KR20200091316A - 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템 및 방법 - Google Patents

가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템 및 방법을 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템은, 균형 감각을 회복하기 위한 운동 방법을 미리 설정된 가상 현실 기반의 훈련 프로그램으로 환자에게 제공하는 훈련 프로그램 제공 장치; 상기 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 생체 정보를 검출하는 생체 정보 검출 장치; 및 상기 생체 정보 검출 장치로부터 환자의 생체 정보를 수신하여, 상기 수신된 환자의 생체 정보를 미리 설정된 임계 정보와 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 환자에게 제공되는 훈련 프로그램을 제어하는 메인 서버;를 포함한다.

Description

가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템 및 방법{ELDERLY PEOPLE FALL PREVENTION TRAINING SYSTEM AND METHOD USING VIRTUAL REALITY}
본 발명은 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 낙상을 예방하기 위한 스쿼트 운동 등과 같은 훈련을 가상 현실 게임으로 구현하는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템 및 방법에 관한 것이다.
우리나라의 고령인구가 총 인구의 12.7%로 매년 증가하는 추세이고 그에 따른 낙상에 대한 위험이 잦아지고 있다. 낙상의 정의는 예기치 않게 바닥, 또는 낮은 위치로 발생하는 갑작스런 자세 변화이다. 낙상이란 갑자기 의도하지 않은 자세의 변화로 인하여 당시 몸의 위치보다 낮은 곳으로 넘어지거나 바닥에 눕는 것으로 균형을 다시 복구시키려는 반사 기전이 부적절하게 활동하거나 평형기전을 유지할 수 없는 경우에 발생하는 갑작스런 자세 변화이다.
노령층에서 낙상은 빈번하게 발생하여 특히 반복적으로 발생하는 낙상은 합병증을 유발할 수도 있다. 그에 따른 여러 가지 낙상을 예방하는 방법이 존재하며 다양한 가이드 라인의 운동 또는 스쿼트 등이 있다.
하지만, 종래의 이러한 운동들은 재활 병원에 직접 방문하여 훈련을 해야 한다거나 본인의 의지로는 규칙적인 운동이 어려울 수 있다는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2018-0010441호(2018.01.31 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 낙상을 예방하기 위한 스쿼트 운동 등과 같은 훈련을 가상 현실 게임으로 구현하여 노인이나 또는 성인에게 근력이 강화되면서 몸의 균형 교정, 게임을 통한 즐거움과 낙상 예방 운동을 동시에 제공할 수 있는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템은, 균형 감각을 회복하기 위한 운동 방법을 미리 설정된 가상 현실 기반의 훈련 프로그램으로 환자에게 제공하는 훈련 프로그램 제공 장치; 상기 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 생체 정보를 검출하는 생체 정보 검출 장치; 및 상기 생체 정보 검출 장치로부터 환자의 생체 정보를 수신하여, 상기 수신된 환자의 생체 정보를 미리 설정된 임계 정보와 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 환자에게 제공되는 훈련 프로그램을 제어하는 메인 서버;를 포함한다.
상기 환자의 생체 정보는, 상기 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 심전도, 체온, 혈압, 족압 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 서버는, 상기 환자의 생체 정보와 미리 설정된 임계 정보가 일치하지 않는 경우, 상기 훈련 프로그램 제공 장치로 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 서버는 상기 훈련 프로그램 제공 장치로 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 전송하되, 상기 훈련 프로그램 제공 장치는, 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 아바타로 표시하고, 상기 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 가상의 아바타로 표시하되, 상기 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 표시하는 아바타 상에 점선 형태로 가상의 아바타를 오버랩하여 표시하는 것을 특징으로 한다.
