게리 엠. 젤루스키
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소니 컴퓨터 엔터테인먼트 아메리카 엘엘씨
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Abstract

게임 인터페이스는 3 차원 공간 속 하나 이상의 게임 컨트롤러들의 위치를 비디오 캡처와 초음파 추적 시스템의 혼합물을 사용하여 추적한다. 캡처된 비디오 정보는 캡처 영역 내 컨트롤러들 각각의 수평 및 수직 위치를 확인하는데 사용된다. 초음파 추적 시스템은 사운드 통신들을 분석하여 게임 시스템과 각각의 컨트롤러들 사이의 거리들을 판단하고, 컨트롤러들 사이 거리들을 판단한다. 이러한 거리들은 컨트롤러들 각각의 캡처 영역 내 심도를 산출하기 위하여 게임 인터페이스에 의하여 분석된다.

Description

영상 분석 및 초음파 통신을 사용하여 컨트롤러의 3 차원 위치 판단{Determination of controller three-dimensional location using image analysis and ultrasonic communication}
본 발명은 일반적으로 연산 장치 및 사용자 손에 들린 컨트롤러 사이의 통신에 관한 발명이며, 특히 연산 장치와 컨트롤러 사이의 통신을 사용하여 3 차원 공간 내에 있는 컨트롤러의 위치를 판단하는 방법에 관한 발명이다.
비디오 게임 산업은 지난 수년 간 많은 변화를 목격했다. 연산 능력(computing power)가 증폭되면서, 비디오 게임 개발자들 또한 이렇게 증가된 연산 능력을 이용하는 게임 소프트웨어들을 개발하고 있다. 이를 위하여, 비디오 게임 개발자들은 거의 현실에 가까운 게임 경험을 연출하기 위해 복잡한(sophisticated) 연산(operation)과 수학을 동원하는 게임들을 코딩하고 있다.
게임 플랫폼(platform)의 예로는 소니 플레이스테이션, 소니 플레이스테이션 2(PS2), 및 소니 플레이스테이션 3(PS3) 등이 있다. 각각의 게임 플랫폼들은 게임 콘솔의 형태로 판매된다. 잘 알려진 바와 같이, 게임 콘솔은 모니터(주로 텔레비전)와 연결되고, 휴대용 컨트롤러들을 통해 사용자의 상호작용을 가능케 하도록 디자인 되어있다. 게임 콘솔은 CPU, 집중적인(intensive) 그래픽 운용을 위한 그래픽 합성기(graphic synthesizer), 기하변환(geometry transformation)을 수행하기 위한 벡터부(vector unit), 및 다른 글루 하드웨어(glue hardware), 펌웨어, 및 소프트웨어를 포함하는 특수 프로세싱 하드웨어로 디자인된다. 게임 콘솔은 또한 게임 콘솔을 통한 국부적(local) 플레이에 사용되는 게임 콤팩트디스크들을 수용하기 위한 광디스크 트레이(optical disc tray)로 디자인된다. 인터넷 상에서 사용자가 다른 사용자들과 인터랙티브 하게(interactively) 게임을 할 수 있는 온라인 게임 또한 가능하다.
게임의 복합성(complexity)이 플레이어들의 관심을 끌면서, 게임 및 하드웨어 제조업자들은 추가적인 인터랙티비티(interactivity)와 컴퓨터 프로그램들이 가능하도록 지속적으로 현신의 노력을 기울였다. 더 풍부한 인터랙티브 한 경험을 성취하는 하나의 방법은 게임 시스템에 의해 움직임이 추적되는 무선 게임 컨트롤러를 사용하는 방법이다. 이러한 방법은 사용자의 움직임들을 추적하고 이러한 움직임들을 게임 입력어로 사용할 수 있게 한다. 일반적으로, 제스처 입력(gesture input)이란 연산 시스템, 비디오 게임 콘솔, 스마트 가전기기 등과 같은 전자 기기가 물체를 추적하는 비디오카메라에 의해 캡처 된(captured) 소정의 제스처에 반응하는 것을 의미한다.
그러나 현재 물체를 추적하는 기술에서는 정확성이 떨어진다. 어느 정도 신뢰성이 있는 사용자의 2차원 위치만 생성할 수 있는 종래의 영상 분석 방법 때문에 이러한 문제가 일어난다. 카메라와 추적되는 물체 사이의 거리를 판단하는 것은 난이하다. 이러한 이유는 카메라를 향하거나 카메라로부터 멀어지면서 생기는 모양의 작은 변화들이 카메라와 컨트롤러 사이의 거리들을 신뢰성 있게 산출하기 위한 충분한 정보를 제공하지 않기 때문이다. 실험실 환경들에서는 소정의 경우, 심도 감지 장치를 활용할 수 있다. 그러나 이러한 심도 감지 장치들은 이러한 장치들 앞에 배치된 물체들에서 반사된 빛으로부터 특정 이미지들의 윤곽을 잡으려 하는 양방향 바운스 백(bounce back)에 의존한다. 이러한 장치들이 특정 응용성을 가지고 있지만, 심도 데이터와 2 차원 이미지 데이터를 결합하는데 요구되는 비용, 복잡성(complexity) 및 추가적 처리 과정으로 인해 게임 실행 중의 응용에는 어느 정도의 제한이 있다. 따라서 인터렉티브한 게임 컨트롤러들과 심도 데이터를 통합하는 방법은 지속적으로 뒤처지고(lag), 원하는 결과 보다 적게 생성되고, 실험실에서 말고는 보편적으로 수용되지 않고 있다.
이와 같은 배경으로부터 본 발명의 실시예들이 안출되었다.
일반적으로 본 발명은 컨트롤러의 3 차원 위치를 판단하기 위해 연산 시스템 속 컴퓨터 프로그램과 사용자가 들고 있는 제어기 사이의 통신을 성립하는 방법들과 시스템들을 제공함으로써, 이러한 필요성들을 충족시킨다. 본 발명은 처리 공정, 장치, 시스템, 기기 또는 컴퓨터 판독 가능한 매체의 방법과 같은 여러 방법들로 구현될 수 있다. 본 발명의 여러 창의적인 실시예들이 하기에 설명된다.
본 발명의 다른 양상들은 본 발명의 원리들의 예를 도시하는, 첨부된 도면들과 함께 고려될 때 하기 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
본 발명은 하기 상세한 설명과 첨부된 도면들을 함께 참조할 때 가장 잘 이해될 것이다. 첨부된 도면들 중:
도 1은 다중 플레이어들로 구성된 인터랙티브한 게임 환경을 도시하고,
도 2a 내지 2d는 한 실시예에 따른 멀티플레이어 환경과 플레이어들이 들고 있는 각각 다른 컨트롤러들의 위치들을 판단하기 위해 비디오 및 음향 데이터의 사용하는 방법을 개략도를 도시하고,
도 3a 및 3b는 구형 섹션(spherical section)과 초음파 능력들을 구비한 싱글핸드 컨트롤러의 한 실시예를 보여주고,
도 4는 한 실시예에 따라 하나 이상의 내부 발광 소자들에 의해 빛나는 구형 섹션을 가진 컨트롤러의 개략도를 나타내고,
도 5는 구형 섹션 내, 컨트롤러의 위부에서도 보이는 발광 소자들을 구비한 컨트롤러 포함하고,
도 6은 초음파 능력 및 역반사(retro-reflective)적 재료로 부분적으로 덥힌 구형 섹션을 구비한 컨트롤러를 묘사하고,
도 7은 교환 가능한 페이스 플레이트(face plate)들을 구비한 싱글핸드 컨트롤러의 한 실시예를 도시하고,
도 8은 한 실시예에 따라 양 손으로 사용될 컨트롤러를 만들기 위해 삽입 플레이트(insert plate)로 이어진(joined together) 두 개의 싱글핸드 컨트롤러들의 개략도를 도시하고,
도 9a 및 9b는 한 실시예에서 싱글핸드 컨트롤러를 만들기 위해 베이스에서 이어진 두 개의 싱글핸드 컨트롤러들을 묘사하고,
도 10은 한 실시예에 따라 컨트롤러의 비주얼 트랙킹 및 사용자 특징들을 도시하고,
도 11은 한 실시예에서 컨트롤러의 움직임을 트랙킹하는 과정을 보여주고,
도 12a 및 12b는 플레이어 손에 들린 싱글핸드 컨트롤러의 다양한 뷰들을 도시하고,
도 13은 한 실시예에 따라 상대적 거리들을 판단하기 위한 초음파의 사용을 도시하기 위해, 싱글핸드 컨트롤러들을 사용하는 플레이어의 개략적으로 도시하고,
도 14a 및 14b는 한 실시예에 따라 비디오 및 초음파를 사용하여 두 개의 컨트롤러들의 3차원 위치들을 판단하는 과정을 도시하고,
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따라 컨트롤러들 사이의 거리를 측정하기 위해 초음파를 사용하여 두 개의 컨트롤러들의 위치를 판단하는 과정을 도시하고,
도 16은 한 실시예에 따라 컨트롤러 각각과 연관된 정보를 사용하여 도 9a에 도시된 바와 같이 두 개의 컨트롤러들을 이어서 만든 컨트롤러의 위치를 판단하는 과정을 도시하고,
도 17은 내장된 카메라(602)를 구비한 컨트롤러(600)와 초음파 통신을 포함하는 실시예의 평면도를 보여주고,
도 18은 한 실시예에 따라 비디오 및 사운드 능력들을 구비한 싱글핸드 컨트롤러들을 사용하는 두 명의 플레이어들을 도시하고,
도 19a 내지 도 19d는 비디오 및 초음파 능력들을 구비한 싱글핸드 컨트롤러들의 다른 실시예들을 도시하고,
도 20은 엔터테인먼트 시스템 내 여러 엘리먼트들의 블록도이고,
도 21은 플레이어의 손과 발 근처에 위치한 네 개의 컨트롤러들을 사용하는 인터렉티브한 게임을 위한 실시예를 도시하고,
도 22는 본 발명의 한 실시예에 따라 컨트롤러의 위치를 판단하는데 사용될 수 있는 하드웨어 및 사용자 인터페이스들을 도시하고,
도 23은 본 발명의 한 실시예에 따라 명령어들을 처리하는데 사용될 수 있는 추가적 하드웨어를 도시하고 및
도 24는 한 실시예에 따라 컨트롤러의 3차원 위치를 판단하기 위해 싱글핸드 컨트롤러가 연산 시스템과 통신하는 방법을 설명하는 흐름도를 보여준다.
사용자가 들고 있는 컨트롤러의 3 차원 위치를 판단하기 위하여, 연산 시스템의 컴퓨터 프로그램과 사용자 손에 들린 컨트롤러 사이의 통신을 성립하는 방법들 및 시스템들이 제공된다. 방법은 표시부에 그래픽 사용자 인터페이스를 표시하고, 그런 다음 연산 시스템과 상호작용하는 사용자가 머무를 곳 인, 표시부 앞에 위치한 캡처 영역에서 이미지 데이터를 캡처한다. 캡처된 이미지 데이터는 캡처 영역에 있는 컨트롤러의 2 차원 위치를 식별하는데 사용된다. 2 차원 위치는 컨트롤러의 수평 및 수직 위치를 나타낸다. 이에 더하여, 이러한 방법은 사운드 데이터를 캡처하기 위해 표시부 근처의 위치와 컨트롤러의 위치 사이의 일 방향 사운드 통신을 사용한다. 사운드 데이터는 컨트롤러에서 표시부가 있는 영역까지의 거리를 연산하는데 사용된다. 2차원 위치와 이러한 거리는 조합되어, 컨트롤러가 위치한 캡처 영역에 있는 포인트를 규정한다.
