KR20190037232A - 물체 추적 시스템 및 방법 - Google Patents

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magnet
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찰스 르클레끄
안토니 파코우스키
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코다마 리미티드
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Abstract

물체(150)의 위치를 추적하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 베이스(120) 내에 배치된 하나 이상의 센서(122)로부터 자기장 데이터를 수신하는 단계를 포함한다. 센서는 물체 또는 물체 내에 하우징된 물체 모듈(150a) 위나 안의 자석(112)으로부터 방산되는 자기장을 검출하도록 구성된다. 이러한 방법은, 베이스에 상대적인 물체의 실제 위치를 센서로부터의 자기장 데이터에 기초하여 결정하는 단계를 더 포함한다. 이러한 방법은, 자기장 데이터에 기초하여, 물체의 전자적으로 디스플레이하기 위한 대응하는 가상 위치를 생성하는 단계를 더 포함한다. 이러한 방법을 수행하기 위한 시스템도 제공된다.

Description

물체 추적 시스템 및 방법
본 발명은 자석을 포함하는 물체의 검출기에 대한 위치를 추적하고 그 가상 표현을 생성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 물체의 물리적 위치를 결정하기 위하여 자기적 위치 센서를 사용하는 것과 물체의 위치의 대응하는 가상 표현을 생성하는 것에 관한 것이다.
GPS(Global Positioning System)는 지구 주위를 선회하고 지구에 있는 사람들이 그들의 지리적 위치를 약 100 내지 10 미터의 정확도까지 경도, 위도 및 고도에서 식별하게 하는 위성들의 어레이이다. 특수 군사용으로는 정확도가 약 1 m까지 개선될 수 있다. GPS는 GPS 수신기의 위치가 더 정확하게 결정되게 할 수 없다. 또한, GPS는 실내에서는 양호하게 동작하지 않는다(또는 아예 동작하지 않음).
다양한 실내 디바이스들은 물체의 위치를 검출할 수 있는 센서를 사용한다. 예를 들어, TV 리모트 콘트롤 및 게이밍 콘솔은 제어기 내의 송신기로부터 오는 신호를 검출하기 위해서 광학(예를 들어 적외선 또는 픽셀-기초) 센서를 채용한다. 이러한 시스템은 3-차원의(3D) 위치 정보를 제공하기 위하여 사용될 수 있지만, 낮은 광 레벨과 같은 열악한 환경적 조건에서는 성능이 열악해지고 동작하려면 방출기와 센서 사이에 시선(line of sight)이 막히지 않아야 한다. 더욱이, 손/신체 이동을 검출하는 공지된 시스템들은 고가이고, 따라서 이들을 일부 상황에서 사용하는 것은 힘들다.
더 짧은 거리에 더 양호한 정확도를 제공하는 시스템이 필요한 경우, 특히 광학 시스템의 내재적인 문제점이 없는 실내 환경이 존재할 수 있다. 본 발명은 이러한 사항들을 염두에 두고 고안되었다.
청구항 및 본 명세서 전체에서 사용되는 "물체"란 용어는, 예를 들어 물체 내로 삽입될 수 있는 자석/물체 모듈 내에 수용된 내장형 또는 착탈식 자석을 가지는 물체를 의미한다. "자석"을 가리키는 것은 자기장의 임의의 소스를 의미하는 것으로 해석돼야 한다. 자기장을 제공하는 모든 것이 사용될 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 제 1 항에 규정된 바와 같은, 물체의 위치를 추적하는 방법이 제공된다.
이러한 방법은, 상기 베이스에 대응하는 가상 베이스를 포함하는 가상 환경을 생성하는 단계; 및 상기 가상 환경에서, 상기 가상 베이스에 상대적인 상기 물체의 생성된 가상 위치에 대응하는 가상 물체를 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 이러한 방법은, 상기 물체와 연관된 전자 ID를 판독하고, 상기 가상 물체의 대응하는 ID의 아이덴티티를 나타내는 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
이러한 방법은, 상기 가상 물체의 ID를 나타내는 신호에 기초하여, 하나 이상의 고유한 특성을 가지는 가상 물체를 디스플레이하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가상 물체 및/또는 상기 물체의 가상 위치를 생성하는 것은, 실시간으로 또는 거의 실시간으로, 또는 다른 방식으로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 이러한 방법은, 상기 물체가 상기 베이스에 상대적으로 이동되면, 상기 베이스에 상대적인 상기 물체의 새로운 실제 위치를 결정하고, 상기 가상 베이스에 상대적인 상기 가상 물체의 가상 위치를 업데이트하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 제 7 항에 규정된 바와 같은, 물체의 위치를 추적하는 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 제 20 항 또는 제 23 항에 규정된 바와 같은 물체 모듈이 제공된다. 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 제 22 항 또는 제 23 항에 규정된 바와 같은 물체가 제공된다.
후속하는 상세한 설명은 본 발명의 모든 양태와 실시예에 적용된다.
물체는 토이 또는 제어기, 예를 들어 게임 제어기일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 자석은 물체 내에 또는 위에 착탈식으로 수용될 수 있는 물체 모듈(또는 자석 모듈) 내에 포함된다. 물체 모듈은, 예를 들어 클릭, 스냅-피팅(snap-fitting) 또는 내부로의 나사삽입(screwing)에 의해 물체 내에 또는 물체로 착탈식으로 부착될 수 있다. 물체 모듈은 시스템과 함께 사용되기 위한 다른 전자 컴포넌트 또는 부속품 내에 또는 그들에 착탈식으로 부착될 수 있다. 물체 모듈이 시스템의 상이한 컴포넌트들 사이에서 상호 교환가능하다는 것, 그리고 추가적인 물체, 부속품 등이 시스템에 추가될 수 있고 기존의 물체 모듈(들)과 호환될 수 있다는 것이 장점이다.
물체 모듈은 송수신기를 포함할 수 있고, 또는 송수신기가 베이스 내에 제공될 수 있다.
물체 모듈에 급전하기 위한 전력원, 물체 모듈 및/또는 외부 디바이스와 전자적으로 통신하기 위한 통신 디바이스, 및 하나 이상의 센서로부터 수신된 자기장 세기 데이터를 처리하기 위한 프로세서 중 하나 이상을 포함하는 전자 허브가 제공될 수 있다. 물체 모듈(들)은, 예를 들어 허브 내에 제공된 리세스 내에 또는 리세스에 수용되거나 도킹될 수 있다.
물체 또는 물체 모듈은 가속도계 및/또는 자이로스코프를 더 포함할 수 있다. 물체 또는 물체 모듈은 전자 ID 또는 ID 태그를 더 포함할 수 있다. 물체, 물체 모듈, 허브 및/또는 베이스는 전자 ID 또는 ID 태그를 판독하기 위한 리더기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 물체는 전자 ID 또는 ID 태그를 포함할 수 있고, 베이스 및/또는 물체 모듈은 전자 ID 또는 ID 태그를 독출하기 위한 리더기를 더 포함할 수 있다. 물체 모듈, 베이스 및/또는 허브는 하나 이상의 센서로부터 수신된 자기장 세기 데이터를 처리하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 물체 및/또는 물체 모듈은 베이스, 허브 및/또는 외부 전자/컴퓨팅 디바이스와의 무선 통신을 하도록 구성될 수 있다.
물체 또는 물체 모듈은 전자석, 가속도계 및 자이로스코프 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 그 대신에/또한, 물체 또는 물체 모듈은 블루투스 디바이스, 전자석의 듀티 사이클을 관리하기 위한 트랜지스터 회로, 전자석에 전달되는 전압을 올리기 위한 승압 칩, 신호를 관리하고 필요에 따라 사물을 턴온 및 턴오프하기 위한 프로세서, 배터리, 배터리 충전과 물체로의 연결을 위한 커넥터 및 물체와 같은 외부 하드웨어를 인식하기 위한 ID, 예를 들어 RF 리더기를 포함할 수 있다. 물체 또는 물체 모듈은 센서, 예를 들어 자력계를 포함할 수 있다.
물체 또는 물체 모듈은 후속하는 비-망라적인 목록 중 하나 이상을 수행할 수 있다:
- 센서(예를 들어 가속도계 및/또는 자이로스코프)로부터의 데이터를, 예를 들어 블루투스와 같은 무선을 통해 외부 디바이스로 전송함;
- 블루투스를 통해 외부 디바이스에 의해 요청되면 온 보드 전자석을 개시(initiate)하거나, 타이머에 기초하여 자석을 개시함;
- 외부 물체, 예를 들어 토이를, 예를 들어 RFID를 통해 인식함;
- 플러그인된 하드웨어(예를 들어 게임 패드에 있는 버튼 또는 조이스틱)로부터의 데이터를 전송함;
- 플러그인된 외부 디바이스에 급전함.
그러나, 그 대신에 시스템의 서브컴포넌트가 외부 디바이스에 직접적으로 접속할 수 있다. 베이스는 데이터를 누적하고 이것을 외부 디바이스로 전송하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 데이터의 계산/처리는 위치 데이터가 외부 디바이스로 전송되기 전에 베이스 내에서 이루어질 수 있고, 또는 시스템이 원시 데이터를 계산/처리가 원격으로 수행될 수 있는 외부 디바이스로 직접적으로 전송할 수 있다. 대안적으로, 서브컴포넌트는 그들의 데이터를 외부 디바이스로 독립적으로 각각 전송할 수 있다. 처리가 외부 디바이스에서 원격으로 수행되는 실시예에서는, 유리하게도 시스템이 매우 낮은 비용으로 제작될 수 있다는 점이 중요하다. 그러면, 더 복잡한 계산이 이러한 종류를 수행하는 데에 아무런 문제가 없는 랩탑 또는 태블릿과 같은 사용자의 외부 디바이스에서 수행되고, 고가의 계산 유닛을 시스템 내에 포함시킬 필요가 없어 진다.
일 실시예에서, 물체는 스스로 자석을 보유하며, 자석과 일체화되어 형성될 수 있다. 물체는 송수신기를 포함할 수 있다. 물체는 가속도계 및/또는 자이로스코프를 더 포함할 수 있다. 즉, 일 실시예에서, 자석은 물체에 내장된다. 다른 실시예에서, 자석은 물체(이러한 실시예에서는 자석을 가지고 있지 않음) 내로 삽입되거나 및/또는 자석으로부터 제거될 수 있다. 자석은 물체 내에 또는 위에 배치될 수 있고 및/또는 물체로부터 제거될 수 있는 물체 모듈(또는 자석 모듈) 내에 수용될 수 있다. 이를 고려하여, 본 명세서 전체에서 "물체"라고 언급하는 것은 자석을 포함하는 임의의 컴포넌트를 의미하는 것으로 해석돼야 한다 - 즉, 이것은 물체 모듈, 물체 내에 삽입될 경우 물체 모듈의 조합, 또는 자석이 그 일체화된 부분인 물체일 수 있다.
