KR20150001752A

KR20150001752A - 다중 로컬 포스 피드백을 이용하여 전역 6자유도 모션 효과를 렌더링하는 방법

Info

Publication number: KR20150001752A
Application number: KR1020147028570A
Authority: KR
Inventors: 파비앙 다니오; 줄리앙 플뢰로; 필리쁘 기요텔; 니꼴라 몰렛; 아나똘르 르뀌에
Original assignee: 톰슨 라이센싱
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2015-01-06
Also published as: CN104272365B; US20150061847A1; WO2013153086A1; JP2015515691A; US9717997B2; CN104272365A; JP6005254B2; EP2836991A1

Abstract

본 발명은 시뮬레이팅된 6자유도 운동을 제공하기 위해 햅틱(haptic) 디바이스를 위한 포스 피드백 데이터를 자동으로 생성하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 시뮬레이팅될 운동에 대응하는 3차원 가속도 컴포넌트가 결정된다. 시뮬레이팅될 운동에 대응하는 3차원 속도 컴포넌트가 결정된다. 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들을 제어하기 위한 제어 신호들이 결정되는데, 여기서 각각의 3개의 포스 피드백 디바이스들은 서로에 연관된 고정 포인트에 3차원 포스 효과를 제공하고, 3개의 포스 피드백 디바이스들은 서로에 대하여 정의된 위치들에 배치되며, 3개의 고정 포인트들은 기하학적 평면을 정의한다.

Description

다중 로컬 포스 피드백을 이용하여 전역 6자유도 모션 효과를 렌더링하는 방법{METHOD TO RENDER GLOBAL 6 DOF MOTION EFFECT WITH MULTIPLE LOCAL FORCE-FEEDBACK}

본 발명은 시뮬레이팅된 6자유도(6-DoF: six degrees of freedom) 운동을 햅틱(haptic) 디바이스에 제공하기 위해 포스 피드백(force feedback) 데이터를 자동으로 생성하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.

모션 시뮬레이터는 청취 구성원(audience member)이 모션을 느끼게 하도록 설계된 공지된 디바이스들이다. 그것들은 교육용 운전 또는 비행 시뮬레이터로서 주로 사용된다. 그들의 대부분은 Stewart의 플랫폼에 기초한다(2000년 1월, B. Dasgupta의 "The Stewart platform manipulator: a review", Mechanism and Machine Theory, 제35호, Issue 1, 페이지 15 내지 40). 그것은 6개의 유압실린더의 도움으로 움직이는 6자유도(6-DoF) 플랫폼이다. 6자유도 플랫폼은 3개의 방향에서 움직이는데, 예를 들어, 수평면에서의 2개의 방향 및 수직축을 따라서의 운동 방향으로 움직인다. 또한, 이러한 3개의 방향들을 중심으로 회전이 수행된다. 기본적으로 모션 시뮬레이터는 특히 시청각적인 체험을 향상시키는데 사용될 수 있는 이러한 일종의 플랫폼에 부착된 좌석이다. 여기서, 좌석은 청취 구성원이 영화를 시청하는 동안 그의 체험을 향상시키기 위해 움직인다. 이러한 시스템은 놀이 공원 또는 "4D 영화관"에서 주로 사용되지만, 엔드 사용자(end-user) 소비자를 위해 설계된 것은 거의 없다.

또한 엔드 사용자 거실에 전용으로 설치된 4개의 액추에이터들에 배치된 편안한 의자들은 당해 분야에 공지되어 있다. 이러한 좌석들은 시청각 콘텐츠 시청 및 소비자 애플리케이션에 3자유도(피치(pitch), 롤(roll) 및 히브(heave))를 가능하게 한다. 3자유도는 수직축을 따라서의 운동(히브) 및 2개의 수직 수평축들 중심으로의 회전(피치 및 롤)이다. 그러나 이러한 의자들은 아직 비싸고, 3자유도만을 렌더링하며 여전히 Stewart의 플랫폼에 기초한다.

저침습적인 방법으로서, WO2011/032937에서 개시된 바와 같이 모션의 느낌은 포스 피드백 디바이스에 의해 또한 유발될 수 있다. 사용자의 손에 힘을 가하면, 시스템은 포스 피드백을 이용하여 모션의 일루젼(illusion)을 생성한다. 인터페이스가 손을 당기면서 사용자는 앞으로 움직이는 것을 느낀다.