본 명세서에서 사용되는 일 방향 사운드 통신이라는 용어는 음파를 사용하여 송신부에서 수신부로 정보를 전송하는 것을 의미한다. 어떠한 실시예들에 있어서, 음파들은 초음파, 즉 사람이 가청할 수 없는 음파이다. 어떠한 실시예들에서 송신부는 사운드 통신의 제 1 단부(first end)에 대응하고, 수신부는 제 2 단부(second end)에 대응한다. 다른 실시예들에서는 이러한 역할들이 뒤바뀔 수 있다. 즉, 제 1단이 수신부에 대응하고, 제 2 단이 송신부에 대응할 수 있다. 한편 어떠한 실시예들은 제 1 단부 또는 제 2 단부가 송신부 또는 수신부의 역할을 할 수 있는, 제 1 단부 및 제 2 단부 사이의 쌍방(two-way) 또는 양방향(bi-directional) 통신을 포함할 수 있다.
사운드 통신은 사운드 통신과 연관된 정보를 검사하여 하나의 단부에서 다른 단부까지의 거리를 파악하는데 사용된다. 예를 들면 송신부는 사운드 펄스(sound pulse)를 수신부로 송신하고, 음속에 기초한 거리를 체크하기 위해, 사운드 신호가 하나의 단부에서 다른 단부로 전도되는 시간이 측정된다. 한 실시예에서는 수신부와 송신부가 서로 다른 실체(entity)들이고 동일한 실체에 대응하지 않는다는 것에 주목해야 한다. 즉, 본 명세서에 서술된 방법들과 장치는 신호가 송신부로 돌아오는데 걸리는 시간을 고려하지 않는다. 사운드 펄스를 사용하는 것 외의 다른 과정들은 송신부에서 수신부까지의 거리가 측정될 수만 있다면 사운드 통신과 함께 사용될 수 있다. 다른 과정들의 예로는 위상 정합성(phase coherence)을 분석하는 과정, 웨이브 신호의 위상을 변경하는 과정, 웨이브 신호의 빈도를 변경하는 과정, 웨이브 신호의 진폭을 변경하는 과정 등이 있다.
그러나 당업자가 본 발명의 이러한 특정 상세한 설명들의 일부 또는 전체 설명 없이도 구현할 수 있음은 자명할 것이다. 다른 경우들에서는, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 불필요한 공지된 처리 과정들의 자세한 설명들을이 서술되지 않았다.
도 1은 다중 플레이어들로 구성된 인터랙티브한 게임 환경을 도시한다. 엔터테인먼트 시스템(100)은 플레이어들 A, B 및 C에게 들려진 컨트롤러들(C1 내지 C5)과 통신하기 위한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램을 실행하는 연산 시스템(102)을 포함한다. 연산 시스템(100)은 이미지 캡처 장치(106), 사운드 캡처 장치(108), 표시부(104) 및 컨트롤러들(C1 내지 C5)과 통신한다. 연산 시스템(100)은 직접 유선 연결(direct wired connections) 또는 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-Fi), 802.11 표준 등을 포함할 수 있는 무선 통신 엔터테인먼트 시스템(100)의 다른 실체들과 통신한다. 일반적으로 이미지 캡처 장치(106), 표시부(104) 및 사운드 캡처 장치(108)와 같이 연산 시스템 주변에 고정된 구성요소들과 연산 시스템(102) 사이에는 직접 무선 연결로 구성되어 있다. 비록 와이파이가 특정예로 사용되었지만, 비표준 무선 통신 프로토콜들 및 알고리즘을 포함하는 다른 통신 표준들이 사용될 수 있다는 것은 자명할 것이다.
캡처 영역(118)은 시스템 사용자들이 엔터테인먼트 시스템(100)과 인터렉트 하는 동안 있을 3차원 공간이다. 이미지 캡처 장치(106)는 캡처 영역의 이미지들을 취하고, 연산 시스템(102)으로 송신한다. 한 실시예에서 이미지 캡처 장치(106)는 디지털 비디오카메라가 될 수 있다. 다른 실시예들에서는 칼라 디지털 카메라, 흑백 디지털 카메라, 적외선 카메라 또는 미리 정해진 색상과 같이 검출되는 물체의 특정 특성을 검출하는데 포커스하는 특수 카메라 등 다른 종류의 이미지 캡처 장치들이 사용될 수 있다.
캡처된 이미지 데이터는 압축 포맷 또는 로우 포맷(raw format)으로 조작되고 분석될 수 있다. 로우 이미지 포맷(raw image format)은 이미지 포착 장치로부터 최소로 처리된 데이터를 포함한다. 처리되거나 압축된 이미지 데이터는 TIFF(Tagged Image File Format; TIFF), JPEG(Joint Photographic Experts Group; JPEG), PNG(Portable Network Graphics; PNG), GIF(Graphics Interchange Format; GIF) 및 윈도우 비트맵 파일 포맷(BMP) 등의 RGB(red-green-blue; RGB) 파일 포맷으로 전환하기 전 정밀 조정하기 위해, 광색역 내부 색공간(wide-gamut colorspace)을 구비한 로우 컨버터(raw converter)에 의해 생성된다. 처리된 이미지의 색심도(color depth)는 흑백(black and white)에서부터 회색 톤(grayscale), 웹 팔레트(web-palette), 픽셀당 24 비트 등으로 다양할 수 있다. 한 실시예에서, 로우 이미지 데이터는 이미지 데이터 내 컨트롤러 모양의 위치를 검출하기 위해 분석되고, 컨트롤러 위치는 이미지 데이터 내 위치 검출된 모양에 대응하는 위치로 지정된다. 다른 실시예에서 처리된 이미지 데이터는 캡처된 이미지 내 컨트롤러의 위치를 검출하는데 대신 사용된다.
캡처된 이미지 데이터는 컨트롤러의 2 차원 위치를 판단하는데 사용된다. 이러한 위치는 평면 속 포인트나 캡처 영역과 같은 3 차원 공간 속 선을 정의하는 두 개의 좌표들, x와 y (x, y)로 식별된다. 때때로 수평적 및 수직적 위치들이 x 및 y 값을 참조하는데 사용된다. 또한 예를 들어 원점(origin)으로 부터의 각도와 벡터 값 등 다른 종류의 좌표들이 사용될 수 있다. 이와 같이 3 차원 공간 내에서도 공간 내 포인트를 식별하는데, x, y 및 z 직교 좌표(orthogonal coordinates), x와 y 좌표 및 원점으로부터의 벡터, 또는 두 개의 각도들과 벡터 등 다른 좌표 시스템들이 사용될 수 있다.
사운드 캡처 장치(108)는 캡처 영역으로부터의 사운드 데이터를 취득한다. 한 실시예에서는 컨트롤러들로부터 시작된 사운드가 사운드 캡처 장치(108)에 의해 수신되는 일 방향 통신이 사용된다. 초음파 통신들은 플레이어의 게임 경험을 방해하는 것을 피한다. 한 실시예에서 컨트롤러들은 사운드를 생성하는 스피커를 포함하고, 사운드 캡처 장치는 캡처 영역에 조준된(focused on) 수신 마이크(receiving microphone)를 포함한다. 한 실시예에서는 캡처 영역의 포커스가 캡처 영역 이외의 장소로부터의 외부 소음이 캡처되는 것을 회피하기 위해 필터 기술들을 사용하여 정제될(refined) 수 있다. 또한 사운드 캡처 장치는 초음파 통신에서 사용되지 않는 주파수들을 필터하여, 원하지 않는 음원들로부터의 방해를 줄일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 사운드 통신(sound communication)은 게임 실행 영역 근처 표면으로부터 반사되는 사운드로 인해 오측(false reading)을 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 연산 시스템(102)은 음파 반사들로 인한 오측들을 회피하기 위한, 방향성 필터(directional filter), 음파 분석 등의 기구들을 포함한다.
다른 실시예에서는 컨트롤러와 이미지 캡처 장치(106) 사이 통신은 컨트롤러나 사운드 장치가 초음파 메시지들을 송수신하는 양방향 통신이다. 한편 다른 실시예에서 일 방향 통신은 각각의 컨트롤러들에 구비된 초음파 마이크와 표시부 근처에 위치한 사운드 출력 장치와는 반대 방향으로 흐른다.
초음파 통신은 컨트롤러와 사운드 캡처 장치 사이의 거리(dz)를 측정하는데 사용된다. 이때 사운드 신호가 그 목적지에 도달할 때까지의 시간을 분석함으로써, 거리가 측정된다. 또한 더 효율적으로 거리를 판단하기 위해, 수신된 신호의 위상 정합성이 분석될 수 있다. 일 방향 초음파 통신이 사용될 때, 사운드가 음원에서 목적지까지 이동하는 정확한 시간 측정을 위해서는 정밀한 클럭 동기화(clock synchronization)가 필요하다. 당업자는 클럭 동기화하는 공지된 기술들을 용이하게 인지할 것이다. 예를 들면, 컨트롤러와 연산 장치 사이의 와이파이 채널은 클럭들을 동기화시키는데 사용될 수 있다. (본 명세서에 참조로 포함 된) 젤루스키(Zalewski)의 미국 특허 5,991,693은 본 발명을 이용한 트랙킹 모드(tracking mode)를 제공한다.
캡처된 이미지 데이터에 기초하여 상기 거리(dz)와 함께 얻은 포인트(x,y)는 3 차원 캡처 영역 내 단일의 포인트를 정의한다. 어떠한 경우 dz은 3차원이 될 수 있다. 이는 dz이 상술된 x축 및 y축과 직각인 z 축 상의 값으로 변환될(translated) 수 있다. z 측정값은 캡처 영역의 심도를 의미한다. 예를 들면, dZ5는 z5의 심도값(depth value)에 대응한다. 이러한 기하학적 변환(geometric conversion)은 하기에 도 2d를 참조하여 상세하게 설명된다.
한 실시예에서 캡처 영역(118)은 이미지 캡처 장치(106)에서 규정된 캡처 영역 경계들(114a, 114b)과 필드의 미리 정해진 심도에 있는 백 라인(back line)으로 정의된다. 최대 심도의 일반 값들은 3 내지 10 피트(feet) 사이 이지만, 다른 값들 또한 가능하다. 다른 실시예들에 있어서, 캡처 영역은 피라미드형일 필요가 없으며, 큐브(cube), 구(sphere), 콘(cone) 또는 본 발명의 원리가 유지되는 한 다른 어떠한 모양들도 될 수 있다.
도 2a 내지 2d는 한 실시예에 따른 멀티플레이어 환경과 플레이어들이 들고 있는 각각 다른 컨트롤러들의 위치들을 판단하기 위해 비디오 및 음향 데이터의 사용하는 방법을 개략도를 도시한다. 도 2A는 두 명의 플레이어들이 게임을 실행하는 3 차원 화면을 도시한다. 이미지 캡처 장치는 컨트롤러들(C1, C2, C4, C5)의 x 및 y 좌표들을 취득하는데 사용된다. dz1, dz2, dz4 및 dz5의 거리들은 사운드 캡처 장치(108)에 의해 수신된 초음파 통신을 사용해서 산출된다. 도 1에 도시된 바와 같은 연산 시스템(102)은 취득한 좌표 값들과 거리 값들을 사용해서 스크린 상에 있는 플레이어들의 대표물들인 아바타들(112a and 112b) 각각을 제작한다.