일 실시예에서, 자석은 전자석이거나 전자석을 포함한다. 물체 또는 물체 모듈은 전자석에 전달되는 전력을 제어하도록 동작가능한 마이크로콘트롤러 및 스위칭 소자를 더 포함할 수 있는데, 마이크로콘트롤러는 송수신기와 데이터 통신한다. 바람직하게는, 마이크로콘트롤러는 송수신기로부터의 명령에 기초하여 스위칭 소자를 제어하도록 동작가능하다. 송수신기는 베이스 내에 또는 위에 또는 물체 모듈 내에 제공될 수 있다.
전자석을 사용하면, 물체가 서로 구별될 수 있도록 전자석을 각각 가지는 다수의 물체 또는 물체 모듈 각각이 상이한 주파수에서 동작하게 프로그래밍될 수 있기 때문에, 이들이 동시에 이용될 수 있어서 편리하다. 전자석은, 상이한 물체 또는 물체 모듈이 상이한 주파수에서 동작하도록 프로그래밍되는 AC 동작 환경에서, 또는 자석이 센서(들)에 의해서 독립적으로 감지될 수 있도록 자석이 단순하게 차례대로 턴온 및 오프되는 DC 동작 환경에서 사용될 수 있다. 온/오프 시퀀스의 듀티 사이클의 지속기간은 감지될 물체/물체 모듈의 개수에 따라서 변할 수 있다. 이러한 전자석 플래싱(flashing)은 외부 디바이스로부터 수신된 신호에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 임의의 양태 또는 실시예에 따르면, 베이스는 구성 요소들을 수용하기 위한 평면형 시트, 매트 또는 컨테이너일 수 있다. 이것은 장식이 되어 있지 않을 수 있고 또는 특정 응용 분야에서 사용되기 위한 또는 장식을 위한 마크가 있을 수도 있다. 물체/물체 모듈과 베이스/매트 사이의 상호작용의 성질은 사용자가 선택한 디지털 콘텐츠에 의해 조종된다 - 임의의 환경, 상호작용 또는 게임을 경험할 수 있다. 매트/베이스 또는 물체/물체 모듈 중 어느 것도 가능한 상호작용을 제한하지 않는다. 매트/베이스는 강성 또는 부분-강성이거나, 또는 가요성 또는 부분-가요성일 수 있다. 매트는 말리거나 접힐 수 있도록 제조될 수 있다. 매트는, 매트가 말리거나 접힐 수 있게 하는 가요성 부분에 의해 접합된 복수 개의 강성 또는 반-강성 섹션을 포함할 수 있다.
시스템은, 베이스를 나타내는 생성된 가상 환경을 디스플레이하고 및/또는 가상 환경에서의 가상 베이스에 상대적인 물체 또는 물체 모듈의 가상 위치를 디스플레이하기 위한 전자 디스플레이를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 물체/ 또는 물체 모듈이 베이스에 상대적으로 이동되면, 베이스에 상대적인 물체/ 또는 물체 모듈의 새로운 실제 위치가 결정될 수 있고, 가상 베이스에 상대적인 물체/ 또는 물체 모듈의 가상 위치가 디스플레이 상에서 업데이트된 될 수 있다. 물체/ 또는 물체 모듈의 위치의 시각적 표현을 생성하는 것은 실시간으로 또는 거의 실시간으로, 또는 다른 방식으로 수행될 수 있다.
물체, 물체 모듈 또는 허브는 송수신기로부터 무선 명령 신호를 수신하도록 동작가능한 안테나를 포함할 수 있다. 송수신기는 하나 이상의 센서 및 리더기로부터의 데이터를 멀티플렉서를 통해서 수신하여, 복수 개의 센서 또는 리더기 중 임의의 하나로부터의 출력 신호를 선택적으로 판독할 수 있다. 시스템은 동시에 추적될 수 있는 복수 개의 물체 또는 물체 모듈을 포함할 수 있다. 물체는 각각 가상 환경에서 동시에 표현/디스플레이될 수 있다.
베이스는 실질적으로 평면형일 수 있다. 하나 이상의 센서는 베이스 상에 또는 내에 배치되어 베이스 상에 "추적 영역" 을 규정할 수 있다. "추적 볼륨"은 추적 영역 및 베이스의 표면에 수직인 방향에서의 센서의 추적 반경에 의해 규정될 수 있다. 하나 이상의 센서는 적어도 두 개 또는 세 개의 센서를 포함할 수 있다. 복수 개의 센서가 제공되는 경우, 이들은 기하학적 패턴 또는 어레이로 배치될 수 있다. 복수 개의 센서는 사각형 격자 상에 배치되는 센서들의 어레이이거나 어레이를 포함할 수 있다. 복수 개의 센서는 삼각 격자 상에 배치된 센서들의 어레이이거나 어레이를 포함할 수 있다. 어레이의 외부 경계는 추적 영역을 규정할 수 있다. 추적 영역은 약 0 cm 내지 40 cm인 측방향 치수를 가질 수 있지만, 일부 실시예들에서는 훨씬 더 클 수 있다.
다른 실시예에서, 센서는 모두 허브 내에 위치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 허브는 베이스의 역할을 하고, 그러면 물체가 이동될 수 있는 평평한 표면을 제공하지 않는다. 대신에, 사용자는 물체를 허브 주위의 모든 자유 공간에서 이동시킬 수 있다. 일 실시예에서, 허브는 스탠드 또는 다른 지지체 상에 탑재되어, 매트가 그 위에서 사용되어 왔을 수 있는 지면 또는 데스크면 위로 상승될 수 있다. 그러면, 바람직하게도 실질적으로 360°의 추적 볼륨이 제공된다. 일부 실시예들에서, 허브는 아예 필요가 없고, 물체 모듈 내의 가속도계 및 자이로스코프로부터의 데이터에 기초하여 단지 3D 공간에서 물체를 물체 모듈과 함께 이동시키는 것에 기초하여 기본적인 상호작용 또는 게임을 경험할 수 있다. 물체/물체 모듈과 모바일 폰 또는 다른 전자 디바이스의 상호작용을 경험하는 것도 역시 가능하다.
일 실시예에서, 물체 모듈 중 하나 이상은 센서, 예를 들어 자력계를 더 포함할 수 있다. 그러면 각각의 물체 모듈(자석을 보유함)이 다른 물체 모듈에 상대적인 자신의 위치를 결정할 수 있다. 전자석이 사용되는 경우, 이것은 전자석이 전술된 바와 같이 스위치 온 및 스위치 오프되는 것처럼 달성될 수 있다. 바람직하게는, 공간 내에서의 물체 모듈의 위치가 알려지지 않더라도(예를 들어 베이스/매트가 이용되지 않더라도), 상이한 물체들 사이의 거리가 결정될 수 있다. 그리고, 여러 물체가 존재한다면, 일 형태의 삼변 측량이 수행될 수 있다.
특히, 센서가 허브 내에 위치되는 실시예에서, 하지만 다른 실시예들에서도, 센서 자체의 배열은 평면형이 필요가 없다.
시스템은 생성된 가상 환경의 시점 및 관점에 대한 입력을 제공하기 위해서 송수신기와 데이터 통신하는 카메라 또는 카메라 모듈을 더 포함할 수 있다. 카메라 모듈은 송수신기와 무선 데이터 통신할 수 있고, 마이크로콘트롤러 및 관성 측정 유닛(IMU)(또는 별개의 가속도계 및/또는 자이로스코프)을 포함할 수 있다. 카메라 모듈은 수동으로 또는, 예를 들어 로봇에 의해서 이동될 수 있고, 이동은 IMU에 의해 분석되고 RF 송수신기를 통해 무선으로 송수신기에 전송될 수 있다. 카메라 데이터 스트림은 베이스에 상대적인 카메라의 위치, IMU의 요, 피치 및 롤을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대신에, 데이터, 예를 들어 마이크로폰 데이터 스트림을 송수신기로 제공하기 위해서 송수신기와 데이터 통신하는 마이크로폰이 제공될 수 있다.
전자석을 활성화하는 것은 하나 이상의 스위칭 소자를 동작시키는 것을 포함할 수 있다. 각각의 물체의 전자석은 한 번에 하나의 전자석만이 활성화되도록 주기적으로 활성화 및 비활성화될 수 있다. 일 실시예에서, 센서 중 하나 이상은 지구의 자기장(AC 동작 또는 DC 동작이 사용되느냐에 따라서 달라질 수 있지만 약 10-60 마이크로테슬라)보다 적은 최소 검출가능 필드를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 시스템은 생성된 가상 위치를 디스플레이하고, 선택적으로 또는 바람직하게는 생성된 가상 환경을 디스플레이하기 위한 디스플레이가 있는 전자 디바이스를 더 포함한다. 모든 계산은, 예를 들어 앱, 프로그램, 또는 웹 애플리케이션을 통해서 외부 디바이스(160)에서 수행될 수 있다. 또는, 계산은 베이스 또는 허브 내의 프로세서에 의해 수행될 수 있다.
송수신기는 물체의 마이크로콘트롤러와 무선 데이터 통신할 수 있고, 선택적으로 또는 바람직하게는, 무선 데이터 통신은 블루투스를 통한다.
본 발명의 양태와 실시예에 따르면, 물체 모듈, 베이스/매트 및 또는 허브는 블루투스를 통해 페어링될 수 있다. 그러면, 주어진 물체 모듈의 ID가 접속될 물체 모듈의 목록에 추가된다. 물체 모듈은 충전 포트를 통해 허브에 물리적으로 접속될 때 페어링될 수 있다. 물체 모듈이 다른 사람의 시스템에 접속하는 문제가 생길 수 있기 때문에, 물체 모듈은 페어링 모드에 항상 있을 수 없다. 그러나, 다른 사용자는 그의 물체 및 물체 모듈을 가져와서 허브/시스템에 접속/페어링시킬 수 있다 - 그 사람은 단지 그의 물체 모듈을 허브에 꼽거나 빼기만 하면 되고, 이들도 역시 페어링될 것이다. 그러면, 새로운 추적기에 접속하기 위해서 앱을 찾아가야 하는 문제점을 피할 수 있어서 또한 유리하다.
물체 모듈은 허브/매트를 통해 사용하는 것과 독립적으로, 스마트 폰 또는 태블릿(외부 디바이스)과 직접적으로 접속하도록 구성될 수 있다.
전자 ID는 무선 주파수 전자 ID(RFID) 태그 또는 근-거리장 통신(NFC) 태그 내에 저장될 수 있다. (대안적으로, 물체의 ID는 물리적 접속, 예컨대 핀들의 세트를 통해 전달될 수 있다.) RFID는 물체를 저비용으로 식별할 수 있게 하고, 데이터 콘텐츠의 암호화를 허용하기 때문에 편리하다. 또한, RFID는 다양한 제어기와 같은 장래의 하드웨어를 위한 다른 입력을 위한 개방된 프레임워크를 제공한다. 물체 모듈, 물체, 매트 또는 허브 내의 RFID 리더기는 물체 모듈 내에 배치되면 물체 모듈을 "깨우기" 위해서도 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 복수 개의 센서는 물체의 위치를 3D 공간에서 결정하도록 구성되고 동작가능하다. 복수 개의 센서로부터 수신된 데이터는 3 차원의 자기장 벡터이거나 이를 포함할 수 있다. 3D에서의 물체의 위치가 결정될 수 있다는 것이 본 발명의 양태 및 실시예의 특별한 장점이다. 선행 기술의 시스템은 흔히 2D에서만 동작하면, 물체가 센서를 따라서 또는 센서와 매우 가깝게 위치되고 이동되어야 한다.
