KR101639066B1

KR101639066B1 - 가상 공간에 형성된 가상 모델을 제어하는 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR101639066B1
Application number: KR1020150099778A
Authority: KR
Inventors: 김준식; 박정민; 오상록
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2016-07-13
Also published as: US10163001B2; US20170018119A1

Abstract

본 발명은 가상 공간상에서 가상 모델이 이동하거나 변형됨에 따라 가상 모델 간에 발생하는 접촉을 안정적이고 효율적으로 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가상 모델 간 접촉 제어 시스템은 가상 모델의 경계 표면상에 분산되어 배치되는 복수의 물리입자의 위치를 포함하는 접촉점 정보를 이용하여 가상 공간에서 상기 가상 모델 간의 접촉을 제어하는 시스템으로서, 상기 가상 모델의 형성, 이동 또는 변형을 위한 입력 정보를 제공하는 입력장치; 상기 입력장치로부터 받는 상기 입력 정보에 기초하여 상기 가상 모델을 형성하고, 이를 이동시키거나 변형시키며, 상기 가상 모델에 복수의 물리입자를 형성하고, 그에 대한 접촉점 정보를 형성하며, 상기 복수의 물리입자를 이동시켜 상기 접촉점 정보를 갱신하는 제어장치; 및 상기 제어장치에 의해 형성된 상기 가상 모델을 외부로 출력하는 출력장치를 포함하며, 상기 복수의 물리입자가 가상 공간 내 다른 가상 모델의 내부로 침투한 경우, 상기 제어장치는 침투한 물리입자가 상기 다른 가상 모델의 외측에 재배치되도록 상기 접촉점 정보를 갱신한다.

Description

가상 공간에 형성된 가상 모델을 제어하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING VIRTUAL MODEL FORMED IN VIRTUAL SPACE}

본 발명은 가상 공간에 형성된 가상 모델을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 가상 공간상에서 가상 모델이 이동하거나 변형됨에 따라 가상 모델 간에 발생하는 접촉을 안정적이고 효율적으로 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.

최근 가상 공간상의 인터페이스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도 신체 동작을 입력 수단으로 사용하는 NUI(Natural User Interface)에 대한 기술들이 다수 개발되고 있다.

종래의 NUI 기술들은 일반적으로 신체를 움직일 경우 이를 감지하여 가상 공간상의 포인터를 움직이도록 한다. 그러나, 단순히 신체의 움직임을 입력받아 포인터를 이동시키는 것으로는 가상 공간상에 신체의 세부적인 동작을 구현할 수 없다.

신체의 각 부위는 높은 자유도를 가지고 있다. 가상 공간에서도 신체 부위의 움직임을 이용하여 자유롭게 물체를 조작하는 것을 구현할 필요성이 있다. 또한, 입력된 손 형상을 가상의 모델에 대응시켜 조작에 활용하는 방법이 필요하다. 그러나, 많은 경우 미리 정해진 제스쳐, 미리 정해진 형상의 가상물체를 인식하고 조작하는데 그치고 있다. 이는 손의 복잡도로 인하여, 빠르고 안정적으로 실시간 모델링하는 것이 어렵기 때문이다.

이와 관련하여, 최근 신체의 세부적인 동작을 감지하고 이를 가상 공간상의 가상 모델로써 반영하는 인터페이스 방식에 대한 연구가 진행되었다. 이러한 인터페이스는 대체로 센서 장치를 해당 신체 부위에 직접 착용하여 동작을 감지하는 방식과, RGBD와 같은 영상 센서를 통해 감지하는 방식으로 구현된다. 그러나, 센서 장치 착용 방식은 동작의 정확한 감지가 가능하나 장치를 직접 착용해야하는 불편이 따르고, 영상 센서에 의한 방식은 촬영 시 신체의 일부가 가리는 문제점이 있다.

한편, 감지한 움직임을 가상 공간상에 구현하는 방식에 대한 기술도 함께 개발되고 있다. 가상 모델의 외형이 변형되지 않도록 움직임을 구현하는 경우, 자유도가 상대적으로 낮아 계산량이 적으나 구현 가능한 조작 방식이 제한적이며 구현되는 가상 모델 간의 물리 시뮬레이션이 불안정하게 되는 문제점이 있다. 또한, 가상 모델의 외형이 변형되도록 움직임을 구현하는 경우, 국부적인 변형을 구체적으로 구현할 수 있으나 계산량이 너무 많아 실시간 인터페이스에 부적절한 문제점이 있다.

또한, 종래의 기술은 가상 모델간에 접촉점이 2개인 경우를 상정한 경우가 많다. 이는 손으로 물건을 파지하는 동작을 구현하기 위함이다. 다만, 상황에 따라 더 많은 접촉점이 형성될 수도 있고, 또는 하나의 접촉점만으로도 물리적인 상호작용이 일어날 수 있다. 따라서, 접촉점 개수와 상관없이, 물체의 형상과 무관하게 다양하고 즉각적인 상호작용을 구현할 수 있는 인터페이스 방식이 필요하다.

