KR20150104338A - 헤드 마운트 디스플레이용 헤드 트래킹 바 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헤드(head) 움직임 인식이 가능한 헤드 마운트 디스플레이(HMD)용 헤드 트래킹 바에 관한 것으로, 특히 HMD에 탈부착 가능한 헤드 트래킹 바로서,
부착된 헤드 마운트 디스플레이의 상하(X축), 좌우(Y축), 앞뒤(Z축) 축 방향으로의 회전 각속도를 감지하기 위한 3축 자이로 센서와; 상기 헤드 마운트 디스플레이의 움직임에 따른 가속도를 감지하기 위한 가속도 센서와; 상기 헤드 마운트 디스플레이 주변의 자기장을 감지하기 위한 지자기 센서와; 상기 자이로 센서, 가속도 센서 및 지자기 센서를 통해 획득된 감지 데이터를 융합 연산처리 하여 상기 헤드 마운트 디스플레이의 이동 위치값을 계산하기 위한 제어부와; 상기 제어부에 의해 계산된 헤드 마운트 디스플레이의 이동 위치값을 상기 헤드 마운트 디스플레이에 영상 제공하는 외부 장치로 무선 송신하거나 상기 외부 장치로부터 요청 데이터를 수신하기 위한 무선 송수신부;를 포함함을 특징으로 한다.

Description

헤드 마운트 디스플레이용 헤드 트래킹 바{HEAD TRACKING BAR FOR HEAD MOUNT DISPLAY}

본 발명은 헤드 마운트 디스플레이(HMD)용 헤드 트래킹 바에 관한 것으로, 특히 헤드(head) 움직임 인식이 가능한 HMD용 헤드 트래킹 바에 관한 것이다.

헤드 마운트 디스플레이(HMD: Head Mounted Display) 장치는 주로 가상 현실감을 실현하기 위해 개발되었다. 양쪽 눈에 근접한 위치에 액정 등의 소형 디스플레이가 설치되어 시차를 이용한 입체 영상을 투영한다. 이용자의 머리를 향하고 있는 방향을 자이로 센서 등으로 검출, 움직임에 대응한 영상을 강조함으로써 3차원 공간에 있는 것 같은 체험이 가능하도록 한 것도 있다. 미국 매사추세츠 공과 대학(MIT)의 인공 지능(AI) 연구자 마빈 민스키(Marvin Minskey)가 1963년에 개발한 것이 최초의 것으로 알려져 있으며, 현재는 우주 개발, 원자로, 군사 기관 및 의료 기관에서 사용하기 위한 것과 업무용이나 게임용 등으로 개발 보급이 진행되고 있다.

HMD의 기술동향을 고려해 보면, 가상현실(Virtual Reality:VR)에 대한 연구가 활발히 진행되면서 수많은 헤드 마운트 디스플레이(HMD)가 보급되었으나 기대한 만큼의 보급이 이루어지지는 않았다. 하지만 HMD에 헤드 트래킹 기술을 접목한 제품이 출시되면서 VR에 대한 연구가 다시 주목받고 있다.

현재 VR 시장에서 화재가 되고 있는 제품은 바로 오큘러스 VR사의 "오큘러스 리프트(Oculus Rift)"이다. HMD 기술에 있어 일본 소니사의 HMD가 기술 선점하고 있었으나, 헤드 트래킹 기술을 접목한 오큘러스 리프트에 추월당하고 있는 상황이 연출되고 있다. 헤드 트래킹 기술을 접목한 오큘러스 리프트는 착용자가 바라보는 각도를 추적하여 응시하고 있는 곳의 영상을 보여줌으로서, 보다 생동감 있고 현실감 있는 영상 콘텐츠를 제공한다는 장점을 가진다.

이에 반하여 일반적으로 보급된 HMD는 헤드 트래킹 기술이 적용되고 있지 않기 때문에 이들의 활용성을 높이기 위한 방안이 요구된다.