많은 포스 피드백 디바이스들이 사용자와의 로컬 상호작용을 가능하도록 하기 위해 제안되었다. 전형적으로, 3자유도 포스 피드백 디바이스들은 3개의 수직축을 따라 포스 효과를 제공할 수 있다. 도 1은 3자유도 포스 피드백 디바이스(1)의 예를 도시한다. 그것은 비교적 저렴하고 대량 판매 시장을 위해 설계된다. 그것은 3차원 포스가 적용되도록 고정 포인트(2)로서 작동하는 손잡이를 갖는다. 또한 다른 3자유도 디바이스들이 존재한다.

2010년, A. Shah, S. Teuscher, E. McClain, 및 J. Abbott의 “How to build an inexpensive 5-DOF haptic device using two novint falcons,” Haptics: Generating and Perceiving Tangible Sensations, 페이지 136내지 143에서, 도 2에 개시된 바와 같이 하나의 5자유도 포스 피드백 시스템을 제공하기 위해 서로 연결된 2개의 3자유도 포스 피드백 디바이스(1)를 개시한다. 각각의 디바이스의 손잡이(2)는 스타일러스(3)로 링크된다. 이러한 방법으로 스타일러스(3)는 3개의 수직축을 따라 조종되고 이러한 축들 중 2개의 축을 중심으로 회전된다.

6자유도 상호작용을 렌더링하는 것과 동일하게 동작하기 위한 저비용 디바이스 및 방법을 제안하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명에 따라, 햅틱 디바이스를 위한 포스 피드백 데이터를 자동으로 생성하기 위한 방법이 개시된다. 포스 피드백을 제공함으로써 6자유도 운동이 시뮬레이팅된다. 제1 단계는 시뮬레이팅될 운동에 대응하는 3차원 가속도 컴포넌트를 결정하는 것을 포함한다. 제2 단계는 시뮬레이팅될 운동에 대응하는 3차원 각속도 컴포넌트를 결정하는 것을 포함한다. 제3 단계는 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들을 제어하기 위한 제어 신호들을 결정하는 것을 포함한다. 각각의 3개의 포스 피드백 디바이스들은 연관된 고정 포인트를 갖고 그것의 고정 포인트에 대한 3개의 수직 축들을 따라 포스 효과를 제공한다. 3개의 포스 피드백 디바이스들은 서로에 대하여 정의된 위치들에 배치되고 3개의 고정 포인트들은 기하학적 평면을 정의한다. 따라서, 고정 포인트들은 공면(coplanar) 방식으로 배치되지만, 일직선상에 있지 않는다. 본 발명에 따른 방법은 6자유도 운동이 저비용 장비를 이용하여 시뮬레이팅된다는 장점을 갖는다. 3자유도 포스 피드백 디바이스들은 소비자 전자 시장에서 이용가능하고 이러한 애플리케이션들을 합리적인 가격에 이용가능하다.

바람직하게, 3차원 가속도 컴포넌트 및 3차원 각속도에 따른 각각의 고정 포인트들의 3차원 변위가 결정되는데, 이것은 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들을 제어하는 제어 신호들을 결정하기 위한 기초이다. 이것은 각 운동이 독립형 디바이스로서 3차원 운동을 제공할 수만 있는 디바이스들을 이용하여 시뮬레이팅된다는 장점을 갖는다.

바람직하게, 스케일링 인수가 결정된다. 스케일링 인수는 3차원 변위를 스케일링하여 포스 피드백 디바이스의 작업 공간이 잘 활용되도록 하는데 사용된다. 스케일링 인수는 3차원 변위 값들이 결정된 이후에 결정되고, 이것은 시뮬레이팅될 전체 시퀀스에 적용가능하다. 따라서, 이러한 전체 시퀀스에 대한 최대 변위가 알려지고 스케일링 인수가 결정되어 작업 공간은 적어도 포스 피드백 디바이스들의 1차원에서 완전히 사용된다. 또 다른 해결책은 3차원 변위에 연속적으로 스케일링 인수를 적용하는 것이다. 이것은 특정 시간에 따른 3차원 변위의 적분으로 수행된다. 포스 피드백 디바이스들의 3차원 작업공간을 최적으로 이용하고 동시에 상이한 방향들에서 결정된 변위들 간의 비율을 보존하는 스케일링을 위한 및 상이한 포스 피드백 디바이스들을 위한 다른 규칙들이 적용가능하다.

