WO2017204416A1 - 가상 현실 구현을 위한 장치 - Google Patents

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WO2017204416A1
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ultrasonic
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signal
server
movable display
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PCT/KR2016/010947
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안광석
신종규
이교구
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Echolous Inc
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Echolous Inc
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/66—Sonar tracking systems
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G—PHYSICS
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    • G02B27/01—Head-up displays
    • G02B27/0179—Display position adjusting means not related to the information to be displayed
    • G02B2027/0187—Display position adjusting means not related to the information to be displayed slaved to motion of at least a part of the body of the user, e.g. head, eye

Definitions

  • the following embodiments relate to a technique for realizing a virtual reality, and relates to a system capable of reflecting a user's position in the virtual reality using an ultrasonic signal.
  • Virtual reality technology can be used in a variety of fields, including entertainment, educational applications, simulations, and educational programs.
  • the present invention provides an apparatus for increasing the user's immersion in the virtual reality by reflecting the location information of the user with high accuracy in the virtual reality.
  • a client for tracking a position of a movable display may include a wireless receiver configured to receive a synchronization signal of a predetermined period from a server and an ultrasonic signal to a plurality of ultrasonic receivers included in the server in response to the synchronization signal. And a plurality of ultrasonic receivers, wherein the plurality of ultrasonic receivers transmit the ultrasonic signals to a processor included in the server, wherein the processor is configured to transmit the ultrasonic signals to the plurality of ultrasonic receivers corresponding to the predetermined period based on the ultrasonic signals. Compute the position of the client, send a position signal containing the position to the movable display, and the client can be fixed to the movable display.
  • the server may track the location of the plurality of clients by time-dividing the predetermined period and assigning the plurality of time-divided constant periods to the plurality of clients.
  • the ultrasound transmitter may continuously transmit the ultrasound signals to the plurality of ultrasound receivers based on the predetermined period.
  • a server for tracking a position of a movable display may include: a wireless transmitter transmitting a synchronization signal of a predetermined period to a client, a plurality of ultrasonic receivers receiving an ultrasound signal from the client in response to the synchronization signal, and the A processor for calculating a position of the client relative to the plurality of ultrasonic receivers based on an ultrasonic signal and the predetermined period, wherein the transmitter transmits a position signal including the position to the movable display, wherein the client It may be fixed to the movable display.
  • the processor may track the position of the movable display, removing noise from the ultrasonic signal to calculate the position of the client.
  • the processor may remove the noise based on a peak of an envelope of the ultrasonic signal.
  • the processor may remove the noise based on the shape or area of an envelope of the ultrasonic signal.
  • the processor may remove noise by comparing a ratio of the average value and the maximum value of the amplitude of the ultrasound signal with a preset reference.
  • the transmitter may track the positions of the plurality of clients by time-dividing the predetermined period and allocating the plurality of time-divided constant periods to the plurality of clients when the client has a plurality of clients.
  • a system for tracking a position of a movable display includes a server and a client fixed to the movable display, wherein the client includes a wireless receiver configured to receive a periodic synchronization signal from a server and the synchronization.
  • an ultrasonic transmitter for transmitting ultrasonic signals to a plurality of ultrasonic receivers included in the server in response to a signal
  • the server comprises: a wireless transmitter for transmitting the synchronization signal of the predetermined period to the client; A plurality of ultrasonic receivers for receiving a signal and a processor for calculating a position of the client relative to the plurality of ultrasonic receivers based on the ultrasonic signal and the predetermined period, wherein the wireless transmitter includes the position signal Awards It can be transmitted to the moveable display.
  • the user's commitment to the virtual reality may be increased by reflecting the location information of the user with high accuracy in the virtual reality.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system for implementing a virtual reality by identifying a location of a user in an indoor environment according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a server and a client for implementing a virtual reality according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a signal between a server and a client, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a signal between a server and a plurality of clients according to an exemplary embodiment.
  • first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, without departing from the scope of the present application, and the first component may be called a second component, similarly the second component. The component may also be referred to as a first component.
  • Embodiments to be described below may be applied to identify and determine the type of movement of an object included in the video.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a system for implementing a virtual reality by identifying a location of a user in an indoor environment according to an embodiment.
  • the system may include a server 200 and a client 100 to implement virtual reality.
  • the user moves the indoor space while wearing the client 100, the client 100 communicates with the server 200 through a wireless signal and an ultrasonic signal, and the server 200 calculates the location of the user by using the same.
  • the client 100 may be mounted on a part of the user's body to transmit the ultrasound signal to the server 200.
  • the server 200 may analyze the ultrasound signal to calculate the position of the client 100 and transmit the position of the client 100 to the movable display 300.
  • the movable display 300 may increase the immersion of the user by reflecting the received position in the virtual reality.
  • the system may obtain more accurate position coordinates compared to other technologies such as a satellite positioning system (GPS) by using an ultrasonic signal.
  • GPS satellite positioning system
  • the server 200 may transmit a synchronization signal to the client 100 so that the client 100 transmits an ultrasound signal for calculating a position.