도 2b는 도 2a의 플레이어 A에 해당하는 게임 환경의 평면도를 제공한다. 캡처 영역(118)은 컨트롤러의 감지 경계 영역을 정의 한다. 한 실시예에서 컨트롤러들(C1, C2)은 양 방향 초음파 통신을 위해 설정되어 있어서, 컨트롤러들이 그들 사이 거리(dRS1)를 측정할 수 있도록 한다. 컨트롤러들은 컨트롤러들 측면들에 장착된 사운드 인터페이스들로 설정되어서, 컨트롤러 사이 통신(inter-controller communication)을 가능케 한다. 한 실시예에서 거리 값 dRS1은 표시부에서 캡처된 스크린 상의 X 축 거리(이하, X 스크린 거리(X Screen distance))로 변환되는 X 물질적 값(physical value)에 대응한다. 한 실시예에서는 수직적 구성요소가 스크린 상의 아바타(112a) 대표물에 대하여 고려되지 않을 수 있다. 다른 실시예에서는 스크린 대표물이 3D 게임 실행 필드(미도시)의 투시도를 포함하면 x 및 y 축 구성요소들 모두가 dRS1 으로부터 산출될 수 있다.
도 2c는 도 2b와 동일한 플레이어를 컨트롤러들(C1, C2)이 dRS2 만큼의 거리로 분리된 다른 시점에서 도시하고 있다. dRS2 는 도 2b의 dRS1 보다 더 큰 거리 값이다. dRS2 의 거리 값은 새로운 수평적 분리 거리인 (x+△x)에 대응한다. 새로운 (x+△x)의 거리 값은 표시부 상 컨트롤러들의 새로운 상대적 위치로 변환된다. 이러한 새로운 상대적 위치는 비례 값인 (x+△x 스크린) 만큼 변경된다.
도 2d는 거리 측정에서 절대적 심도(z) 측정으로의 변환 과정을 도시한다. dz는 컨트롤러(124)에서부터 (x0, y0, z0)의 좌표 값을 가진 사운드 캡 장치(108)까지의 거리이다. 이미지 캡처 데이터를 사용하여, 컨트롤러(124)의 수평(x1) 및 수직(y1) 좌표들이 산출된다(미도시). 컨트롤러의 z1 값을 산출하는 과정은 3 차원 공간에서 좌표 값(x1, y1)을 가진 어떠한 포인트들에 의해 정의된 선과 사운드 캡처 장치에 중심을 두고, dz1의 반지름을 가진 구(sphere)와 교차하는 과정을 포함한다. 이러한 선은 하기 수학식에 의해 정의된다.
{x=x1; y=y1}
이러한 수학식은 원근감 왜곡효과(perspective distortion)가 없는 것으로 가정한다. 다른 실시예들은 이미지 캡처 장치로부터의 투시도로 인한 왜곡효과의 가능성을 보정한다.
구는 하기 수학식에 의해 정의된다.
(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2=dz1 2
상기 구 수학식에서 x 를 x1 으로, y 를 y1 으로 대용하면, z1의 심도 값에 대응하는 z 값을 초래한다. 참고로 상기 수학식은 두 개의 z 값들이 배출될 것이지만 이중 하나의 값만 캡처 영역 내에 있다.
도 3a 및 3b는 구형 섹션(spherical section)(132)과 초음파 능력들을 구비한 싱글핸드 컨트롤러(130)의 한 실시예를 보여준다. 이미지 캡처 장치에 의해 캡처 된 이미지가 분석되므로써, 구형 모양의 구형 섹션(132)은 컨트롤러 위치가 감지될 수 있게 한다.
참고로, 본 명세서에서 '구형(spherical)'이라는 용어는 완벽한 구로 한정되지는 않는다. 오히려 '구형'은 계란형, 부분적으로 구형인 면, 타원형, 지구본 모양(globe shape), 공 모양, 풍선 모양, 불룩한 모양(bulging shape), 돌출된 모양(protruded shape), 확대된 모양(enlarged shape), 확장된 모양(extended shape) 등의 구와 유사한 모습을 가진 어떠한 모양이나, 용이하게 감지되고 핸드 핼드 컨트롤러의 일부이거나 연결되거나 또는 부착되는 어떠한 종류의 모양이나, 단순하게 기본적인 물체의 어떠한 종류의 모양도 포함할 수 있다.
하기의 다른 실시예들에서, 추가적인 기술적 특징들이 구형 섹션에 추가되어서, 이미지 데이터를 사용하는 컨트롤러가 더욱 용이하게 감지할 수 있도록 한다. 컨트롤러(130) 양 방향 초음파 통신들을 위해 설정된다. 사운드 인터페이스(136)는 컨트롤러의 전면을 향한 초음파 통신을 제공하고, 다른 사운드 인터페이스(134)는 컨트롤러의 측면들을 향한 사운드 통신들을 제공한다. 상술된 바와 같이, 전면 통신(frontal communication)은 컨트롤러에서부터 반대편에 있는 사운드 수신기까지의 거리 값(dz)을 판단하는데 사용된다.
사운드 인터페이스(134)는 컨트롤러(130)를 들고 있는 동일한 플레이어의 다른 손에 들린 제 2 컨트롤러와 통신하는데 사용된다. 측방 사운드 통신(lateral sound communications)은 다른 플레이어들이 들고 있는 다른 컨트롤러들과 통신하는데도 사용된다. 따라서 측방 사운드 통신은 다른 플레이어들과 컨트롤러들의 위치들을 판단하는 데에 있어서 높은 정확성을 제공한다. 한 실시예에서 컨트롤러 속 음향 챔버는 도 3b를 참조하여 하기에 설명된 바와 같이 음향을 위한 도관(conduit)을 제공한다. 다른 실시예에서 사운드 인터페이스(134)는 측방 통신이 필요 없을 때 사운드 인터페이스(136)를 밀폐시키는 슬라이딩 도어(sliding door)를 구비한다. 따라서 컨트롤러 전방을 향한 사운드 통신의 능력(power)을 증진시킬 수 있다. 입력 패드 영역(138)은 게임이 실행되는 동안 사용자의 입력을 취득하기 위한 버튼들을 포함한다. 컨트롤러(130)는 사용자의 손을 수용하기 위한 그립 영역(grip area)(140)을 포함한다.
도 3b는 내부 음향 챔버(150)를 구비하고, 도 3a에 도시된 바와 같은 컨트롤러(130)를 도시한다. 내부 음향 챔버는 사운드 이미터(154) 및 사운드 수신기(152)에서 컨트롤러의 외부로 초음파가 왔다 갔다 하게 한다. 한 실시예에서 음향 챔버(150)는 전면과 측면들에 사운드 인터페이스들을 구비한다. 음향 챔버를 사용하여, 단 하나의 이미터와 수신기만으로 다중방향 사운드 통신(multidirectional sound communications)을 가능케 한다. 다른 실시예에서 음향 챔버가 사용되지 않고, 한 쌍의 이미터와 수신기가 사운드 통신이 이루어지는, 컨트롤러의 각 측면들에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서는 사운드 통신이 구형 섹션을 통과할 수 있어서, 사운드가 다중방향으로 흩어지도록 한다. 따라서 컨트롤러가 반대편에 있는 사운드 캡처 장치를 마주하고 있지 않더라도 사운드 통신이 가능하도록 한다. 복수의 사운드 인터페이스들은 구형 섹션 전반에 거쳐 분포되어 있으며, 각각의 사운드 인터페이스들은 음향 챔버에 연결된다. 사운드 인터페이스들은 방향이나 사운드가 들어온 사운드 인터페이스를 식별하는데 돕는 사운드 센서들도 포함하여 향상된 정확성에 도래할 수 있다.
도 4는 한 실시예에 따라 하나 이상의 내부 발광 소자들(172)에 의해 빛나는 구형 섹션을 가진 컨트롤러(170)의 개략도를 나타낸다. 발광 소자들(172)로부터의 빛은 구형 섹션(174)을 조명하여, 이미지 데이터 분석을 수행할 때 이 때 연산 장치가 배경 이미지들로부터 구형 섹션의 상세한 부분들과 윤곽들을 더 쉽게 분별하도록 하는데 구형 섹션의 추가 밝기가 사용되면서 컨트롤러를 용이하게 감지하도록 한다. 한 실시예에 있어서, 발광 소자들(172)은 발광 다이오드(light-emitting diodes; LED)가 될 수 있다. 다른 실시예에서 발광 소자들(172)은 적외선 스펙트럼에 있어서, 구형 섹션이 적외선으로 빛나게 하고, 이에 적외선 카메라에 의한 감지가 가능해지도록 한다.
카메라 트랙킹 컨트롤러가 적외선 주파수(또는 적외선 모드로 전환하는 능력을 구비하거나)에서 작동하는 것이 바람직하지만, 컨트롤러의 구형 섹션이 밝은 네온 오렌지색이나 네온 그린으로 색칠되어서 가시 스펙트럼에서 작동하는 카메라가 x 및 y 축 위치를 트렉할 수 있도록 한다.
도 5는 한 실시예에 따르면 구형 섹션(182) 내, 컨트롤러의 외부에서도 보이는 적외선 발광 소자들(184)을 구비한 컨트롤러를 포함한다. 구형 섹션은 적외선이 최소한의 왜곡을 가지고 통과하도록 하여서, 적외선 카메라가 적외선을 감지하여 컨트롤러(180)의 위치를 감지하도록 한다. 다른 실시예에서는 광원이 가시 스펙트럼에서 동작하는, 따라서 가시 스펙트럼에서 디지털 카메라로 찍힌 이미지 데이터를 분석함으로써 감지되는 LED들일 수 있다. 한편 다른 실시예에서는 광원의 주파수가 혼합되어 가시적 출력(output)과 적외선 출력(output)이 성취될 수 있다.
도 6은 초음파 능력 및 역반사(retro-reflective)적 재료(194)로 부분적으로 덥힌 구형 섹션(192)을 구비한 컨트롤러(190)를 묘사한다. 역반사기는 파두(wave front)를 입사각과 평행이지만 방향이 반대인 벡터(vector)를 따라 반사하는 장치나 표면이다. 이는 거울이 파두와 정확하게 직각인 경우에만 이와 같이 하는 거울과는 다른 구성이다. 구형 섹션(192)을 역반사적으로 만들거나 적어도 부분적으로 역반사적으로 만듦으로써, 원격 라이트 캡처 장치(light capture device) 옆의 광원으로부터 오는 빛은 도 14b에 도시된 바와 같이 다시 라이트 캡처 장치를 향해 반사될 것이다. 이는 비역반사기들에 비해 다시 반사되는 광량을 증가시켜서 더 높은 영상대조(image contrast)와 캡처된 이미지 내 컨트롤러를 더 잘 인식되게 한다. 다른 실시예에서 구형 섹션(192)은 최대 광반사를 위하여 역반사 재료로 온전히 덥힐 수 있다.