상기 훈련 프로그램 제공 장치는, 훈련 프로그램을 재생할 수 있는 디스플레이부를 포함하고, 환자의 머리에 착용되는 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템에서의 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 방법은, 훈련 프로그램 제공 장치가, 균형 감각을 회복하기 위한 운동 방법을 미리 설정된 가상 현실 기반의 훈련 프로그램으로 환자에게 제공하는 단계; 생체 정보 검출 장치가, 상기 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 생체 정보를 검출하는 단계; 및 메인 서버가, 상기 생체 정보 검출 장치로부터 환자의 생체 정보를 수신하여, 상기 수신된 환자의 생체 정보를 미리 설정된 임계 정보와 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 환자에게 제공되는 훈련 프로그램을 제어하는 단계;를 포함한다.
상기 환자의 생체 정보는, 상기 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 심전도, 체온, 혈압, 족압 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 훈련 프로그램을 제어하는 단계는, 상기 메인 서버가, 상기 환자의 생체 정보와 미리 설정된 임계 정보가 일치하지 않는 경우, 상기 훈련 프로그램 제공 장치로 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 서버는 상기 훈련 프로그램 제공 장치로 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 전송하되, 상기 훈련 프로그램으로 환자에게 제공하는 단계는, 상기 훈련 프로그램 제공 장치가, 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 아바타로 표시하고, 상기 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 가상의 아바타로 표시하되, 상기 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 표시하는 아바타 상에 점선 형태로 가상의 아바타를 오버랩하여 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 훈련 프로그램 제공 장치는, 훈련 프로그램을 재생할 수 있는 디스플레이부를 포함하고, 환자의 머리에 착용되는 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 가상현실을 이용한 스쿼트 운동을 통하여 균형의 유지가 가능해져 노인의 낙상을 예방할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용들과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 1인칭 템플릿의 VR모드 구현의 일 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1인칭 템플릿 VR_Gun(좌)과 1인칭 템플릿 VR_Hand(우)의 일 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스쿼트 운동 구현의 레벨 블루프린트 MainMap의 일 예를 도시한 도면,
도 5 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 구현된 프로그램의 실행 화면의 일 예를 도시한 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 방법의 개략적인 흐름도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
낙상을 예방하는 운동에는 건강한 생활습관, 육체적 훈련이 있고 최근 가이드라인에 의해서는 근력 강화, 균형, 보행, 조화 운동 형태의 운동이 다요인적 중재 요법으로 반드시 포함되어야 하며, 단독 중재 요법으로 고려될 수 있다. 대부분 운동 강도는 다양 하지만 운동 중재 기간이 12주 이상(일주일에 1-3회)에서 효과를 보인다. 일부 연구에서는 이동성이 제한되어 있고, 신체 활동이 익숙하지 않은 사람에서는 낙상률이 증가한다고 하므로 운동 프로그램을 시작할 때는 반드시 주의하여야 한다.
최근 우리나라에서는 지역사회 거주노인의 낙상 예방을 위하여 낙상 위험군을 포함한 노인에게 균형증진 운동, 근력강화 운동, 유산소 운동 또는 지구력강화 운동을 권장하고 있다. 지금까지의 연구에 의하면 규칙적인 개인 운동은 신체기능을 향상시키고, 낙상을 예방시키며, 골밀도를 유지시키는데 도움이 되고, 특히 일상생활 중 쉽게 적용시킬 수 있다는 장점이 있다. 균형증진 운동방법으로는 정적인 균형증진 방법과 동적인 균형증진 방법이 있으며, 앉았다 일어서기, 걷기 및 회전하기, 무릎 구부리고 서기, 방향전환, 공 던지고 받기 및 여러 운동방법이 소개되어 있다. 근력 강화 방법으로는 ankle cuff weight, thera band58 및 일상적인 다양한 근력강화 방법이 알려져 있다. 유산소 운동 및 지구력 강화 운동 방법으로는 걷기 운동, 정지된 자전거 타기, 앉은 자세에서 하지 압력에 저항하여 다리 펴기, 선 자세에서 고관절 외전근 들어올리기 같은 방법을 사용할 수 있다. 적당한 운동량은 개개인의 건강상태에 맞게 정하는 것이 일반적이고, 운동의 종류나 양에 따라 달라질 수 있다. 결론적으로, 지역사회에 거주하는 노인환자 및 고위험군의 노인환자에서 낙상을 예방하기 위하여 균형증진 운동, 근력강화 운동, 유산소 운동 또는 지구력강화 운동이 필요하다.