바람직하게, 포스 피드백 디아비스들은 의자의 좌측 팔걸이, 우측 팔걸이 및 머리 받침대에 각각 위치된다. 따라서, 3개의 고정 포인트들의 3차원 변위는 고정 포인트들이 의자의 좌측 팔걸이, 우측 팔걸이 및 머리 받침대에 각각 위치된다는 가정에 의해 결정된다. 그에 따라 정의된 고정 포인트들은 사용자의 왼팔, 오른팔 및 머리가 고정 포인트들 중 하나에 각각 접촉한 사용자에게 6자유도 운동의 일루젼을 제공한다.

바람직하게, 각각의 고정 포인트의 3차원 변위는 골격 모델(skeleton model)에 기초한다. 또한, 시뮬레이팅될 운동은 영화 또는 게임 콘텐츠에 적어도 부분적으로 기초한다. 이것은 TV 또는 컴퓨터 앞의 의자에 앉아있는 사용자가 가전제품과 같이 용이하게 사용될 수 있는 저렴하고 편리한 디바이스에 의해 그가 시청하고 있는 시청각 콘텐츠에 동기화된 6자유도 운동의 일루젼을 얻는다는 장점을 갖는다.

본 발명의 또 다른 측면에 따라서, 6자유도 상호작용을 렌더링하기 위한 디바이스가 개시된다. 본 디바이스는 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들을 포함한다. 각각의 3개의 포스 피드백 디바이스들은 포스 효과를 3개의 수직축에 따라 고정 포인트에 제공한다. 3개의 포스 피드백 디바이스들은 서로에 대하여 정의된 위치들에 배치되고 3개의 고정 포인트들은 기하학적 평면을 정의한다. 따라서, 고정 포인트들이 공면 방식으로 배치되지만 일직선상에 있지 않는다. 포스 피드백 디바이스들의 정의된 위치들은 위치가 고정된다.

대안적으로, 포스 피드백 디바이스들의 정의된 위치들은 또한 시간에 따라 움직일 수 있을 것이고, 고정 포인트의 변위는 포스 피드백 디바이스의 변위 및 포스 피드백 디바이스에 관한 고정 포인트의 변위의 중첩된(superimposed) 운동이 된다. 또한, 고정 포인트들은 사용자가 하나의 고정 포인트 상에 각각의 발로 서고, 예를 들어, 제3 고정 포인트에 기대도록 배치된다. 3개의 고정 포인트들이 사용자에 접촉하고 기하학적 평면을 정의하는 임의의 다른 배치가 적용가능하다.

바람직하게, 디바이스는 의자에 통합되고, 포스 피드백 디바이스들 중 하나는 좌측 팔걸이, 우측 팔걸이 및 머리 받침대에 각각 통합된다.

바람직하게, 적어도 하나의 추가 포스 피드백 디바이스가 적어도 하나의 다리 받침대에 통합된다. 이것은 추가 자유도를 제공하지 않지만 사용자에게 제공되는 인공적인 6자유도 시뮬레이션을 지원한다. 이러한 방식으로, 신체의 주요 부분은 여전히 움직이지 않으면서 인체의 모든 원격 부분들이 인공적인 운동으로 시뮬레이팅된다. 발명자들은 공지된 6자유도 시뮬레이터들과 대조적으로, 사용자에게 6자유도 느낌을 생성하기 위해 전체의 신체를 움직일 필요가 없고, 다만 적어도 3개의 신체의 원격 부분들을 움직이는 것이 이러한 목적을 위해 충분하다는 것을 발견했다.

바람직하게, 본 디바이스는 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들의 고정 포인트들의 운동들이 3개의 고정 포인트들 간에 고정된 오브젝트에 6자유도 운동을 제공하는 방식으로, 서로 의존하는 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들을 제어하기 위한 제어 신호들을 생성하는 제어 유닛을 포함한다. 3개의 고정 포인트들 간에 고정된 오브젝트는 임의의 오브젝트일 수 있고, 또한 구체적으로 인간일 수 있다. 또한, 추가 포스 피드백 디바이스들은 고정 포인트들의 수를 증가시키고 그에 따라 6자유도 운동의 일루젼을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.