베이스에 상대적인 상기 물체의 위치를 결정하는 단계는, 복수 개의 센서로부터의 데이터를 센서의 위치에 상대적인 3 차원의 위치 벡터로 변환하는 것, 및 베이스에 상대적인 상기 물체의 위치를 다변 측량(multilateration), 예를 들어 삼변 측량(trilateration)에 의해 계산하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 디스플레이 상의 가상 물체의 추적은 기록된다.
본 발명의 다른 양태에서, 컴퓨팅 디바이스에서 실행되면 컴퓨팅 디바이스가 제 1 양태의 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명의 양태 및 실시예는 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 컴퓨터에서 실행되면 컴퓨터가 본 명세서에 개시된 임의의 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램이 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소프트웨어 구현형태일 수 있고, 컴퓨터는, 비한정적인 예로서 디지털 신호 프로세서, 마이크로콘트롤러, 및 판독 전용 메모리(ROM), 소거가능한 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리(EPROM) 또는 전자적으로 소거가능한 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리(EEPROM)의 구현형태를 포함하는 임의의 적절한 하드웨라고 간주될 수 있다. 소프트웨어 구현형태는 어셈블리 프로그램일 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독가능 매체에 제공될 수 있는데, 이것은 디스크 또는 메모리 디바이스와 같은 물리적 컴퓨터 판독가능 매체일 수 있고, 또는 일시적인 신호로서 구현될 수도 있다. 이러한 일시적인 신호는 인터넷 다운로드를 포함하는 네트워크 다운로드일 수 있다.
이러한 다른 양태에 따르면, 컴퓨팅 디바이스에서 실행되면 컴퓨팅 디바이스가 제 1 양태에 따른 방법을 수행하게 하는 소프트웨어 또는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
바람직하게는, 본 발명의 양태 및 실시예는, 게임을 하는 것에서부터 가상/디지털 작업물을 생성하는 것, 실제 및 가상 물체를 제어하는 것까지의 많은 수의 상이한 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 본 발명의 양태 및 실시예는, 이론상 사용자가 물체/물체 모듈을 그가 원하는 어느 장소로든 자유롭게 이동시키고(측정 범위의 한계 안에서) 이러한 이동이 가상 환경에서 해석되고 처리되고 제공되는 실시간 추적 시스템을 제공한다.
앞서 설명되고 후술되는 양태 및 실시예의 특징들은 명시되지 않더라도 상호교환가능하도록 및/또는 조합되어 사용될 수 있다.
본 발명의 양태와 실시예가 첨부 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다:
도 1a 및 도 1b 는 시스템의 개략도를 도시한다;
도 2 의 (a) 내지 (e)는 도 1 의 시스템과 함께 사용되기 위한 예시적인 매트를 도시한다;
도 3, 도 4, 및 도 10 내지 도 12 는 예시적인 물체의 개략도를 도시한다;
도 5 및 도 7 의 (a) 내지 (c)는 예시적인 베이스의 개략도를 도시한다;
도 6 은 베이스의 개략 회로도이다;
도 8 및 도 9 는 시스템의 개략도를 도시한다;
도 13 및 도 14 는 물체 모듈의 다른 사용예를 도시한다;
도 15 는 물체 모듈이 허브 내에 어떻게 수용되는지를 보여준다;
도 16 은 물체의 개략도를 도시한다;
도 17, 도 18 및 도 19a 는 프로토타입 추적 시스템을 도시한다;
도 19b 는 생성된 가상 환경의 일 예를 도시한다;
도 20a 는 카메라 모듈의 주된 회로 컴포넌트를 도시한다;
도 20b 는 시스템과 함께 카메라 모듈을 사용하기 위한 프로세스를 예시한다;
도 21 은 베이스에 상대적인 물체의 위치를 추적하는 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다;
도 22 는 베이스에 상대적인 물체의 위치를 결정하는 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다; 그리고
도 23 은 시스템의 동작을 예시하는 흐름도이다.
도 1a 는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 추적 시스템(100)을 도시한다. 시스템(100)은 물체(150) 및 베이스 또는 플랫폼(120)인 매트를 포함한다. 베이스(120)는 베이스(120)에 상대적인 물체(150)의 위치를 추적하기 위해서 물체(150)와 함께 사용되도록 제공된다. 베이스(120)에 상대적인 물체(150)의 위치가 대응하는 가상 베이스(120')에 상대적인 물체(150')의 대응하는 가상 표현으로서 디스플레이될 수 있는, 외부 컴퓨팅 디바이스(160)에서 디스플레이되기 위한 컴퓨터-생성 가상 환경(140)도 제공된다. 가상 환경은 외부에 있는 별개의 전자 디바이스(160)(도면에는 미도시)에 제공될 수도 있다. 시스템(100)은 매우 콤팩트하고, 일 예로서, 책상 또는 벤치 상단과 같은 표면에 탑재되고 동작될 수 있다.
도 1b 는 제 2 실시예에 따른 추적 시스템을 도시한다. 여기에서, 허브 또는 모듈(121)은 선택적으로 매트(120) 상에 또는 매트의 일부로서 제공되고, 또는 매트(120)와 별개일 수도 있다. 후자의 경우에, 상이한 상호 교환가능한 매트들(120)이 허브(121)와 함께 사용되도록 제공될 수 있다. 매트(120)는 사용되는 기술의 관점에서 다르게 구성될 수 있고, 및/또는 다른 심미적 외관을 가질 수 있다. 외부 컴퓨팅 디바이스에 디스플레이되기 위한 컴퓨터-생성 가상 환경(140)도 도 1a 를 참조하여 설명된 바와 같이 제공된다.
양자 모두의 실시예에서, 매트(120)는 가요성일 수 있다. 도 2 는 말리거나(도 2a) 또는 접히게(도 2b) 하는 가요성 재료로 제작된 매트(120)의 일 예를 도시한다. 이렇게 되게 하기 위하여, 매트는 TPE, 가요성 PCB, 도전성 직물 등으로 제조될 수 있다. 또는, 매트(120)는 위에서 언급된 타입의 가요성 재료에 의해 결합된 고형 패널(120p)로 제작될 수 있다(도 2c). 도 2d 및 도 2e 는 허브(121)가 매트(120)로부터 분리 및/또는 탈부착가능한 실시예에서 말리고 접힌 매트(120)를 각각 도시한다.
다시 도 1b 를 참조하면, 허브(121)는 다양한 기능을 수행하도록 구성된다. 이것은 하나 이상의 물체 모듈(150a)을 수용하거나 지지할 수 있다. 이것은 물체 모듈(150a) 및/또는 외부 전자 디바이스와 통신하도록 구성되는 하나 이상의 컴포넌트를 수용할 수 있다. 이러한 특징들은 더 상세히 후술된다.
양자 모두의 실시예를 참조하면, 베이스(120) 또는 허브(121)는 내장 전력원, 및/또는 내부에 도킹된 허브(121) 및/또는 임의의 물체 모듈(150a)에 급전하기 위한 착탈식 배터리, 연료 셀 또는 다른 연료 소스를 위한 구획을 포함할 수 있다. 재충전가능 배터리/연료 셀이 사용될 수 있다. 허브(121)에는 USB 포트와 같은 파워 포트가 제공될 수 있다. 추가적으로/대신에, 이것은 메인(mains) 전기 커넥터를 가질 수 있다. 외부 전력원은, 허브(121)가 배터리를 재충전하고, 및/또는 내부의 전자 컴포넌트 및 디바이스에 전력을 제공하게 할 수 있다.
다시 제 1 실시예를 참조하면, 물체(150)는 베이스(120)에 상대적으로 이동될 수 있다. 물체(150)는 일반적인 또는 규격화된 3-차원의 물체이거나 이를 포함할 수 있다. 물체(150)는 형상, 모델 모양을 가질 수 있고 및/또는 토이 또는 제어기(예를 들어 도 13 에 도시되는 것과 같은 게임 제어기)일 수 있다. 물체(150)는 평평한 베이스를 가질 수 있지만(예를 들어 직육면체 또는 피라미드이거나 이를 포함할 수 있지만), 예를 들어 도 3 또는 도 8b 에 도시된 바와 같이 프로파일링될 수도 있다.
물체(150)는 자석(112)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 물체(150)의 평평한 베이스는 바람직하게도 자석에 용이하게 부착되게 할 수 있다. 또는, 자석(112)은 물체(150)에 내장될 수 있다. 그 경우에, 물체가 매트(120) 위에 놓일 수 있는 평평한 표면을 가지는 것이 편리하다.
도 3 에서, 물체(150)는 상단 부분(150t) 및 베이스(150b)를 가진다. 여기에서, 물체(150)는 토이인 것으로 도시되고, 성형된 상단 부분(150t) 및 자석 모듈(110)인 하단 부분(150b)을 가진다. 자석 모듈(110, 150b)은 제 2 실시예에서와 같이 그리고 도 4 를 참조하여 더 설명되는 바와 같이 탈부착가능하거나 교환가능할 수 있다. 또는, 자석 모듈(110)은 물체(150)를 포함할 수 있고, 즉 이들은 일체화되어 제작된다.
자석 모듈(110)은 자기장의 소스, 예를 들어 자석(112)을 포함한다. 자석은 전자석일 수 있다. 이것은 식별자(114)를 더 포함할 수 있다. ID 태그(114)에 저장된 물체 ID를 독출(또는 스캐닝)하기 위해서 전자 리더기(124)가 베이스(120) 내에 제공될 수 있다. 전자 리더기는 RFID 리더기 또는 NFC 리더기일 수 있다.
또는, 제 2 실시예에서, 자석(112)은 물체(150) 내에 또는 상에 수용가능한(예를 들어 도 4 에서 후술되는 바와 같이) 별개의 물체 또는 물체 모듈(150a) 내에 수용될 수 있다. 물체 모듈(150a)은 물체(150)에 착탈식으로 부착(예를 들어, 삽입)될 수 있다. 제 1 실시예의 경우, 물체(150)는 베이스(120)에 상대적으로 이동가능하다. 이러한 실시예에서, 식별자(114)는 물체(150) 내에 제공된다. 리더기(124)가 물체 모듈(150a) 내에 제공된다. 전자 리더기는 RFID 리더기 또는 NFC 리더기일 수 있다.