각 실시예들의 특징들 각각은 혼합예들을 생성하기 위해 본 발명의 다른 실시예들의 기술적 특징과 조합될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 예를 들면, 역반사적 재료로 덥힌 구형 섹션은 그 내부에, 구형 섹션 안에서 적외선이 발광되어서 역반사적 재료가 없는 구의 전송 영역(transmissive area)들을 통과하도록 하는 적외선 원(infrared source)을 구비할 수 있다.
도 7은 교체 가능한 페이스 플레이트(face plate)들을 구비한 싱글핸드 컨트롤러(210)의 한 실시예를 도시한다. 220a 및 220b와 같이 다른 페이스 플레이트들은 구별되는 키패드 설정들이 가능하게 하고 사용자가 서로 다른 게임들을 실행할 때 입력 방법들을 선택하는데 있어서 더 많은 융통성을 제공한다. 도 7에 도시된 실시예에서 사용자는 방향 패드를 포함하는 페이스 플레이트 A(220a)를 사용하거나 네 개의 버튼들을 포함하는 페이스 플레이트 B(220b)를 사용할 수 있는 선택권을 가진다.
도 8은 한 실시예에 따라 양 손으로 사용될 컨트롤러를 만들기 위해 삽입 플레이트(insert plate)(302)로 이어진(joined together) 두 개의 싱글핸드 컨트롤러들(300a, 300b)의 개략도를 도시한다. 삽입 플레이트는 사용자에게 입력 옵션들을 제공한다. 컨트롤러들 사이에 페이스 플레이트를 사용함으로써, 컨트롤러들 사이의 거리가 고정되고 공지된다. 원격 연산 시스템은 향상된 정확성을 위하여 두 개의 컨트롤러들 모두의 움직임들을 추적한다. 또한 컨트롤러들 사이의 고정된 거리를 고려함으로써, 연산 시스템은 삼각 측량법을 사용하여 위치 검출 및 컨트롤러의 배향을 정제(refine)한다.
도 9a 및 9b는 한 실시예에서 싱글핸드 컨트롤러를 만들기 위해 베이스에서 이어진 두 개의 싱글핸드 컨트롤러들을 묘사한다. 잠금 기구(322)는 싱글핸드 컨트롤러들(320a, 320b)이 베이스에서 연결되도록 한다. 한 실시예에서 컨트롤러들(320a, 320b)의 모양은 컨트롤러들이 인터락(interlock)될 수 있도록 설정된다. 다른 실시예에서는 컨트롤러들을 연결하는데 아답터(adapter)가 사용될 수 있다. 아답터는 강성이어서 컨트롤러들의 결합과 함께 강구조(rigid structure)를 형성하거나 아답터가 유연성이어서 상이하고 변경되는 결합 모양들이 가능하도록 할 수 있다. 예를 들면 아답터는 밧줄과 같은 기구를 포함할 수 있다. 이에 두 개의 컨트롤러들의 결합물은 쌍절곤(nunchaku)와 같이 사용될 수 있다. 한편 다른 실시예에서는 아답터가 길이 방향(longitudinal direction)을 따라 텔레스코픽 기구(telescopic mechanism)와 함께 연장될 수 있어서, 장검(long sword)이나 창(javelin)을 닮은 결합물을 초래할 수 있다. 다른 실시예에서는 컨트롤러들 사이의 전기적 연결이 이루어져서 연산 시스템이 컨트롤러들이 연결되었는지 감지하거나 컨트롤러들 사이 직접적인 통신을 가능케 한다. 이러한 결합물은 '검'또는 '지팡이(wand)'설정으로 지칭될 수 있다. 도 8의 컨트롤러 결합물과 같이 '검' 설정은 원격 연산 장치가 향상된 정확성을 위하여 두 개의 컨트롤러들 모두를 추적할 수 있도록 한다.
도 9b는 '검' 컨트롤러를 포함하는 3 차원 게임 환경을 도시한다. 카메라(322)와 사운드 캡처 장치(324)는 두 컨트롤러들 모두를 추적한다. 예를 들면, 컨트롤러들에서부터 사운드 캡처 장치(321)까지의 거리들(dz1, dz2)를 판단하는데 초음파 통신이 사용된다. 연산 시스템은 공간 내 위치를 검출하고 두 컨트롤러들 모두의 단부들 위치를 산출한다. 한 실시예에서는 두 컨트롤러들을 잇는 선이 스크린 상의 도구나 무기의 유사한 위치로 변환될 수 있다.
도 10은 한 실시예에 따라 컨트롤러(360)의 비주얼 트랙킹 및 사용자 특징들을 도시한다. 카메라(362)에 의해 캡처 된 이미지 데이터는 컨트롤러의 x 및 y 축 위치를 산출하도록 분석될 뿐만 아니라, 사람의 특징들을 검출하여 플레이어와 컨트롤러 위치들이 게임의 입력 정보로 고려된다. 하나의 실시예에서 두부 영역(head area)(350)과 몸통 영역(torso area)(352)이 추적될 수 있다. 다른 실시예에서는 플레이어의 눈들이 추적될 수 있다(미도시). 354번 선은 사용자 얼굴을 향한 방향을 보여주고, 356번 선은 몸통으로의 방향을 보여주고, 358번 선은 컨트롤러로의 방향과 거리를 보여준다. 서로 다른 선들 사이의 θ1의 각도와 θ2의 각도 변경은 컨트롤러에 대한 플레이어 위치의 상대적 위치 변경을 표시한다.
도 11은 한 실시예에서 컨트롤러의 움직임을 트랙킹하는 과정을 보여준다. 구형 섹션과 초음파 통신들 이외에도, 컨트롤러(380)는 관성 액티비티(inertial activity)를 위해 컨트롤러(380)를 추적하는 관성 분석기(inertial analyzer)(388)을 구비한다. 관성 분석기로부터의 데이터는 연산 시스템으로 전송(382)된다. 다양한 종류의 관성 센서 장치들이 하는데 6 자유도(6 degrees of freedom)(예. x 축 변위, y 축 변위 및 z 축 변위와 x 축, y 축 및 z 축에 대한 회전)에 관한 정보를 제공하는데 사용될 수 있다. 6 자유도에 관한 정보를 제공하기에 적합한 관성 센서들의 예로는 가속도 계, 하나 이상의 단일 축 가속도계들, 기계식 자이로스코프들(mechanical gyroscope), 링 레이저 자이로스코프(ring laser gyroscope) 또는 상술된 기구들 두 개 이상의 조합이 될 수 있다. 관성 분석기(388)로부터의 신호들은 비디오 게임이 실행되는 동안 컨트롤러의 움직임과 배향을 판단하기 위해 분석된다. 한 실시예에서는 관성 분석 데이터가 와이파이(WiFi)(382) 즉 무선 통신을 통해 연산 시스템으로 통신된다. 선택적으로 유선 통신이나 유선 및 무선 통신의 조합 또한 가능하다. 또한 와이파이가 특정예로 사용되었지만, 다른 무선 모드 및 표준들이 통신을 성립하는데 사용될 수 있다.
도 12a 및 12b는 플레이어 손에 들린 싱글핸드 컨트롤러의 다양한 뷰들을 도시한다. 도 12a는 플레이어를 마주보는 카메라의 관점에서 본 통상적인 뷰이다. 이러한 실시예에서 컨트롤러(400)는 카메라 옆이나 주변의 광원으로부터 오는 빛을 반사하는 역반사적 재료(402)를 포함해서 반사된 빛이 반대 방향으로 바운스 되어(bounced) 카메라로 다시 이동하는 광량을 최대화 한다. 카메라의 관점에서는 사운드 인터페이스(404)가 보인다.
도 12b는 역반사적 재료(402)로 덥힌 구형 섹션(400)과 사운드 인터페이스들(404, 406)을 구비하는 컨트롤러의 측면 뷰를 도시한다.
도 13은 한 실시예에 따라 상대적 거리들을 판단하기 위한 초음파의 사용을 도시하기 위해, 싱글핸드 컨트롤러들(420a, 420b)를 사용하는 플레이어의 개략적으로 도시한다. 두 개의 컨트롤러들 모두 사운드 수신부(422)에게 그리고 그들 사이에 양 방향 초음파 통신을 지원한다. 한 실시예에서 컨트롤러들(420a, 420b)은 사운드 정보를 송수신한다. 캡처 된 사운드 정보는 컨트롤러들 사이 거리(dRS)를 산출하기 위하여 처리되도록 컴퓨터 프로그램으로 전달된다. 다른 실시예에서는 컨트롤러들 중 하나의 내부에 장착된 프로세서가 거리(dRS)를 산출하기 위하여 사운드의 컨트롤러들 사이 이동 시간(travel time)을 측정할 수 있다. 그런 다음 이러한 거리(dRS)는 3 차원 캡처 영역 내 컨트롤러들의 위치들을 산출하는데 이러한 정보를 사용하는 원격 컴퓨터 프로그램으로 전달된다. 도 1을 참조하여 상술된 바와 같이 동기화 과정은 거리 값을 산출하기 위하여 초음파 측정값들을 사용하는데 필요로 된다.
도 14a 및 14b는 한 실시예에 따라 비디오 및 초음파를 사용하여 두 개의 컨트롤러들의 3차원 위치들을 판단하는 과정을 도시한다. 도 14a는 도 13 에서의 동일한 사용자를 도시한다. 일정 시간 경과 후 사용자의 손들이 움직였고, 컨트롤러들은 도 13에서 보다 더 많은 거리(dRS)를 두고 배치되었다. 이러한 예에서 더 넓게 손이 분리된 것은 스크린 상 아바타의 손들이 더 넓게 벌어진 것으로 반영된다. 도 14b에 도시된 실시예에 있어서, 컨트롤러(420b)는 적외선 발광 소자들(433)에서 발광되는 적외선을 반사하는데 사용되는 역반사적 재료를 포함한다. 반사된 빛은 컨트롤러의 위치를 판단하기 위해 분석되는 이미지 데이터를 생성하기 위해 적외선 카메라(326)에 의하여 캡처된다. 다른 실시예에 있어서, 카메라(436)는 적외선 카메라와 가시 스펙트럼 카메라 모두가 될 수 있다. 카메라(436)는 적외선으로부터 이미지를 취하거나 가시 스펙트럼에서 이미지 데이터를 얻는 과정을 번갈아 수행할 수 있다.
도 15는 본 발명의 한 실시예에 따라 컨트롤러들 사이의 거리를 측정하기 위해 초음파를 사용하여 두 개의 컨트롤러들(450a, 450b)의 위치를 판단하는 과정을 도시한다.
도 16은 한 실시예에 따라 컨트롤러 각각과 연관된 정보를 사용하여 도 9a에 도시된 바와 같이 두 개의 컨트롤러들을 이어서 만든 컨트롤러의 위치를 판단하는 과정을 도시한다. 컨트롤러들(500a, 500b)은 도 9a 및 도 9b를 참조하여 상술된 바와 같이 함께 결합되었다. 컨트롤러들 각각의 위치는 따로 산출되고, 그런 다음 컨트롤러들 사이 거리(dRS)가 정확성을 높이기 위해 위치 산출과정에 포함된다. 거리값(dRS)이 이미 알려졌기 때문에, 컨트롤러들 사이의 측정된 거리가 알려진 거리에 비교되어서 컨트롤러들의 위치들이 조정될 수 있다.