미국특허공개공보 제20140104274호 (2014년 4월 17일)

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 모델 간 접촉 제어 방법 및 시스템은 가상 모델의 경계 표면에 복수의 물리입자를 배치하고 이를 제어하여 가상 공간상에서 가상 모델 간의 접촉과 관련된 물리적인 상호작용을 간접적으로 구현함으로써 제어를 위한 계산이 단순하고 다양한 동작과 다양한 형상의 가상 모델 간의 상호작용을 구현함에 그 목적이 있다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 모델 제어 시스템은, 가상 공간에 형성된 가상 모델 제어하는 가상 모델 제어 시스템으로서, 가상 모델의 형성, 이동 또는 변형을 위한 입력 정보를 제공하는 입력장치; 상기 입력 정보에 기초하여 제1 가상 모델 및 제2 가상 모델을 형성 및 제어하는 제어장치; 및 상기 제1 가상 모델 및 상기 제2 가상 모델을 출력하는 출력장치를 포함하며, 상기 제1 가상 모델의 경계 표면에는 복수의 물리입자가 분산 배치되도록 형성되고, 상기 복수의 물리입자가 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투한 경우, 침투한 물리입자는 상기 제2 가상 모델의 외측에 놓이도록 재배치된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 침투한 물리입자는 상기 제2 가상 모델의 침투된 경계 표면에 수직한 방향으로 옮겨져 상기 침투된 경계 표면에 접하도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 가상 모델의 경계 표면은 상기 재배치되는 물리입자가 그 위에 위치하도록 변형될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 물리입자는 위치, 형상, 크기, 질량, 속도, 작용하는 힘의 크기와 방향, 마찰계수 또는 탄성계수를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 물리입자는 단위 크기의 구형 입자로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 재배치되는 물리입자 각각은 재배치됨에 따라 상기 제2 가상 모델에 가하는 힘의 크기가 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 재배치되는 물리입자 각각이 상기 제2 가상 모델에 가하는 힘의 크기는 상기 재배치되는 물리입자가 재배치 시 옮겨지는 거리에 따라 변경될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 가상 모델의 경계 표면은 변형가능하고, 상기 제2 가상 모델의 경계 표면은 변형불가능할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 가상 모델은 경계 표면의 형상의 기초가 되는 골격을 가지며, 상기 골격의 움직임에 따라 이동하거나 변형될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 가상 모델은 가상 손 모델일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 입력 장치는 실제 손의 골격의 움직임을 추적하는 손 인식 장치이며, 상기 제1 가상 모델의 골격의 움직임은 상기 실제 손의 골격의 움직임에 대응하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 입력 장치는 립 모션 센서 또는 RGBD 센서일 수 있다.

상기 과제 해결을 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 가상 공간에 형성된 가상 모델의 제어 방법은, 제1 가상 모델과 제2 가상 모델을 형성하는 단계; 상기 제1 가상 모델의 경계 표면에 복수의 물리입자를 분산 배치되도록 형성하는 단계; 상기 제1 가상 모델 또는 상기 제2 가상 모델이 이동하거나 변형됨에 따라 상기 복수의 물리입자가 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투하였는지를 확인하는 단계; 및 상기 복수의 물리입자 중 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투한 물리입자를 상기 제2 가상 모델의 외측에 재배치하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 재배치되는 물리입자와 상기 제1 가상 모델의 경계 표면이 일치하도록 상기 제1 가상 모델의 경계 표면을 변형시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 재배치되는 물리입자 각각이 상기 제2 가상 모델에 가하는 힘의 크기를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 가상 모델은 경계 표면의 형상의 기초가 되는 골격을 가지는 가상 손 모델이며, 손 인식 장치를 통해 실제 손의 골격의 움직임을 추적하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 가상 모델의 골격의 움직임은 상기 실제 손의 골격의 움직임에 대응하여 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 모델 제어 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 가상 모델 제어 시스템에 의해 구현된 가상 모델을 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 가상 모델 제어 시스템에 의해 구현된 가상 모델을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가상 모델 제어 방법의 각 단계에 대한 흐름도이다.
도 5는 도 4의 가상 모델 접촉 제어 방법에 따라 물리입자를 재배치하는 동작을 도시한 것이다.

첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 모델 제어 시스템에 대해 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 모델 제어 시스템(100)은 입력장치(110)와, 제어장치(120)와, 출력장치(130)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가상 모델 제어 시스템(100)은 가상 공간상에서 물리적인 운동을 하면서 서로 접촉하게 되는 가상 모델 간의 물리적인 상호 작용을 구현한다. 본 명세서에서 설명되는 "가상 모델"은 가상 공간상에서 소정의 물리량을 가지며 존재하는 임의의 사물이나 신체 등을 지칭한다.

본 실시예에서, 제1 가상 모델(20)은 가상 손(20)으로 형성되며, 제2 가상 모델(30)은 가상 물체(30)로 형성된다. 각각의 가상 모델(20, 30)은 가상 공간상에서 실제 손 또는 실제 물체와 근사하게 물리적인 운동을 수행하도록 유추될 수 있다. 이러한, 가상 모델(20, 30)들은 이해의 편의를 위해 예시적으로 사용된 것이며, 그밖에 다양한 사물이나 신체 부위 등이 가상 모델로써 비제한적으로 구현될 수 있음에 유의해야 한다.