이에 본 발명의 목적은 헤드 트래킹 기술이 적용되어 있지 않은 HMD에도 헤드 트래킹 효과가 얻어지도록 지원할 수 있는 헤드 트래킹 바(Head Tracking Bar)를 제공함에 있으며,

더 나아가 본 발명의 또 다른 목적은 기존 보급된 HMD에 손쉽게 탈부착되어 착용자가 바라보는 방향에 위치하는 영상화면의 제공이 이루어지도록 하여 기존 보급된 HMD의 활용도를 향상시킬 수 있는 HMD용 헤드 트래킹 바를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 HMD용 헤드 트래킹 바는 헤드 마운트 디스플레이(HMD)에 탈부착 가능한 장치로서,

부착된 헤드 마운트 디스플레이의 상하(X), 좌우(Y), 앞뒤(Z) 축 방향으로의 회전 각속도를 감지하기 위한 3축 자이로 센서와;

상기 헤드 마운트 디스플레이의 움직임에 따른 가속도를 감지하기 위한 가속도 센서와;

상기 헤드 마운트 디스플레이 주변의 자기장을 감지하기 위한 지자기 센서와;

상기 자이로 센서, 가속도 센서 및 지자기 센서를 통해 획득된 감지 데이터를 융합하여 상기 헤드 마운트 디스플레이의 이동 위치값을 계산하는 제어부와;

상기 제어부에 의해 계산된 헤드 마운트 디스플레이의 이동 위치값을 상기 헤드 마운트 디스플레이에 영상 제공하는 외부 장치로 무선 송신하거나 상기 외부 장치로부터 요청 데이터를 수신하기 위한 무선 송수신부;를 포함함을 특징으로 한다.

더 나아가 상기 헤드 마운트 디스플레이(HMD)용 헤드 트래킹 바는,

상기 외부 장치에 결합 가능한 부속품으로서, 상기 무선 송수신부로부터 상기 헤드 마운트 디스플레이의 이동 위치값을 수신하기 위한 USB 타입의 동글;을 더 포함함을 특징으로 하며,

상기 제어부는 자이로 센서를 통해 획득된 감지 데이터 중 지면과 수평을 이루는 두 축(Y,Z)에 대한 회전 각속도값을 상기 가속도 센서를 통해 획득된 감지 데이터로 보정하고, 상기 자이로 센서를 통해 획득된 감지 데이터 중 지면과 수직을 이루는 축(X)에 대한 회전 각속도값을 상기 지자기 센서를 통해 획득된 감지 데이터로 보정하여 상기 헤드 마운트 디스플레이의 이동 위치값을 계산함을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 헤드 트래킹 바는 헤드 트래킹 기술이 적용되어 있지 않은 HMD에 부착되어 HMD 착용자의 헤드 움직임에 따르는 이동 위치값을 계산하여 영상 콘텐츠 제공기로 제공해 주기 때문에, 헤드 트래킹 기술이 적용되지 않은 일반 HMD에서도 헤드 트래킹 기술이 적용된 HMD와 동일한 형태의 가상현실 영상을 제공받을 수 있는 이점이 있다. 즉, 본 발명은 헤드 트래킹 기술이 적용되어 있지 않은 HMD의 활용도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

아울러 기존 HMD는 성능에 따라 제공되는 크기의 화면만을 볼 수 있으나, 본 발명은 HMD 착용자의 상,하,좌,우 헤드 움직임에 따라 디스플레이 밖에 감추어진 화면을 시야 범위내로 불러들여 볼 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 HMD(100)에 탈부착 가능한 헤드 트래킹 바(200)가 부착되어 있는 HMD의 외관 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 트래킹 바(200)의 주변 블럭 구성 예시도.
도 3은 도 2중 헤드 트래킹 바(200)의 상세 구성 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 트래킹 바의 데이터 처리 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 트래킹에 의해 실제 HMD(100) 착용자가 볼 수 있는 화면 크기를 나타낸 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 HMD(100)에 탈부착 가능한 헤드 트래킹 바(200)가 부착되어 있는 HMD(100)의 외관 사시도를 도시한 것이다.

