KR20200084586A - 가상현실 공간의 감각 인지 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

가상현실 내에서 사용자에게 발생하는 이벤트를 현실적인 감각으로 인지할 수 있도록 하는 감각 인지 시스템이 개시된다. 상기 시스템은, 가상현실에서 실행되는 애플리케이션이 설치된 컴퓨터 장치, 상기 애플리케이션을 실행하면서 사용자가 착용하며 다수의 분리된 전기전도성 라인 패턴과 이에 연결되는 전극을 구비한 수트, 및 상기 컴퓨터 장치에 통신 연결되고 상기 전극에 전류를 인가하는 전류 인가장치로 구성되며, 상기 전류 인가장치는, 상기 애플리케이션을 가상현실에서 실행하는 중 발생하는 이벤트에 대응하는 피부 감각에 매칭된 파형의 전류를 생성하여 상기 전극 중 선택된 전극에 인가한다.

Description

가상현실 공간의 감각 인지 시스템 및 방법{System and Method for recognizing senses in vertual reality space}
본 발명은 가상현실 공간 내에서 감각을 인지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가상현실(Virtual Reality) 또는 증강현실(Augmented Reality)이란 컴퓨터를 통해 어떤 특정한 환경이나 상황을 입체감 있는 3D 콘텐츠로 제작하여, 그 3D 콘텐츠를 사용하는 사람이 마치 실제 주변 상황, 환경과 상호작용하고 있는 것처럼 만들어 주는 인간-컴퓨터 사이의 인터페이스 등을 총칭한다.
이와 같이 가상현실 기술 3D 콘텐츠의 보편화와 더불어, 더욱 몰입도 높은 가상현실 서비스를 제공할 수 있는 다양한 디지털 디바이스가 개발되고 있다.
가령 3D 콘텐츠의 디스플레이와 사운드 출력을 위해 헤드 마운트 디스플레이(HMD)가 적용되고, 사용자로부터 명령 입력을 위해 센서가 부착된 착용 수트가 적용되기도 하며, 국내 등록특허 제1656025호와 같이, 물리기반센서를 통한 사용자의 모션을 인식한 제어방법도 제안되고 있다.
또한, 진동과 같은 디지털 촉감은 햅틱과 같은 기술에 의해, 가령 터치 스크린이나 마우스 또는 사용자가 착용한 수트를 통하여 인지할 수 있다.
그러나 아직까지 디지털 촉감은 진동에 한정되어 있어, 가령 가상현실 공간에서 슈팅 게임(FPS)을 수행하는 사용자가 총을 맞을 때 느끼는 감각을 출력할 수 없다. 다시 말해, 가상현실에서 발생하는 아픔이나 간지러움과 같은 피부 감각을 현실적으로 느끼도록 하는 방법은 아직까지 알려진 바가 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 가상현실 내에서 사용자에게 발생하는 이벤트를 현실적인 감각으로 인지할 수 있도록 하는 감각 인지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이벤트의 종류와 크기에 대응하여 현실적인 감각을 쉽게 구현할 수 있는 감각 인지 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 가상현실에서 실행되는 애플리케이션이 설치된 컴퓨터 장치, 상기 애플리케이션을 실행하면서 사용자가 착용하며 다수의 분리된 전기전도성 라인 패턴과 이에 연결되는 전극을 구비한 수트, 및 상기 컴퓨터 장치에 통신 연결되고 상기 전극에 전류를 인가하는 전류 인가장치로 구성되며, 상기 전류 인가장치는, 상기 애플리케이션을 가상현실에서 실행하는 중 발생하는 이벤트에 대응하는 피부 감각에 매칭된 파형의 전류를 생성하여 상기 전극 중 선택된 전극에 인가하는 것을 특징으로 하는 가상현실 공간의 감각 인지 시스템에 의해 달성된다.
바람직하게, 상기 컴퓨터 장치는, 상기 애플리케이션의 사용자 객체의 신체상 위치와 상기 수트의 전극의 위치를 매핑하여 데이터베이스에 저장하는 위치 매핑부; 상기 애플리케이션에서 사용자에게 발생하는 이벤트를 분석하여 이벤트의 종류와 발생한 사용자 객체의 신체상 위치를 판정하는 이벤트 분석부; 상기 이벤트 분석부가 판정한 분석 정보에 기초하여 상기 데이터베이스로부터 이벤트 코드, 상기 사용자 객체의 신체상 위치와 매핑된 수트의 전극코드를 추출하는 코드 추출부; 및 상기 애플리케이션의 실행과 각 부분의 동작을 제어하는 주 제어부를 포함한다.