입력장치(110)는 가상 공간상에 가상 모델(20, 30)을 형성하기 위한 입력 정보를 제어장치(120) 또는 출력장치(130)에 제공한다. 입력장치(110)는 가상 모델(20, 30)에 대한 입력 정보로써 위치, 형상, 크기, 질량, 속도, 가해지는 힘의 크기와 방향, 마찰계수, 탄성계수 등의 물리량을 제공할 수 있다. 또한, 입력장치(110)는 가상 모델(20, 30)을 이동시키거나 변형시키기 위하여 위치의 변화, 형상의 변화, 속도의 변화 등과 같은 물리량의 변화량을 제공할 수도 있다.

입력장치(110)는 실제 손(10)의 형상 또는 위치 등을 인식할 수 있는 손 인식 장치일 수 있다. 일 예로써, 이러한 입력장치(110)로는 립 모션(Leap Motion) 센서가 사용될 수 있다. 그밖에 카메라와 같은 영상 센서, 특히 RGBD 센서를 포함하는 공지의 다양한 센서들이 입력장치(110)로서 사용될 수 있다.

입력장치(110)는 가상 손(20)을 형성하는데 필요한 입력 정보를 제공한다. 본 실시예에서, 입력장치(110)는 실제 손(10)의 형상을 인식하고 이를 기초로 하여 실제 손(10)에서의 골격 배치를 유추할 수 있다. 이로써, 입력 장치(110)는 가상 손(20)의 골격을 형성하기 위한 입력 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 실제 손(10)이 오므려져 있는 경우, 입력장치(110)는 감지된 형상을 토대로 각각의 손가락 마디를 이루는 뼈와 관절의 위치를 유추하고, 이로써 가상 손(20) 또한 오므려진 형태를 가지도록 가상 손(20)의 골격을 형성하기 위한 입력 정보를 제공할 수 있다. 그밖에 가상 손(20)의 구현에 필요한 마찰 계수, 질량 등은 미리 설정된 값으로 제공될 수도 있다.

또한, 입력장치(110)는 실제 손(10)의 형상과 위치의 변화를 감지하고 이를 기초로 하여 가상 손(20)을 이동시키거나 변형시키는데 필요한 입력 정보를 제공할 수 있다. 이때, 가상 손(20)을 이루는 뼈와 관절의 연결 및 관절에서의 자유도가 미리 설정되는 경우, 입력장치(110)는 실제 손(10)에서 각각의 뼈가 배치되는 각도 및 관절의 위치만을 인식함으로써 보다 간략한 형태로 입력 정보를 제공할 수 있다.

한편, 입력장치(110)는 상술한 바와 같이 별도의 센서를 통해 실제 공간상의 움직임을 인식함으로써 입력 정보를 제공할 수도 있으나, 단순하게 형상, 위치 등의 물리량을 직접 설정함으로써 입력 정보를 제공할 수도 있다.

제어장치(120)는 입력장치(110)로부터 받는 입력 정보에 기초하여 가상 모델(20, 30)을 가상 공간상에 형성한다. 가상 공간은 자체적인 형상과 크기를 가지며, 실제의 물리법칙이 동일하게 적용되는 3차원 공간으로 형성될 수 있다. 제어장치(120)는 이러한 가상 공간상에 가상 모델을 형성한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 가상 손(20)은 외형을 이루는 경계 표면(21)과 그 내부에 배치되는 골격(22)으로 이루어질 수 있다. 가상 손(20)의 경계 표면(21)은 골격(22)으로부터 소정 거리만큼 이격되어 가상 손(20)의 외형을 이룬다. 즉, 제어장치(120)는, 가상 손(20)이 뼈와 관절로 이루어지는 골격(22)과, 이로부터 외측으로 미리 설정된 거리만큼 이격되어 배치되며 손의 형상을 이루는 경계 표면(21)으로 이루어지도록 가상 손(20)을 형성할 수 있다. 이와 비교하여, 가상 손(20)은 가상 물체(30)와 같이 내부에 골격을 포함하지 않고 경계 표면만으로 이루어질 수도 있다. 참고로, 설명의 편의를 위하여 도 2에서는 가상 손(20)의 경계 표면(21)을 생략하였음에 유의해야 한다.

제어장치(120)는 입력장치(110)로부터 이동 또는 변형에 관한 입력 정보가 수신되면, 이를 바탕으로 가상 손(20)을 이동시키거나 변형시킨다. 이때, 제어장치(120)는 가상 손(20)의 경계 표면(21)의 각 부분을 개별적으로 제어하여 이동시키거나 변형시킬 수도 있으나, 제어를 위한 계산량을 줄일 수 있는 점에서 상대적으로 단순한 구조인 골격(22)을 먼저 이동시키거나 변형시킨 후, 골격(22)의 움직임에 따라 경계 표면(21)을 이동시키는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 제어장치(120)는 가상 손(20)에 복수의 물리입자(23)를 형성하고, 그에 대한 접촉점 정보를 형성한다.

복수의 물리입자(23)는 임의의 형상을 가지는 작은 크기의 입자이며, 가상 손(20)의 경계 표면(21)상에 분산되어 배치된다. 가상 손(20)의 경계 표면(21)을 이루는 모든 영역을 직접 이동시키거나 변형시킬 경우 제어를 위한 계산량이 너무 많아지게 되므로, 경계 표면(21)상의 일부 위치에 복수의 물리입자(23)를 형성하여 단순화된 구조로써 간접적으로 가상 손(20)을 제어하는 것이 가능하다.