더 나은 이해를 위하여, 본 발명은 이제 도면들을 참조하여 다음 설명에서 더 상세하게 설명될 것이다. 본 발명은 이러한 예시적인 실시예에 제한되지 않으며 또한 명시된 특징들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 편의상 결합 및/또는 수정될 수 있다.

도 1은 3자유도 포스 피드백 디바이스를 도시한다.
도 2는 2개의 3자유도 디바이스들로 조립된 5자유도 포스 피드백 시스템을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 6자유도 포스 피드백 시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 6자유도 포스 피드백 시스템의 개략도를 도시한다.
도 5는 골격 모델을 도시한다.
도 6은 모션 데이터 추출, 햅틱 렌더링 및 포스 피드백 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 시스템의 개략도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 특정 실시예에 따라, 도 3의 6자유도 포스 피드백 시스템을 제어하도록 구성된 제어 유닛의 개략도를 도시한다.

도 1 및 도 2는 이미 상기 도입부에서 설명된다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예를 도시한다. 사용자는 의자(7)에 앉고 그의 머리/목(3)과의 3자유도 포스 피드백 디바이스(H) 및 사용자의 왼팔 및 오른팔(5)과의 2개의 추가 3자유도 포스 피드백 디바이스들(RA, LA)의 고정 포인트(2)에 각각 접촉한다. 도 3에서는, 간결성을 도모하기 위해 사용자의 오른팔(5) 및 의자의 우측 팔걸이(4)만이 도시된다. 사용자의 팔(5)은 포스 피드백 디바이스들(RA, LA)의 고정 포인트(2)의 운동을 사용자 팔(5)에 전송하는 팔걸이(4)에 놓인다. 대안적으로, 사용자의 팔(5)은 고정 포인트(2)를 직접 접촉할 수 있다. 사용자의 머리(3)를 움직이는 포스 피드백 디바이스(H)는 고정기(8)에 의해 의자(7)에 마운팅된다. 따라서, 실시예는 6자유도 전역 모션(3 x 3-DoF → 6-DoF)을 렌더링하기 위하여 3개의 3자유도 로컬 액추에이터들을 이용한다. 사용자 앞에서, 디스플레이 스크린(6)은 시청각 콘텐츠가 나타나는 곳에 배치된다. 도 3은 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)의 고정 포인트들(2)의 운동의 특정 실시예를 도시한다. 사용자들의 머리에 마운팅된 포스 피드백 디바이스(H)의 고정 포인트(2)의 운동은 화살표(10)로 나타낸다. 우측 팔걸이(4)에 마운팅된 포스 피드백 디바이스(RA)의 고정 포인트(2)의 운동은 화살표(11)로 나타낸다. 생성된 모션의 6자유도 일루젼은 곡선 화살표(9)로 나타낸다.

도 4는 다음에서 사용되는 상이한 표시에 대한 소개뿐만 아니라 시스템에 대한 개략적인 표현들도 소개된다.

본 시스템은 3개의 로컬 3자유도 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)이 사용자의 머리 뒤 및 사용자의 좌우 팔꿈치 아래에 각각 위치되어 이루어진다. 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)은 바람직하게 의자(도시 생략)의 머리 받침대, 좌측 팔걸이 및 우측 팔걸이에 위치된다. 사용자는 그의 앞에 위치된 디스플레이 스크린 상에 투영되는 영화를 시청하고 있는 동안 머리와 손(또는 팔)을 수동적으로 각각의 3자유도 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA) 위에 놓는다. 모션이 렌더링되지 않는다면, 3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)은 사용자의 머리, 오른팔 및 왼팔을 중앙 위치(G_H, G_RA, G_LA)에 각각 유지시킨다. 시청 시퀀스가 시작되고 모션이 렌더링된 후에, 각각의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)은 도 4에 도시된 3개의 박스들에 의해 개략적으로 나타낸 제한된 작업공간에서 신체의 상이한 연관 부분의 3자유도 모션들을 중첩시킨다. 작업공간은 각각의 방향에서 3자유도 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)의 최대 진폭(L)에 대응한다.