양자 모두 실시예의 경우, 식별자는 전자 ID일 수 있고, 예를 들어 전자 ID는 무선 주파수 식별(RFID) 태그 또는 근-거리장 통신(NFC) ID 태그 내에 저장될 수 있다. RFID 태그(114)는 물체(150)를 식별하는 정보를 보유한다. 이것은 해당 물체(150)에 고유한 코드의 형태일 수 있다. ID는 물체(150)와 연관된 가상 캐릭터(150')를 식별하기 위하여 사용될 수 있다. ID는 자석 타입 및 특성과 같은 정보를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, ID는 자석(112)의 치수 및 세기와 같은 특성을 포함할 수 있다. 제 2 실시예에서, 물체 모듈(150a)이 물체(150)(또는 후술되는 바와 같은 다른 부속품)에 연결되면, 물체 모듈(150a) 내의 리더기(124)가 물체의(또는 부속품의) RFID/NFC 아이덴티티를 독출한다. 그러면, 물체 모듈(150a)은 가상 차원에서 모사하기 위한 특정한 특성 또는 거동을 취한다.
제 2 실시예에 대해서, 도 4 의 (a)는 물체 모듈(150a)이 물체(150)의 베이스 내에 제공된 리세스(151) 내에 부착되는 예를 도시한다. 도 4 의 (b)는 물체(150)의 베이스 내에 자리잡은 물체 모듈(150a)을 도시한다. 이렇게 삽입되면, 물체(150)의 베이스에 의해 제공되는 저면 및 물체 모듈의 하부 페이스가 같은 높이가 되어 연속적인 부드러운 표면을 형성한다. 리세스(151)는 물체 모듈(151)이 물체(150) 내에 자리잡는 것을 쉽게 하고 쉽게 제거되게 하도록 성형될 수 있다. 도 4 의 (c) 및 (d)는 베이스에 삽입되고 그로부터 제거되는 물체 모듈(150a)을 클로즈업하여 각각 보여준다.
제 자리에 유지되게 하기 위해서, 베이스는 안으로 돌출된 립(153)을 포함한다. 립(153)은 물체 모듈(150a)이 미끄러져 나가는 것을 방지하기 위해서 베이스의 개구를 좁히기에 충분하다. 베이스는 캐비티(155)를 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 캐비티(155)는 베이스의 일단부 또는 립(153)을 포함하는 반대 측면에 있는 지역에서 베이스를 더 얇게 만듦으로써 형성된다. 이와 같이, 물체 모듈(155a)은 립(153) 근처의 베이스의 두꺼운 부분과는 접촉하지만, 베이스의 더 얇은 부분과는 접촉하지 않는다.
사용자가 물체 모듈(105a)의 단부를 캐비티(155) 내로 밀거나 누르면, 물체 모듈(150a)은 베이스로부터 제거될 수 있다. 사용자에 의해 작용되는 힘은 립(153)에 의해 제공되는 저항력을 극복하기에 충분해야 하지만, 저항을 초과하게 되면 물체 모듈(150a)의 다른 단부는 립(153)을 지나쳐서 자유롭게 되며 그러면 물체 모듈(150a)이 제거될 수 있다. 립(153)은 물체 모듈(150a)이 베이스 내로 누름/베이스로부터 제거될 때 클릭음과 같은 가청 노이즈가 생기게 하도록 구성될 수 있다.
도 4c 는 자석(112) 및 전술된 바와 같은 임의의 다른 관련된 피쳐를 포함하는 베이스(150b)가 물체(150) - 물체(150)의 상단 부분(150t)에 부착될 수 있는 다른 실시예를 도시한다. 베이스(150b)의 상단면(150s)에는, 예를 들어 그 위에 접착제를 제공하여 끈적이는 표면이 되게 함으로써 상단 부분(150t)에 부착되기 위한 수단이 제공될 수 있다. 그러나, 다른 고정 수단도 역시 구상된다는 것이 이해될 것이다. RFID-가능 물체(150)인 상단 부분이 있는, 본 발명의 양태 및 실시예에 따른 물체 모듈 베이스(150b)를 사용하면, 사용자가 해당 상단 부분(150t)에 대한 아이덴티티 정보를 언록(unlock)할 수 있게 된다. 그러므로, 베이스(150b)/시스템(150)은 역(retro)-호환가능하고, 현존하는 물체, 토이 및 부속품에 새로운 응용 분야와 용도를 제공한다.
양자 모두의 실시예의 경우, 물체(150)는 가상 환경(140)에서 표현될 수 있는 가상 물체 또는 캐릭터(150')와 연관된다. 베이스(120)는 가상 환경(140)에 대한 위치 기준의 역할을 할 수 있는 반면에, 물체(150)는 가상 환경(140)에서 가상 베이스(120')에 대해서 이동될 가상 캐릭터(150')를 표현한다. 물체(150)가, 예를 들어 사용자 또는 로봇에 의해 베이스(120)에 걸쳐서 이동되면, 베이스(120)에 상대적인 물체의 위치가 추적된다. 추적은 실시간으로, 거의 실시간으로, 또는 다른 방식으로 이루어질 수 있다. 베이스(120)에 대해서 물체(150)를 이동시키면, 가상 캐릭터(150')가 가상 환경(140)에서 가상 베이스(120')에 걸쳐 대응하는 방식으로 이동되게 된다. 어떤 입력은 가상 환경(140) 내에서의 가상 캐릭터(150')의 미리 규정된 상호작용 또는 거동을 트리거링할 수 있다. 예를 들어, 베이스(120)에 걸쳐서 물체(150)를 단순하게 이동시킴으로써, 가상 캐릭터(150')는 걷거나 뛰는 것처럼 보일 수 있고, 물체(150)를 베이스(120) 위로 들어 올림으로써 가상 캐릭터(150')는 점프하거나 나는 것처럼 보일 수 있다. 가상 캐릭터(150')의 미리 규정된 거동은 물체(150)의 ID와 연관되는데, 이것은 후술된다.
하나 이상의 물체(150)는 시스템(100)에 의해서 임의의 일 시점에서 스캐닝되거나 인식될 수 있다. 물체들이 상이한 주파수를 사용해서 식별될 수 있기 때문에, 이것은 전자석을 사용하면 쉽게 인식된다. 베이스(120)에 상대적인 그들의 위치가 동시에 추적될 수 있다. 그들의 가상 캐릭터(150')가 가상 환경(140)에 나타날 수 있다. 두 물체(150)의 물리적 상호작용 때문에 대응하는 가상 캐릭터(150')가 가상 환경(140)에서 미리 정의된 방식으로 상호작용할 수 있다. 예를 들어, 두 물체(150)가 하나가 되게 하면, 그들의 가상 캐릭터(150')는 가상 환경(140)에서 싸우거나 경쟁하는 것처럼 보일 수 있다.
도 5 는 실질적으로 평평한 상단면을 가지는 베이스(120)를 도시한다. 사용 시에, 물체(150)가 사용자에 의해 이동되지 않는 정지 상태에 있는 물체를 지지하기 위해서는 평평한 표면이 유리하다. 베이스의 기하학적 구조는 통상적으로 평면형이어서, 베이스(120)의 길이 및 폭이 베이스의 깊이보다 실질적으로 더 크다. 비록 도면에서는 사각형 슬래브 또는 매트로 도시되지만, 베이스(120)는 임의의 형상의 평평한 층판의 형태를 가질 수 있다. 실시예들에서, 베이스(120)는 강성 보드 또는 가요성 매트를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 베이스(120)는 평평하지 않고 솟아오르거나, 휘어지거나, 구부려져서 예를 들어 터레인(terrain)을 나타낼 수도 있다. 베이스의 형상은 심미적 디자인 선택일 수 있다.
베이스(120)(제 1 실시예) 또는 허브(121)(제 2 실시예)는 자석(112)으로부터 방산되는 자기장의 세기를 측정하도록 동작가능한, 하나 이상의, 바람직하게는 복수 개의 센서(122)를 포함한다. 센서(122)는 후술되는 바와 같이 물체(150)/물체 모듈(150a)의 추적을 용이화한다. 각각의 센서(122)는 베이스(120) 상의 그 위치에서 측정된 자기장의 세기에 비례하는 출력 신호를 제공한다. 베이스(120) 또는 허브(121)는 센서 출력과 간섭할 수 있는 자기 재료가 실질적으로 없을 수 있다. 간단히 말하면, 센서(122)로부터 자석(112)(물체(150))까지의 거리 (d)는 d=1/(C.SQRT(B))인데, 여기에서 C는 자석 특성에 의존하는 상수이고 B는 자기장의 측정된 세기이다. 사용/요구되는 실제 계산은 더 복잡할 수 있고, 다른 파라미터/인자를 고려하는 구조를 가질 수 있다. 물체(150)/물체 모듈(150a)이 센서(122)를 향해 이동되면, 센서(122)는 증가된 자기장을 검출하고, 출력이 증가된다. 물체(150)/물체 모듈(150a)이 센서(122)를 벗어나게 이동되면, 센서(122)는 더 낮은 자기장을 검출하고, 출력은 대응하여 낮아진다. 출력 신호가 0으로(또는 검출이 불가능한 출력 잡음 바닥 아래로) 떨어지기 전까지 센서(122)로부터 물체(150)/물체 모듈(150a)이 벗어나게 이동될 수 있는 최대 거리가 센서(122)의 "추적 반경" 또는 "추적 볼륨"을 설정한다. 추적 반경/볼륨은 자석(112)의 세기 및 센서(122)의 최소 검출가능 필드에 의해 결정된다. 물체(150)/물체 모듈(150a)이 추적될 수 없는 "사각 영역(dead area)"이 생기는 것을 피하기 위해서, 임의의 두 인접한 센서(122)의 분리 거리는 센서(122)의 추적 반경의 두 배보다 작도록 선택된다.
위치 측정의 정확도는 자이로스코프 및/또는 가속도계를 물체(150) 또는 물체 모듈(150a) 내에 내장함으로써 개선될 수 있다. 매트(120)/허브(121) 내의 자력계(122)로부터의 자기장 데이터, 및 물체 모듈(150a) 내의 자이로스코프 및/또는 가속도계로부터의 데이터를 결합하면, 매우 양호한 위치 검출이 이뤄지게 된다. 그러면, 가능한 추적 범위도 확장되는데, 그 이유는 가속도계 및 자이로스코프 데이터에 기초해서 추적 볼륨 밖에서 계속 측정하다가 물체가 다시 검출가능해지면 자기식 추적(magnetic tracking)을 다시 참조하는 것이 가능하기 때문이다. 하지만 위치가 자기장 데이터에만 기초해서 결정될 수 있다는 것도 역시 인정될 것이다.