상술한 바와 같은 낙상을 예방하기 위한 운동 중 하나로 스쿼트 운동을 들 수 있다. 스쿼트 운동은 실내에서 간단하게 할 수 있는 운동이다. 고령화가 될수록 노화 및 활동량 감소로 인하여 몸의 근육량이 감소하게 되는데, 이 때 스쿼트를 하면 좋다. 그 이유는 몸 전체의 균형을 잡아주는 효과가 있기 때문이다. 스쿼트의 운동효과는 본인 체중을 이용한 근력운동으로 적은 시간동안 많은 칼로리를 소모할 수 있으며, 엉덩이, 허벅지, 종아리 근육 및 균형을 잡을 수 있게 도와준다. 엉덩이부터 골반까지 이어주는 고관절은 우리 체중을 지탱해주는 중심 균형이기 때문에 관절이 틀어지게 되면 몸 전체가 삐뚤어지고, 이를 스쿼트로 고관절의 안정성을 기를 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 운동은 가상현실을 이용하여 실행할 수도 있다. 가상현실(Virtual Reality)의 기본 개념은 ‘실제와 매우 유사하지만 실제가 아닌 인공 환경’을 의미한다. 따라서 폭 넓게 보면 플라이트 시뮬레이션(Flight Stimulation) 등의 비행 시뮬레이션, 또는 세컨드 라이프 등의 게임과 같은 시각 매체 역시 가상현실에 포함 될 수 있다. 그러나 일반적으로 가상현실이라 말하면 단순히 가상의 공간을 구현하는 것을 넘어서 사용자의 오감에 직접적으로 작용하여 실제에 근접한 공간적이고, 시각적인 체험을 가능하게 하는 기술을 의미한다. 현재로서는 하위 개념으로 ‘모의현실(Simulated Reality)’이 있는데, 가상현실을 최대한 현실에 가깝게 구현하게 된 시뮬레이션이다. 가상현실과 모의현실의 차이는 가상현실은 현실과 가상의 구별이 어느 정도 가능하지만 모의 현실은 시뮬레이션이 매우 사실적이라 구별하기 어렵다는 차이점을 가지고 있다. 물리학에서는 현실을 100% 완벽하게 재현하는 것은 불가능 하다고 하지만, 사람을 속일 수 있는 정도의 시뮬레이션은 어느 정도 가능하다. ‘가상현실’을 용어로 해석해보면 ‘현실’이란 ‘실제로 사물이 존재하거나 현상이 펼쳐져 실제하는 것처럼 보이는 세계’를 의미한다. 그리고 ‘가상’은 ‘실재하지 않으나 거짓으로 표현한 것’을 뜻한다. 이를 종합할 경우 ‘실재하지 않으나 거짓으로 지어내는 실재하는 세계’를 의미한다. 비록 그 실체는 꾸며진 세계이지만 분명히 눈에 보이고 소리도 들리며, 기술이 발전하여 감각으로 느낄 수도 있다. 이는 사용자의 착각이 아니라 감각을 통해 느껴지는 것이므로 ‘실재하는 세계’이다. 가상현실의 구현에 필요한 요소는 총 3가지로 3차원의 공간성, 실시간으로의 상호작용, 몰입성이다. 그 요소를 구현하기 위해서는 컴퓨터를 이용한 그래픽 기술, 네트워크 통신 기술, 그리고 HMD(Head Mount Display)등 오감을 자극할 수 있는 다수의 입출력 장치들이 필요하며, 이러한 것들을 위한 기술개발에 의해 가상현실이 확립되고 발전할 수 있다. 첫 번째 요소인 컴퓨터를 이용한 그래픽 기술은 가상현실을 구현하기 위한 엔진으로 유니티5 엔진(Unity5 Engine), 언리얼 엔진4(Unreal Engine4), 다누리 VR 등이 있고 두 번째 요소인 네트워크 통신 기술로는 모션 캡쳐 카메라(Kinect, PlayStation Camera, Project Beyond 등) 및 리모콘(PS Move, Wii Remote Controller 등) 이 있고 기타 모션 인식 기반 HID(Human Interface Device)로는 Rink, Myo, HTC Vive , PlayStation VR 등이 존재 한다. 마지막으로 HMD는 오큘러스 리프트(Oculus Rift), HTC VIVE 및 VIVE PRO, Windows MR, LG VR, Lenovor VR, PlayStation VR, Samsung Gear VR 등 존재한다.