도시한 바와 같이 HMD(100)는 사용자의 헤드에 착용하기 위한 헤드 밴드부(105)가 존재한다. 이러한 헤드 밴드부(105)는 사용자의 헤드 크기 및 형상에 따라 둘레가 조절 가능하도록 되어 있다. 본 발명의 실시예에 따른 헤드 트래킹 바(200)는 일실시예로서 상술한 헤드 밴드부(105)에 클립 등을 이용해 탈부착 가능하다. 물론 헤드 밴드부(105)에만 탈부착 가능한 것이 아니라, HMD(100) 전면에 위치하는 디스플레이부(110)의 프레임에 부착되어 사용 가능하다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 트래킹 바(200)의 주변 블럭 구성도를 예시한 것이며, 도 3은 도 2중 헤드 트래킹 바(200)의 상세 구성도를 예시한 것이다.

도 2를 참조하면, HMD(100)는 앞서 설명한 바와 같이 크게 착용자 헤드에 착용하기 위한 헤드 밴드부(105)가 존재하고, 시각출력장치의 일종인 디스플레이부(110)가 헤드 밴드부(105)의 전면에 배치되어 PC 혹은 게임기와 같은 영상 콘텐츠 제공기(400)로부터 제공되는 가상화면 혹은 게임 영상을 전달받아 표시해 준다.

헤드 트래킹 바(200)는 HMD(100)의 헤드 밴드부(105)에 부착되어 HMD(100) 착용자의 헤드 이동을 트래킹하여 얻어진 헤드 마운트 디스플레이(HMD)의 이동 위치값을 무선 송수신해 준다.

영상 콘텐츠 제공기(400)에 결합되거나 혹은 내장되는 무선 송수신부(300)는 상기 헤드 트래킹 바(200)에서 무선 송신되는 헤드 마운트 디스플레이(HMD)의 이동 위치값을 수신하여 영상 콘텐츠 제공기(400)로 전달하며, 필요에 따라 영상 콘텐츠 제공기(400)로부터 전송 요청받은 제어데이터를 헤드 트래킹 바(200)로 송출해 주는 역할을 담당한다. 이러한 무선 송수신부(300)는 단순히 수신 기능만을 가지는 USB 형태의 동글로도 구현 가능하고, 근거리 무선 통신이 가능한 블루투스 모듈로도 구현 가능하다.

영상 콘텐츠 제공기(400)는 무선 송수신부(300)를 통해 수신된 헤드 마운트 디스플레이(HMD)의 이동 위치값에 맞는 영상 콘텐츠(가상현실 혹은 게임 영상) 화면을 HMD(100)에 제공해 준다.

이하 도 3을 참조하여 도 2에 도시한 헤드 트래킹 바(200)의 상세 구성을 보다 구체적으로 설명하면,

3축 자이로 센서(205)는 부착된 헤드 마운트 디스플레이(HMD)(100)의 상하(X축), 좌우(Y축), 앞뒤(Z축) 축 방향으로의 회전 각속도를 감지하여 후술할 제어부(220)로 전달한다.

가속도 센서(210)는 헤드 마운트 디스플레이(HMD)(100)의 움직임에 따른 가속도를 감지하여 그에 따른 감지 데이터를 후술할 제어부(220)로 전달하며,

지자기 센서(215)는 헤드 마운트 디스플레이(HMD)(100) 주변의 자기장을 감지하여 그에 따른 감지 데이터를 후술한 제어부(220)로 전달한다.

제어부(220)는 3축 자이로 센서(205), 가속도 센서(210) 및 지자기 센서(215)를 통해 획득된 각각의 감지 데이터를 융합 연산처리하여 헤드 마운트 디스플레이(HMD)(100)의 이동 위치값을 계산한다.