어떤 실시예에서든, 시스템(100)은 물체(150)가 "추적 볼륨"을 통해서 이동할 때에 이것을 3차원으로 추적할 수 있다. 추적 볼륨의 측방향 치수는 2D 검출 영역에 의해 제한되는 반면에, 수직 치수(제 3 치수)는 검출 반경에 의해 제한된다. 또한, 물체(150) 또는 물체 모듈(150a) 내의 자이로스코프 및 가속도계로부터의 데이터를 사용하면 추적 볼륨을 지나서도 추적이 계속될 수 있다. 물체(150) 또는 물체 모듈(150a)이 추적 볼륨에 재진입하거나 다시 감지되면, 센서 추적이 다시 시작될 수 있다. 어떠한 경우에서도, 자이로스코프 및 가속도계 데이터는 전체 시간에 걸쳐 사용될 수 있어서 더 높은 추적 정확도를 보장한다.
자석(112)으로부터 방산되는 자기장의 세기가 자석(112)으로부터의 거리에 따라 공지되고 예측가능한 방식으로 감쇄하고, 센서(122)가 예측가능한(및 교정된) 자기 응답(magnetic response)을 가지기 때문에, 추적은 바람직하게도 정확하고 신뢰가능하다. 예를 들어, 자석(112)에 의해 생성되는 자기장은 주지된 제곱에 반비례하는 감쇄를 가지는 자기 쌍극자로서 모델링될 수 있다. 감쇄 계수는, 예를 들어 교정된 센서(122)를 사용해서 자기장의 감쇄를 거리에 대해서 매핑함으로써 알려질 수 있거나 미리 결정될 수 있는 자석(112)의 특성이고, 이것은 사용되기 위해서 시스템(100) 내에 저장되고 보간될 수 있다. 그러므로, 센서 출력은 베이스(120) 상의 미리 결정된 센서 위치에 상대적인 거리로 쉽게 변환될 수 있다. 각각의 센서(122)는 세 개의 거리 값(x,y,z)을 제공한다. 이러한 값은 특정 축에 따라 감지된 자기장으로부터 유도되고, 그러한 값들에 기초하여 추적된 물체까지의 거리 및 방향을 제공하는 벡터가 계산될 수 있다. 베이스(120) 또는 허브(121)에 상대적인 물체(150) 또는 물체 모듈(150a)의 위치는, 예를 들어 후술되는 프로세서에 의해 삼변 측량의 공지된 방법에 따라서 적어도 세 개의 센서 출력을 사용하여 연산되는 것이 바람직하다. 비록 정확도는 떨어지지만, 위치는 하나 또는 두 개의 센서 출력만 가지고도 역시 계산될 수 있다.
광학적 추적 시스템과 달리, 자석 추적 시스템(100)은 바람직하게도 물체(150)와 추적할 센서(122) 사이의 시선이 방해받지 않을 것을 요구하지 않는다. 시스템(100)은 비-자기적인 불투명하거나 고형인 물체를 통과하는 자석(112 또는 212)으로부터 방산되는 자기장을 검출할 수 있다. 따라서, 바람직하게도 사용자가 추적을 방해하지 않으면서 물체를 임의의 방향으로 쥐고 있을 수 있고, 물체를 베이스 주위에 이동시킬 수 있다.
도 5 의 실시예는 사각형 격자(사각형 격자는 정방형 격자의 특이한 경우를 포함함)에 배치된 네 개의 센서(122)의 어레이를 포함하는 베이스(120)를 도시한다. 어레이의 외부 경계가 사각형 추적 영역(126)을 규정한다. 다른 실시예들에서, 더 큰 크기의 어레이가 사용되어 추적 영역을 확장시킬 수 있고 및/또는 상이한 기하학적 구조, 예를 들어 도 7 의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같은 삼각 격자의 어레이가 사용될 수도 있다. 다른 실시예들에서, 세 개 이하 또는 다섯 개 이상의 센서(122)가 사용될 수도 있다. 비록 물체(150)의 위치를 식별하는 정확도는 두 개 이상의 센서(122)를 사용함으로써 개선되지만, 일 실시예에서는 단일 센서(122)가 사용될 수도 있다. (주의 - 리더기(124)는 제 2 실시예에서 매트(120)가 아니라 물체 모듈(150a) 내에 제공되지만, 이러한 실시예에서 하나의 이상의 추가적인 리더기가 매트가 매트 내에 제공될 수 있음.)
다른 실시예에서, 센서(122)는 허브 내에 위치될 수 있고, 이것은 베이스/매트(120)가 아예 필요하지 않다는 것을 의미한다.
도 6 은 본 발명의 제 1 또는 제 2 실시예에 따른 베이스(120) 또는 허브(121)의 주된 컴포넌트를 도시한다. 도시된 특정 실시예에서, 송수신기(130)는 복수 개의 센서(122) 및 리더기(124)로부터의 출력을, 선택적으로 멀티플렉서를 통해 수신하도록 구성된다. 도시된 송수신기(130)는 무선 송수신기이지만, 그 대신에 블루투스가 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 예를 들어 센서(122)에 각각의 독립적 어드레스가 주어지는 경우, 멀티플렉서는 필요하지 않다. 멀티플렉서가 사용되면, 이것은 송수신기(130)에 의해 제어된다. 사용 시에, 멀티플렉서는 송수신기(130)가 센서(122) 또는 리더기(124) 중 임의의 것으로부터의 데이터를 선택적으로 독출하게 한다.
제 2 실시예에서, 물체 모듈(150a) 및/또는 외부 전자 디바이스(160)와의 통신을 허용하기 위하여, 허브(121)는 블루투스 안테나와 같은 무선 통신 디바이스를 포함한다. 허브는, 송수신기(130)에 의해 수신된 데이터에 연산을 수행하기 위한 프로세서를 더 포함한다. 허브(121)는 센서(122)로부터 데이터를 수집하고, 처리하며, 다른 디바이스, 예를 들어 물체 모듈(150a) 또는 전자 디바이스(160)로 브로드캐스트한다. 디바이스(160)는 데이터를 물체 모듈(150a)로 전송할 수 있고, 이것은, 예를 들어 등을 점멸하게 하거나 물체 모듈(150a)에 존재하는 럼블 팩(rumble pack) 또는 모듈을 활성화시킴으로써 표시될 수 있다. 물체 모듈은, 예를 들어 게임용으로 입력을 허용하는 하나 이상의 버튼 또는 조이스틱과 같은 하나 이상의 다른 입력도 가질 수 있다. 전술된 이러한 입력 및 출력(예를 들어 깜빡이는 LED 또는 럼블 팩)은, 핀과 같은 물리적 접속을 통하거나 무선 방식인 물체(150)와 물체 모듈(150a)의 통신을 통해서 가능해진다.
임의의 이러한 추가적 하드웨어는 임의의 제어기 입력(조이스틱 또는 버튼)을 표준화된 포맷, 예컨대 I2C로 변환하는 칩을 가질 수 있다. 물체 모듈(150a)이 제어기와 같은 물체(150) 내로 플러그인되면, 커넥터(예컨대, 복수 개의 커넥터 핀)가 데이터를 물체 모듈(150a)로 송신하기 위해서 제공될 수 있다. 그러면, 이러한 물체/제어기(150) 내에 내장된 RFID 태그(114)가 이러한 입력을 어떻게 복호화할지, 및 이러한 데이터가 표준 인입 자이로스코프 및 가속도계 데이터(후술되는 내용 참조)와 비교하여 어떻게 수신될 것인지를 앱에게 알려주기 위해서 사용될 수 있다.
시스템은 상이한 자석 및/또는 센서(122)를 사용하여 상이한 자기장 세기 및 측정 정밀도를 제공하도록 구성될 수 있다. 센서(122)는 짧은 거리에 걸쳐서 작은 자기장을 감지하도록 구성되고, 예를 들어 컴퓨터 보조 수술 분야에서 특히 유용할 수 있다. 실시예들에서, 자석의 세기는 약 0.05 내지 0.6 테슬라(그 표면에서 측정됨)의 범위 안에 속할 수 있고, 추적 반경은 약 5cm 내지 30 cm 또는 40 cm의 범위에 속할 수 있다. 시스템의 분해능은 약 1 cm 미만이거나 약 0.5 cm 미만일 수 있다(또는 약 0.1cm 미만일 수 있음). 센서(122)는 센서 출력이 자기장으로 정확하게 변환되게 하는 교정된 센서일 수 있다. 자기 센서는 약 50 마이크로-테슬라 미만의 최소 검출가능 필드를 가질 수 있다.
센서(122)에서 검출가능한 자기장은 물체의 위치가 세 차원(x,y,z)에서 결정되게 하는 정보를 보유하는 벡터 자기장(Bx,By,Bz)이다. 센서(122)는 자력계일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 센서(122)는 Bx, By, 및 Bz를 측정하도록 동작가능한 3축 벡터 자력계이다. 자기장을 세 축에서 측정함으로써, 시스템(100)은 물체(150)의 위치를 세 차원에서 추적할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 물체(150) 또는 물체 모듈(150a)을 베이스(120) 또는 허브(121)의 상단면으로부터 들어 올릴 수 있고, 물체(150) 또는 물체 모듈(150a)을 베이스(120)의 상단면에 걸쳐서 이동시킬 수 있다.
도 8 은 제 1 실시예에 대한 예시적인 시스템(100)을 도시한다. 송수신기 또는 마이크로콘트롤러(130)는 베이스(120)(또는 제 2 실시예의 경우 허브(121))에 전기적으로 연결된다(유선 또는 무선으로). 송수신기(130)는 리더기(124)로부터의 물체 ID 및 복수 개의 센서(122)로부터의 출력을 수신하도록 구성된다. 또는, 별개의 송수신기/제어기(130)가 각각을 위해서 제공될 수 있다. 비록 도 8 에서는 별개의 소자로서 도시되지만, 제 2 실시예에서 송수신기(130)는 그 대신에 베이스(120) 또는 허브(121) 내에 제공될 수 있다.
도 9 는 제 2 실시예에 대한 다른 예시적인 시스템(100)을 도시한다. 여기에서, 송수신기 또는 마이크로콘트롤러(130)는 물체 모듈(150a) 내에 통합된다. 물체 모듈(15a)로부터의 데이터는 물체 모듈(150a)로부터 전자 디바이스(후술됨)로 직접적으로 송신된다. 여기에서, 매트(120)는 데이터를 전자 디바이스로 전송하는 자기 자신의 송수신기를 가진다.
모든 실시예에서, 전자 디바이스(160), 예를 들어 프로세서, 컴퓨터, 태블릿, 아이패드, 모바일 폰 또는 다른 유사한 디바이스가 제공된다. 디바이스(160)는 가상 환경(140)이 디스플레이될 수 있는 스크린 또는 디스플레이를 가진다. 디바이스(160)는 사용자 인터페이스, 예를 들어 GUI를 가질 수 있다. 전자 디바이스(160)는 가상 물체(150')를 생성하도록 동작가능한 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는, 센서 출력 및 물체 ID 내에 보유된 미리 결정된 자석 특성에 기초하여 베이스(120)에 상대적인 물체(150)의 위치를 결정하도록 구성된다. 프로세서(130)는 물체(150)의 위치를 실시간으로 결정하도록 동작가능하다. 모든 계산은, 예를 들어 앱, 프로그램, 또는 웹 애플리케이션을 통해서 외부 디바이스(160)에서 수행될 수 있다. 컴퓨팅 디바이스의 처리 파워를 사용하면, 시스템 하드웨어의 복잡도가 바람직하게 감소된다.