  • the synchronization signal may be a radio frequency (RF) signal.
  • the server 200 may be installed indoors but may be installed outdoors.
  • the client 100 may include an ultrasonic transmitter 110.
  • the client 100 may receive the synchronization signal and transmit the ultrasound through the ultrasound transmitter 110 in response to the synchronization signal.
  • the ultrasound may be broadcast.
  • the server 200 may include a plurality of ultrasonic receivers 220, 221, and 222.
  • the plurality of ultrasonic receivers 220, 221, and 222 may be disposed in an indoor space.
  • the plurality of ultrasonic receivers 220, 221, and 222 may receive the broadcast ultrasonic waves.
  • the server 200 may calculate the position of the client 100 based on the received ultrasound. Since the client 100 is attached to a movable display 300 attached to a part of the user's body or a part of the user's body, the position of the client 100 may correspond to the location of the user. The server 200 may transmit the calculated position to the movable display 300.
  • the location signal may be a kind of wireless signal.
  • the movable display 300 may implement virtual reality using the received position signal. According to an embodiment, the movable display 300 may be attached to the head of the user.
  • the movable display 300 may be a movable display.
  • the movable display 300 may be head mount diplay (HMDs).
  • the system may provide the user with a highly realistic virtual reality experience by reflecting the user's actual position in the virtual reality. This allows the user to experience high immersion in virtual reality.
  • the user may experience virtual reality without risk of colliding with an obstacle or a structure in an indoor space.
  • a problem of cyber sickness such as vomiting or motion sickness may be alleviated.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a server and a client for implementing a virtual reality according to an embodiment.
  • the server 200 may include a wireless transmitter 210, an ultrasonic receiver 220, and a processor 240.
  • the wireless transmitter 210 may transmit a synchronization signal and a position signal.
  • the server 200 may include a second wireless transmitter 230. In this case, the wireless transmitter 210 may transmit a synchronization signal to the client 100, and the second wireless transmitter 230 may transmit a position signal to the movable display 300.
  • the wireless transmitter 210 may transmit a synchronization signal of a predetermined period to the client 100. Since the ultrasound signal does not include identification information, the server 200 may identify the client through a cycle.
  • the ultrasound receiver 220 may receive an ultrasound signal from the client 100 in response to the synchronization signal.
  • the ultrasonic receiver 220 may be a plurality in order to determine the exact position of the user.
  • the ultrasonic receiver 220 may be three or more, and may be disposed in different positions.
  • the ultrasonic receiver 220 may be referred to as a beacon.
  • the processor 240 may calculate a position of the client 100 with respect to the plurality of ultrasound receivers 220 based on the ultrasound signal and a predetermined period.
  • the processor 240 may obtain Cartesian coordinates of X (forward and backward), Y (left and right), and Z in 3D space of the virtual reality.
  • the processor 240 may calculate pitch, roll, and yaw values through an attitude and heading reference system (AHRS).
  • AHRS attitude and heading reference system
  • the processor 240 may calculate a position of the client 100 by removing noise from the ultrasonic signal. According to an embodiment, the processor 240 may remove noise based on the peak of the envelope of the ultrasonic signal. According to another embodiment, the processor 240 may remove noise based on the shape or area of the envelope of the ultrasonic signal. According to another embodiment, the processor 240 may remove noise by comparing the ratio of the average value and the maximum value of the amplitude of the ultrasonic signal with a preset reference.
  • the transmitter 220 may transmit a location signal including a location to the movable display.
  • the transmitter 220 may track the positions of the plurality of clients by time-dividing a predetermined period and assigning the plurality of time-divided constant periods to the plurality of clients.
  • the client 100 may be fixed to the movable display. According to another embodiment, the client 100 may be directly fixed to a part of the user's body.
  • the client 100 may include a wireless receiver 120 and an ultrasonic transmitter 110.
  • the wireless transmitter 210 may receive a synchronization signal of a predetermined period from the server.
  • the ultrasonic transmitter 110 may transmit ultrasonic signals to the plurality of ultrasonic receivers 220 included in the server 200 in response to the synchronization signal.
  • the ultrasound signal may be continuously transmitted to the plurality of ultrasound receivers 220 based on a predetermined period. Through this, even when an interruption occurs in the implementation of the virtual reality, the user's location may be continuously reflected in the virtual reality.
  • the server 200 may track the locations of the plurality of clients by time-dividing a certain period and assigning the plurality of time-divided constant periods to the plurality of clients.
  • the plurality of ultrasonic receivers 220 transmits an ultrasonic signal to the processor 240 included in the server 200, and the processor 240 may provide a plurality of ultrasonic receivers 220 corresponding to a predetermined period based on the ultrasonic signal.
  • the location of the client can be calculated and a location signal containing the location can be sent to the movable display.
  • the present invention can match the movement of the user of the virtual world and the actual user through the movable display 300.
  • the present invention may allow a user to experience virtual reality in response to a change in position that occurs as the user moves.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a signal between a server and a client, according to an exemplary embodiment.
