WO2020122267A1 - Force feedback method and system using intensity - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a force feedback method and system using strength, and more particularly, to a force feedback method and system for providing inverse (Kinesthesia) by the strength of a user object and a virtual object.
- a controller that provides force feedback that realistically conveys a collision, a position change, etc., which is a physical change in the image, to the user has been developed.
- Most conventional controllers use a method of applying vibration.
- the controller using the haptic feedback provided by the vibration provides immersion, it was difficult to provide a sense of reality due to the limit of the sense provided by the vibration. Therefore, recently, due to the limitation of haptic feedback from vibration, an inverse force feedback system that provides direct force to a user has been developed.
- the purpose of the embodiment is to provide a force feedback method and system using a strength to generate a force feedback control signal by using a physical control factor of an object to provide a sense of inverse to a user in order to increase a sense of realism and immersion in augmented reality .
- the force feedback method includes setting a user object and a virtual object on an extended reality environment, detecting an interaction event between the user object and the virtual object, the type of the event, and the user object And changing a force feedback control variable according to the strength characteristic of the virtual object and providing a sense of inverse through an output device according to the changed force feedback control variable.
- a machine-readable storage medium for recording a program for executing the force feedback method is provided.
- the force feedback system detects an event in which a user object interacts with a virtual object in an extended reality environment, and changes a force feedback control variable according to the strength characteristics of the user object and the virtual object. It includes a control device for generating a force feedback control signal and an output device for receiving the force feedback control signal and providing a sense of inverse to the user.
- a force feedback control signal is generated using the physical control factor of the object, thereby providing a sense of back to the user, thereby further increasing the sensation and immersion in the expanded reality environment.
- the user can feel the physical sense in the extended reality environment by providing the user with a sense of inverse by strength when interacting with the user object and the virtual object.
- FIG. 1 is a view showing a force feedback system according to an embodiment.
- FIG. 2 is a view showing a control unit according to an embodiment.
- FIG. 3 is a view showing a state in which a user object and a virtual object are tensioned according to a difference in strength according to an embodiment.
- FIG. 4 is a diagram showing a stress and strain diagram according to the embodiment of FIG. 3.
- FIG. 5 is a view showing a state in which a user object compresses a virtual object in augmented reality according to another embodiment.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which a user object twists a virtual object in augmented reality according to another embodiment.
- FIG. 7 is a diagram illustrating a state in which a user object bends a virtual object in augmented reality according to another embodiment.
- FIG. 8 is a diagram illustrating a collision event between a user object and a virtual object according to another embodiment.
- FIG. 9 is a diagram exemplarily showing a collision event between a user object and a virtual object according to another embodiment.
- FIG. 10 is a flowchart illustrating a force feedback method according to an embodiment.
- the user object U refers to an actual user's body, a virtual user's body, or an actual or virtual tool that the user grips or mounts in an extended reality environment according to the user's input or operation. .
- the virtual object V means a virtual object that can interact with the user object U in augmented reality.
- the virtual object V may be a virtual object implemented as a solid.
- the virtual object V may be a user object U of another user.
- extended reality collectively refers to augmented reality (Augmented Reality), mixed reality (Mixed Reality) and virtual reality (Virtual Reality).
- FIG. 1 is a view showing a force feedback system according to an embodiment.
- the force feedback system 10 includes an input device 100, a control device 200, an output device 300 and a display device 400.
- the force feedback system 10 may further include a camera (not shown), a microphone (not shown), and the like.
- the input device 100 may be a device that generates input data by receiving a user's input location, direction, acceleration, pressure, and key information.
- the input device 100 may include a gyro sensor, an encoder, a touch panel, a keypad having a plurality of key buttons, and the like, and may be a device that detects a user's input and generates input data.
- the input device 100 may be a game pad, paddle controller, trackball, joystick, arcade style joystick, car handle, mouse, data glove, and the like.
- the input device 100 may be implemented with a camera, a motion sensor, or the like that detects movements such as a user's hand, arm, leg, and foot movements, and recognizes these movements as user inputs.