가상현실의 기술은 가상 공간을 구축하고, 그 안에서 사용자의 동작, 인지, 계획, 판단, 행동 등 각 단계의 데이터를 취득하기 위하여 인간의 능력, 장애의 유무와 그 정도를 계측하는 것이 가능하다. 따라서 가상공간을 이용한 신뢰성과 재현성이 높은 평가방법의 도입이 가능하여 검출이나 진단 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 측정 결과를 이용하여 보다 적합한 재활 치료를 계획하고 훈련시킬 수 있다. 또한 의학적 재활에 가상현실 응용의 이점은 현실세계에서 재활을 실시하는 것보다 다양한 조건에서 환자의 특성에 따라 안전하고 경제적으로 재활 환경을 구축하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템은, 훈련 프로그램 제공 장치(100), 생체 정보 검출 장치(200) 및 메인 서버(300)를 포함한다.
훈련 프로그램 제공 장치(100)는 균형 감각을 회복하기 위한 운동 방법을 미리 설정된 가상 현실 기반의 훈련 프로그램으로 환자에게 제공한다. 이때, 훈련 프로그램은 환자가 균형 유지훈련을 수행할 수 있는 다양한 프로그램 중 어느 하나일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 훈련 프로그램은 스쿼트 운동을 가상 현실 게임으로 구현한 것일 수 있다.
생체 정보 검출 장치(200)는 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 생체 정보를 검출할 수 있다. 이때, 생체 정보 검출 장치(200)는 심전도 측정 모듈, 체온 측정 모듈, 혈압 측정 모듈, 족압 측정 모듈 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 생체 정보 검출 장치(200)는 상술한 측정 모듈을 이용하여 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 심전도, 체온, 혈압, 족압 등의 정보를 검출할 수 있다. 이에 따라, 환자가 훈련 프로그램을 수행하는 경우, 환자의 생체 정보를 상술한 측정 모듈을 통해 검출할 수 있다. 한편, 검출된 생체 정보는 후술하는 메인 서버(300)로 전송되어 훈련 프로그램을 제어하기 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.
메인 서버(300)는 생체 정보 검출 장치(200)로부터 환자의 생체 정보를 수신하여, 수신된 환자의 생체 정보를 미리 설정된 임계 정보와 비교하고, 비교 결과에 따라 환자에게 제공되는 훈련 프로그램을 제어할 수 있다.