디바이스(160)는 하나 이상의 데이터 스트림을 송수신기(130)로부터 수신하여 가상 환경(140)을 생성하고 디스플레이하도록 구성된다. 특히, 전자 디바이스(160)는 가상 환경(140) 내에서 물체(150)와 연관되는 가상 물체(150')를 디스플레이하기 위한 디스플레이를 포함할 수 있다. 물체(150)는 ID 태그(114)로부터 독출된 물체 ID에 따라서 여러 상이한 가상 캐릭터(150') 중 하나로서 나타날 수 있다. 예를 들어, 물체(150)는 만화 캐릭터, 또는 동물 또는 임의의 다른 가상 물체(150')로서 나타날 수 있다. 가상 환경(140)은 가상 캐릭터(150')가 가상 환경에서 다른 가상 캐릭터(150') 및/또는 다른 컴퓨터-생성 요소와 상호작용하도록 프로그램될 수 있다. 상호작용은 상이한 방식으로 나타날 수 있다. 물체(150)(제 2 실시예에서는 물체 모듈(150a)을 포함함)가 사용자에 의해 물리적으로 이동되면, 전자 디바이스(160)는 대응하는 가상 물체(150')의 이동을 디스플레이한다. 디스플레이는 실시간일 수 있고, 또는 지연이 존재할 수도 있다.
하나 이상의 데이터 스트림이 전자 디바이스(160)에 의해 기록되어 재생하기 위한 시각적 파일을 생성할 수 있다. 데이터 파일은 편집되거나 공유될 수 있다.
제 2 실시예를 참조하면, 도 10 은 물체(150) 내에 삽입된 물체 모듈(150a)의 예를 도시한다. 이 경우 물체(150)는 토이이다. 물체 모듈(150a)은 도 11 에 도시된 바와 같이 카메라 모듈(170) 내에 제공된 리세스(151) 내로 삽입될 수도 있다. 시스템과 사용될 수 있는 다른 물체 또는 부속품이 제공될 수 있고, 추적기를 수용하기 위한 슬롯 또는 리세스를 가질 수 있다. 마술 지팡이(도 12), 마이크로폰, 스티어링 휠, 게임패드 제어기(도 13), 로봇 등과 같은 부속품이 모두 제공될 수 있고 물체 모듈(150a)을 수용하기 위한 슬롯/리세스를 포함할 수 있다. 이러한 "부속품"은 본질적으로 물체(150)와 동일하지만, 특정 애플리케이션에 따라서 버튼, 터치패드, 라이트 등의 하나 이상의 추가적 피쳐를 가질 수 있다. 이러한 부속품은 개인의 게임 또는 경험에 대응할 수 있고, 이러한 부속품은 가상 환경 내에서 새로운 기능성 또는 콘텐츠를 언록하기 위해서 사용될 수 있다.
도 12 에서, 마술 지팡이(550)가 그 손잡이 내에 및/또는 위에 위치된 물체 모듈(150a)과 함께 도시된다. 이러한 부속품은 컴퓨터 게임을 즐기거나 게임과 상호하는 중에, 예를 들어 사물을 전자 디바이스(160)(미도시)의 스크린에서 이동시키기 위해서 사용될 수 있다.
도 13 에서, 게임패드 제어기(650)가 그 위에/안에 위치된 물체 모듈(150a)과 함께 도시된다. 게임패드 제어기(650)는 거의 모든 경우에, 예를 들어 온 컴퓨팅 디바이스/태블릿/아이패드와 같은 전자 디바이스(160)에서 게임을 즐길 때에 제어하기 위해서 표준 방식으로 동작하는 표준 게임패드 제어기(650)이다. 버튼(652)을 누르면 디바이스(160)의 스크린에 있는 캐릭터가 어떤 액션을 수행할 수 있고, 그렇지 않으면 스크린에 어떤 일이 발생하게 할 수 있다. 또는, 물체 모듈(150a)에 의해 감지된 모션 검출이 디바이스(160)로 브로드캐스트되고 스크린에 어떤 일이 벌어지는지를 제어하기 위해서 사용될 수 있고, 예를 들어 제어기(650)를 위로 올리면 디바이스(160)의 스크린에 있는 캐릭터가 점프할 수 있다. 제어기로부터의 모든 데이터는 물체 모듈을 통해 시스템으로 직접 전송될 수 있어서, 제어기는 블루투스와 같은 그 자신의 복잡한 전자장치를 필요로 하지 않을 수 있다.
도 14 는 부속품(750)의 다소 다른 용법의 일 예를 도시한다. 여기에서, 부속품(750)은 전자 디바이스(160)에 의해 제어될 수 있는 라이트이거나 라이트를 포함한다. 이것은 물체(150) 또는 부속품(750)과 전자 디바이스(160) 사이에 존재하는 양-방향 통신의 예가 된다.
물체 모듈(150a)은 도 15 에 도시된 바와 같이 허브(121)내에 제공된 리세스(151) 내에 피팅되거나 클릭된다. 그러면 충전 또는 물리적 연결을 통한 업데이트를 제공할 수 있다. 또한/그 대신에, 컴포넌트는 그들의 소프트웨어를 무선으로 업데이트할 수 있는 것이 바람직하다.
물체 모듈(150a)은 슬립 모드를 가지도록 구성/프로그래밍될 수 있다. 그러면 물체 모듈(150a)을 턴온 및 오프하기 위한 물리 버튼이 필요 없다. 시스템은 다음과 같이 기능할 수 있다:
- 물체 모듈(150a)이 충전되고 베이스/매트(120)/허브(121)로부터 언플러그되면, 슬립모드로 들어감.
- 이것이 물체 모듈(150a)에 플러그인되면, RFID 태그는 리더기가 응답하게 하여 물체 모듈(150a)을 깨움.
- 물체 모듈(150a)이 미리 규정된 시간 동안 이동되지 않으면 슬립모드로 들어가고, 다시 이동되면 깨어남.
- 배낭 또는 차량 안에서 운반할 때의 움직임 때문에 물체 모듈(150a)이 턴온되는 것을 피하기 위하여, 물체 모듈(150a)은 베이스/매트(120)/허브(121)가 언플러그되거나 턴오프되면 오프 모드에 진입하도록 프로그래밍될 수 있음. 이러한 오프 모드 중에, 물체 모듈(150a)은 한 번에 매우 짧은 시간만큼만 웨이크업되어 베이스/매트(120)/허브(121)가 다시 급전되는지를 점검한다. 그러면 물체 모듈(150a)이 파워를 보존하고 완전히 오프된 것처럼 동작하게 된다.
물체 모듈(150a)이 물체(150) 내에 플러그인될 때마다, 자신의 ID, 및 RFID 태그로부터 식별된 물체(150)(예를 들어 토이/제어기)의 ID를 전송한다. 물체 모듈(150a)은 가속도계의 패킷 및 자이로스코프 데이터 및/또는 물체 모듈(150a) 내에 제공된 임의의 가속도계, 자이로스코프 및/또는 자석의 자기 데이터를 중앙 허브(121)/외부 디바이스(160)로 전송한다. 제어기(예를 들어, 650)가 물체 모듈(150a)에 부착되면, 이러한 데이터는 데이터 스트림 내에 포함된다.
데이터를 수신하기 위하여, 외부 디바이스(160)(예를 들어, 태블릿/컴퓨터)는 프롬프트를 차례대로 각각의 물체 모듈(150a)로 전송하여 온-보드 전자석(112)을 활성화시킨다. 그러면, 물체 모듈(150a)은 프롬프트를 되전송할 필요 없이 이러한 명령을 실행한다. 전자석(112)은 미리 규정된 시간 기간 동안 턴온/오프된다(점멸됨).
도 16 은 제 1 실시예에 따른 예시적인 자석 모듈(210)을 포함하는 다른 물체(150)를 도시한다. 자석 모듈(210)은 전자석(212)을 포함한다. 자석 모듈(210)은 전자석(212)에 제공되는 전력을 제어하기 위한 마이크로콘트롤러(216) 및 스위칭 소자(218)를 더 포함한다. 스위칭 소자(218)는 트랜지스터, 예를 들어 파워 트랜지스터일 수 있다. 마이크로콘트롤러(216)는 송수신기(130)와 데이터 통신하고, 송수신기(130)로부터 수신된 명령 신호에 기초하여 스위칭 소자(218)를 제어하도록 동작가능하다. 예를 들어, 송수신기(130)는 "locate" 명령을 마이크로콘트롤러(216)로 전송하여 스위칭 소자(218)가 전자석(212)을 소정 시간 기간 동안 "온"으로 급전하게 함으로써, 물체(150)의 위치에 대한 정보를 요청할 수 있다. 그러면 물체(150)의 위치가 드러나게 된다. 그 뒤, 마이크로콘트롤러(216)는 스위칭 소자(218)를 다시 동작시켜서 전자석(212)을 파워 "오프"한다. 전자석(212)은 "온"에서 "오프"로 신속하게 순환될 수 있고, locate 명령은 주기적으로 고주파수에서 반복되어 추적의 정확도를 개선한다. 50% 미만의 듀티 사이클이 과열을 방지하기 위해서 바람직하다. "온" 기간은 0.5s 내지 11ms의 범위에서 선택될 수 있다. 자석 모듈(210) 및 송수신기(130)는 유선 또는 무선 통신할 수 있다.
모든 실시예에서, 전자석(112)은 상이한 물체(150) 또는 물체 모듈(150a)이 동시에 상이한 주파수에서 동작하도록 프로그램되는 AC 동작 모드에서 사용될 수 있다. 그러면, 센서로부터의 데이터가 필터링되어(예를 들어, 대역통과 필터에 의해), 특정 물체 모듈의 위치를 결정할 수 있다. 또는, DC 동작 모드에서는, 자석(112)은 단순하게 차례대로 턴온 및 오프되어 센서(들)(122)에 의해 독립적으로 감지될 수 있게 된다. 온/오프 시퀀스의 듀티 사이클의 지속기간은 감지될 물체/물체 모듈의 개수에 따라서 변할 수 있다. 이러한 전자석 점멸(flashing)은 외부 디바이스로부터 수신된 신호에 의해 제어될 수 있다.
모든 실시예에서, 송수신기(130)는 다음과 같이 동작하는 임베딩된 코드를 포함할 수 있다:
- 컴포넌트를 초기화한다
- 교정(오프셋 널): 현재의 자기장을 측정하기 위해서 데이터 수집의 제 1 라운드를 수행하고 이것을 후속하는 데이터 수집의 나머지로부터 감산한다. 이것은 오직 물체(150) 및 베이스(120)에 의해 생성되는 자기장 교란을 측정하기 위해서 수행된다.