제안된 시스템은 청취 구성원들이 전역 6자유도 모션을 느끼도록 하는 것을 목표로 한다. 장면(scene)에서 관측된 주요 모션에 관한 일부 추가적인 정보를 이용하여 증강된 시청각 콘텐츠는 각각의 시간 t에 대하여 선형 가속도 a(t) = [a_x(t), a_y(t), a_z(t)]^T (중력 컴포넌트는 제거됨) 및 각속도 w(t) = [w_x(t), w_y(t), w_z(t)]^T로 설명된다. 6자유도 전역 모션은 a(t) 및 w(t)의 양에 의해 모델링된다.

사용자가 시청각 콘텐츠를 시청하는 동안, 3개의 로컬 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)은 a(t) 및 w(t)로 나타낸 전역 모션의 일루젼을 주기 위해 동기화된 방식으로 움직인다. 더 정확하게, 각각의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)은 신체의 상이한 부분들에서 느끼게 될 모션을 렌더링한다. 더 구체적으로 제1 포스 피드백 디바이스(H)는 머리 위치에서 느껴지는 모션을 렌더링할 것이고, 반면에 2개의 다른 포스 피드백 디바이스들(RA, LA)은 손에서 느껴지는 모션을 렌더링한다.

도 5는 원하는 신체 부분들에 대한 포스의 전달을 계산하기 위해 사용되는 신체 부분 및 관절들로 이루어진 일반화된 다관절 골격(poly-articulated skeleton)을 개시한다. 상기 설명된 경우에서, 그것은 손/팔 및 머리를 대상으로 한다. 추가적인 액추에이터가 고려된다면, 이러한 일반화된 골격은 그것들을 직접적으로 고려하게 한다.

골격의 제1 간소화된 구현은 손의 모션이 어깨의 운동과 동등하게 고려되는 리지드 바디(rigid body) 접근을 통하여 고려된다.

머리 및 흉부를 포함하는 신체의 상부는 회전하는 리지드 바디로서 고려되고, 여기서 각속도(또는 회전률)는 3차원 벡터 w(t)로 나타내며 G에서 표현된 가속도는 a(t)이다. 두 개의 양들은 모두 네비게이션 프레임 F_N에 연관될 것으로 고려되고 신체 프레임 F_B(G에서의 중앙)에서 표현된다.

머리(P_H)의 좌표 및 좌우 어깨들(P_LS, P_RS)의 좌표는 F_B에서 알 수 있다. 그러한 각각의 포인트들에서의 가속도는 다음 기계적인 관계(키네틱 토소(kinetic torsor)의 시간에 대한 미분)로 연산된다.

그 다음 3개의 로컬 액추에이터를 제어하기 위한 명령 규칙은 그들의 초기 및 중앙 위치 G_H, G_LA, G_RA로부터의 변위에 대하여 공식화된다.

여기서 G'_H, G'_LA 및 G'_RA는 인스턴트 t에서의 새로운 적용 포인트들이고, k_x, k_y, k_z는 3개의 액추에이터의 작업공간에서의 실제 모션을 맵핑하기 위한 스케일링 인수이다.

그러한 스케일링 인수들은 최적의 방식, 구체적으로 각각의 작업공간에서 (최종 렌더링에서 더 큰 진폭을 갖고 그에 따라 사용자들이 더 큰 느낌을 갖도록 하기 위해) 이용가능한 가장 큰 공간을 이용하면서 어느 포화를 피하기 위한 절충안을 찾는 방식으로 각각의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)의 작업공간을 이용하도록 결정된다.

그러한 스케일링 인수들을 결정하는 것은 3개의 상이한 액추에이터로 렌더링되는 각각의 가속도의 최대 진폭을 찾는 것을 포함하는 전처리 단계로 이루어진다. 그렇게 함으로써, 전체 시퀀스의 최대 진폭이 고려된다. 대안적으로, 스케일링 인수는 3차원 변위에 대해 연속적으로 적용된다. 이것은 특정 시간에 따른 3차원 변위의 적분으로 수행된다.