메인 서버(300)는 수신된 환자의 생체 정보를 미리 설정된 임계 정보와 비교하되, 환자의 생체 정보와 미리 설정된 임계 정보가 일치하지 않는 경우, 훈련 프로그램 제공 장치(100)로 올바른 운동 방법을 제공할 수 있다. 이때, 메인 서버(300)는 상기 훈련 프로그램 제공 장치(100)로 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 전송하되, 가이드 정보를 수신한 훈련 프로그램 제공 장치(100)는, 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 아바타로 표시하고, 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 가상의 아바타로 표시하되, 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 표시하는 아바타 상에 점선 형태로 가상의 아바타를 오버랩하여 표시할 수 있다. 이에 따르면, 본원발명은 훈련 프로그램을 수행하는 환자의 사용자 측면에서 잘못된 자세에 따른 훈련 자세를 보다 용이하게 수정할 수 있도록 할 수 있다. 다시 말해, 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 표시하고, 그 위에 점선 등과 같이 차이점에 대한 확인이 가능한 다양한 방법으로 올바른 자세를 갖는 가상의 아바타를 오버랩하여 표시함으로써, 환자가 보다 직관적으로 운동 상황을 파악하도록 하여 잘못된 운동 자세를 용이하게 수정하도록 할 수 있다. 또한, 기존에는 환자가 잘못된 자세로 운동을 수행하는 경우, 가이드 정보를 소리를 이용하여 가이드 정보를 제공하였지만, 본원발명은 상술한 바와 같이 가이드 정보를 가상의 아바타로 생성하여 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임 상에 오버랩하여 표시함으로써 잘못된 자세에 따른 훈련 자세를 보다 용이하게 수정할 수 있도록 할 수 있도록 하는 효과가 있다.
한편, 환자에게 제공되는 훈련 프로그램이 가상 현실 기반의 훈련 프로그램인 경우, 상술한 훈련 프로그램 장치는 훈련 프로그램을 재생할 수 있는 디스플레이부를 포함하고, 환자의 머리에 착용되는 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted Display : HMD)일 수 있다.
또한, 메인 서버(300)는 생체 정보 검출 장치(200)로부터 환자의 생체 정보를 수신하고 이를 분석하여 실시간으로 변화되는 환자의 신체 상태에 따른 맞춤형 훈련 프로그램을 제공할 수도 있다. 이때, 맞춤형 훈련 프로그램은 환자의 생체 정보를 기초로 분석되어 환자의 운동 강도를 조절하는 프로그램으로, 이러한 훈련 프로그램은 환자의 실시간 건강 상태 분석에 기초하여 제공되는 것으로 현재 환자의 신체 상태를 체크함으로써 환자의 건강 상태에 최적화된 훈련 프로그램을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 1인칭 템플릿의 VR모드 구현의 일 예를 도시한 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1인칭 템플릿 VR_Gun(좌)과 1인칭 템플릿 VR_Hand(우)의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 1인칭 템플릿은 1인칭 시점에서 보이는 (양팔과 몸의 움직임으로 표현되는) 플레이어 캐릭터를 특징으로 한다. 기본적으로 VR을 이용하지 않았을 시에는 캐릭터의 이동을 키보드, 컨트롤러, 터치 디바이스 등의 가상 조이스틱으로 구현한다. 이를 HTC VIVE의 HMD와 모션 컨트롤러를 이용하여 사용할 시에는 몇 가지의 블루프린트의 구현이 필요하다. 먼저, HMD와 모션 컨트롤러가 인식하기 위해서는 다음과 같은 블루프린트 과정이 필요하다. 프로그램이 실행되었을 때 함수 ‘Is Head Mounted Display Enabled’는 HMD가 인식이 되었을 경우 함수 ‘Branch’에서 True를 반환하고 False일 경우에는 일반적인 키보드로 움직일 수 있게 설정해 놓고 ‘Set’함수를 이용하여 HMD와 컨트롤러의 회전을 감지하는 센서를 실행하여 분석시킨다. 그리고 ‘Set Hidden in Game’함수를 이용하여 컨트롤러의 모습을 보여주기 위하여 VR Gun을 이용하고 VR Gun은 초기에는 총 모양을 지니고 있으나 이를 사람의 손모양으로 바꾸어 주어 컨트롤러의 그립을 잡았을 때 손을 움켜쥐고, 그립을 떼었을 때 손을 펴게되어 현실감을 만들어 준다.