- 프로세스의 나머지는 자력계(122)로부터 데이터를 취출하는 것에 기초한다. 그러면, 시스템은 필요하다면 취출된 데이터의 처리를 수행한다. 멀티플렉서가 사용되는 경우 다음 루프가 반복된다:
- 멀티플렉서의 게이트를 개방하고 각각의 센서로부터 XYZ 값을 수집한다
- 자력계로부터의 XYZ 값을 연산하고 결과적으로 XYZ가 스트링에 저장된다
- 선택적으로, 멀티플렉서의 다른 게이트를 개방하고 ID 리더기가 물체(150) 내에 있지 않으면 RFID 리더/라이터(124)로부터 데이터를 수집한다. 태그가 검출되면 그 UDID가 분석되고, 이것이 카탈로그와 맞으면 그 ID에 대응하는 스트링이 저장된다
- 무선 수신기(130), 예를 들어 블루투스 또는 무선 송수신기에서 인입하는 데이터를 독출한다; 물체(150), 물체 모듈(150a), 카메라 또는 다른 부속품으로부터 들어오는 요 피치 롤 데이터가 스트링 "요,피치,롤" 내에 저장되고 카메라의 버튼 상태가 저장된다.
- 스트링은 다음의 구조로 구성된다: "X,Y,Z, 요,피치,롤, RFID"의 선택적인 추가적 입력 표시자도 역시 포함할 수 있고, 예를 들어 사용된다면 버튼 상태 조이스틱 또는 다른 입력이 포함될 수 있다
- 스트링은 전자 디바이스에 의해 판독되기 위해 usb 시리얼을 통해 전자 디바이스(160)(랩탑, 아이패드, 맥북, pc, pc 태블릿, pc 데스크탑...)에 전송될 수 있다. 또는, 물체(150) 각각은 외부 디바이스(160)와 독립적으로 통신할 수 있고, 그 데이터가 우선 허브로 가야 할 필요가 없이 그들의 데이터를 외부 디바이스에 전송할 수 있다. 모든 데이터를 허브를 거쳐 전송하면 모든 데이터를 타이밍하는 것이 쉬워지는 반면에, 모든 데이터를 외부 디바이스로 직접적으로 전송하면 데이터가 허브에 의해 수신된 후 다시 전송되지 않아도 되기 때문에 통신 속도가 더 빨라진다.
일 실시예에서, 물체(150)와 연관된 두 개 이상의 자석 모듈(210)은 시스템(100) 내로 스캔되어 동시에 추적된다. 송수신기(130)는 "locate" 명령을 자석 모듈(210) 각각에 순차적으로 전송하여, 각각의 자석 모듈(210)과 연관된 "온" 기간들이 시간적으로 중첩되지 않게 한다. 그러면 오직 하나의 전자석(212)만이 임의의 시각에 ON이 되는 것이 보장되어 추적의 정확도가 유지된다. 각각의 자석 모듈(210)과 연관된 "온" 기간 내에, 복수 개의 센서(122)로부터의 출력이 송수신기(130)에 의해 판독되고, 다음 자석 모듈(210)로 사이클링되기 이전에 베이스(120)에 상대적인 물체(150)의 정확한 위치가 결정된다. 그러나, 전술된 바와 같이, 이것은 AC(교류) 방법을 통해서도 극복될 수 있다. 이것은 제 2 실시예에서도 수행되어, 허브(121)에 상대적인 물체 모듈(150a)의 위치가 결정될 수 있다.
실시예들에서, 따라서 물체(150) 또는 물체 모듈(150a)은 자기장을 방출하는 자석(112)또는 전자석(112)을 포함한다. 3D 공간에서의 그들의 위치는 매트(120)(또는 허브(121)) 내의 하나 이상의 센서(자력계)(122)에 상대적으로 결정된다. 자이로스코프를 물체(150) 또는 물체 모듈(150a) 내에 포함시키면, 물체(150) 또는 물체 모듈(150a)의 배향 및/또는 피치, 요 및 롤이 결정될 수도 있다. 센서(122)는 미리 정의된 위치에 있고, 물체(150) 또는 물체 모듈(150a) 내의 자석/전자석에 의해 검출된 자기장의 세기는 센서(120)로부터 물체(150)/물체 모듈(150a)까지의 거리의 측정치를 제공한다. 이러한 이유 때문에, 두 개 이상의 센서(120)를 사용하면 더 정확한 측정치가 제공되지만, 단일 센서도 여전히 동작한다. 가속도계를 포함시키면 물체(150)/물체 모듈(150a)의 가속도의 측정치가 제공되는데, 이것도 역시 물체(150)/물체 모듈(150)이 어떻게 이동하고 있는지의 정확한 픽쳐를 제공한다.
도 17 은 프로토타입 시스템(100)을 도시한다. 여기에서, 물체(150)는 가상적으로 차량(150')으로 표현된다. 도 18 에서, 사용자는 물체(150)가 베이스(120)로부터 수직으로 분리되도록 물체를 들어올렸다. 가상 표현(150')이 가상 베이스 또는 터레인(120')에 대해서 대응하도록 들어 올려진다. 도 17 및 도 18 양자 모두의 경우, 추가적인 가상 물체(190')가 보인다. 비록 대응하는 물리적인 물체가 존재하지 않지만, 가상 표현(150')이 가상 환경(140) 내의 가상 장애물(190')과 상호작용한다면, 가상 표현(150') 및/또는 가상 장애물(190')은 미리 프로그램된 규칙에 따라서 반응할 것이다.
도 19a 에 도시되는 실시예에서, 시스템(100)은 카메라 모듈(170) 및/또는 마이크로폰을 더 포함하여 보충 입력을 가상 환경에 제공한다. 송수신기로 전달되는 하나 이상의 데이터 스트림은 상세히 후술되는 바와 같이 카메라 데이터 스트림 및/또는 마이크로폰 데이터 스트림을 더 포함할 수 있다.
카메라 모듈(170)은 송수신기(130)(도 19a 에 도시된 바와 같음)와 데이터 통신하는 물리적 디바이스 또는 디바이스(160)에서, 예를 들어 사용자 인터페이스에서 디스플레이되거나 표현된 가상 카메라 모듈(170')일 수 있다. 가상 환경(140)은 카메라 모듈(170)의 각도 및/또는 위치를, 카메라 모듈(170)을 물리적으로 이동시키거나 가상 환경(140)에서 사용자 인터페이스를 통해 이동시킴으로써 변경함에 의하여 바뀐다. 물리적 카메라 모듈(170)은 이동가능하고 베이스(120) 위 또는 주위의 어디에나 위치될 수 있으며, 물체(150)와 유사하게 3D 공간에서 추적될 수 있다. 또한/그 대신에, 카메라 모듈(170)은 베이스 상의 미리 결정된 위치에 위치되어 그 위치가 알려질 수도 있다. 물리적 카메라 모듈(170)은 마이크로콘트롤러 및 관성 측정 유닛(IMU)을 포함할 수 있다. 카메라 모듈이 물리적으로 이동되면, 그 이동이 IMU에 의해 분석되고, 카메라 데이터가 송수신기(130)로 전송된다. 실시예들에서, 카메라 모듈(170)은, 시스템(100)이 베이스에 상대적인 카메라 모듈(170)의 위치를 결정하게 하는 자석(112)을 더 포함할 수 있다. 카메라 데이터 스트림은, 베이스에 상대적인 카메라의 위치 및 가상 환경(140)에 대한 시점과 관점을 제공하기 위한, IMU의 요, 피치 및 롤이라고 불리는 자이로스코프 데이터를 포함한다. 다른 실시예들에서, 카메라 모듈은 송수신기(130)와 무선 데이터 통신하고, 카메라 데이터는 카메라 모듈 내의 RF 송수신기를 통해 송수신기(130)로 무선으로 전송된다. 카메라는 전술된 바와 같이 컴퓨터와 직접적으로 통신할 수 있지만, IMU 및 자석이 물체 내에 있도록 설계될 수도 있다.
실시예들에서, 가상 디스플레이의 시점 및 관점은 여러 미리 설정된 위치설정 및 각도로부터 사용자 인터페이스 내에서 고정되거나 선택될 수 있다. 도 19b 는 물체(150)가 3D 공간에서 카메라 모듈(170) 위로 들어올려지는 경우에 생성된 가상 환경(140)의 일 예를 도시한다. 도 17 및 도 18 의 카메라 각도와 반대로, 도 19b 에서 카메라는 가상적으로 가상 표현(150') 아래에서 가상 표현(150')을 위로 바라보고 있다.
도 20a 는 카메라 모듈(170)의 주된 회로 컴포넌트를 도시한다. 도 20b 는 가상 환경(140)을 생성하기 위하여 추적 시스템(100)과 함께 카메라 모듈(170)을 사용하는 데에 수반되는 단계들을 예시한다. 카메라 모듈(170)은 외부 디바이스와 무선으로 직접적으로 통신할 수 있다. 이러한 도면은 독립형 카메라 모듈 부속품의 주된 회로 컴포넌트를 도시하지만 임의의 종류의 부속품이 이러한 방식으로 구성될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 또는, 카메라 모듈 또는 임의의 다른 부속품은 외부 추적기를 사용하여 설계될 수 있다.
또는, 데이터는 외부 디바이스(160)로 무선으로 전송된다. 이것은, 제 2 실시예에서 허브(121)가 물체(들)(150)로부터의 모든 데이터를 축적하고 이것을 외부 디바이스로 전송하도록, 또는 모든 물체가 외부 디바이스(160)와 독립적으로 통신하는 방식으로 발생될 수 있다.
마이크로폰이 베이스(120) 내에 제공될 수 있고, 또는 송수신기(130) 또는 베이스(120)가 마이크로폰 커넥터 입력을 포함할 수 있다. 또는, 외부 디바이스 내의 마이크로폰이 직접적으로 사용될 수 있다. 마이크로폰 데이터는 생성된 가상 환경(140)에 추가되는, 가상 환경에 대한 음향 효과, 예컨대 사용자 음성, 코멘트 또는 음악을 제공한다. 사운드는 가상 환경(140) 내의 가상 캐릭터(150')의 특정 거동 또는 상호작용, 예컨대 얼굴 제스쳐를 트리거링하여 대화를 시뮬레이션하기 위한 사용자 입력으로서 사용될 수 있다. 마이크로폰 데이터 스트림은 시각적 데이터와 함께 기록되어 재생되기 위한 음향-시각적 파일을 생성할 수 있다.
도 21 은 베이스에 상대적인 물체의 위치를 추적하는 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다. 단계 S1에서, 물체(150)는 리더기(124)에 의해 스캐닝되고, 물체 ID(114)가 판독된다(이러한 경우에 RF 리더기가 토이 내로 클릭되어 들어가는 추적기 내에 임베딩되기 때문임). 물체(150)의 실제 위치(좌표)가 단계 S2 에서 결정된다. 단계 S3에서, 가상 환경(114)이 가상 캐릭터(150') 및/또는 가상 물체(190')와 함께 생성된다.