한 실시예에서는 여러 연속적인 측정값들의 일군이 측정값들 내 편차(deviation)나 글리치(glitch)를 제거하기 위해서 트랙킹 된다. 서로 다른 측정값들의 샘플링 주기는 요구되는 정밀도와 연산 자원들의 가용 여부에 따라 다양하다. 예를 들면, 격투식 인터렉티브 게임은 인터렉티브 체스 게임보다는 더 높은 주기의 측정값들을 요구할 것이다.
도 17은 내장된 카메라(602)를 구비한 컨트롤러(600)와 초음파 통신을 포함하는 실시예의 평면도를 보여준다. 이러한 실시예에서, 카메라는 표시부 영역 근처 대신 컨트롤러에 있다. 발광 소자들(606a, 606b)은 표시부의 거의 서로 다른 끝부분들에 위치한다. 카메라(602)에 의해 캡처 된 이미지 데이터와 발광 소자들(606a, 606b)로부터의 빛은 컨트롤러의 위치를 확인하는데 도움을 준다. 발광 소자 위치들(610a, 610b)은 x축과 y축 상의 발광 소자들 위치를 나타낸다. 마이크(604)와 컨트롤러(600) 사이의 초음파 통신들은 컨트롤러에서부터 마이크까지의 거리(dZ)를 산출하는데 사용된다.
한 실시예에서 카메라(602)에 의해 캡처 된 이미지는 연산 장치, 일례로 PS3(PlayStation 3)으로 전송되고 연산 장치는 컨트롤러의 x 축과 y 축 위치들을 산출하기 위해 캡처된 이미지를 처리한다. 다른 실시예에서 컨트롤러(600)에 장착된 프로세서는 이미지 데이터를 처리하고, 연산 장치, 일례로 PS3로 전송될 컨트롤러의 위치를 산출한다. 또 다른 실시예에서는 컨트롤러(600)가 이미지 데이터를 부분적으로 처리하고, 데이터의 서브세트(subset)는 마지막 처리 과정을 위하여 연산 장치, 일례로 PS3에게로 전송된다.
카메라가 컨트롤러에 위치한 다른 실시예는 도 18에 도시된다. 도 18은 한 실시예에 따라 비디오 및 사운드 능력들을 구비한 싱글핸드 컨트롤러들을 사용하는 두 명의 플레이어들을 도시한다.
카메라가 컨트롤러에 위치하였기 때문에, 컨트롤러의 전면에 구형 섹션이나 다른 어떠한 인식가능한 모양이 불필요하여서 컨트롤러가 더욱 슬림(slimmer) 한 디자인을 갖출 수 있다. 도 19a 내지 도 19d는 비디오 및 초음파 능력들을 구비한 싱글핸드 컨트롤러들의 다른 실시예들을 도시한다. 컨트롤러(650)는 전면에 카메라(652)와 초음파 인터페이스를 구비한 기본 구조를 가진다. 컨트롤러들(660)은 다른 컨트롤러들과 통신하거나, 인터랙티브 플레이 실행 중 컨트롤러가 스크린으로부터 멀어지게 향할 때 표시부 시스템 근처의 사운드 캡처 인터페이스에 통신하는데 사용될 수 있는 측면 사운드 인터페이스(662)를 더 구비한다.
도 19c의 컨트롤러(670)는 사용자의 손을 수용하도록 구성된 그립(grip)(676), 조이스틱(joystick)(674) 및 입력을 위한 키패드(672)를 구비한다. 컨트롤러(680)는 도 19b의 컨트롤러(660) 중 하나와 유사하게 측면 인터페이스(622)를 추가 포함한다.
도 20은 엔터테인먼트 시스템 내 여러 엘리먼트들의 블록도이다. 연산 시스템과 그 구성요소들은 도 20a의 좌측에 있고, 게임 환경은 우측에 도시된다. 연산 시스템(700)은 프로세서, 메모리 영역, 클럭(clock) 및 통신 인터페이스들을 구비한다. 통신 인터페이스들은 와이파이 프로토콜을 사용하는 통신들과 같이 컨트롤러들로의 무선 통신들을 위한 무선 주파수 인터페이스(radio-frequency(RF) interface)를 포함한다. 다른 통신 방법들은 이미지 캡처 방법, 사운드 전송 및 수신 방법(이번 실시예에서는 초음파) 및 발광 방법들을 포함한다.
연산 시스템(700)에 연결된 다른 통신 장치들은 연산 시스템 내 각각 대응하는 컨트롤러들에게 연결된다. 메모리 영역은 실행되는 프로그램들(running programs), 이미지 처리 영역, 사운드 처리 영역 및 클럭 동기화 영역을 구비한다. 실행되는 프로그램들은 게임 프로그램, 이미지 처리 프로그램, 사운드 처리 프로그램, 클럭 동기화 프로그램 등을 포함한다. 이러한 프로그램들은 예를 들어 이미지 데이터를 포함하는 이미지 처리 영역, 초음파 통신 데이터를 포함하는 사운드 처리 영역 및 원격 장치들과 동기화 하는데 사용되는 클럭 동기화 영역 같이 메모리의 대응하는 영역들을 사용한다.
게임 환경 영역에 컨트롤러 구성에 대한 다수의 실시예들이 도시된다. 컨트롤러 A는 상술된 많은 특징들로 '완전히 갖춰진(fully loaded)' 컨트롤러를 보여준다. 컨트롤러 A는 연산 시스템(700)과의 클럭 동기화를 위해 사용되는 클럭 동기화(Clock Synchronization; CS) 모듈; 초음파 데이터를 수신하는 사운드 수신기(Sound Receiver; SRx); 초음파 데이터를 송신하는 사운드 송신기(Sound Transmitter; STx); 연산 시스템(700)과의 와이파이 통신을 위한 와이파이(WiFi; WF) 모듈; 컨트롤러의 전면 및/또는 측면들로부터 그리고 그곳들로 사운드를 수반하는(conducting sound) 음향 챔버(Acoustic Chamber; AC); 이미지 데이터를 캡처하는 디지털 비디오카메라와 같은 이미지 캡처(Image Capture; IC) 장치; 및 연산 시스템(700)에 있는 이미지 처리 모듈에서의 좀 더 용이한 이미지 인식을 위한 적외선이나 가시 스펙트럼에서의 발광 소자(Light Emitter; LE)를 포함한다.
또한 컨트롤러 A는 구형 섹션(미도시)를 포함하여, 원격 캡처 장치에 의한 이미지 인식 과정을 향상시킬 수 있다. 구형 섹션은 이미지 캡처 장치 옆 발광 소자에 의해 전송되고 다시 이미지 캡처 장치를 향해 반사되는 광량을 증가시키는 역반사적 재료를 포함한다. 발광 소자에 의해 생성된 및은 적외선이나 가시 스펙트럼에 있을 수 있다. 따라서 이미지 캡처 장치도 동일한 빛스펙트럼(light spectrum)에서 동작할 것이다. 컨트롤러 A의 다른 구성요소들은 분리된 장치들이나 컨트롤러 A 내 모듈들로 구현될 수 있다. 다른 실시예에서는 컨트롤러 A의 다른 구성요소들이 적은 수의 통합된 구성요소들로 그룹 지어져서 더 콤팩트한 구현예를 가능케 한다. 다양한 컨트롤러들은 하나 이상의 USB 플러그들을 포함하여, 게임 스테이션이나 컴퓨터에 연결되었을 때 컨트롤러들이 충전되도록 할 수 있다.
주어진 컨트롤러의 의도된 용도에 따르면 컨트롤러 A에 대하여 상술된 특징들보다 더 적은 수의 기술적 특징들로 더욱 단순한 구성이 사용될 수 있다. 단순한 장치들의 소정의 실시예들은 컨트롤러 A에 대하여 서술된 특징들의 서브세트를 활용하는 컨트롤러들 B 내지 E를 참조하여 도시된다. 당업자는 본 발명의 원리들을 유지되기만 한다면 구성요소들을 추가하던지 제하던지 본 발명의 사상 내에서 유사한 구성들이 가능하다는 점을 인지할 것이다.
3 차원 위치 능력들을 갖춘 두 개의 컨트롤러들의 개념(concept)은 플레이어의 몸체에나 그 근처에 위치한 복수의 컨트롤러들이나 삼각 측량법과 컨트롤러의 항상 더 나은 뷰를 위한 다중 센서들로 확장될 수 있다. 한 실시예에 있어서, 복수의 마이크들은 캡처 영역 주변에 배치되어서 컨트롤러 위치에 대한 서로 다른 기하학적 리딩(geometric reading)을 얻기 위하여 향상된 정확성을 위한 삼각 측량식 산출 과정을 가능케 한다. 도 21은 플레이어의 손과 발 근처에 위치한 네 개의 컨트롤러들을 사용하는 인터렉티브한 게임을 위한 실시예를 도시한다. 본 실시예에 있어서, 두 개의 컨트롤러들은 플레이어의 팔이나 손에 묶여지고, 나머지 두 개의 컨트롤러들은 플레이어의 다리나 발에 묶이게 된다. 이러한 예는 바이시클 킥(bicycle kick)을 하는 플레이어가 컴퓨터 게임 속 대응하는 아바타의 바이시클 킥으로 변환되는 것을 도시한다. 한 실시예에 있어서, 플레이어를 마주보는 카메라로부터의 이미지들은 게임에 첨부된 다른 가상 물체들과 혼합되어 표시부에 표시된다. 따라서 사용자가 게임 장면의 일부가 되도록 한다. 이러한 실시예에서 공, 골문, 운동장, 다른 플레이어들, 관중 등이 플레이어 이미지에 추가되고, 가상의 공을 차는 플레이어의 움직임들이 게임 세계 속에서 가상 게임 공을 차는 표시부 상의 움직임들로 변환될 수 있다. 다중 플레이어 환경에서는 다른 플레이어들이 가상 물체들과 혼합되는 캡처된 이미지 데이터에 기초하여 가상 세계 속에서 소개된다. 다른 플레이어들은 플레이어가 공을 찰 때 동일한 캡처 영역 내에 존재하거나 게임에 연결되어서 분산된 다중 플레이어 게임을 가능하게 할 수 있다. 다른 유사한 응용물들은 격투, 카 레이싱, 댄싱 및 운동 게임과 축구, 테니스, 복싱, 야구, 농구, 하키 등과 같은 다른 많은 스포츠 게임들을 포함할 수 있다.
도 22는 본 발명의 한 실시예에 따라 컨트롤러 위치를 판단하는데 사용될 수 있는 하드웨어와 사용자 인터페이스들을 도시한다. 또한 도 22는 본 발명의 한 실시예에 따라 소니® 플레이스테이션 3® 엔터테인먼트 장치와 같이 3 차원 컨트롤러 위치 검출 시스템을 구현할 수 있는 콘솔(console)의 전체 시스템 구조를 개략적으로 도시한다. 시스템 부(1400)에는 시스템 부(1400)에 연결 가능한 다양한 주변 기기들이 제공된다. 시스템 부(1400)는 셀 프로세서(Cell processor)(1428), 램버스® 동적 임의 접근 메모리부 (Rambus® XDRAM)(1426), 전용 비디오 임의 접근 메모리(VRAM)(1432)를 가진 리얼리티 신디사이저(Reality Synthesizer) 그래픽부(1430), 및 I/O 브리지(I/O bridge)(1434)를 포함한다. 또한 시스템부(1400)는 디스크(1440a)를 판독하는 블루 레이® 디스크 BD-ROM® 광학 디스크 리더(1440) 및 I/O 브리지(1434)를 통해 접속 가능한 분리형 슬롯-인 하드 디스크 드라이브(HDD)(1436)를 포함한다. 시스템부(1400)는 콤팩트 플래시 메모리 카드, 메모리 스틱® 메모리 카드 등을 판독하는 메모리 카드 리더(1438)를 선택적으로 포함한다.