  • Wireless signals can be utilized in two ways:
  • the wireless signal may be used as a synchronization signal for transmitting the ultrasound signal of the client 100.
  • the server 200 may inform the client 100 when to transmit the ultrasound signal.
  • the wireless signal may be modulated into a frequency shift keying (FSK) signal in an industrial scientific medical band (ISM) band and transmitted to the client 100.
  • FSK frequency shift keying
  • the wireless signal may be utilized as a position signal transmitted to the movable display 300.
  • the server 200 may inform the mobile display 300 of the user's location information through the location signal.
  • the wireless signal may be transmitted in the Wi-Fi band and the UDP protocol may be applied.
  • the server 200 may transmit a synchronization signal to the client 100 (eg, ID 0).
  • the client 100 may generate an ultrasonic signal immediately after receiving the synchronization signal.
  • the ultrasonic receiver 220 installed indoors may notify the server of the fact as soon as the ultrasonic signal is received.
  • the server 200 may calculate the location of the user through triangulation from a time difference (TOF) generated due to the speed of sound waves, and then transmit the location information of the user to the display 300 that is movable through a wireless signal.
  • TOF time difference
  • a series of processes from transmission of a synchronization signal to transmission of a location signal may be repeated up to 30 times in one second.
  • the signal 310 transmitted from the server 200 is a synchronization signal.
  • the synchronization signal may be divided into a period (eg, ID 0) and a preamble signal section indicating a client's identification symbol according to time.
  • the end point of the section representing the identification symbol may be a transmission point of the ultrasound signal.
  • the ultrasound signal 320 transmitted from the client 100 may be, for example, in the form of a burst signal.
  • the ultrasonic signal When the ultrasonic signal is transmitted through air, its waveform may be distorted by noise or the like. Accordingly, the ultrasound receiver 220 may receive an ultrasound signal having a waveform different from the waveform when the ultrasound signal 320 is transmitted.
  • the ultrasonic receiver 220 may transmit the ultrasonic signal received to the server 200 connected by wire.
  • the server 200 may determine a time point at which the ultrasonic signal is received by correcting the distorted waveform through noise processing.
  • the server 200 may calculate a time difference (TOF) until a time when the ultrasonic signal is received, based on the transmission time of the ultrasonic signal.
  • TOF time difference
  • the server 200 and the ultrasonic receiver 220 may be connected by wire.
  • the ultrasonic receiver 220 may be attached anywhere in the room.
  • the location of the server does not need to be fixed. However, the position of the ultrasonic receiver 220 is fixed.
  • the ultrasonic receiver 220 is plural and may be at least three.
  • the number of the ultrasonic receivers 220 may be added, and thus the movable range of the user may be extended. In addition, as the number of the ultrasonic receivers 220 is added, the accuracy of the location information may be increased.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a signal between a server and a plurality of clients according to an exemplary embodiment.
  • a system for implementing virtual reality may include a number of clients.
  • the server 200 may time-division the synchronization signal and deliver it to a plurality of clients.
  • the plurality of clients may broadcast ultrasound in response only to a synchronization signal that includes its identifying symbol.
  • the ultrasonic receiver 220 may receive a plurality of ultrasonic signals distinguished according to time, and transmit the ultrasonic signals to the server 200.
  • the server 200 may correspond to the plurality of ultrasound signals to each client according to the period of the synchronization signal, and may transmit location information about each to each client.
  • the signal 410 transmitted from the server 200 is a synchronization signal.
  • the synchronization signal may be divided into a period (eg, ID 0 and ID 1) and a preamble signal period indicating an identification symbol of each client to be received over time.
  • the ultrasound signal 420 sent from the client may be a burst signal, for example.
  • the ultrasound receiver 220 may receive an ultrasound signal having a waveform different from the waveform when the ultrasound signal 420 is transmitted.
  • the ultrasonic receiver 220 may transmit the ultrasonic signal received to the server 200 connected by wire.
  • the server 200 may determine a time point at which the ultrasonic signal is received by correcting the distorted waveform through noise processing.
  • the server 200 may calculate a time difference (TOF) up to a point in time at which each ultrasound signal is received, based on a point in time at which the ultrasound signals are transmitted.
  • the server 200 may calculate the location of each user based on the calculated time difference. As such, the server 200 may support the plurality of clients by transmitting the respective location information to each user through the location signal.
  • TOF time difference

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Abstract

가상 현실 구현을 위한 장치가 개시된다. 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 클라이언트에 있어서, 서버로부터 일정한 주기의 동기화 신호를 수신하는 무선 수신부 및 상기 동기화 신호에 대응하여 상기 서버에 포함된 복수의 초음파 수신부로 초음파 신호를 송신하는 초음파 송신부를 포함하고, 상기 복수의 초음파 수신부는 상기 초음파 신호를 상기 서버에 포함된 프로세서로 전달하고, 상기 프로세서는 상기 초음파 신호에 기초하여 상기 일정한 주기에 대응한 상기 복수의 초음파 수신부에 대한 상기 클라이언트의 위치를 계산하고, 상기 위치를 포함하는 위치 신호를 상기 이동 가능한 디스플레이로 송신하고, 상기 클라이언트는 상기 이동 가능한 디스플레이에 고정될 수 있다.