복수의 물리입자(23)는 가상 손(20)의 경계 표면(21)상에 소정의 분포도를 가지며 배치될 수 있다. 복수의 물리입자(23)가 너무 많이 배치될 경우 계산량이 많아지며 너무 적게 배치될 경우 구현의 정확도가 낮아지게 된다. 따라서, 이를 고려하여 복수의 물리입자(23)가 단위 면적에 배치되는 개수를 적절하게 설정하는 것이 좋다.

또한, 복수의 물리입자(23)는 다양한 형상의 입자일 수 있으나, 계산의 간소화를 위해 단위 크기의 구형 입자인 것이 바람직하다.

일 예로써, 가상 손(20)의 경계 표면(21)이 39,225개의 단위 표면으로 이루어질 경우, 이중 1,182개의 단위 표면상에 직경이 1mm인 구형의 물리입자가 분산되어 배치될 수 있다.

이러한 복수의 물리입자(23)는 다양한 물리량을 가질 수 있다. 이러한 물리량으로는 복수의 물리입자(23)가 가상 손(20)의 경계 표면(21)상에 배치되는 위치가 포함된다. 또한, 각각의 복수의 물리입자(23)에 작용하는 힘의 크기 및 방향이 있다. 복수의 물리입자(23)는 마찰계수, 탄성계수 등의 물리량을 더 가질 수 있다.

제어장치(120)는 복수의 물리입자(23)의 위치를 변경시킬 수 있다. 제어장치(120)는 가상 손(20)이 이동되거나 변형됨에 따라 복수의 물리입자(23)를 재배치한다. 즉, 제어장치(120)는, 가상 손(20)의 이동 또는 변형에 따른 경계 표면(21)의 변경된 위치를 추적하여 복수의 물리입자(23)를 재배치할 수 있다.

또한, 제어장치(120)는 복수의 물리입자(23)의 위치에 경계 표면(21)이 위치하도록 가상 손(20)을 변형시킬 수도 있다. 즉, 제어장치(120)는 복수의 물리입자(23)를 먼저 이동시키고, 이에 기초하여 복수의 물리입자(23)가 배치되는 경계 표면(21)의 부분을 이동시킴으로써 가상 손(20)의 이동 또는 변형을 구현할 수 있다.

제어장치(120)는 가상 손(20)이 이동 또는 변형함에 따라 그 일부가 가상 물체(30) 내부로 침투하였는지를 확인할 수 있다. 복수의 물리입자(23) 중 일부 물리입자(23)가 가상 물체(30) 내부에 위치하는지 확인함으로써, 침투한 물리입자(23)가 배치되는 경계 표면(21)이 가상 물체(30) 내에 침투하였는지를 알 수 있다.

제어장치(120)는 가상 손(20)의 일부가 가상 물체(30)의 내부로 침투한 경우, 가상 손(20)과 가상 물체(30) 간의 물리적인 상호작용을 구현할 수 있다. 물리적인 상호작용을 구현하기 위하여, 침투된 부분의 재배치가 이루어진다. 제어장치(120)는 침투한 물리입자(23)를 가상 물체(30)의 외측에 재배치할 수 있다. 또한, 제어장치(120)는 재배치된 물리입자(23)에 맞게 경계 표면(21)을 이동시키거나 변형시킬 수 있다. 한편, 재배치 시, 침투한 물리입자(23)를 침투된 가상 물체(30)의 표면에 접하도록 배치할 수 있다. 또한, 침투한 물리입자(23)를 가상 물체(30)의 경계 표면에 대하여 수직한 방향으로 옮길 수 있다.

또한, 제어장치(120)는 복수의 물리입자(23)의 위치를 변경시키면서 복수의 물리입자(23) 각각에 가해지는 힘의 크기를 변경시킬 수 있다. 즉, 가상 손(20)이 이동하여 가상 물체(30)와 접촉할 경우, 복수의 물리입자(23) 중 가상 물체(30)와 접촉된 물리입자(23)들이 가상 물체(30)에 가하는 힘의 크기와 방향을 설정할 수 있다. 이때, 가상 물체(30) 내부로 복수의 물리입자(23) 중 일부가 침투하여 가상 물체(30) 외측에 재배치되는 경우, 재배치 시 침투한 물리입자(23)가 옮겨지는 거리에 따라 물리입자(23)가 가상 물체(30)에 가하는 힘의 크기를 변경할 수 있다.

한편, 제어장치(120)를 통해 가상 손(20)과 가상 물체(30) 간의 물리적인 상호작용을 구현하는 과정은 상세하게 후술된다.

출력장치(130)는 제어장치(120)에 의해 형성된 가상 손(20)과 가상 물체(30)를 외부에 출력한다. 출력장치(130)는 사용자로 하여금 공간감을 느낄 수 있게 하는 3차원 디스플레이 장치일 수 있다.

한편, 이러한 출력장치(130)는 입력장치(110)와의 정합을 통하여 실제 공간에서의 움직임을 가상 공간상에 더욱 현실적으로 구현할 수 있다. 예를 들면, 입력장치(110)를 통해 인식하는 실제 공간상의 위치 정보와 출력장치(130)를 통해 출력되는 가상 공간상의 위치 정보를 대응시킴으로써 사용자의 움직임을 가상 공간상에 구현할 수 있다.