I/O 브리지(1434)는 여섯 개의 USB(Universal Serial Bus;USB) 2.0 포트들(1424); 기가비트 이더넷(Ethernet) 포트(1422), IEEE 802.11b/g 무선 네트워크(Wi-Fi) 포트(1420); 및 일곱 개까지의 블루투스 연결을 지원할 수 있는 블루투스® 무선 링크 포트(1418)에 연결된다.
I/O 브리지(1434)는 운용 시, 하나 이상의 게임 컨트롤러들(1402, 1403)의 데이터를 포함하는 모든 무선, USB, 이더넷 데이터를 수용한다. 예를 들어 사용자가 게임을 실행할 때, I/O 브리지(1434)는 블루투스 링크를 통해 게임 컨트롤러(1402, 1403)에서 데이터를 수신하고, 게임의 현 상태를 갱신하는 셀 프로세서(1428)에게 그 데이터를 전달한다.
무선, USB, 및 이더넷 포트들은 게임 컨트롤러(1402, 1403) 외에도, 리모트 컨트롤(1404), 키보드(1406), 마우스(1408), 소니 플레이스테이션 포터블® 과 같은 휴대용 엔터테인먼트 장치(1410), 아이토이®(EyeToy®) 비디오카메라와 같은 비디오카메라(1412) 마이크 헤드셋(1414) 및 마이크(1415)와 같은 다른 주변 장치들에게 연결성을 제공한다. 이러한 주변 장치들은 원칙적으로 무선으로 시스템부(1400)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 휴대용 엔터테인먼트 장치(1410)는 Wi-Fi 애드 혹(ad-hoc) 연결을 통해 통신하고, 마이크 헤드셋(1414)은 블루투스 링크를 통해 통신할 수 있다.
이러한 인터페이스들이 제공됨으로써, 플레이스테이션 3 장치가 디지털 비디오 리코더(DVR), 셋 톱(set-top) 박스, 디지털 카메라, 휴대용 미디어 플레이어, 인터넷 전화, 휴대용 전화, 프린터, 및 스캐너와 같은 다른 주변 기기들과도 호환 가능할 수 있다.
또한, 레거시(legacy) 메모리 카드 리더(1416)는 USB 포트(1424)를 통해 시스템부(1400)에 연결되어, 플레이스테이션® 또는 플레이스테이션 2® 장치에서 사용되는 종류의 메모리 카드들(1448)을 판독할 수 있도록 한다.
본 실시예에서는 게임 컨트롤러(1402, 1403)가 블루투스 링크를 통해 시스템부(1400)와 무선으로 통신하도록 운용가능하다. 한편, 게임 컨트롤러(1402, 1403)는 USB 포트에 대신 연결될 수 있어서, 게임 컨트롤러(1402, 1403)의 배터리를 충전하는 전력이 제공될 수 있다. 게임 컨트롤러들(1402, 1403)은 메모리, 프로세서, 메모리 카드 리더, 플래시 메모리와 같은 비소멸성 메모리, LED나 적외선과 같은 발광 소자들, 초음파 통신을 위한 마이크 및 스피커, 음향 챔버, 디지털 카메라, 내부 클럭, 게임 콘솔을 마주하는 구형 섹션과 같이 인식가능한 모양 및 블루투스나 와이파이 등과 같은 프로토콜들을 사용하는 무선 통신 수단들을 구비할 수 있다.
게임 컨트롤러(1402)는 양 손으로 사용되도록 디자인 된 컨트롤러이고, 다른 게임 컨트롤러(1403)는 도 1 내지 21에서 상술된 싱글핸드 컨트롤러이다. 하나 이상의 아날로그 조이스틱들과 전형적인 제어 버튼들 외에도, 게임 컨트롤러는 각 축에 대하여 변형(translation) 및 회전에 해당하는 여섯 개의 자유도들에 대한 움직임을 감지한다. 따라서 게임 컨트롤러 사용자의 몸짓과 움직임들은 전형적인 제어 버튼들과 조이스틱 명령들을 대신하거나 추가적으로, 게임 입력으로 번역될 수 있다. 플레이스테이션 포터블 장치와 같은 무선통신이 가능한 다른 주변 장치들이 컨트롤러로 선택적으로 사용될 수 있다. 플레이스테이션 포터블 장치의 경우, 장치의 화면에 (예를 들어, 제어 명령 또는 명 수(number of lives)와 같은) 추가적인 게임 또는 제어 정보가 제공될 수 있다. 댄스 매트(dance mat)(미도시), 라이트 건(light gun)(미도시), 운전대와 페달(미도시), 또는 스피드 퀴즈 게임을 위한 단일의 또는 다수의 큰 버튼들과 같은 맞춤형(bespoke) 컨트롤러(미도시)와 같은 다른 대체 또는 보조 제어 장치들도 사용될 수 있다.
리모트 컨트롤(1404)은 블루투스 링크를 통해 시스템부(1400)와 무선으로 통신하도록 운용될 수 있다. 리모트 컨트롤(1404)은 블루 레이 디스크 BD-ROM 리더(1440)의 운용과 디스크 콘텐츠의 내비게이션(navigation)에 적합한 제어부들을 포함한다.
블루 레이 디스크 BD-ROM 리더(1440)는 미리 기록되거나 기록 가능한 전형적인 CD들, 및 슈퍼 오디오 CD(Super Audio CD)들 뿐만 아니라, 플레이스테이션 및 플레이스테이션 2 장치들과 호환 가능한 CD-ROM들을 판독하도록 운용될 수 있다. 또한 리더(1440)는 미리 기록되거나 기록 가능한 전형적인 DVD들 뿐만 아니라, 플레이스테이션 2 및 플레이스테이션 3 장치들과 호환 가능한 DVD-ROM들을 판독하도록 운용될 수 있다. 나아가, 리더(4040)는 미리 기록되거나 기록 가능한 전형적인 블루 레이 디스크들뿐만 아니라, 플레이스테이션 2 및 플레이스테이션 3 장치들과 호환 가능한 BD-ROM들을 판독하도록 운용될 수 있다.
시스템부(1400)는 리얼리티 신디사이저 그래픽부(1430)를 통해 플레이스테이션 3에 의하여 생성되거나 복호화된 오디오 및 영상을 오디오 및 비디오 연결부들을 통해 표시부(1444) 및 하나 이상의 확성기들(1446)를 구비한 모니터나 텔레비전 세트와 같은 표시 및 음향 출력 장치(1442)에 제공하도록 운용될 수 있다. 오디오 연결부(1450)는 전형적인 아날로그 및 디지털 출력부를 포함할 수 있고, 비디오 연결부(1452)는 다양하게 컴포넌트 비디오(component video), S-비디오, 컴포지트 비디오(composite video) 및 하나 이상의 고화질 멀티미디어 인터페이스(High Definition Multimedia Interface; HDMI) 출력부들을 포함할 수 있다. 따라서 비디오 출력부는 PAL이나 NTSC, 또는 750p, 1080i, 및 1080p의 고화질 형식을 가질 수 있다.
오디오 처리(생성, 복호화 등) 과정은 셀 프로세서(1428)에 의하여 수행된다. 플레이스테이션 3 장치의 운용 시스템은 돌비® 5.1 서라운드 사운드(surround sound), 돌비® 시어터 서라운드(Theatre Surround)(DTS), 및 블루 레이® 디스크의 복호화된 7.1 서라운드 사운드를 지원한다.
본 실시예에 있어서, 비디오카메라(1412)는 단일의 고체 촬상 소자( CCD), LED 표시부, 하드웨어 기반 실시간 데이터 압축 및 부호화 장치를 포함하여, 압축된 영상 데이터가 시스템부(1400)에 의하여 복호화되기 위한 인트라 이미지(intra-image) 기반 MPEG(동영상 전문가 그룹(motion picture expert group)) 표준과 같은 적합한 형식으로 전송되도록 한다. 카메라 LED 표시부는 예를 들어, 부적합한 조명 조건을 알리기 위한 시스템부(1400)의 제어 데이터에 응하여 발광하도록 배치된다. 비디오 카메라(1412)의 실시예들은 USB, 블루투스 또는 와이 파이 통신 포트를 통해 시스템부(1400)에 다양하게 연결될 수 있다. 비디오카메라의 실시예들은 오디오 데이터를 전송할 수 있는 하나 이상의 연관된 마이크를 포함할 수 있다. 비디오카메라의 실시예들에 있어서, CCD가 고화질 비디오 캡처(video capture)를 위해 적합한 해상도를 가질 수 있다. 사용 시, 비디오카메라로 포착된 이미지들은 일례로, 게임에 포함되거나, 게임 제어 입력으로 해석될 수 있다. 다른 실시예에서는 카메라가 적외선을 감지하기 적합한 적외선 카메라가 될 수 있다.
일반적으로, 시스템부(1400)의 통신 포트들 중 어느 하나를 통한 비디오 카메라 또는 리모트 컨트롤과 같은 주변 장치와의 성공적인 데이터 통신을 위하여, 장치 드라이버와 같은 적합한 소프트웨어가 제공되어야 한다. 장치 드라이버 기술은 잘 알려져 있으며, 본 명세서에서는 서술되지 않을 것이다. 당업자는 서술된 본 실시예에 필요한 장치 드라이버 또한 유사한 소프트웨어 인터페이스를 알 수 있을 것이다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따라 명령을 처리하기 위해 사용될 수 있는 추가적인 하드웨어를 도시하고 있다. 셀 프로세서(1428)는 네 개의 기본 요소: 메모리 제어부(1560)와 듀얼 버스 인터페이스 제어부(1570A, B)로 구성되는 외부 입출력 구조; 파워 프로세싱 엘리먼트 (Power Processing Elements, SPEs)(1510A-H)로 불리는 여덟 개의 공동 프로세서; 그리고 구성요소 상호 연결 버스(1580)로 불리며 상기 구성요소를 연결하는 환형 데이터 버스를 포함하는 구조를 가진다. 셀 프로세서의 전체 부동 소수점 성능은, 플레이스테이션 2 장치의 이모션 엔진 (Emotion Engine)의 6.2 GFLOPS와 비교해서, 218 GFLOPS 이다.
PPE(1550)는 3.2 GHz 의 내부 클럭으로 동작하는 쌍방향 동시 멀티 쓰래딩 파워(1470) 호환의 파워 피씨 (PowerPC) 코어 (PPU)를 기반으로 한다. PPU(1555)는 512 kB 레벨 2 (L2) 캐시와 32 kB 레벨 1(L1) 캐시를 포함한다. PPE(1550)는 3.2 GHz로 25.6 GFLOPs을 해석하여 클럭 사이클 단위로 여덟 개의 단일 위치 동작 수행(single position operation)이 가능하다. PPE(1550)의 중요한 역할은 대부분의 계산 작업을 처리하는 상승작용 처리 요소 (Synergistic Processing Elements)(1510A-H)를 위한 제어부 역할을 하는 것이다. 동작 시, PPE(1550)는 상승작용 처리 요소(1510A-H)의 작업을 스케줄링 하고 그 처리를 모니터링 하면서 작업 큐(job queue)을 유지한다. 결국, 각각의 상승작용 처리 요소(1510A-H)는 작업을 가져오는 역할을 하는 커널을 구동하고 PPE(1550)와의 동기화를 통해 그것을 실행한다.