Description

가상 현실 구현을 위한 장치
아래의 실시예들은 가상 현실 구현을 위한 기술에 관한 것으로, 초음파 신호를 사용하여 사용자의 위치를 가상 현실에 반영할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
가상 현실 기술은 엔터테인먼트, 교육 애플리케이션, 시뮬레이션 및 교육 프로그램 등 다양한 분야에 사용될 수 있다.
오큘러스 리프트 및 소니의 HMZ 시리즈 등 종래의 기술들은 가상 현실 내에서 사용자의 위치 변경을 위하여 외부 조작 장치를 필요로 한다. 이러한 조작은 가상 현실 밖에서 이루어지기 때문에 사용자의 몰입도를 방해할 수 있다. 또한, 가상 현실 내부와의 상호작용과 가상 현실 외부와의 상호작용이 동시에 이루어지면 구토 및 방향 감각 상실과 같은 병리적 증상(cyber sickness)이 발생할 수 있다.
본 발명은 초음파를 사용하여 높은 정확도의 사용자의 위치 정보를 가상 현실에 반영함으로써 가상 현실에 대한 사용자의 몰입도를 높이는 장치를 제공한다.
일실시예에 따른 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 클라이언트는, 서버로부터 일정한 주기의 동기화 신호를 수신하는 무선 수신부 및 상기 동기화 신호에 대응하여 상기 서버에 포함된 복수의 초음파 수신부로 초음파 신호를 송신하는 초음파 송신부를 포함하고, 상기 복수의 초음파 수신부는 상기 초음파 신호를 상기 서버에 포함된 프로세서로 전달하고, 상기 프로세서는 상기 초음파 신호에 기초하여 상기 일정한 주기에 대응한 상기 복수의 초음파 수신부에 대한 상기 클라이언트의 위치를 계산하고, 상기 위치를 포함하는 위치 신호를 상기 이동 가능한 디스플레이로 송신하고, 상기 클라이언트는 상기 이동 가능한 디스플레이에 고정될 수 있다.
상기 클라이언트가 복수인 경우, 상기 서버는 상기 일정한 주기를 시분할하고 상기 복수의 시분할된 일정한 주기를 상기 복수의 클라이언트에 할당함으로써, 상기 복수의 클라이언트의 위치를 추적할 수 있다.
상기 초음파 송신부는, 상기 동기화 신호가 중단되는 경우, 상기 일정한 주기에 기초하여 상기 복수의 초음파 수신부에 상기 초음파 신호를 계속 송신할 수 있다.
일실시예에 따른 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 서버는, 클라이언트로 일정한 주기의 동기화 신호를 송신하는 무선 송신부, 상기 동기화 신호에 대응하여 상기 클라이언트로부터 초음파 신호를 수신하는 복수의 초음파 수신부 및 상기 초음파 신호와 상기 일정한 주기에 기초하여 상기 복수의 초음파 수신부에 대한 상기 클라이언트의 위치를 계산하는 프로세서를 포함하고, 상기 송신부는 상기 위치를 포함하는 위치 신호를 상기 이동 가능한 디스플레이로 송신하고, 상기 클라이언트는 상기 이동 가능한 디스플레이에 고정될 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 초음파 신호로부터 노이즈를 제거하여 상기 클라이언트의 위치를 계산하는, 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 초음파 신호의 포락선의 피크에 기초하여 상기 노이즈를 제거할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 초음파 신호의 포락선의 모양 또는 면적에 기초하여 상기 노이즈를 제거할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 초음파 신호의 진폭의 평균값과 최대값의 비율을 미리 설정된 기준과 비교하여 노이즈를 제거할 수 있다.
상기 송신부는, 상기 클라이언트가 복수인 경우, 상기 일정한 주기를 시분할하고 상기 복수의 시분할된 일정한 주기를 상기 복수의 클라이언트에 할당함으로써, 상기 복수의 클라이언트의 위치를 추적할 수 있다.
일실시예에 따른 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 시스템은, 서버 및 상기 이동 가능한 디스플레이에 고정된 클라이언트를 포함하고, 상기 클라이언트는, 서버로부터 일정한 주기의 동기화 신호를 수신하는 무선 수신부 및 상기 동기화 신호에 대응하여 상기 서버에 포함된 복수의 초음파 수신부에 초음파 신호를 송신하는 초음파 송신부를 포함하고, 상기 서버는, 상기 클라이언트로 상기 일정한 주기의 상기 동기화 신호를 송신하는 무선 송신부, 상기 클라이언트로부터 상기 초음파 신호를 수신하는 상기 복수의 초음파 수신부 및 상기 초음파 신호와 상기 일정한 주기에 기초하여 상기 복수의 초음파 수신부에 대한 상기 클라이언트의 위치를 계산하는 프로세서를 포함하고, 상기 무선 송신부는 상기 위치를 포함하는 위치 신호를 상기 이동 가능한 디스플레이로 송신할 수 있다.