보다 구체적으로 제어부(220)는 3축 자이로 센서(205)를 통해 획득된 감지 데이터 중 지면과 수평을 이루는 두 축(Y,Z축)에 대한 회전 각속도값을 상기 가속도 센서(210)를 통해 획득된 감지 데이터로 보정하고, 상기 3축 자이로 센서(205)를 통해 획득된 감지 데이터 중 지면과 수직을 이루는 축(X축)에 대한 회전 각속도값을 상기 지자기 센서(215)를 통해 획득된 감지 데이터로 보정하여 헤드 마운트 디스플레이(HMD)(100)의 이동 위치값을 계산한다.

무선 송수신부(230)는 예를 들어 2.4GHz 대역의 송수신기로서, 제어부(220)에 의해 계산된 헤드 마운트 디스플레이(HMD)(100)의 이동 위치값을 헤드 마운트 디스플레이(HMD)(100)에 영상 제공하는 외부 장치, 즉 영상 콘텐츠 제공기(400)로 무선 송신하거나 상기 외부 장치, 즉 영상 콘텐츠 제공기(400)로부터 요청 데이터를 수신한다. 이러한 무선 송수신부(230)와 영상 콘텐츠 제공기(400)에 결합되는 혹은 내장되는 무선 송수신부(300) 사이의 통신 속도는 50 내지 100MHz이다.

이하 상술한 구성을 가지는 헤드 트래킹 바(200)의 동작을 도 4 및 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

우선 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 트래킹 바(200)의 데이터 처리 흐름도를 설명하기 위한 도면을 도시한 것이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 헤드 트래킹에 의해 실제 HMD(100) 착용자가 볼 수 있는 화면 크기를 예시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 우선 HMD(100)의 헤드 밴드부(105)에 본 발명의 실시예에 따른 헤드 트래킹 바(200)가 부착된 상태라 가정하고 HMD(100) 착용자가 헤드를 이동(S10단계)하면, 그에 따라 헤드 트래킹 바(100)에 위치하는 3축 자이로 센서(205), 가속도 센서(210), 지자기 센서(215)에서는 헤드 이동에 따라 회전 각속도, 가속도, 지자기 센싱값에 해당하는 감지 데이터가 발생(S12단계)한다.

이에 제어부(220)는 각각의 센서들(205,210,215)로부터 발생된 감지 데이터를 전달받아 이를 융합 연산 처리(S14단계)한다.

융합 연산 처리함은 본 발명의 실시예에서 3축 자이로 센서(205)를 통해 획득된 각 축의 회전 각속도를 나머지 센서들(210,215)에서 얻어진 감지 데이터로 보정하는 것을 말한다.

즉, 제어부(220)는 3축 자이로 센서(205)를 통해 획득된 감지 데이터 중 지면과 수평을 이루는 두 축(Y,Z축)에 대한 회전 각속도값을 가속도 센서(210)를 통해 획득된 감지 데이터로 보정하고, 3축 자이로 센서(205)를 통해 획득된 감지 데이터 중 지면과 수직을 이루는 축(X축)에 대한 회전 각속도값을 상기 지자기 센서(215)를 통해 획득된 감지 데이터로 보정하여 헤드 마운트 디스플레이(HMD)(100)의 이동 위치값을 계산(S16단계)한다.

참고적으로 보정방법은 제공되는 영상 콘텐츠의 특성을 감안하여 콘텐츠 개발업자가 제시하는 보정방법에 따라 보정할 수 있다. 예를 들면, 제어부(220)는 3축 자이로 센서(205)를 통해 획득된 감지 데이터 중 지면과 수평을 이루는 두 축(Y,Z축)에 대한 회전 각속도값을 가속도 센서(210)를 통해 획득된 감지 데이터로 보정하되, Y축과 Z축으로 회전된 각속도 값을 80% 반영하고, 가속도 센서(210)를 통해 획득된 가속도 값을 20% 반영하는 방식으로 Y축과 Z축에 대한 보정을 수행할 수 있다.

상술한 각각의 센서들(205,210,215)을 통해 획득된 감지 데이터를 연산 처리하여 헤드 마운트 디스플레이(HMD)(100)의 이동 위치값이 계산되면, 제어부(220)는 무선 송수신부(230)를 통해 계산된 HMD(100)의 이동 위치값을 외부 장치인 영상 콘텐츠 제공기(400)로 송신(S18단계)한다.