각 상승작용 처리 요소 (SPE)(1510A-H)는 각각의 상승 작용 처리 유닛 (SPU)(1520A-H), 각각의 다이나믹 메모리 접근 제어부(DMAC)를 가지는 각각의 메모리 플로우 제어부 (MFC)(1540A-H), 각각의 메모리 관리 유닛 (MMU), 그리고 버스 인터페이스 (미도시)를 포함한다. 각각의 SPU(1520A-H)는 3.2 GHz로 동작하는 RISC 프로세서이며 원칙적으로 4 GB까지 확장 가능한 256kB 지역 RAM(1530A-H)을 포함한다. 각 SPE는 이론적 25.6 GFLOPS의 단일 정밀 성능(single precision performance)을 제공한다. SPU는 네 개의 단일 정밀 부동 소수점 수, 4개의 32 비트 수, 8개의 16 비트 정수, 또는 16개의 8 비트 정수 상에서 동작 할 수 있다. 동일한 클럭 사이클에서, 메모리 동작도 수행할 수 있다. SPU(1520A-H)는 시스템 메모리 XDRAM(1426)을 직접 접근하지 않으며; SPU(1520A-H)에 의해 형성된 64 비트 주소는 DMA 제어부(1542A-H)가 구성요소 상호연결 버스(1580) 또는 메모리 제어부(1560)를 통해 메모리에 접근하도록 지시하는 MFC(1540A-H)로 전달된다.
구성요소 상호연결 버스 (EIB)(1580)는 상위 프로세서 구성요소들, 즉 PPE(1550), 메모리 제어부(1560), 듀얼 버스 인터페이스(1570A, B) 및 8개의 SPE들(1510A-H) 등 전체 12 개의 참여 요소들을 연결하는 셀 프로세서(1428)에 대한 내부 논리적 순환형 통신 버스이다. 참여 요소들은 클럭 사이클 단위로 8 바이트의 속도로 버스를 통해 동시에 읽고 쓸 수 있다. 상술한 바와 같이, 각 SPE(1510A-H)는 긴 읽기 쓰기 시퀀스를 스케줄링 하기 위한 DMAC(1542A-H)을 포함한다. EIB는 시계방향과 반 시계방향 각각에 두 개씩 네 개의 채널로 구성된다. 결과적으로 12개의 참여 요소들에 대해, 어떤 두 개의 참여 요소 사이에서 가장 긴 단계적 데이터 흐름은 적절한 방향으로 6 단계이다. 그러므로, 12개의 슬롯을 위한 논리적 피크 순간 EIB는 참여 요소들 사이의 중재를 통한 완전 가동 상황에서 클럭 당 96B이다. 이는 3.2GHz 클럭 속도에서 307.2GH/s (초당 기가바이트) 의 이론적 피크 대역폭과 같다.
메모리 제어부(1560)는 램버스 사에 의해 개발된 XDRAM 인터페이스(1562)를 포함한다. 메모리 제어부는 25.6 GB/s의 논리적 피크 대역폭을 가지는 램버스 XDRAM(1426)과 상호 동작한다.
듀얼 버스 인터페이스(1570A, B)는 램버스 플랙스아이오 (Rambus FlexIO®) 시스템 인터페이스(1572A, B)를 포함한다. 인터페이스는 다섯 개의 인바운드 패스와 일곱 개의 아웃바운드 패스를 가지는 각각 8 비트 너비의 12 채널로 편성된다. 이는 제어부(170A)를 통한 셀 프로세서와 I/O 브릿지(700) 그리고 제어부(170B)를 통한 현실 시뮬레이터 그래픽 유닛(200)사이에 62.4 GB/s (36.4 GB/s 아웃바운드, 26 GB/s 인바운드)의 이론적 피크 대역폭을 제공한다.
셀 프로세서(1428)에 의해 현실 시뮬레이터 그래픽 유닛(1430)으로 전송된 데이터는 일반적으로 꼭지점을 그리기 위한 일련의 명령 시퀀스인 표시 리스트로 구성되며, 다각형에 질감을 적용하고, 조명 상태를 정의한다.
도 24는 한 실시예에 따라 컨트롤러의 3차원 위치를 판단하기 위해 싱글핸드 컨트롤러가 연산 시스템과 통신하는 방법을 설명하는 흐름도를 보여준다. 902 과정에서는 LCD와 같은 표시부에 그래픽 사용자 인터페이스가 도시된다. 904 과정에서는 표시부 앞 캡처 영역에서 이미지 데이터 캡처된다. 예를 들면, 도 1의 이미지 캡처 장치(106) 캡처 영역(118)에서 이미지 데이터를 캡처하는데 사용된다. 한 실시예에서 이미지 캡처 장치(106)는 디지털 비디오카메라가 될 수 있다.
906 과정에서는 캡처된 이미지에 기초하여 컨트롤러의 2 차원 위치가 확인된다. 예를 들면, 이미지 데이터는 도 20의 연산 시스템(700)의 이미지 처리 모듈 내에 수용되고, 실행되는 프로그램들 중 어느 하나가 도 1을 참조하여 상술된 바와 같이 컨트롤러의 수평 및 수직 위치를 판단한다.
클럭 동기화 과정(908)은 연산 시스템과 컨트롤러 사이 초음파 통신의 각 단자에 있는 클럭들을 동기화하기 위해 수행된다. 910 과정에서는 표시부 주변의 위치와 컨트롤러가 있는 위치 사이 일 방향 사운드 통신이 캡처된다. 한 실시예에 있어서, 사운드는 컨트롤러에서 발신되고 연산 시스템의 사운드 수신기에 의해 수신된다. 다른 실시예에서는 사운드가 연산 시스템 위치에서 발신되고 컨트롤러에 의해 수신된다.
912 과정에서는 캡처된 사운드 통신이 클럭 동기화 정보와 함께 캡처 영역 내 세 번째 차원의 컨트롤러 위치를 연산하는데 사용된다. 세 번째 차원의 위치는 사운드 캡처 장치에서 컨트롤러까지의 거리나 도 2d를 참조하여 상술한 바와 같이 캡처 영역 내 컨트롤러의 심도가 될 수 있다.
실시예들은 현실 세계 사용자를 더 쉽게 확인하고 아바타 활동이나 장면을 지시하는 심도 데이터를 캡처하는 방법을 포함할 수 있다. 물체는 사람이 들고 있거나 사람 손 안에 있는 어떠한 것도 될 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들은 사용자들에게 실시간 인터랙티브 게임 경험들을 제공한다. 예를 들면, 사용자들은 실시간으로 컴퓨터가 생성한 여러 물체들과 상호작용할 수 있다. 나아가, 영상 장면들은 사용자의 게임 경험을 향상시키기 위해 실시간으로 변경될 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터에 의하여 생성된 의상들은 사용자의 옷 위에 삽입될 수 있고, 컴퓨터가 생성한 광원들은 비디오 장면 내에서 가상 그림자를 비추기 위해 사용될 수 있다. 이에, 본 발명의 실시예들과 심도 카메라를 사용해서, 사용자들이 그들의 거실 내에서 인터랙티브한 게임 환경을 경험할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 분산 영상 처리(distributed image processing) 구성을 수용한다. 예를 들면, 본 발명은 CPU또는 CPU와 하나의 다른 요소에서와 같이 하나 또는 두 개의 장소들까지에서 일어나는 표시 영상 처리(display image processing)와 포착된 이미지로 한정되지 않는다. 예를 들면, 입력 이미지 처리는 처리를 수행할 수 있는 연관된 CPU, 프로세서 또는 장치에서 곧바로 이루어질 수 있다. 본질적으로 모든 이미지 처리는 상호 연결된 시스템 전반에 거쳐 분산될 수 있다. 그러므로 본 발명은 특정 이미지 하드웨어 회로 및/또는 소프트웨어로 한정되지 않는다. 본 명세서에 서술된 실시예들은 일반적인 하드웨어 회로 및/또는 소프트웨어의 특정 조합이나 처리 구성요소들에 의해 실행되는 명령어들의 특정 근원지로 한정되지 않는다.
상기 실시예들을 염두에 둘 때, 본 발명이 컴퓨터 시스템들에 저장된 데이터를 포함하고, 컴퓨터에서 구현되는 다양한 운용들을 사용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 운용들은 물질적 질량의 물질적 조종을 필요로 하는 운용들을 포함할 수 있다. 필수는 아니지만 대체로, 이러한 질량들은 저장되고, 전송되고, 조합되고, 비교되고, 조종될 수 있는 전자 또는 자기 신호의 형태를 가진다. 나아가, 조종하는 방법은 주로 제작, 식별, 판단, 비교 등의 용어들로 표현된다.
상술된 발명은 휴대용 장치들, 마이크로프로세서 시스템들, 마이크로프로세서 기반 또는 프로그램 가능한 소비자 가전들, 미니컴퓨터, 메인프레임컴퓨터 등과 같은 다른 컴퓨터 시스템 구조들과 함께 실행될 수 있다. 본 발명은 또한, 통신 네트워크를 통해 링크된 원격 처리 장치들에 의해 태스크(task)가 처리되는 분산 연산 환경들에서 시행될 수 있다.
또한 본 발명은 컴퓨터 판독 가능한 매체에 있는 컴퓨터 판독 가능한 코드로 구체화될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 전자파기를 포함하는 컴퓨터 시스템에 의해 판독될 수 있는 데이터를 저장할 수 있는 데이터 저장 장치이다. 컴퓨터 판독가능 매체의 예로는 하드 드라이브, 네트워크에 접속하는 저장 장치(network attached storage; NAS), 판독 전용메모리, 랜덤 액세스 메모리, CD-ROM, CD-R, CD-RW, 자기 테이프, 및 다른 광학 및 비광학 데이터 저장 장치들이 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 네트워크에 연결된 컴퓨터 시스템에서 분산될 수 있어서, 컴퓨터 판독가능 코드가 분산 방식으로 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 명확한 이해를 위해 어느 정도 상세하게 설명되었지만, 특정 변형물들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 시행될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예들은 제한하기 위한 것이 아닌 일례로 소개되었다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 설명들로 한정되지 않으며, 첨부된 청구항들의 범위와 균등물들 내에서 변경 가능하다.
특정 순서에 따라 방법 동작들이 설명되었지만, 동작들 사이 다른 간접 관리 동작(housekeeping operation)들이 수행될 수 있고, 동작들이 약간은 다른 시간에발생하도록 조정되거나, 오버레이 과정들의 처리가 원하는 방식으로 수행되기만 한다면, 처리 과정과 연관된 다양한 간격들에서 처리되도록 하는 시스템에서 분산될 수 있다는 점을 이해해야 한다.
본 발명은 명확한 이해를 위해 어느 정도 상세하게 설명되었지만, 특정 변형물들이 첨부된 청구항들의 범위 내에서 시행될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예들은 제한하기 위한 것이 아닌 일례로 소개되었다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 설명들로 한정되지 않으며, 첨부된 청구항들의 범위와 균등물들 내에서 변경 가능하다.