일실시예에 따르면, 초음파를 사용하여 높은 정확도의 사용자의 위치 정보를 가상 현실에 반영함으로써 가상 현실에 대한 사용자의 몰입도를 높일 수 있다.
도 1는 일실시예에 따른 실내 환경에서 사용자의 위치를 파악하여 가상 현실을 구현하는 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 가상 현실 구현을 위한 서버 및 클라이언트의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 서버와 클라이언트 간의 신호를 도시한 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 서버와 복수의 클라이언트 간의 신호를 도시한 도면이다.
아래의 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 특허출원의 범위가 본 명세서에 설명된 내용에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 설명한 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 본 명세서에서 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급은 그 실시예와 관련하여 설명되는 특정한 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미하며, "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 언급이 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것이라고 이해되어서는 안된다.
본 명세서에 개시되어 있는 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 개시되어 있는 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 명세서의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본원의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 설명될 실시예들은 동영상 안에 포함된 객체의 움직임을 식별하고 그 유형을 결정하는데 적용될 수 있다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1는 일실시예에 따른 실내 환경에서 사용자의 위치를 파악하여 가상 현실을 구현하는 시스템을 도시한 도면이다.
일실시예에 따르면 가상 현실을 구현하기 위하여 시스템은 서버(200)와 클라이언트(100)를 포함할 수 있다. 사용자는 클라이언트(100)를 착용한 채 실내 공간을 이동하게 되며, 클라이언트(100)는 서버(200)와 무선 신호 및 초음파 신호를 통해 커뮤니케이션하고, 서버(200)는 이를 통해 사용자의 위치를 계산하여 이동 가능한 디스플레이(300)에 전송한다.
이처럼, 클라이언트(100)는 사용자의 신체의 일부에 장착되어 초음파 신호를 서버(200)로 전송할 수 있다. 서버(200)는 초음파 신호를 분석하여 클라이언트(100)의 위치를 계산하고, 클라이언트(100)의 위치를 이동 가능한 디스플레이(300)로 전송할 수 있다. 이동 가능한 디스플레이(300)는 수신한 위치를 가상 현실에 반영하여 사용자의 몰입도를 높일 수 있다.
또한, 가상 현실을 구현하기 위하여 시스템은 초음파 신호를 사용함으로써 위성 위치 확인 시스템(GPS) 등 다른 기술과 비교하여 더욱 정확한 위치 좌표를 획득할 수 있다.
구체적으로, 클라이언트(100)가 위치 계산을 위한 초음파 신호를 전송하도록 서버(200)는 동기화 신호를 클라이언트(100)로 전송할 수 있다. 동기화 신호는 무선(RF, radio frequency) 신호일 수 있다. 여기서, 서버(200)는 실내에 설치될 수도 있지만 실외에 설치될 수도 있다.
클라이언트(100)는 초음파 송신부(110)를 포함할 수 있다. 클라이언트(100)는 동기화 신호를 수신하고, 동기화 신호에 응답하여 초음파 송신부(110)를 통하여 초음파를 송신할 수 있다. 이때 초음파는 브로드캐스팅될 수 있다.
서버(200)는 복수의 초음파 수신부(220, 221, 222)를 포함할 수 있다. 복수의 초음파 수신부(220, 221, 222)는 실내의 공간에 배치될 수 있다. 복수의 초음파 수신부(220, 221, 222)는 브로드캐스팅된 초음파를 수신할 수 있다.
서버(200)는 수신한 초음파를 기초로 클라이언트(100)의 위치를 계산할 수 있다. 클라이언트(100)는 사용자의 신체의 일부 또는 사용자의 신체의 일부에 부착된 이동 가능한 디스플레이(300)에 부착되므로 클라이언트(100)의 위치는 사용자의 위치에 대응할 수 있다. 서버(200)는 계산된 위치를 이동 가능한 디스플레이(300)로 송신할 수 있다. 여기서 위치 신호는 무선 신호의 일종일 수 있다.
이동 가능한 디스플레이(300)는 수신한 위치 신호를 이용하여 가상 현실을 구현할 수 있다. 일실시예에 따르면 이동 가능한 디스플레이(300)는 사용자의 머리에 부착될 수 있다. 이동 가능한 디스플레이(300)는 이동 가능한 디스플레이일 수 있다. 예를 들어 이동 가능한 디스플레이(300)는 헤드 마운트 디스플레이(HMDs, head mount diplay)일 수 있다.
가상 현실을 구현하기 위하여 시스템은 가상 현실에 사용자의 실제 위치를 반영함으로써 사용자에게 현실성이 높은 가상 현실 체험을 제공할 수 있다. 이를 통하여 사용자는 가상 현실에서 높은 몰입도를 경험할 수 있다. 또한, 사용자는 실내 공간에서 장애물 또는 구조물과 충돌할 위험 없이 가상 현실을 체험할 수 있다. 또한, 사용자의 위치와 가상 현실의 위치가 일치함으로써 구토나 멀미 등의 병적인 증상(cyber sickness)의 문제도 완화될 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 가상 현실 구현을 위한 서버 및 클라이언트의 구성을 도시한 도면이다.