모션 트래킹 센서인 LightHouse 센서와 인식이 완벽히 될 수는 없다. 보통 HTC VIVE를 사용하다 보면 1분~2분에 1번정도는 센서의 오류가 발생할 수 있다. 그 경우에는 보통 트래킹이 되지 않아 오류가 발생할 시에는 사용자의 화면에서 컨트롤러가 화면 밖으로 멀어지는 경우가 나타나는데 그때를 방지하여 ResetVR 입력 액션이라는 이벤트를 설정해 주어야 한다. 이 함수는 VR에서 센서등 인식 오류가 날 경우에 VR의 방향 및 위치를 재설정 해주는 시스템이다. 사용자가 VR 스쿼트 운동을 할 때에 방향과 몸이 틀어지는 것을 방지할 수 있다. 마지막으로 1인칭 카메라를 HMD의 방향에 따라 움직이게 하는 방법으로 1인칭 카메라의 벡터값을 반환하여주는 ‘Get Forward Vector’를 이용하여 카메라의 벡터값을 반환하여 놓고 만약 VR을 이용할 시에는 ‘Is Head Mounted Display Enabled’ 함수를 사용하여 HMD의 방향값을 가져온다. 그리고 카메라의 방향을 HMD의 방향값으로 실시간으로 전환하여 사용자가 HMD를 이용하여 다른 곳을 바라보았을 경우에 카메라의 방향을 전환하여 주는 방법이다. 그리고 ‘MoveForward 입력’ 이벤트(상·하 움직임 확인)와 ‘MoveRight 입력’(좌·우 움직임 확인) 이벤트를 적용하여 HMD가 공간상에서 좌표 이동이 보였을 시에는 실시간으로 게임 내 캐릭터가 움직이게 되는 것을 구현한다.
다음은 사용자가 HMD를 사용하여 보이게 되는 카메라를 설정하는 방법이다. 파란색 카메라는 HMD를 사용하여 보이게 되는 화면이고 아래의 총은 언리얼에서 기본적으로 주어지는 VR_GUN이다. 그러나 본 프로그램은 총을 이용하는 게임이 아니기 때문에 VR_GUN을 제거하고 대신에 팔을 연결하여 보다 현실적으로 움직임이 보이게 구현하였다.
1인칭에서 모션 컨트롤러를 불러오기 위해서는 L_MotionController(좌측 모션 컨트롤러), R_MotionController(우측 모션 컨트롤러) 컴포넌트를 생성하여 이것을 FirstPersonCharacter에 상속시켜 놓아야 모션 컨트롤러의 기능을 사용할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스쿼트 운동 구현의 레벨 블루프린트 MainMap의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바에 따르면, 사용자가 하체 운동(스쿼트)을 하기 위하여 오브젝트가 사용자에게 접근하였을 때 앉아서 오브젝트를 피하게 되고 그것에 대하여 점수 및 난이도를 조절하는 MainMap의 구현 과정을 확인할 수 있다.
먼저 ‘SpawnActor Object‘를 이용하여 오브젝트를 생성한다. 오브젝트를 반환하여 다음 함수인 ’Move Component To’를 이용하여 생성된 오브젝트를 이동시키게 되는데 오브젝트가 이동하게 되는 방향은 맵에 미리 설정된 방향값을 받아서 이동하게 된다. 그리고 이동할 때 걸리게 되는 시간은 5초(1단계)이다.
‘Apply Point Damage‘함수는 캐릭터가 오브젝트에 부딪혔을 때 가해지는 데미지로 하나당 10점의 데미지가 가해지고 누적 100점시 게임이 종료되게 된다.
‘ForLoop’문으로 이 함수들을 모두 묶어두고 20회 반복시켜서 단계가 종료되게 된다.
도 5 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 구현된 프로그램의 실행 화면의 일 예를 도시한 도면이다.