이하에서는, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 모델 제어 시스템(100)을 통하여 가상 공간에서 가상 모델을 제어하는 방법을 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가상 모델 제어 방법은, 가상 손(20)과 가상 물체(30)를 형성하는 단계(S110)와, 복수의 물리입자(23)를 형성하는 단계(S120)와, 가상 손(20)의 이동 또는 변형에 따라 복수의 물리입자를 이동시키는 단계(S130)와, 복수의 물리입자(23)가 가상 물체(30)의 내부로 침투하였는지를 확인하는 단계(S140)와, 침투한 물리입자(23)를 가상 물체(30)의 외측에 재배치하는 단계(S150)를 포함한다.

먼저, 가상 공간상에 가상 손(20)과 가상 물체(30)를 형성한다(S110).

가상 공간은 실제의 물리 법칙을 따르는 3차원의 공간으로 형성될 수 있다. 또한, 가상 공간에는 가상 손(20)과 가상 물체(30) 외에 다른 가상 모델들이 더 형성될 수 있다. 가상 공간은 자유롭게 형성될 수 있으며, 복수의 공간으로 이루어질 수도 있다.

가상 모델들은 생성 시 가상 모델 각각의 물리량이 설정된다. 가상 모델들은 각각의 형상을 가지고 각각의 자리에 배치된다. 또한, 가상 모델들은 가상 손(20)과 같이 경계 표면이 변형될 수 있도록 형성되거나, 가상 물체(30)와 같이 경계 표면이 변형될 수 없도록 형성된다. 그밖에 필요한 물리량을 직접 설정하거나 입력장치(110)로부터 받은 입력정보에 기초하여 설정할 수 있다.

가상 손(20)은 경계 표면(21)과 골격(22)으로 이루어질 수 있다. 가상 손(20)은 골격(22)을 이루는 뼈와 관절의 배치를 통해 이동 또는 변형이 구현될 수 있다. 가상 손(20)의 경계 표면(21)은 골격(22)으로부터 소정 거리만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 경계 표면(21)을 이루는 각각의 영역들은 인접한 뼈 또는 관절로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되도록 골격(22)의 배치에 기초하여 형성될 수 있다.

또한, 가상 손(20)은 실제 손(10)을 인식하여 생성된 입력정보를 입력장치(110) 로부터 수신하여 이를 기초로 생성될 수 있다. 손 인식장치(110)의 감지 범위 내에 실제 손(10)을 위치시키면, 실제 손(10)의 형상 및 위치가 인식되어 가상 손(20)의 형성에 반영될 수 있다. 이때, 실제 손(10)의 표면상의 단위 영역을 모두 추적하여 그 움직임을 인식할 수도 있으나, 인식된 실제 손(10)의 형상으로부터 골격의 배치를 유추하고 골격의 움직임을 추적할 수 있다. 이로써, 추적된 실제 손(10)의 골격 배치를 가상 손(20)의 골격(22) 배치에 반영하여 신속하고 용이하게 가상 손(20)의 움직임을 구현할 수 있다.

그 다음으로, 가상 손(20)의 경계 표면(21)에 복수의 물리입자(23)를 형성한다(S120).

복수의 물리입자(23)는 가상 손(20)의 경계 표면(21)상에 임의로 배치된다. 경계 표면(21)을 단위 영역으로 분할하고, 단위 영역들의 일부를 임의로 추출하여 해당 영역에 복수의 물리입자(23)를 배치시킬 수 있다. 구현의 정확성과 신속성을 고려하여 적절한 수의 물리입자(23)를 형성하여 배치시키는 것이 바람직하다.

가상 손(20) 그 자체를 제어하는 대신에, 복수의 물리입자(23)로써 단순화하여 간접적으로 가상 손(20)을 제어하므로, 가상 손(20)의 물리적인 특징들은 복수의 물리입자(23)에 대한 접촉점 정보에 포함될 수 있다.

복수의 물리입자(23)는 경계 표면(21) 상에 배치되는 위치와, 작용하는 힘의 크기 및 방향 등의 물리량을 가진다. 또한, 복수의 물리입자(23)는 실제 손(10)의 피부 표면의 마찰계수를 가질 수도 있다. 한편, 복수의 물리입자(23)가 경계 표면(21)의 일부 영역에 배치되므로, 복수의 물리입자(23)의 물리량은 전체 영역을 고려하여 조정되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 가상 손(20)에 가해지는 힘의 크기를 복수의 물리입자(23) 각각에 가해지는 힘으로 나눌 경우, 전체 영역을 물리입자(23)의 개수로 나눈 넓이의 영역에 가해지는 힘의 크기가 하나의 물리입자(23)에 가해지는 힘의 크기가 되는 것이 바람직하다.

그 다음으로, 가상 손(20)이 이동하거나 변형됨에 따라, 가상 손(20)에 대응하여 복수의 물리입자(23)를 이동시킨다(S130).

사용자가 실제 손(10)을 움직이면, 입력장치(110)에 의해 인식된 골격 변화가 제어장치(120)를 통해 가상 손(20)의 움직임에 반영될 수 있다. 예를 들면, 사용자가 실제 손(10)으로 파지 동작을 인식시키면, 가상 공간상에서 가상 손(20)이 가상 물체(30)를 파지하게 된다.