바람직하게, 상기 전류 인가장치는, 상기 수트에 설치된 전극을 코드화하여 저장하고, 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 수트의 전극코드에 기초하여 특정 전극을 선택하는 전극위치 판정부; 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 이벤트 코드에 기초하여 배터리로부터 특정 파형의 전류가 생성되도록 필터링 하는 파형 생성부; 및 상기 전극위치 판정부가 선택한 전극으로 상기 생성된 특정 파형의 전류를 인가하는 제어부를 포함한다.
바람직하게, 상기 컴퓨터 장치와 상기 전류 인가장치는 단일의 장치로 통합되어 구현될 수 있다.
상기의 목적은, 가상현실에서 실행되는 애플리케이션이 설치된 컴퓨터 장치, 상기 애플리케이션을 실행하면서 사용자가 착용하며 다수의 분리된 전기전도성 라인 패턴과 이에 연결되는 전극을 구비한 수트, 및 상기 컴퓨터 장치에 통신 연결되고 상기 전극에 전류를 인가하는 전류 인가장치로 구성되는 가상현실 공간의 감각 인지 시스템에 적용되며, 상기 컴퓨터 장치의 상기 애플리케이션을 가상현실로 실행하는 중 사용자에게 이벤트가 발생하면 상기 이벤트의 종류와 상기 이벤트가 발생하는 사용자 객체의 신체상 위치를 판정하는 단계; 상기 판정의 결과에 기초하여 데이터베이스로부터 이벤트 코드, 상기 사용자 객체의 신체상 위치와 매핑된 수트의 전극코드를 추출하는 단계; 상기 컴퓨터 장치가 상기 추출된 이벤트 코드와 전극코드를 상기 전류 인가장치에 전송하는 단계; 상기 전류 인가장치가 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 이벤트 코드에 기초하여 배터리로부터 특정 파형의 전류가 생성되도록 필터링 하고, 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 수트의 전극코드에 기초하여 특정 전극을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 전극으로 상기 특정 파형의 전류를 인가하여 사용자가 이벤트에 의한피부 감각을 느끼도록 하는 것을 특징으로 하는 가상현실 공간의 감각 인지 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 의하면, 가상현실에서 실행되는 애플리케이션에서 사용자에게 발생하는 이벤트에 상응하는 피부 감각을 현실적으로 사용자가 전달함으로써 실행 효과를 생생하게 느끼도록 할 수 있다.
또한, 가상의 피부 감각을 전류의 파형으로 매칭되도록 함으로써 감각을 쉽게 인지할 수 있도록 한다.
더욱이, 전류의 세기를 조정함으로써 쉽게 이벤트의 강도를 현실적으로 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 감각 인지 시스템을 보여주는 구성도이다.
도 2는 컴퓨터 장치의 기능 블록도이다.
도 3은 전류 인가장치의 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명의 감각 인지 방법을 보여주는 흐름도이다.
본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하의 설명에서는 본 발명의 감각 인지 시스템 및 방법을 설명하기 위해 슈팅 게임의 일종인 FPS(First-person shooter)를 예로 들어 설명하는데, FPS는, 잘 알려진 것처럼, 플레이어의 시점, 내가 사물을 보는 시점과 같은 화면에서 무기나 도구를 이용해 전투를 벌이는 게임을 말한다.
그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 사용자의 피부감각에 영향을 줄 수 있는 이벤트를 생성하는 모든 종류의 어플리케이션에 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 감각 인지 시스템을 보여주는 구성도이다.
감각 인지 시스템은, 전기전도성 라인 패턴(111)과 전극(112)을 구비한 수트(110), 전류 인가장치(200) 및 컴퓨터 장치(300)로 구성된다.
수트(110)는 가상현실 장치를 이용하는 사용자가 착용하는 의복으로, 가령, 의복 원단으로 제작될 수 있으며, 내면에 전기전도성 라인 패턴(111)이 형성된다.
라인 패턴(111)은 전기전도성 실리콘 고무층으로 구성할 수 있는데, 바인더로서 실리콘 수지에 전도성 분말이 혼합되어 형성되어 높은 전기전도성과 원단과의 접착력을 구비하여 수트(110)를 구부리고 당겼을 때 이를 잘 견딤으로써 전기전도성을 유지할 수 있다.