이에 외부 장치인 영상 콘텐츠 제공기(400)에 결합된 혹은 내장된 무선 송수신부(300)는 헤드 트래킹 바(200)에서 무선 송신된 HMD(100)의 이동 위치값을 수신하여 영상 콘텐츠 제공기(400)로 전달함으로써, 영상 콘텐츠 제공기(400)는 HMD(100) 트래킹에 따른 영상 화면을 HMD(100)로 제공(S20단계)할 수 있게 되는 것이다.

도 5의 (a)는 헤드 트래킹 기술이 적용되지 않은 HMD(100)의 디스플레이부에 표시되는 전체 화면의 크기를 도시한 것으로, HMD(100) 착용자가 눈으로 볼 수 있는 화면크기가 곧 전체 화면 크기를 나타낸다. 이에 반하여 도 5의 (b)는 헤드 트래킹에 의해 상, 하, 좌, 우 방향으로 확장되어 볼 수 있는 전체 화면의 크기가 도시되어 있다. 즉 헤드 트래킹이 없을 경우 단순히 HMD(100) 착용자가 눈으로 보는 화면크기는 도 5의 (a)에 도시된 화면크기와 동일하지만, 헤드 트래킹 바(200)에 의해 상,하,좌,우 방향으로 헤드 트래킹이 이루어진 경우에는 보다 큰 화면 영상을 볼 수 있는 효과를 얻게 된다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 헤드 트래킹 바(200)를 이용하게 되면, 헤드 트래킹 기술이 적용되지 않은 HMD를 이용하는 사용자라 할지라도 실제 헤드 트래킹 기술이 적용된 HMD와 동일한 형태의 가상현실 영상 혹은 보다 큰 화면 영상을 제공받을 수 있게 된다. 따라서, 본 발명은 헤드 트래킹 기술이 적용되어 있지 않은 HMD의 활용도를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 헤드 마운트 디스플레이에 탈부착 가능한 헤드 트래킹 바에 있어서,
   부착된 헤드 마운트 디스플레이의 상하(X축), 좌우(Y축), 앞뒤(Z축) 축 방향으로의 회전 각속도를 감지하기 위한 3축 자이로 센서와;
   상기 헤드 마운트 디스플레이의 움직임에 따른 가속도를 감지하기 위한 가속도 센서와;
   상기 헤드 마운트 디스플레이 주변의 자기장을 감지하기 위한 지자기 센서와;
   상기 자이로 센서, 가속도 센서 및 지자기 센서를 통해 획득된 감지 데이터를 융합 연산처리 하여 상기 헤드 마운트 디스플레이의 이동 위치값을 계산하기 위한 제어부와;
   상기 제어부에 의해 계산된 헤드 마운트 디스플레이의 이동 위치값을 상기 헤드 마운트 디스플레이에 영상 제공하는 외부 장치로 무선 송신하거나 상기 외부 장치로부터 요청 데이터를 수신하기 위한 무선 송수신부;를 포함함을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이용 헤드 트래킹 바.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 외부 장치에 결합 가능한 부속품으로서, 상기 무선 송수신부로부터 상기 헤드 마운트 디스플레이의 이동 위치값을 수신하기 위한 USB 타입의 동글;을 더 포함함을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이용 헤드 트래킹 바.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 자이로 센서를 통해 획득된 감지 데이터 중 지면과 수평을 이루는 두 축(Y,Z)에 대한 회전 각속도값을 상기 가속도 센서를 통해 획득된 감지 데이터로 보정하고, 상기 자이로 센서를 통해 획득된 감지 데이터 중 지면과 수직을 이루는 축(X)에 대한 회전 각속도값을 상기 지자기 센서를 통해 획득된 감지 데이터로 보정하여 상기 헤드 마운트 디스플레이의 이동 위치값을 계산함을 특징으로 하는 헤드 마운트 디스플레이용 헤드 트래킹 바.

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