도 6은 본 발명에 따른 시스템의 개략도를 도시한다. 모션 데이터는 시청각 콘텐츠로부터 추출된다. 모델이 생성된다. 햅틱 효과가 렌더링되고 포스 피드백 디바이스를 제어하기 위한 제어 신호가 결정된다. 도 4에 따른 시스템은 이러한 제어 신호에 의해 제어되고 TV 스크린 전면에서 시청각 콘텐츠를 시청하는 사용자는 3개의 포스 피드백 디바이스들에 의해 통과하게 된다.

도 7은 시뮬레이팅된 6자유도 운동을 제공하는 햅틱 디바이스를 제어하도록 구성된 제어 유닛(7)의 하드웨어 실시예를 도시적으로 예시한다. 제어 유닛(7)은 또한 클럭 신호를 전송하는 데이터 및 주소의 버스(74)에 의해 함께 연결된 다음의 엘리먼트들을 포함한다.

하나 이상의 마이크로프로세서(71) (또는 CPU),

ROM(Read Only Memory) 타입(72)의 비휘발성 메모리,

랜덤 액세스 메모리 또는 RAM(73),

데이터(예를 들어 시청각 콘텐츠에 추가되고 상이한 시간 t에서의 선형 가속도 a(t) 및 각속도 w(t)에 관한 장면에서의 주요 모션을 나타내는 정보)를 수신하는데 적합한 인터페이스(75),

데이터(예를 들어 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들을 제어하기 위한 제어 신호)를 전송하는데 적합한 인터페이스(76),

MMI(Man Machine Interface) 인터페이스(38) 또는 사용자에 대한 정보 및/또는 데이터 또는 파라미터들의 입력을 디스플레이하도록 구성된 특정 애플리케이션을 포함한다.

메모리들(72, 73)의 설명에 사용된 단어 "레지스터"는 각각의 언급된 메모리들에서, 대용량(전체 프로그램, 또는 수신된 또는 브로드캐스팅될 데이터를 나타내는 데이터 전체 또는 일부 데이터를 저장할 수 있음)의 메모리 영역뿐만 아니라 저용량(일부 2진 데이터)의 메모리 영역을 가리킨다는 것을 유의하자.

메모리 ROM(72)은 특히 다음을 포함한다.

프로그램 'prog'(720).

본 발명에 명시된 방법의 단계들을 구현하고 이하에 설명된 알고리즘은 이러한 단계들을 구현하는 제어 유닛(7)과 연관된 ROM(72) 메모리에 저장된다. 전원이 공급되면, 마이크로프로세서(들)(71)는 이러한 알고리즘들의 명령어들을 로딩하고 실행한다.

랜덤 액세스 메모리(73)는 특히 다음을 포함한다.

레지스터(730)에서, 제어 유닛(7)을 스위칭하는 역할을 하는 마이크로프로세서(71)의 오퍼레이팅 프로그램,

3차원 가속도 컴포넌트를 나타내는 데이터(731),

3차원 속도 컴포넌트를 나타내는 데이터(732),

포스 피드백 디바이스들과 연관된 각각의 고정 포인트의 3차원 변위를 나타내는 데이터(733)를 포함한다.

인터페이스들(75, 76)은 무선 타입 및/또는 이더넷 타입이다.

물론, 본 발명은 전술된 실시예에 제한되지 않는다.

특히, 본 발명은 햅틱 디바이스를 위한 자동 생성 포스 피드백 데이터의 방법에 제한되지 않을 뿐만 아니라, 또한 이러한 방법을 구현하는 임의의 디바이스 및 그러한 햅틱 디바이스를 제어하도록 구성된 임의의 디바이스 및 특히 적어도 하나의 CPU에 포함되는 임의의 디바이스들로 확장된다. 햅틱 디바이스를 제어하기 위한 신호들을 생성하는데 필요한 계산들의 구현은 임의의 프로그램 타입, 예를 들어 CPU 타입 마이크로프로세서에 의해 실행될 수 있는 프로그램들에서 구현될 수 있다.

본 명세서에서 설명된 구현들은, 예를 들어, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림, 또는 신호에서 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의되었을지라도(예를 들어, 방법 또는 디바이스로서만 논의됨), 논의된 특징들의 구현은 또한 다른 형태들로 구현될 수 있다(예를 들어 프로그램). 장치는, 예를 들어 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어에서 구현될 수 있다. 본 방법은 예를 들어 컴퓨터, 마이크로프로세서, 직접 회로, 또는 프로그램 가능한 로직 디바이스를 포함하는 일반적인 프로세싱 디바이스들로 지칭하는 프로세서와 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서들은 또한 예를 들어, 컴퓨터, 셋톱 박스, 태블릿, 게임 콘솔과 같은 통신 디바이스들을 포함한다.