서버(200)는 무선 송신부(210), 초음파 수신부(220) 및 프로세서(240)를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 무선 송신부(210)는 동기화 신호 및 위치 신호를 송신할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 서버(200)는 제2 무선 송신부(230)를 포함할 수 있다. 이 경우, 무선 송신부(210)는 동기화 신호를 클라이언트(100)로 송신하고, 제2 무선 송신부(230)는 위치 신호를 이동 가능한 디스플레이(300)로 송신할 수 있다.
일실시예에 따르면, 무선 송신부(210)는 클라이언트(100)로 일정한 주기의 동기화 신호를 송신할 수 있다. 초음파 신호는 식별 정보를 포함하지 않으므로, 서버(200)는 주기를 통해 클라이언트를 식별할 수 있다.
일실시예에 따르면, 초음파 수신부(220)는 동기화 신호에 대응하여 클라이언트(100)로부터 초음파 신호를 수신할 수 있다. 여기서 초음파 수신부(220)는 사용자의 정확한 위치를 파악하기 위하여 복수일 수 있다. 예를 들어, 초음파 수신부(220)는 3개 이상일 수 있고, 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 여기서 초음파 수신부(220)는 비콘(beacon)으로 지칭될 수 있다.
일실시예에 따르면, 프로세서(240)는 초음파 신호와 일정한 주기에 기초하여 복수의 초음파 수신부(220)에 대한 클라이언트(100)의 위치를 계산할 수 있다. 프로세서(240)는 가상 현실의 3D 공간에서 X (순방향 및 역방향), Y (왼쪽 및 오른쪽) 및 Z의 데카르트 좌표를 획득할 수 있다. 또한, 프로세서(240)는 AHRS(attitude and heading reference system)를 통하여 피치, 롤 및 요우 값을 계산할 수 있다.
프로세서(240)는 초음파 신호로부터 노이즈를 제거하여 클라이언트(100)의 위치를 계산할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(240)는 초음파 신호의 포락선의 피크에 기초하여 노이즈를 제거할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 프로세서(240)는 초음파 신호의 포락선의 모양 또는 면적에 기초하여 노이즈를 제거할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 프로세서(240)는 초음파 신호의 진폭의 평균값과 최대값의 비율을 미리 설정된 기준과 비교하여 노이즈를 제거할 수 있다.
일실시예에 따르면, 송신부(220)는 위치를 포함하는 위치 신호를 상기 이동 가능한 디스플레이로 송신할 수 있다. 클라이언트가 복수인 경우, 송신부(220)는 일정한 주기를 시분할하고 복수의 시분할된 일정한 주기를 복수의 클라이언트에 할당함으로써, 복수의 클라이언트의 위치를 추적할 수 있다.
일실시예에 따르면, 클라이언트(100)는 이동 가능한 디스플레이에 고정될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 클라이언트(100)는 사용자의 신체의 일부에 직접 고정될 수 있다.
클라이언트(100)는 무선 수신부(120) 및 초음파 송신부(110)를 포함할 수 있다. 무선 송신부(210)는 서버로부터 일정한 주기의 동기화 신호를 수신할 수 있다. 초음파 송신부(110)는 동기화 신호에 대응하여 서버(200)에 포함된 복수의 초음파 수신부(220)로 초음파 신호를 송신할 수 있다.
동기화 신호가 중단되는 경우, 일정한 주기에 기초하여 복수의 초음파 수신부(220)에 초음파 신호를 계속 송신할 수 있다. 이를 통하여, 가상 현실의 구현에 대해 인터럽션이 발생하는 경우에도 사용자의 위치가 계속 가상 현실에 반영될 수 있다.
클라이언트가 복수인 경우, 서버(200)는 일정한 주기를 시분할하고 복수의 시분할된 일정한 주기를 복수의 클라이언트에 할당함으로써, 복수의 클라이언트의 위치를 추적할 수 있다.
복수의 초음파 수신부(220)는 초음파 신호를 서버(200)에 포함된 프로세서(240)로 전달하고, 프로세서(240)는 초음파 신호에 기초하여 일정한 주기에 대응한 복수의 초음파 수신부(220)에 대한 클라이언트의 위치를 계산하고, 위치를 포함하는 위치 신호를 이동 가능한 디스플레이로 송신할 수 있다.
이를 통하여, 본 발명은 이동 가능한 디스플레이(300)를 통해 가상 세계의 사용자의 움직임과 실제의 사용자의 움직임이 일치되도록 할 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 사용자가 이동함에 따라 발생하는 위치 변화에 반응하는 가상 현실을 체험하도록 할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 서버와 클라이언트 간의 신호를 도시한 도면이다.