입력 정보에 따라 가상 손(20)이 이동하거나 변형되는 경우, 복수의 물리입자(23)는 위치가 변경된 가상 손(20)의 경계 표면(21)에 재배치된다. 이때, 가상 손(20)의 경계 표면(21)과 골격(22)이 이동하거나 변형되고 나서 복수의 물리입자(23)가 재배치될 수 있으나, 입력 정보에 따라 골격(22)만을 이동하거나 변형시키고 나서 이에 대응하도록 복수의 물리입자(23)를 곧바로 재배치시킬 수도 있다. 이로써, 경계 표면(21)의 모든 영역을 개별적으로 고려할 필요없이 골격(22)에 대응시킨 복수의 물리입자(23)를 통해 경계 표면(21)을 간접적으로 이동시키거나 변형시킬 수 있다.

한편, 가상 물체(30)가 가상 손(20)을 향해 움직일 수도 있다. 즉, 가상 손(20)은 위치 및 형상이 고정되어 있는 상태에서, 가상 물체(30)가 가상 손(20)을 향해 움직이도록 가상 물체(30)에 속도값을 설정할 수 있다. 또한, 가상 손(20)과 가상 물체(30)가 서로를 향해 동시에 움직이도록 구현하는 것도 가능하다. 예를 들면, 도시하지는 않았지만, 가상 공간상에서 구현된 가상의 공이 날아오도록 하고 가상의 배트를 움직여 날아오는 공을 타격하는 동작을 구현할 수 있다.

이와 같이, 가상 공간상에서 두 개 이상의 가상 모델이 서로 접촉하도록 서로를 향하여 이동하는 동작이 본 단계(S130)에서 구현된다.

그 다음으로, 복수의 물리입자(23)가 가상 물체(30)의 내부로 침투하였는지를 확인한다(S140).

가상 물체(30)의 경계 표면을 기준으로 가상 물체(30) 내측에 위치하는 물리입자(23)를 확인한다. 본 단계(S140)는 제어장치(120)가 동작하는 단위 시간 또는 미리 설정된 시간 간격으로 반복 수행된다. 따라서, 가상 물체(30)의 내부로 침투한 물리입자(23)가 없는 경우에는 다음 단계(S150)로 진행되지 않으며, 침투한 물리입자(23)가 확인되는 경우에는 다음 단계(S150)로 진행되고, 또한 본 단계(S140)가 계속하여 수행된다.

한편, 복수의 물리입자(23)가 가상 물체(30)의 2 이상의 부분으로 침투할 수도 있다. 예를 들면, 가상 손(20)으로 가상 물체(30)를 파지하는 경우 2 이상의 접촉점이 발생하게 된다. 또한, 가상 물체(30)가 굴곡진 형상일 경우, 가상 손(20)의 하나의 부위에 가상 물체(30)의 두 부분이 동시에 접촉될 수도 있다. 이러한 경우에는, 물리입자(23) 각각이 침투한 가상 물체(30)의 경계 표면 영역에 따라 각각의 물리입자(23)를 분리하여 제어할 수 있다.

그 다음으로, 상기 단계(S140)에서 복수의 물리입자(23) 중 하나 이상의 물리입자(23)가 가상 물체(30)의 내부로 침투한 경우, 침투한 물리입자(23)를 가상 물체(30)의 외측에 재배치한다(S150).

도 5(a)를 참조하면, 가상 물체(30)의 내부로 가상 손(20)의 경계 표면(21)과 물리입자(23)의 일부가 침투한 것을 확인할 수 있다. 이러한 경우, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 침투한 물리입자(23)를 가상 물체(30)의 외측으로 재배치한다. 이때, 침투한 물리입자(23)는 침투된 가상 물체(30)의 경계 표면에 수직한 방향으로 옮겨져 침투된 경계 표면에 접하도록 재배치될 수 있다.

또한, 본 단계(S150)는, 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 재배치된 물리입자(23)와 가상 손(20)의 경계 표면(21)이 일치하도록 가상 손(20)의 경계 표면(21)을 변형시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 재배치되는 물리입자(23)로 인해 물리입자(23) 간의 간격이 과도하게 좁아지는 것을 고려하여, 이미 가상 물체(30)의 외부에 위치하던 가상 손(20)의 경계 표면(21)과 물리입자(23)를 보다 외측으로 이동시킬 수도 있다. 이로써, 실제 손으로 물체를 잡을 때 변형되는 손의 형상을 구현하는 것이 가능하다.

한편, 침투한 물리입자(23)를 재배치한 후에, 가상 손(21)의 계속되는 이동에 따라 다른 물리입자(23)들이 추가적으로 가상 물체(30)의 내부로 침투할 수 있다. 이러한 경우, 상기 단계(S140)에서의 확인을 통해 추가적으로 침투한 물리입자(23)들을 다시 재배치시킬 수 있다.