본 발명에 따르면, VR을 이용하여 스쿼트 운동을 구현하는데 목적이 있다. 그래서 오브젝트가 접근할 때 오브젝트의 크기에 맞추어서 앉으면서 오브젝트를 통과하게 되는 게임을 구현하였다. 그리고 오브젝트에 크기에 맞추지 못하고 오브젝트에 부딪혔을 시에는 다음 그림과 같이 오브젝트가 분해되게 되는 ‘Destructible Mesh’를 구현하였다.
Destructible Mesh란 오브젝트가 어떤 물체와 접촉할 때 깨질 수 있게하는 정적 메쉬이고 이는 언리얼 에디터에서 공개된 소스를 통하여 쉽게 사용이 가능하다. 사용자는 오브젝트가 지나갈 때 자리에서 앉지 못할 때 오브젝트가 파괴되면서 점수가 오르지 않는 것을 구현하는데 사용할 수 있다.
도 7 내지 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
시작화면은 다음과 같고 난이도는 Easy(오브젝트접근 속도 5초), Normal(4초), Hard(3초)이고 Comfort Mode는 VR이 연결되어 있지 않을시 키보드와 마우스를 이용하여 프로그램을 테스트하는 모드이다.
시작 화면에 대한 블루프린트는 다음과 같고 시작되었을 때 Widget 오브젝트를 반환하여 화면에 띄우게 되고 모든 버튼은 모션 컨트롤러의 아무 버튼을 눌렀을 경우 동작하게 설계하였다.
그 다음은 ‘DifficultyChanged_Event’ 이벤트를 이용하여 난이도를 조절할 수 있게 구현하고 ‘Quit Game’함수를 이용하여 Exit버튼을 누를 경우에는 ‘ExitButtonClicked_Event’ 이벤트가 동작하여 프로그램 실행이 종료된다.
화면에 보이게 되는 빨간 점과 빨간 선은 언리얼에서 공개된 LineTrace와 SphereTrace, ParabolicTrace를 이용하여 구현하였고 이는 사용자가 좀더 편하게 버튼을 누를 수 있게 모션 컨트롤러에서 선이 나오게 설정할 수 있다.
간략히 설명하면 모션 컨트롤러의 벡터값과 프로그램 화면의 위치값을 얻어내어 ‘LineTraceByChannel’을 이용하여 시작점과 오브젝트에 닿았을 때 끝점까지 나타내게 된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 먼저, 훈련 프로그램 제공 장치(100)가, 균형 감각을 회복하기 위한 운동 방법을 미리 설정된 가상 현실 기반의 훈련 프로그램으로 환자에게 제공한다(S1110). 본 실시예에 있어서, 훈련 프로그램은 스쿼트 운동을 가상 현실 게임으로 구현한 것일 수 있다.
다음으로, 생체 정보 검출 장치(200)가, 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 생체 정보를 검출한다(S1130). 이때, 생체 정보 검출 장치(200)는 심전도 측정 모듈, 체온 측정 모듈, 혈압 측정 모듈, 족압 측정 모듈 등을 포함할 수 있다. 예컨대, 생체 정보 검출 장치(200)는 상술한 측정 모듈을 이용하여 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 심전도, 체온, 혈압, 족압 등의 정보를 검출할 수 있다.