따라서, 라인 패턴(111)을 구성하는 전기전도성 실리콘 고무층의 우수한 점착력과 탄성과 유연성에 의해 수트(110)를 편리하게 세탁할 수 있고, 세탁 후에도 수트(110)가 손상되지 않도록 한다.
라인 패턴(111)은 다수 개가 형성되어 일단은 패턴 형성장치(200)에 전기적으로 연결되고, 타단에는 전극(112)이 형성되는데, 전극(112)은 전기전도성 패드이거나 금속 스냅(snap)일 수 있다.
후술하는 것처럼, 전극(112)은 실행되는 프로그램에서 발생하는 이벤트에 대응하는 피부 감각을 전류 파형을 통하여 인체의 피부에 전달하는 역할을 한다.
컴퓨터 장치(300)에는 FPS 프로그램이 설치되고, FPS 프로그램에 관련된 데이터베이스(310)를 구비하며, 해당 사용자에게 영향을 주는 모든 이벤트 정보가 데이터베이스(310)에 저장된다.
컴퓨터 장치(300)는 윈도 베이스의 통상의 호환 가능한 컴퓨터이거나, 본 발명에 특히 적용될 수 있는 운영체제를 구비한 장치일 수 있으며, 통칭하여 컴퓨터 장치라 한다.
도 2는 컴퓨터 장치의 기능 블록도이다.
위치 매핑부(340)는 FPS의 사용자 객체의 신체상 위치와 FPS를 위한 수트(110)의 전극(112)의 위치를 매핑하여 데이터베이스(310)에 저장한다.
후술하는 것처럼, 전류 인가장치(200)에 연결된 각 전극(112)의 위치를 특정되어 있기 때문에 위치 매핑부(340)는 해당 위치정보를 수신하여 FPS가 제공하는 사용자 객체의 신체상 위치를 매핑한다.
이때, 수트(110)에 설치된 전극(112) 밀도를 고려해야 하는데, FPS가 제공하는 사용자 객체의 신체상 위치와 전극(112)의 위치가 일대일로 매칭되는 경우는 별 문제가 없지만, FPS가 제공하는 사용자 객체의 신체상 위치가 더 조밀한 경우, 다수의 사용자 객체의 신체상 위치가 하나의 전극(112) 위치에 대응하도록 매핑할 수 있다.
이벤트 분석부(320)는 FPS 내에서 사용자에게 발생하는 이벤트를 분석하는 역할을 하며, 이벤트의 종류와 발생한 사용자 객체의 신체상 위치를 판정한다.
예를 들어, 도 1의 화면에 표시한 것처럼, FPS 내에서 상대의 사격에 의해 왼쪽 어깨 부분에 총을 맞았을 때, 이벤트 분석부(320)는 이벤트의 종류가 '총상'이고, 사용자 객체의 신체상 위치가 '어깨 부분'이라는 것으로부터 총상의 위치를 검출한다.
추가로, FPS가 총상의 강도를 지정함으로써, 총상의 강도정보가 '강, 중, 약'으로 구별되어 포함될 수 있다.
코드 추출부(330)는 제어부(310)의 요청에 의해 이벤트 분석부(320)가 제공하는 분석 정보에 기초하여 데이터베이스(310)로부터 이벤트 코드, 사용자 객체의 신체상 위치와 매핑된 수트(110)의 전극코드를 추출한다.
송수신부(350)는 제어부(310)의 요청으로 추출된 이벤트 코드와 수트의 전극코드를 전류 인가장치(200)에 전송한다.
제어부(310)는 마이크로프로세서일 수 있고, FPS의 실행과 각 부분(320, 330, 340, 350)의 동작을 제어한다.
컴퓨터 장치(300)에서 실행되는 FPS는 대화면 디스플레이(130)를 통하여 표시되거나, 사용자가 장착한 HMD(Head Mount Display, 120)를 통하여 표시될 수 있다.
전류 인가장치(200)는 유선 또는 무선, 가령 RF, 와이파이, 블루투스 등을 포함하는 근거리 무선 통신방식을 통하여 컴퓨터 장치(300)와 연결된다.
전류 인가장치(200)는, 가령 벨트처럼 허리에 장착하거나 손목시계처럼 손목에 착용하도록 구성될 수 있다.
도 3은 전류 인가장치의 기능 블록도이다.