실시예들에서, XYZ 및 피치 롤 및 요가 물체(150)/물체 모듈(150a), 카메라 또는 다른 부속품에 대해서 획득될 수 있다.
단계 S4에서, 사용자는 물체(150)를 이동시킨다. 사용자는, 예를 들어 게임용으로 입력을 허용하는 하나 이상의 버튼 또는 조이스틱을 통해서 하나 이상의 다른 입력을 제공할 수 있다. 선택적으로, 카메라(170)가 이동될 수 있고 및/또는 사용자는 존재할 경우 음향을 마이크로폰에 대고 생성할 수 있다. 단계 S4 로부터 얻어진 데이터가 단계 S5 에서 수집된다. 단계 S6 에서, 위치 및 카메라 각도가 결정된다. 가상 환경(140)은 단계 S7 에서 업데이트되고, 업데이트된 표현이 디바이스(160) 상에 나타난다.
도 22 는 베이스에 상대적인 물체(150)의 위치를 결정하는 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다. 단계 S8에서 센서(122)로부터의 출력이 판독된다. 단계 S9에서 센서(122)의 출력은 물체 ID(114)에 기초하여 센서에 상대적인 거리로 변환된다. 단계 10 에서, 베이스(120)에 상대적인 물체(150)의 위치는 삼변 측량을 사용하여 계산된다.
도 23 은 앞서 규정된 프로세스들의 주요 단계의 전체적인 요약을 제공하는데, 이들은 "물리적" 상호작용, "소프트웨어" 상호작용 및 "디지털 출력" 및 이들 사이의 상호작용으로 나누어진다. 이것은 이러한 시스템이 3D 애니메이션을 생성하기 위해서 사용되는 특정한 경우에 어떻게 동작할 것인지를 풀어놓은 것이지만, 이러한 시스템은 다양한 다른 애플리케이션을 위해서도 사용될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 예를 들어, 애니메이션 앱이 활용될 수 있다. 출력은 VR 헤드셋으로 시청될 수 있는 360° 비디오일 수 있다. 이것은 더 적게 몰입되는 방식으로 VR 콘텐츠와 상호작용하는 새로운 형태를 제공하는데, 여기서는 헤드셋을 착용하는 대신에 유형의(tangible) 물체를 가지고 환경을 통해 네비게이션하고, 툴들의 세트(실제 또는 가상 물체)를 가지고 환경과 상호작용할 수 있다. 게임 및 다양한 다른 VR 경험과 실제로 상호작용하는 것 역시 고찰된다.
도 17 내지 도 23 은 제 1 실시예에 대해서 일반적으로 도시되고 설명되지만, 설명된 피쳐들이 제 2 실시예에도 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
비록 첨부된 청구항이 피쳐들의 특정 조합에 직결되지만, 본 발명의 기술 내용의 범위가, 임의의 청구항에 현재 청구된 것과 동일한 발명과 관련이 있는지 여부와 무관하게, 그리고 본 발명이 해결하는 것과 동일한 기술적인 문제점들 중 임의의 것 또는 전부를 완화하는지 여부와 무관하게, 명시적 또는 묵시적으로 또는 임의의 일반적인 표현으로 본 명세서에 개시된 임의의 신규한 피쳐 또는 피쳐들의 임의의 신규한 조합을 역시 포함한다는 것이 이해되어야 한다.
또한, 개별 실시예들의 콘텍스트에서 본 설명된 특징들은 단일 구현형태에서 조합되어 제공할 수도 있다. 반대로, 간략화를 위하여 단일 실시예의 콘텍스트에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위조합에서 제공될 수도 있다.
완결성을 위하여, "포함한다"라는 용어가 다른 구성 요소 또는 단계를 배제하지 않고, "하나" 또는 "하나의"라는 용어가 복수 개를 배제하지 않으며, 청구항에 있는 임의의 참조 부호가 청구항들의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 점을 역시 밝혀 둔다.

Claims (25)

  1. 물체의 위치를 추적하는 방법으로서,
    베이스 내에 배치된 하나 이상의 센서로부터 자기장 데이터를 수신하는 단계 - 상기 물체 위나 안의 자석으로부터 방산되는 자기장을 검출하도록 구성됨 -;
    상기 센서로부터의 자기장 데이터에 기초하여 상기 베이스에 상대적인 상기 물체의 실제 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 자기장 데이터에 기초하여, 전자적으로 디스플레이하기 위한 상기 물체의 대응하는 가상 위치를 생성하는 단계를 포함하는, 물체 위치 추적 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 베이스에 대응하는 가상 베이스를 포함하는 가상 환경을 생성하는 단계; 및
    상기 가상 환경에서, 상기 가상 베이스에 상대적인 결정된 가상 위치에 대응하는 가상 물체를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 물체 위치 추적 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 물체와 연관된 전자 ID를 판독하고, 상기 가상 물체의 대응하는 ID를 나타내는 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 물체 위치 추적 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 가상 물체의 ID를 나타내는 신호에 기초하여, 하나 이상의 고유한 특성을 가지는 가상 물체를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 물체 위치 추적 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가상 물체 및/또는 상기 물체의 가상 위치를 생성하는 것은, 실시간으로 또는 거의 실시간으로, 또는 다른 방식으로 수행되는, 물체 위치 추적 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 물체가 상기 베이스에 상대적으로 이동되면, 상기 베이스에 상대적인 상기 물체의 새로운 실제 위치를 결정하고, 상기 가상 베이스에 상대적인 상기 가상 물체의 가상 위치를 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 물체 위치 추적 방법.
  7. 물체의 위치를 추적하는 시스템으로서,
    자석을 포함하는 물체;
    상기 자석으로부터 방산되는 자기장을 검출하기 위한 하나 이상의 센서를 포함하는 베이스;
    상기 센서로부터 자기장 데이터를 수신하고 출력하도록 구성되는 수신기 또는 송수신기; 및
    출력된 자기장 데이터에 기초하여, 상기 베이스에 상대적인 상기 물체의 실제 위치를 센서 데이터에 기초하여 결정하고, 전자적으로 디스플레이하기 위한 대응하는 가상 위치를 생성하기 위한 소프트웨어를 포함하는, 물체 위치 추적 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 자석은 상기 물체 내에 삽입가능하고 상기 물체로부터 제거가능한 물체 모듈 내에 포함되는, 물체 위치 추적 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 물체는 전자 ID를 더 포함하고,
    상기 물체 모듈은 상기 물체의 전자 ID를 판독하기 위한 리더기를 포함하는, 물체 위치 추적 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 물체는 전자 ID를 더 포함하고,
    상기 베이스는 상기 ID를 판독하기 위한 리더기를 더 포함하는, 물체 위치 추적 시스템.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석은 전자석이거나 전자석을 포함하는, 물체 위치 추적 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 물체 또는 물체 모듈은 상기 전자석에 전달되는 전력을 제어하도록 동작가능한 마이크로콘트롤러 및 스위칭 소자를 더 포함하고,
    상기 마이크로콘트롤러는 송수신기 및/또는 외부 컴퓨팅 디바이스와 데이터 통신 상태이며,
    선택적으로 또는 바람직하게, 상기 마이크로콘트롤러는 상기 송수신기 및/또는 외부 컴퓨팅 디바이스로부터 수신되는 명령에 기초하여 상기 스위칭 소자를 제어하도록 동작가능한, 물체 위치 추적 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 송수신기 및/또는 외부 컴퓨팅 디바이스는 상기 물체 또는 물체 모듈의 마이크로콘트롤러와 무선 데이터 통신 상태이고,
    선택적으로 또는 바람직하게, 무선 데이터 통신은 블루투스를 통해 이루어지는, 물체 위치 추적 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 방법 또는 제 7 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항의 시스템으로서,
    전자적으로 디스플레이하는 것은, 생성된 가상 위치를 전자 디바이스의 디스플레이 상에 디시플레이하는 것을 포함하고,
    제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 경우, 생성된 가상 환경을 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 물체 위치 추적 방법 또는 시스템.
  15. 제 3 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항의 방법 또는 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 시스템으로서,
    상기 전자 ID는 무선 주파수 전자 ID(RFID) 또는 근 거리장 통신(NFC) ID인, 물체 위치 추적 방법 또는 시스템.
  16. 제 1 항, 제 6 항 내지 제 14 항 및 제 15 중 어느 한 항의 방법 또는 제 7 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 시스템으로서,
    상기 센서는 상기 물체의 위치를 3D 공간에서 결정하도록 구성되고 동작가능한, 물체 위치 추적 방법 또는 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    복수 개의 센서로부터 수신되는 자기장 데이터는 3 차원의 자기장 벡터이거나 3 차원의 자기장 벡터를 포함하는, 물체 위치 추적 방법 또는 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 베이스에 상대적인 상기 물체의 위치를 결정하는 단계는,
    상기 센서로부터의 데이터를 상기 센서의 위치에 상대적인 3 차원의 위치 벡터로 변환하는 것, 및
    복수 개의 센서가 사용되는 경우, 상기 베이스에 상대적인 상기 물체의 위치를 다변 측량(multilateration) 또는 삼변 측량(trilateration)에 의해 계산하는 것을 포함하는, 물체 위치 추적 방법 또는 시스템.
  19. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 14 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 방법, 또는 제 7 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 방법으로서,
    디스플레이 상에서의 가상 물체의 추적을 기록하는 단계를 더 포함하는, 물체 위치 추적 방법.
  20. 물체의 위치를 추적하기 위한 시스템에서 사용되기 위한 물체 모듈로서,
    자석;
    물체의 전자 ID를 판독하기 위한 ID 리더기;
    상기 물체 및/또는 외부 디바이스와 통신하기 위한 무선 통신 디바이스;
    가속도계; 및
    자이로스코프를 포함하는, 물체 모듈.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 물체 모듈은,
    제 20 항에 따른 다른 물체 모듈의 자석으로부터의 자기장을 감지하기 위한 자력계를 더 포함하는, 물체 모듈.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항의 물체 모듈; 및
    상기 자석으로부터 방산되는 자기장을 감지하기 위한 하나 이상의 자력계를 포함하는 베이스를 포함하는, 물체.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 물체는,
    상기 물체 모듈과 상기 물체 사이에 물리적 데이터 연결(hard data connection)을 더 포함하는, 물체.
  24. 제 7 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 시스템 내에 규정되거나 상기 시스템과 함께 사용되기 위한 착탈식 물체 모듈;
    또는 제 8 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 시스템 내에 규정되거나 상기 시스템과 함께 사용되기 위한 물체 모듈을 포함하는, 물체.
  25. 컴퓨팅 디바이스에서 실행되면 상기 컴퓨팅 디바이스가 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하게 하도록 구성되는, 컴퓨터 프로그램.
KR1020197001695A 2016-06-22 2017-06-22 물체 추적 시스템 및 방법 KR20190037232A (ko)

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