다음으로, 메인 서버(300)가, 생체 정보 검출 장치(200)로부터 환자의 생체 정보를 수신하여, 수신된 환자의 생체 정보를 미리 설정된 임계 정보와 비교하고, 비교 결과에 따라 환자에게 제공되는 훈련 프로그램을 제어한다.(S1150). 메인 서버(300)는 수신된 환자의 생체 정보를 미리 설정된 임계 정보와 비교하되, 환자의 생체 정보와 미리 설정된 임계 정보가 일치하지 않는 경우, 훈련 프로그램 제공 장치(100)로 올바른 운동 방법을 제공할 수 있다. 이때, 메인 서버(300)는 상기 훈련 프로그램 제공 장치(100)로 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 전송하되, 가이드 정보를 수신한 훈련 프로그램 제공 장치(100)는, 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 아바타로 표시하고, 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 가상의 아바타로 표시하되, 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 표시하는 아바타 상에 점선 형태로 가상의 아바타를 오버랩하여 표시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법들은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는, 본 발명을 위한 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서의 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 환경에서 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 상술한 실시예에서 다양한 시스템 구성요소의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 앱 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품 또는 멀티플 소프트웨어 제품에 패키지로 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
100 : 훈련 프로그램 제공 장치
200 : 생체 정보 검출 장치
300 : 메인 서버

Claims (10)

  1. 균형 감각을 회복하기 위한 운동 방법을 미리 설정된 가상 현실 기반의 훈련 프로그램으로 환자에게 제공하는 훈련 프로그램 제공 장치;
    상기 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 생체 정보를 검출하는 생체 정보 검출 장치; 및
    상기 생체 정보 검출 장치로부터 환자의 생체 정보를 수신하여, 상기 수신된 환자의 생체 정보를 미리 설정된 임계 정보와 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 환자에게 제공되는 훈련 프로그램을 제어하는 메인 서버;를 포함하는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 환자의 생체 정보는,
    상기 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 심전도, 체온, 혈압, 족압 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인 서버는,
    상기 환자의 생체 정보와 미리 설정된 임계 정보가 일치하지 않는 경우, 상기 훈련 프로그램 제공 장치로 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 전송하는 것을 특징으로 하는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 메인 서버는 상기 훈련 프로그램 제공 장치로 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 전송하되,
    상기 훈련 프로그램 제공 장치는,
    화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 아바타로 표시하고, 상기 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 가상의 아바타로 표시하되, 상기 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 표시하는 아바타 상에 점선 형태로 가상의 아바타를 오버랩하여 표시하는 것을 특징으로 하는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 훈련 프로그램 제공 장치는,
    훈련 프로그램을 재생할 수 있는 디스플레이부를 포함하고, 환자의 머리에 착용되는 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)인 것을 특징으로 하는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템.
  6. 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 시스템에서의 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 방법에 있어서,
    훈련 프로그램 제공 장치가, 균형 감각을 회복하기 위한 운동 방법을 미리 설정된 가상 현실 기반의 훈련 프로그램으로 환자에게 제공하는 단계;
    생체 정보 검출 장치가, 상기 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 생체 정보를 검출하는 단계; 및
    메인 서버가, 상기 생체 정보 검출 장치로부터 환자의 생체 정보를 수신하여, 상기 수신된 환자의 생체 정보를 미리 설정된 임계 정보와 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 상기 환자에게 제공되는 훈련 프로그램을 제어하는 단계;를 포함하는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 환자의 생체 정보는,
    상기 훈련 프로그램을 수행함에 따라 측정되는 환자의 심전도, 체온, 혈압, 족압 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 훈련 프로그램을 제어하는 단계는,
    상기 메인 서버가, 상기 환자의 생체 정보와 미리 설정된 임계 정보가 일치하지 않는 경우, 상기 훈련 프로그램 제공 장치로 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 메인 서버는 상기 훈련 프로그램 제공 장치로 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 전송하되,
    상기 훈련 프로그램으로 환자에게 제공하는 단계는,
    상기 훈련 프로그램 제공 장치가, 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 아바타로 표시하고, 상기 올바른 운동 방법을 제공하기 위한 가이드 정보를 가상의 아바타로 표시하되, 상기 화면 상에 환자의 현재 운동 상태에 따른 움직임을 표시하는 아바타 상에 점선 형태로 가상의 아바타를 오버랩하여 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 훈련 프로그램 제공 장치는,
    훈련 프로그램을 재생할 수 있는 디스플레이부를 포함하고, 환자의 머리에 착용되는 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)인 것을 특징으로 하는 가상 현실을 이용한 노인 낙상 예방 훈련 방법.
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