전극위치 판정부(240)는 수트(110)에 설치된 전극(112)을 코드화하여 메모리(230)에 저장하고, 상기한 것처럼, 전극위치 코드를 컴퓨터 장치(300)에 전달하여 위치 매핑부(340)가 FPS가 제공하는 사용자 객체의 신체상 위치와 수트(110)의 전극(112) 위치를 매핑하도록 한다.
파형 생성부(220)는 컴퓨터 장치(300)로부터 수신한 이벤트 코드에 기초하여 배터리(260)로부터 특정 파형의 전류가 생성되도록 필터링 한다.
전극위치 판정부(240)는 컴퓨터 장치(300)로부터 수신한 수트의 전극코드에 기초하여 메모리(230)에 저장된 전극(112) 중 특정 전극을 선택한다.
제어부(210)는 마이크로프로세서일 수 있으며, 전극위치 판정부(240)가 선택한 전극(112)으로 특정 파형의 전류를 인가함으로써 사용자가 해당 신체 부분에서 감각을 느끼도록 한다.
이하, 본 발명의 감각 인지 방법에 대해 도 1 내지 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 감각 인지 방법을 보여주는 흐름도이다.
이해를 쉽게 하도록 사용자가 수트(110)를 입고 HMD(120)를 착용하고 컴퓨터 장치(300)에 설치된 FPS를 가상현실에서 실행하는 중 어깨 부분에 총상을 입었을 때 사용자가 어깨 부분에 총상에 대응하는 통증을 느끼는 과정으로 한정하여 설명한다.
가상현실에서 FPS를 실행하는 중 상대의 총격에 의해 어깨 부분에 총상을 입는 이벤트가 발생하면, 컴퓨터 장치(300)의 이벤트 분석부(330)는 이벤트의 종류가 '총상'이고, FPS의 사용자 객체의 신체상 위치가 '어깨 부분'이라는 것으로부터 판정하며, 총상의 강도를 더 판정할 수 있다.
코드 추출부(330)는 제어부(310)의 요청에 의해 이벤트 분석부(320)가 판정한 분석 정보에 기초하여 데이터베이스(310)로부터 이벤트 코드, 사용자 객체의 신체상 위치와 매핑된 수트의 전극코드를 추출한다.
컴퓨터 장치(300)의 제어부(310)는 송수신부(350)를 통하여 추출된 이벤트 코드와 전극코드를 전류 인가장치(200)에 전송한다.
전류 인가장치(200)의 파형 생성부(220)는 컴퓨터 장치(300)로부터 수신한 이벤트 코드에 기초하여 배터리(260)로부터 특정 파형의 전류가 생성되도록 필터링 한다.
배터리(260)로부터 인가되는 전류의 파형은 필터링에 의해 구형파, 톱니파, 싸인파, 펄스파 또는 이들의 조합으로 구성되거나, 대칭, 비대칭 그리고 단상(monophasic) 또는 이상(biphasic)의 형태를 구비할 수 있다.
이러한 전류의 파형은 인체가 느끼는 감각, 가령 아픔, 따가움, 간지러움, 따끔함 등의 다양한 종류에 대응하도록 다수의 실험을 통하여 마련될 수 있다.
이때, 상기한 것처럼, 총상의 강도가 추가로 전달되며, 전류의 세기를 조정함으로써 총상의 강도에 대응하는 크기를 갖는 전류를 생성할 수 있다.
또한, 전극위치 판정부(240)는 컴퓨터 장치(300)로부터 수신한 수트의 전극코드에 기초하여 메모리(230)에 저장된 전극(112) 중 특정 전극을 선택한다.
상기한 것처럼, 특정 파형의 전류가 생성되고, 전극(112)이 선택되면, 제어부(210)는 선택된 전극(112)으로 특정 파형의 전류를 인가함으로써 사용자가 어깨 부분에서 총상의 의한 아픈 감각을 느끼도록 한다.
상기한 것처럼, 총상의 강도가 크다면 전류의 세기를 크게 하여 아픔을 더 느끼게 하고, 강도가 작다면 전류의 세기를 줄여 아픔을 덜 느끼게 할 수 있다.