게다가, 본 방법은 프로세서에 의해 수행되는 명령어들로 구현될 수 있고, 그러한 명령어들(및/또는 구현에 의해 제작된 데이터 값들)은 예를 들어, 직접 회로, 소프트웨어 캐리어 또는, 예를 들어 하드 디스크, CD(compact diskette), 광학 디스크(예를 들어, 디지털 다용도 디스크 또는 디지털 비디오 디스크로 흔히 지칭되는 DVD), RAM(random access memory), 또는 ROM(read-only memory)과 같은 다른 저장 디바이스와 같은 프로세서-판독가능 매체에 저장될 수 있다. 명령어들은 프로세서-판독가능 매체에서 확실히 실행되는 애플리케이션 프로그램을 형성할 수 있다. 명령어들은, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 또는 상호결합일 수 있다. 명령어들은, 예를 들어, 오퍼레이팅 시스템, 개별 애플리케이션, 또는 상기 2개의 상호결합에서 찾을 수 있다. 따라서, 프로세서는 예를 들어 프로세스를 수행하도록 구성된 디바이스 및 프로세스를 수행하는 명령어들을 갖는 프로세서-판독가능 매체(예를 들어, 저장 디바이스)를 포함하는 디바이스인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 프로세서-판독가능 매체는 명령어들 외에 또는 명령어들 대신에 구현에 의해 제작된 데이터 값들을 저장할 수 있다.

당해 분야에 속한 사람들에게 명백할 것으로서, 구현들은 예를 들어, 저장 또는 전송될 수 있는 정보들을 전달하도록 포매팅된(formatted) 다양한 신호들을 제작할 수 있다. 본 정보는, 예를 들어, 방법을 수행하기 위한 명령어들, 또는 설명된 구현들 중 하나에 의해 제작된 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호는 설명된 실시예의 신택스(syntax)를 작성 또는 판독하기 위한 규칙들을 데이터로서 전달하도록, 또는 설명된 실시예에 의해 작성된 실제 신택스 값들을 데이터로서 전달하도록 포매팅될 수 있다. 그러한 신호는, 예를 들어 전자기파(예를 들어, 스펙트럼의 무선 주파수 부분을 이용함)로서 또는 기저 대역 신호로서 포매팅될 수 있다. 포매팅은, 예를 들어, 데이터 스트림을 인코딩하고 인코딩된 데이터 스트림을 이용하여 캐리어를 변조하는 것을 포함할 수 있다. 신호가 전달하는 정보는, 예를 들어, 아날로그 또는 디지털 정보일 수 있다. 신호는 공지된 바와 같이 다수의 상이한 유선 또는 무선 링크를 통해 전송될 수 있다. 신호는 프로세서-판독가능 매체에 저장될 수 있다.

다수의 구현들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 상이한 구현들의 엘리먼트들이 다른 구현들을 제작하기 위해 결합, 보충, 수정, 또는 제거될 수 있다. 게다가, 통상의 기술을 가진 자는 다른 스트럭쳐 및 프로세스가 개시된 것들에 대해 대체될 수 있고 결과 구현들은 적어도 실질적으로 동일한 방식(들)에서 개시된 구현들과 같이 적어도 실질적으로 동일한 결과(들)를 성취하기 위해 적어도 실질적으로 동일한 기능(들)에서 수행될 것으로 이해할 것이다. 그에 따라, 이러한 및 다른 구현들은 이러한 애플리케이션에 의해 고려된다.