이동 가능한 디스플레이(300)와 클라이언트(100)는 서버(200)와 무선으로 통신한다. 무선 신호는 다음 두 가지 방식으로 활용될 수 있다.
첫 번째, 무선 신호는 클라이언트(100)의 초음파 신호의 전송을 위한 동기화 신호로 활용될 수 있다. 이처럼, 서버(200)는 클라이언트(100)에게 초음파 신호를 송신할 시점을 알려줄 수 있다. 여기서, 무선 신호는 ISM 대역(industrial scientific medical band)에서 FSK(Freguency Shift Keying) 신호로 변조되어 클라이언트(100)에게 전송될 수 있다.
두 번째, 무선 신호는 이동 가능한 디스플레이(300)로 전송되는 위치 신호로 활용될 수 있다. 이처럼, 서버(200)는 위치 신호를 통하여 이동 가능한 디스플레이(300)에게 사용자의 위치 정보를 알려줄 수 있다. 여기서, 무선 신호는 Wi-Fi 대역으로 전송될 수 있고 UDP 프로토콜이 적용될 수 있다.
서버(200)는 클라이언트(100) (예를 들어, ID 0)에게 동기화 신호를 전송할 수 있다. 클라이언트(100)는 동기화 신호를 받은 즉시, 초음파 신호를 발생시킬 수 있다. 실내에 설치된 초음파 수신부(220)는 초음파 신호가 수신되는 즉시 서버에게 그 사실을 알릴 수 있다.
서버(200)는 음파의 진행속도로 인하여 발생 된 시간차이(TOF)로부터 삼각 측량을 통하여 사용자의 위치를 계산한 후, 무선 신호를 통하여 이동 가능한 디스플레이(300)에게 사용자의 위치정보를 전송할 수 있다. 예를 들어, 동기화 신호의 전송으로부터 위치 신호의 전송까지의 일련의 과정은 1초에 최대 30번까지 반복될 수 있다.
도 3에서 서버(200)로부터 전송된 신호(310)는 동기화 신호이다. 동기화 신호는 시간에 따라 수신 대상인 클라이언트의 식별 기호를 나타내는 구간 (예를 들어, ID 0)과 프리앰블 신호(preamble signal) 구간으로 구분될 수 있다. 일실시예에 따르면, 식별 기호를 나타내는 구간의 종점이 초음파 신호의 송신 시점일 수 있다.
클라이언트(100)로부터 전송된 초음파 신호(320)는 예를 들어 버스트 신호(burst signal) 형태일 수 있다. 초음파 신호는 공기를 통해 전달될 때 그 파형이 노이즈 등에 의해 왜곡될 수 있다. 따라서, 초음파 수신부(220)는 초음파 신호(320)가 전송될 때의 파형과 다른 형태의 파형을 가지는 초음파 신호를 수신할 수 있다.
초음파 수신부(220)는 유선으로 연결된 서버(200)로 수신한 초음파 신호를 전달할 수 있다. 서버(200)는 노이즈 처리 등을 통해 왜곡된 파형을 보정하여 초음파 신호를 수신한 시점을 결정할 수 있다. 서버(200)는 초음파 신호의 송신 시점을 기초로 초음파 신호를 수신한 시점까지의 시차(TOF)를 계산할 수 있다.
서버(200)와 초음파 수신부(220)는 유선으로 연결될 수 있다. 초음파 수신부(220)는 실내의 어디에도 부착이 될 수 있다. 서버의 위치는 고정될 필요가 없다. 하지만, 초음파 수신부(220)는 위치가 고정된다. 초음파 수신부(220)는 복수이며 적어도 3개 이상일 수 있다. 초음파 수신부(220)의 개수는 추가될 수 있고, 이에 따라 사용자의 이동 가능한 범위는 확장될 수 있다. 또한, 초음파 수신부(220)의 개수가 추가됨에 따라 위치 정보의 정확도는 높아질 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 서버와 복수의 클라이언트 간의 신호를 도시한 도면이다.
일실시예에 따르면, 가상 현실을 구현하는 시스템은 다수의 클라이언트들을 포함할 수 있다. 서버(200)는 동기화 신호를 시분할하여 다수의 클라이언트들에게 전달할 수 있다. 복수의 클라이언트들은 자신의 식별 기호를 포함하는 동기화 신호에만 반응하여 초음파를 브로드캐스팅할 수 있다. 초음파 수신부(220)는 시간에 따라 구별되는 복수의 초음파 신호를 수신하여 서버(200)로 전송할 수 있다. 서버(200)는 동기화 신호의 주기에 따라 복수의 초음파 신호를 각 클라이언트에 대응시킬 수 있고, 각 클라이언트로 각각에 대한 위치 정보를 전송할 수 있다.
도 4에서 서버(200)로부터 전송된 신호(410)는 동기화 신호이다. 동기화 신호는 시간에 따라 수신 대상인 각 클라이언트의 식별 기호를 나타내는 구간 (예를 들어, ID 0 및 ID 1)과 프리앰블 신호 구간으로 구분될 수 있다.