Claims (30)

  1. 연산 시스템 내 컴퓨터 프로그램과 사용자 손에 들린 컨트롤러 사이의 통신을 성립하는 방법으로,
    표시부 앞 캡처 영역(capture area)에서 이미지 데이터를 캡처하는 과정과,
    상기 표시부 근처 위치와 상기 컨트롤러가 있는 위치 사이의 일 방향 사운드 통신(sound communication)을 캡처하는 과정을 포함하고,
    상기 이미지 데이터를 캡처하는 과정은,
    상기 캡처 영역 내에 있는 상기 컨트롤러의 2 차원 위치를 확인하도록 설정되고,
    상기 사운드 통신은,
    상기 캡처 영역 내에 있는 상기 컨트롤러의 3 차원 위치를 연산하는 과정에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 컨트롤러의 2 차원 위치를 확인하는 과정은,
    상기 이미지 데이터 내, 상기 컨트롤러와 연관되는 구 모양(spherical shape)을 검출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 캡처 된 이미지 데이터는,
    RGB(red-green-blue; RGB) 픽셀 이미지 데이터, 흑백 픽셀 이미지 데이터 및 적외선 데이터 중 어느 하나에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 일 방향 사운드 통신을 캡처하기 전에 상기 일 방향 사운드 통신의 양단 사이의 클럭들(clocks)을 동기화하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 일 방향 사운드 통신은,
    상기 컨트롤러에 있는 상기 사운드 통신의 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 일 방향 사운드 통신은,
    상기 표시부 근처 상기 위치에 있는 상기 사운드 통신의 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 표시부 근처 위치와 제 2 컨트롤러가 있는 위치 사이의 일 방향 사운드 통신을 캡처하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 3 차원 위치를 연산하는 과정은,
    상기 표시부 근처 상기 위치에서 상기 컨트롤러가 있는 상기 위치까지의 거리를, 상기 일 방향 사운드 통신 속 상기 사운드의 이동 시간(time travel)에 기초하여 산출하는 과정과,
    상기 캡처 영역 내 심도를, 상기 거리에 기초하여 산출하는 과정을 더 포함하고,
    상기 심도는,
    상기 2 차원 위치의 두 차원(dimension)들 모두에 대하여 수직인 값(orthogonal measure)인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 표시부의 그래픽 사용자 인터페이스에 상기 2 차원 위치와 상기 3 차원 위치에 기초한 물체를 표시하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 컴퓨터 프로그램과 컨트롤러 사이의 통신을 성립하는 시스템으로,
    표시부 앞 캡처 영역 내에서 이미지 데이터를 캡처하는 이미지 캡처 장치(image capture device)와,
    상기 캡처 영역 내에서 사운드 데이터를 캡처하는 사운드 캡처 장치(sound capture device)와,
    상기 컴퓨터 프로그램을 실행하고, 상기 표시부, 상기 이미지 캡처 장치 및 상기 사운드 캡처 장치에 연결되는 연산 시스템을 포함하고,
    사용자의 한 손에 들린 상기 컨트롤러는,
    제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하는 본체와,
    상기 제 1 단부 근처에 있는 그립 영역(grip area)와,
    상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이로 정의되는, 상기 연산 시스템으로 전송 될 입력 데이터를 입력하기 위한 입력 패드와,
    상기 제 2 단부에 위치하는 것으로 정의되는, 상기 이미지 캡처 장치에 의한 이미지 인식 과정을 용이하게 하기 위한 구형 종류의 섹션(spherical-type section)과,
    상기 제 2 단부 근처에 위치하고, 상기 사용자에 의해 들려있을 때 상기 사용자로부터 멀어지도록 향하고, 상기 사운드 캡처 장치와의 일 방향 사운드 통신을 위해 설정된 사운드 발생 장치(sound emitting device)와,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    상기 캡처 된 이미지 데이터에 기초하여 상기 컨트롤러의 2 차원 위치와 상기 캡처 된 사우드 데이터에 기초하여 상기 컨트롤러의 3 차원 위치를 확인하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 구형 종류의 섹션은, 역반사 영역(retro-reflective area)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 구형 종류의 섹션은, 상기 캡처 된 이미지 데이터 내 상기 구형 종류의 섹션 위치를 확인하는 과정을 보조하는 미리 정해진 색상을 가진 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 구형 종류의 섹션 내부에 광원을 더 포함하고,
    상기 구형 종류의 섹션은, 반투명(translucent)하고,
    상기 광원은, 상기 구형 종류의 섹션을 조명하여 상기 캡처 된 이미지 데이터 내 상기 구형 종류의 섹션을 확인하는 과정을 보조하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 광원은, 적외선 광원을 포함하고,
    상기 이미지 캡처 장치는 적외선 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 이미지 캡처 장치는, 가시 스펙트럼 카메라(visible-spectrum camera)를 더 포함하고,
    상기 적외선 카메라 및 상기 가시 스펙트럼 카메라로부터의 상기 이미지 데이터들은, 상기 2 차원 위치를 확인하는 과정에서 조합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 컨트롤러 내에 마이크와,
    상기 컨트롤러와 같이 설정된 제 2 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 제 2 컨트롤러의 위치는,
    상기 컴퓨터 프로그램에 의하여 확인되고,
    상기 컨트롤러 및 상기 제 2 컨트롤러는,
    상기 연산 시스템으로 전송되는, 상기 컨트롤러와 상기 제 2 컨트롤러 사이의 거리를 판단하는데 사용되기 위한 양 방향 사운드 통신을 위해 설정되고,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    상기 컨트롤러들 사이의 상기 판단된 거리를 상기 컨트롤러들의 상기 3 차원 위치들을 확인하는 과정에서 사용하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 컨트롤러와 상기 제 2 컨트롤러는,
    연속으로 종단적 차원(longitudinal dimension)을 따라 물리적으로 연결되고,
    상기 컨트롤러들 모두는,
    상기 컴퓨터 프로그램으로 추적되고,
    상기 컨트롤러들의 상기 확인된 위치들은,
    정확성을 향상시키기 위해 조합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 컨트롤러들의 단부들 사이에 위치하는 것으로 정의되는, 연결을 가능하게 하는 아답터(adapter)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 컨트롤러 및 상기 제 2 컨트롤러는,
    종단적 차원을 따라 평행하게 물리적으로 연결되고,
    상기 컨트롤러들을 연결하는데 플레이트가 사용되어서, 양 손에 들려질 수 있는 통합된 컨트롤러 디자인을 형성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제 10항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템에 연결된 스피커를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    컨트롤러 사운드 캡처 장치를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러와 상기 컴퓨터 시스템은,
    상기 스피커와 상기 컨트롤러 사운드 캡처 장치를 통해 역 일 방향 사운드 통신(inverse one-way sound communication)을 성립하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제 10항에 있어서,
    상기 3 차원 위치를 확인하는 과정은,
    상기 일 방향 사운드 통신의 이동 시간(time of flight)과 위상 정합성(phase coherence)를 측정하여 상기 3 차원 위치의 심도 값을 산출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제 10항에 있어서,
    상기 입력 패드는,
    상기 입력 패드의 서로 다른 버튼 설정들을 수용하기 위해 탈착 가능한 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제 10항에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    상기 캡처된 이미지 데이터 내 사용자 두부의 위치나 상기 캡처된 이미지 데이터 내 사용자 몸통 위치를 검출함으로써, 사용자 움직임을 추적하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제 10항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    액션에 영향을 주는 과정에서(in impact an action) 상기 컴퓨터 프로그램으로 전달되는, 상기 컨트롤러의 관성 액티비티(inertial activity)를 추적하는 관성 분석기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제 10항에 있어서,
    상기 사운드 발생 장치는,
    상기 컨트롤러 내에 음향 챔버를 더 포함하고,
    상기 음향 챔버는 하나 이상의 방향들로 사운드가 향하게 하고, 상기 하나 이상의 방향들에서 사운드를 수신하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 제 10항에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    상기 캡처된 이미지 데이터와 상기 캡처된 사운드 데이터 중 일부를 샘플링하고,
    상기 컨트롤러의 상기 위치를 확인하는 상기 과정 중에 상기 샘플링 된 데이터를 조합하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 컴퓨터 프로그램과 컨트롤러 사이의 통신을 성립하는 시스템으로,
    표시부 앞 캡처 영역을 마주하는 제 1 발광 소자 세트 및 제 2 발광 소자 세트와;
    상기 캡처 영역 내에서 사운드 데이터를 캡처하는 사운드 캡처 장치와;
    상기 표시부 및 상기 사운드 캡처 장치에 연결되는, 상기 컴퓨터 프로그램을 실행하는 연산 시스템을 포함하고,
    사용자의 한 손에 들린 상기 컨트롤러는,
    제 1 단부 및 제 2 단부를 구비하는 본체와,
    상기 제 1 단부 근처에 있는 그립 영역(grip area)과,
    상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이로 정의되는, 상기 연산 시스템으로 전송 될 입력 데이터를 입력하기 위한 입력 패드와,
    상기 제 2 단부 근처에 위치하는, 상기 제 1 발광 소자 세트 및 상기 제 2 발광 소자 세트가 위치한 영역의 이미지 데이터를 캡처하는 이미지 캡처 장치와,
    상기 제 2 단부 근처에 위치하고, 상기 사용자에 의해 들려있을 때 상기 사용자로부터 멀어지도록 향하고, 상기 사운드 캡처 장치와의 일 방향 사운드 통신을 위해 설정된 사운드 발생 장치와,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    상기 캡처 된 이미지 데이터에 기초하여 상기 컨트롤러의 2 차원 위치와 상기 캡처 된 사우드 데이터에 기초하여 상기 컨트롤러의 3 차원 위치를 확인하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 캡처된 이미지 데이터를 상기 연산 시스템으로 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 27항에 있어서,
    상기 컨트롤러 내 프로세서는,
    상기 캡처된 이미지 데이터에 기초하여 상기 컨트롤러의 위치를 산출하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 산출된 위치를 상기 연산 시스템으로 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때 연산 시스템 내 컴퓨터 프로그램과 사용자의 손에 들린 컨트롤러 사이의 통신을 성립하는, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 내장된 컴퓨터 프로그램으로,
    상기 컴퓨터 프로그램은,
    표시부 앞 캡처 영역에서 이미지 데이터를 캡처하는 과정을 위한 프로그램 명령어들과,
    상기 표시부 근처 위치와 상기 컨트롤러가 있는 위치 사이의 일 방향 사운드 통신(sound communication)을 캡처하는 과정을 위한 프로그램 명령어들을 포함하고,
    상기 이미지 데이터를 캡처하는 과정은,
    상기 캡처 영역 내에 있는 상기 컨트롤러의 2 차원 위치를 확인하도록 설정되고,
    상기 사운드 통신은,
    상기 캡처 영역 내에 있는 상기 컨트롤러의 3 차원 위치를 연산하는 과정에 사용되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
KR1020107029778A 2008-05-30 2009-04-30 영상 분석 및 초음파 통신을 사용하여 컨트롤러의 3 차원 위치 판단 KR101308642B1 (ko)

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US12/145,455 2008-06-24
PCT/US2009/042416 WO2009146234A1 (en) 2008-05-30 2009-04-30 Determination of controller three-dimensional location using image analysis and ultrasonic communication

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