본 단계(S150)는 재배치되는 물리입자(23) 각각이 가상 물체(30)에 가하는 힘의 크기를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 재배치되는 물리입자(23)가 가상 물체(30)에 가하는 힘의 크기가 변경되는 비율은 재배치되는 물리입자(23)가 옮겨지는 거리에 따라 조절될 수 있다. 즉, 가상 물체(30)에 깊숙히 침투한 물리입자(23)는 가상 물체(30)에 상대적으로 큰 힘을 가하고, 가상 물체(30)에 얕게 침투한 물리입자(23)는 상대적으로 작은 힘을 가하도록 힘의 크기가 변경될 수 있다.

한편, 경계 표면이 변형가능한 가상 모델 간에 전달되는 힘의 크기는 경계 표면이 변형불가능한 가상 모델 간에 전달되는 힘의 크기보다 작게 설정될 수 있다. 이로써, 힘의 크기가 클 경우 가상 모델 간의 상호작용이 빠르게 진행되므로, 이와 같이 힘의 크기를 조절함으로써 상호작용이 진행되는 속도를 조절할 수도 있다.

한편, 가상 물체(30)의 마주보는 두 지점에서 가상 손이 접촉될 경우, 접촉이 동시에 발생하지 않으므로, 양자간 상호작용이 즉각적으로 구현되는 경우에는 접촉 지점 사이에서 가상 물체(30)가 진동하게 된다. 따라서, 접촉에 따라 전달되는 힘의 크기를 작게 조절함으로써 이러한 진동을 지연시키고 안정적으로 접촉을 구현할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 모델 제어 방법은 경계 표면(21)이 변형가능하도록 형성된 가상 손(20)과, 경계 표면이 변형이 불가능하도록 형성된 가상 물체(30)을 제어하나, 경계 표면이 모두 변형가능하도록 형성되는 가상 모델들을 제어할 수도 있다. 이때, 각각의 가상 모델은 상술한 가상 손(20)과 같은 방식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 가상 손으로 물렁물렁한 가상의 공을 잡는 동작을 구현하는 경우, 가상 손과 가상 공 모두 접촉에 의해 변형되며, 각각이 변형되는 정도는 경계 표면의 탄성계수의 크기로써 조절될 수 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 각각의 실시예에 따른 가상 모델 제어 방법 및 시스템(100)에 의하면, 가상 모델들이 접촉하는 경우 경계 표면의 모든 영역을 개별적으로 추적하고 변형시킬 필요없이 복수의 물리입자(23)를 통해 간접적으로 추적하고 변형시킴으로써 보다 적은 계산량으로 정확하게 가상 모델의 접촉을 구현하고 제어할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 입력장치
120 : 제어장치
130 : 출력장치
100 : 가상 모델 간 접촉 제어 시스템
10 : 실제 손
20 : 가상 손
21 : 가상 손의 경계 표면
22 : 가상 손의 골격
23 : 물리입자
30 : 가상 물체