Claims

햅틱 디바이스를 위한 포스 피드백(force feedback) 데이터의 자동 생성 방법으로서,
상기 포스 피드백은 시뮬레이팅된 6자유도 운동을 제공하고,
상기 방법은,
시뮬레이팅될 운동에 대응하는 3차원 가속도 컴포넌트를 결정하는 단계;
상기 시뮬레이팅될 운동에 대응하는 3차원 속도 컴포넌트를 결정하는 단계; 및
3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)을 제어하기 위한 제어 신호들을 결정하는 단계 - 상기 각각의 3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)은 각각에 연관된 고정 포인트(2)에 3차원 포스 효과(10, 11)를 제공하고, 상기 3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)은 서로에 대하여 정의된 위치들에 배치되며, 상기 3개의 고정 포인트들은 기하학적 평면을 정의함 -
를 포함하는 것을 특징으로 하는 포스 피드백 데이터의 자동 생성 방법.
제1항에 있어서,
상기 3개의 포스 피드백 디바이스들을 제어하기 위한 제어 신호들을 결정하는 단계는 상기 3차원 가속도 컴포넌트 및 상기 3차원 각속도에 의존하여 각각의 고정 포인트의 3차원 변위를 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 포스 피드백 데이터의 자동 생성 방법.
제2항에 있어서,
상기 각각의 고정 포인트의 3차원 변위를 결정하는 단계는 상기 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)의 작업공간이 활용되도록 상기 결정될 3차원 변위들을 스케일링하기 위한 스케일링 인수들을 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 포스 피드백 데이터의 자동 생성 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 3개의 고정 포인트들(2)의 3차원 변위들은 상기 고정 포인트들(2)이 의자(7)의 좌측 팔걸이, 우측 팔걸이(4) 및 머리 받침대에 각각 위치된다는 가정 하에 결정되는 것을 특징으로 하는, 포스 피드백 데이터의 자동 생성 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각각의 고정 포인트(2)의 3차원 변위를 결정하는 단계는 골격 모델(skeleton model)에 기초하는 것을 특징으로 하는, 포스 피드백 데이터의 자동 생성 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시뮬레이팅될 운동은 영화 또는 게임 콘텐츠에 적어도 부분적으로 기초하는 것을 특징으로 하는, 포스 피드백 데이터의 자동 생성 방법.
제6항에 있어서,
상기 시뮬레이팅될 운동은 상기 영화 또는 게임 콘텐츠에 적어도 부분적으로 따라 제어되는, 포스 피드백 데이터의 자동 생성 방법
6자유도 상호작용을 렌더링하기 위한 디바이스로서,
상기 디바이스는 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)을 포함하고,
상기 각각의 3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)은 고정 포인트(2)에 3차원 포스 효과를 제공하고, 상기 3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)은 서로에 대하여 정의된 위치들에 배치되며, 상기 3개의 고정 포인트들(H, RA, LA)은 기하학적 평면을 정의하는
것을 특징으로 하는 6자유도 상호작용 렌더링 디바이스.
제8항에 있어서,
상기 디바이스는 의자(7)에 통합되고 상기 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA) 중 하나는 좌측 팔걸이, 우측 팔걸이(4) 및 머리 받침대에 각각 통합되는 것을 특징으로 하는, 6자유도 상호작용 렌더링 디바이스.
제9항에 있어서,
적어도 하나의 추가 포스 피드백 디바이스는 적어도 하나의 다리 받침대에 통합되는 것을 특징으로 하는, 6자유도 상호작용 렌더링 디바이스.
제9항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 디바이스는 상기 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)의 상기 고정 포인트들(2)의 운동이 상기 3개의 고정 포인트들(2) 간에 고정된 오브젝트에 6자유도 운동(9)을 제공하는 방식으로 서로 의존하는 상기 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)을 제어하기 위한 제어 신호들을 생성하는 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 6자유도 상호작용 렌더링 디바이스.
6자유도 운동 햅틱 디바이스를 제어하도록 구성된 제어 유닛으로서,
상기 제어 유닛은 적어도,
시뮬레이팅될 운동에 대응하는 3차원 가속도 컴포넌트를 결정하고;
상기 시뮬레이팅될 운동에 대응하는 3차원 속도 컴포넌트를 결정하며;
적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)을 제어하기 위한 제어 신호들을 생성하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
상기 각각의 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)은 각각에 연관된 고정 포인트(2)에 3차원 포스 효과(10, 11)를 제공하고, 상기 적어도 3개의 포스 피드백 디바이스들(H, RA, LA)은 서로에 대하여 정의된 위치들에 배치되는
것을 특징으로 하는 제어 유닛.
컴퓨터 프로그램 제품으로서,
상기 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법의 단계를 실행하기 위한 프로그램 코드의 명령어들을 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램 제품.