상기의 실시 예에서, 감각 인지 시스템은 전류 인가장치(200)와 컴퓨터 장치(300)가 분리되어 구성되는 것을 예로 들었지만, 이에 한정되지 않는다. 가령, 전류 인가장치(200)가 마이크로프로세서를 구비하고 운영체제가 설치된 경우, 컴퓨터 장치(300)의 기능을 흡수하여 단일의 통합 장치로 구현할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시 예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경을 가할 수 있음은 물론이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 상기한 실시 예에 한정되어 해석될 수 없으며, 이하에 기재되는 청구범위에 의해 해석되어야 한다.
110: 수트
111: 라인 패턴
112: 전극
120: HMD
130: 대화면
200: 전류 인가장치
300: 컴퓨터 장치

Claims (5)

  1. 가상현실에서 실행되는 애플리케이션이 설치된 컴퓨터 장치, 상기 애플리케이션을 실행하면서 사용자가 착용하며 다수의 분리된 전기전도성 라인 패턴과 이에 연결되는 전극을 구비한 수트, 및 상기 컴퓨터 장치에 통신 연결되고 상기 전극에 전류를 인가하는 전류 인가장치로 구성되며,
    상기 전류 인가장치는, 상기 애플리케이션을 가상현실에서 실행하는 중 발생하는 이벤트에 대응하는 피부 감각에 매칭된 파형의 전류를 생성하여 상기 전극 중 선택된 전극에 인가하는 것을 특징으로 하는 가상현실 공간의 감각 인지 시스템.
  2. 청구항 1에서,
    상기 컴퓨터 장치는,
    상기 애플리케이션의 사용자 객체의 신체상 위치와 상기 수트의 전극의 위치를 매핑하여 데이터베이스에 저장하는 위치 매핑부;
    상기 애플리케이션에서 사용자에게 발생하는 이벤트를 분석하여 이벤트의 종류와 발생한 사용자 객체의 신체상 위치를 판정하는 이벤트 분석부;
    상기 이벤트 분석부가 판정한 분석 정보에 기초하여 상기 데이터베이스로부터 이벤트 코드, 상기 사용자 객체의 신체상 위치와 매핑된 수트의 전극코드를 추출하는 코드 추출부; 및
    상기 애플리케이션의 실행과 각 부분의 동작을 제어하는 주 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 공간의 감각 인지 시스템.
  3. 청구항 1에서,
    상기 전류 인가장치는,
    상기 수트에 설치된 전극을 코드화하여 저장하고, 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 수트의 전극코드에 기초하여 특정 전극을 선택하는 전극위치 판정부;
    상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 이벤트 코드에 기초하여 배터리로부터 특정 파형의 전류가 생성되도록 필터링 하는 파형 생성부; 및
    상기 전극위치 판정부가 선택한 전극으로 상기 생성된 특정 파형의 전류를 인가하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상현실 공간의 감각 인지 시스템.
  4. 청구항 1에서,
    상기 컴퓨터 장치와 상기 전류 인가장치는 단일의 장치로 통합되어 구현되는 것을 특징으로 하는 가상현실 공간의 감각 인지 시스템.
  5. 가상현실에서 실행되는 애플리케이션이 설치된 컴퓨터 장치, 상기 애플리케이션을 실행하면서 사용자가 착용하며 다수의 분리된 전기전도성 라인 패턴과 이에 연결되는 전극을 구비한 수트, 및 상기 컴퓨터 장치에 통신 연결되고 상기 전극에 전류를 인가하는 전류 인가장치로 구성되는 가상현실 공간의 감각 인지 시스템에 적용되며,
    상기 컴퓨터 장치의 상기 애플리케이션을 가상현실로 실행하는 중 사용자에게 이벤트가 발생하면 상기 이벤트의 종류와 상기 이벤트가 발생하는 사용자 객체의 신체상 위치를 판정하는 단계;
    상기 판정의 결과에 기초하여 데이터베이스로부터 이벤트 코드, 상기 사용자 객체의 신체상 위치와 매핑된 수트의 전극코드를 추출하는 단계;
    상기 컴퓨터 장치가 상기 추출된 이벤트 코드와 전극코드를 상기 전류 인가장치에 전송하는 단계;
    상기 전류 인가장치가 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 이벤트 코드에 기초하여 배터리로부터 특정 파형의 전류가 생성되도록 필터링 하고, 상기 컴퓨터 장치로부터 수신한 수트의 전극코드에 기초하여 특정 전극을 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 전극으로 상기 특정 파형의 전류를 인가하여 사용자가 이벤트에 의한피부 감각을 느끼도록 하는 것을 특징으로 하는 가상현실 공간의 감각 인지 방법.
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