Claims

가상 공간에 형성된 가상 모델 제어하는 가상 모델 제어 시스템으로서,
가상 모델의 형성, 이동 또는 변형을 위한 입력 정보를 제공하는 입력장치;
상기 입력 정보에 기초하여 제1 가상 모델 및 제2 가상 모델을 형성 및 제어하는 제어장치; 및
상기 제1 가상 모델 및 상기 제2 가상 모델을 출력하는 출력장치를 포함하며,
상기 제1 가상 모델의 경계 표면에는 복수의 물리입자가 분산 배치되도록 형성되고,
상기 복수의 물리입자가 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투한 경우, 침투한 물리입자는 상기 제2 가상 모델의 외측에 놓이도록 재배치되며,
상기 복수의 물리입자는 위치, 형상, 크기, 질량, 속도, 작용하는 힘의 크기와 방향, 마찰계수 또는 탄성계수를 가지는 것을 특징으로 하는 가상 모델 제어 시스템.
가상 공간에 형성된 가상 모델 제어하는 가상 모델 제어 시스템으로서,
가상 모델의 형성, 이동 또는 변형을 위한 입력 정보를 제공하는 입력장치;
상기 입력 정보에 기초하여 제1 가상 모델 및 제2 가상 모델을 형성 및 제어하는 제어장치; 및
상기 제1 가상 모델 및 상기 제2 가상 모델을 출력하는 출력장치를 포함하며,
상기 제1 가상 모델의 경계 표면에는 복수의 물리입자가 분산 배치되도록 형성되고,
상기 복수의 물리입자가 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투한 경우, 침투한 물리입자는 상기 제2 가상 모델의 외측에 놓이도록 재배치되며,
상기 복수의 물리입자는 단위 크기의 구형 입자로 형성되는 것을 특징으로 하는 가상 모델 제어 시스템.
가상 공간에 형성된 가상 모델 제어하는 가상 모델 제어 시스템으로서,
가상 모델의 형성, 이동 또는 변형을 위한 입력 정보를 제공하는 입력장치;
상기 입력 정보에 기초하여 제1 가상 모델 및 제2 가상 모델을 형성 및 제어하는 제어장치; 및
상기 제1 가상 모델 및 상기 제2 가상 모델을 출력하는 출력장치를 포함하며,
상기 제1 가상 모델의 경계 표면에는 복수의 물리입자가 분산 배치되도록 형성되고,
상기 복수의 물리입자가 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투한 경우, 침투한 물리입자는 상기 제2 가상 모델의 외측에 놓이도록 재배치되며,
재배치되는 물리입자 각각은 재배치됨에 따라 상기 제2 가상 모델에 가하는 힘의 크기가 변경되는 것을 특징으로 하는 가상 모델 제어 시스템.
제3 항에 있어서,
상기 재배치되는 물리입자 각각이 상기 제2 가상 모델에 가하는 힘의 크기는 상기 재배치되는 물리입자가 재배치 시 옮겨지는 거리에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 가상 모델 제어 시스템.
가상 공간에 형성된 가상 모델 제어하는 가상 모델 제어 시스템으로서,
가상 모델의 형성, 이동 또는 변형을 위한 입력 정보를 제공하는 입력장치;
상기 입력 정보에 기초하여 제1 가상 모델 및 제2 가상 모델을 형성 및 제어하는 제어장치; 및
상기 제1 가상 모델 및 상기 제2 가상 모델을 출력하는 출력장치를 포함하며,
상기 제1 가상 모델의 경계 표면에는 복수의 물리입자가 분산 배치되도록 형성되고,
상기 복수의 물리입자가 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투한 경우, 침투한 물리입자는 상기 제2 가상 모델의 외측에 놓이도록 재배치되며,
상기 제1 가상 모델의 경계 표면은 변형가능하고,
상기 제2 가상 모델의 경계 표면은 변형불가능한 것을 특징으로 하는 가상 모델 제어 시스템.
가상 공간에 형성된 가상 모델 제어하는 가상 모델 제어 시스템으로서,
가상 모델의 형성, 이동 또는 변형을 위한 입력 정보를 제공하는 입력장치;
상기 입력 정보에 기초하여 제1 가상 모델 및 제2 가상 모델을 형성 및 제어하는 제어장치; 및
상기 제1 가상 모델 및 상기 제2 가상 모델을 출력하는 출력장치를 포함하며,
상기 제1 가상 모델의 경계 표면에는 복수의 물리입자가 분산 배치되도록 형성되고,
상기 복수의 물리입자가 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투한 경우, 침투한 물리입자는 상기 제2 가상 모델의 외측에 놓이도록 재배치되며,
상기 제1 가상 모델은 경계 표면의 형상의 기초가 되는 골격을 가지며, 상기 골격의 움직임에 따라 이동하거나 변형되는 것을 특징으로 하는 가상 모델 제어 시스템.
제6 항에 있어서,
상기 제1 가상 모델은 가상 손 모델인 것을 특징으로 하는 가상 모델 제어 시스템.
제7 항에 있어서,
상기 입력 장치는 실제 손의 골격의 움직임을 추적하는 손 인식 장치이며,
상기 제1 가상 모델의 골격의 움직임은 상기 실제 손의 골격의 움직임에 대응하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 모델 제어 시스템.
제8 항에 있어서,
상기 입력 장치는 립 모션 센서 또는 RGBD 센서인 것을 특징으로 하는 가상 모델 제어 시스템.
제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 침투한 물리입자는 상기 제2 가상 모델의 침투된 경계 표면에 수직한 방향으로 옮겨져 상기 침투된 경계 표면에 접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 가상 모델 제어 시스템.
제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 가상 모델의 경계 표면은 상기 재배치되는 물리입자가 그 위에 위치하도록 변형되는 것을 특징으로 하는 가상 모델 제어 시스템.
가상 공간에 형성된 가상 모델의 제어 방법으로서,
제1 가상 모델과 제2 가상 모델을 형성하는 단계;
상기 제1 가상 모델의 경계 표면에 복수의 물리입자를 분산 배치되도록 형성하는 단계;
상기 제1 가상 모델 또는 상기 제2 가상 모델이 이동하거나 변형됨에 따라 상기 복수의 물리입자가 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투하였는지를 확인하는 단계;
상기 복수의 물리입자 중 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투한 물리입자를 상기 제2 가상 모델의 외측에 재배치하는 단계; 및
재배치되는 물리입자 각각이 상기 제2 가상 모델에 가하는 힘의 크기를 변경하는 단계를 포함하는 가상 모델의 제어 방법.
가상 공간에 형성된 가상 모델의 제어 방법으로서,
제1 가상 모델과 제2 가상 모델을 형성하는 단계;
상기 제1 가상 모델의 경계 표면에 복수의 물리입자를 분산 배치되도록 형성하는 단계;
상기 제1 가상 모델 또는 상기 제2 가상 모델이 이동하거나 변형됨에 따라 상기 복수의 물리입자가 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투하였는지를 확인하는 단계; 및
상기 복수의 물리입자 중 상기 제2 가상 모델의 내부로 침투한 물리입자를 상기 제2 가상 모델의 외측에 재배치하는 단계를 포함하고,
상기 제1 가상 모델은 경계 표면의 형상의 기초가 되는 골격을 가지는 가상 손 모델이며,
손 인식 장치를 통해 실제 손의 골격의 움직임을 추적하는 단계를 더 포함하고,
상기 제1 가상 모델의 골격의 움직임은 상기 실제 손의 골격의 움직임에 대응하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가상 모델의 제어 방법.
제12 항 또는 제13 항에 있어서,
재배치되는 물리입자와 상기 제1 가상 모델의 경계 표면이 일치하도록 상기 제1 가상 모델의 경계 표면을 변형시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 모델의 제어 방법.
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