클라이언트로부터 전송된 초음파 신호(420)는 예를 들어 버스트 신호일 수 있다. 초음파 신호는 공기를 통해 전달될 때 그 파형이 노이즈 등에 의해 왜곡될 수 있다. 따라서, 초음파 수신부(220)는 초음파 신호(420)가 전송될 때의 파형과 다른 형태의 파형을 가지는 초음파 신호를 수신할 수 있다.
초음파 수신부(220)는 유선으로 연결된 서버(200)로 수신한 초음파 신호를 전달할 수 있다. 서버(200)는 노이즈 처리 등을 통해 왜곡된 파형을 보정하여 초음파 신호를 수신한 시점을 결정할 수 있다. 서버(200)는 각 초음파 신호의 송신 시점을 기초로 각 초음파 신호를 수신한 시점까지의 시차(TOF)를 계산할 수 있다. 서버(200)는 계산된 시차를 기초로 각 사용자의 위치를 계산할 수 있다. 이처럼, 서버(200)는 위치 신호를 통하여 각각의 위치 정보를 각 사용자에게 전달함으로써, 복수의 클라이언트를 지원할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 클라이언트에 있어서,
    서버로부터 일정한 주기의 동기화 신호를 수신하는 무선 수신부; 및
    상기 동기화 신호에 대응하여 상기 서버에 포함된 복수의 초음파 수신부로 초음파 신호를 송신하는 초음파 송신부를 포함하고,
    상기 복수의 초음파 수신부는 상기 초음파 신호를 상기 서버에 포함된 프로세서로 전달하고,
    상기 프로세서는 상기 초음파 신호에 기초하여 상기 일정한 주기에 대응한 상기 복수의 초음파 수신부에 대한 상기 클라이언트의 위치를 계산하고, 상기 위치를 포함하는 위치 신호를 상기 이동 가능한 디스플레이로 송신하고,
    상기 클라이언트는 상기 이동 가능한 디스플레이에 고정된
    이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 클라이언트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클라이언트가 복수인 경우, 상기 서버는 상기 일정한 주기를 시분할하고 상기 복수의 시분할된 일정한 주기를 상기 복수의 클라이언트에 할당함으로써, 상기 복수의 클라이언트의 위치를 추적하는, 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 클라이언트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 송신부는,
    상기 동기화 신호가 중단되는 경우, 상기 일정한 주기에 기초하여 상기 복수의 초음파 수신부에 상기 초음파 신호를 계속 송신하는, 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 클라이언트.
  4. 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 서버에 있어서,
    클라이언트로 일정한 주기의 동기화 신호를 송신하는 무선 송신부;
    상기 동기화 신호에 대응하여 상기 클라이언트로부터 초음파 신호를 수신하는 복수의 초음파 수신부; 및
    상기 초음파 신호와 상기 일정한 주기에 기초하여 상기 복수의 초음파 수신부에 대한 상기 클라이언트의 위치를 계산하는 프로세서를 포함하고,
    상기 송신부는 상기 위치를 포함하는 위치 신호를 상기 이동 가능한 디스플레이로 송신하고,
    상기 클라이언트는 상기 이동 가능한 디스플레이에 고정된
    이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 서버.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 초음파 신호로부터 노이즈를 제거하여 상기 클라이언트의 위치를 계산하는, 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 서버.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 초음파 신호의 포락선의 피크에 기초하여 상기 노이즈를 제거하는, 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 서버.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 초음파 신호의 포락선의 모양 또는 면적에 기초하여 상기 노이즈를 제거하는, 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 서버.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 초음파 신호의 진폭의 평균값과 최대값의 비율을 미리 설정된 기준과 비교하여 노이즈를 제거하는, 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 서버.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 송신부는,
    상기 클라이언트가 복수인 경우, 상기 일정한 주기를 시분할하고 상기 복수의 시분할된 일정한 주기를 상기 복수의 클라이언트에 할당함으로써, 상기 복수의 클라이언트의 위치를 추적하는, 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 서버.
  10. 이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 서버 및 상기 이동 가능한 디스플레이에 고정된 클라이언트를 포함하고,
    상기 클라이언트는,
    서버로부터 일정한 주기의 동기화 신호를 수신하는 무선 수신부; 및
    상기 동기화 신호에 대응하여 상기 서버에 포함된 복수의 초음파 수신부에 초음파 신호를 송신하는 초음파 송신부를 포함하고,
    상기 서버는,
    상기 클라이언트로 상기 일정한 주기의 상기 동기화 신호를 송신하는 무선 송신부;
    상기 클라이언트로부터 상기 초음파 신호를 수신하는 상기 복수의 초음파 수신부; 및
    상기 초음파 신호와 상기 일정한 주기에 기초하여 상기 복수의 초음파 수신부에 대한 상기 클라이언트의 위치를 계산하는 프로세서를 포함하고,
    상기 무선 송신부는 상기 위치를 포함하는 위치 신호를 상기 이동 가능한 디스플레이로 송신하는
    이동 가능한 디스플레이의 위치를 추적하기 위한 시스템.
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