- the control device 200 may be a device including a storage medium in which a physical engine provided by generating and providing an extended reality environment is recorded.
- the control device 200 may be a computer including a storage medium on which a physical engine is recorded, a portable communication terminal such as a mobile phone, a console, a PDA, a tablet PC, a server, or the like.
- the control device 200 includes a communication unit 210, a control unit 220, and a memory 230.
- the control device 200 provides an extended reality environment, detects an event in which the user object U interacts with the virtual object V, and changes the force feedback control variable to change the force feedback control variable, thereby providing force feedback to provide kinesthesia. Generate a control signal.
- the communication unit 210 may communicate with the input device 100, the output device 300, or the display device 400 to transmit and receive input data, force feedback control signals, image data, and audio data.
- the communication unit 210 is a wired method using a LAN, a data cable, or RF communication (Radio Frequency), WiFi (Wireless Fidelity), LTE (Long Term Evolution), Bluetooth, IrDA (Infrared Data Association), Zigbee, UWB (Ultra- wideband), code division multiple access (CDMA), frequency division multiplexing (FDM), time division multiplexing (time division multiplexing: TDM), etc.
- the output device 300 or the display device 400 may communicate. Also, the communication unit may connect to the Internet and communicate with the input device 100, the output device 300, or the display device 400.
- the input device 100, the output device 300 or the display device 400 may be provided with a communication module (not shown) that can communicate with the communication unit 210.
- the communication module may communicate in the same manner as the communication unit 210 or may be connected to the Internet to access the communication unit.
- the controller 220 executes a program or application that provides an extended reality environment such as a game according to a user's selection.
- the control unit 220 detects an event in which the user object U interacts with the virtual object V in the extended reality environment, and controls the physical factor that is the same as the reality of each object or set by the user. Accordingly, the force feedback control variable is changed and a force feedback control signal is generated accordingly.
- the control unit 220 may transmit information about a control factor input through the input device 100 to the memory 230 and store the information. A detailed description of the control unit 220 will be described later with reference to FIG. 2.
- the memory 230 is necessary to drive databases related to images, user information, documents, etc. for providing applications of various functions such as games, communication, and a graphical user interface (GUI) associated therewith, and a force feedback system. Background images (menu screen, standby screen, etc.) or operating programs may be stored. In addition, the data of the force feedback control variable according to each control factor may be stored in the memory 230.
- GUI graphical user interface
- the memory 230 may store force feedback control variable data according to strength characteristics among control factors.
- the memory 230 may input or store strength characteristic control factors and force feedback control variable data that change according to the shape, temperature, or fatigue of a user object or a virtual object, or pre-store and retain it.
- the output device 300 is an inverse-type output device that provides physical force.
- the output device 300 receives the force feedback control signal and outputs it in reverse power to provide it to the user.
- the output device 300 provides a sense to the user by providing the user with the magnitude, direction, and angle of the force.
- the output device 300 is provided with a clutch among the inverted-type output devices, so that the connection with a driving part such as a motor is completely cut off, and freewheeling without any load by the motor is possible, so that a delicate change in power can be output. It may be more desirable to be an output device.
- the inverse reduction type output device capable of freewheeling is implemented in three states: a load state due to the operation of the motor and no motor operation, but the output axis is connected to the motor, so that the motor is not loaded due to the magnetic field of the motor and the freewheeling state. If possible, it may be the most desirable form.
- the input device 100 and the output device 300 are illustrated separately in this embodiment, this is for convenience of description and is not limited thereto.
- the input device 100 is integrally provided with the output device 300 so that input and output may be possible in one device.
- the display device 400 displays image data and audio data received from the control device 200 to the user.
- the display device 400 may be a TV equipped with a display and a speaker, a monitor, and a head mounted display (hereinafter, a VR headset).
- the display device 400 may provide a user with an image that is updated periodically or according to an event.
- FIG. 2 is a view showing a control unit according to an embodiment.
- control unit 220 includes an extended reality providing unit 221, an event detection unit 222 and a control variable unit 223.
- the extended reality providing unit 221 implements extended reality including user object data and virtual object data.
- the extended reality providing unit 221 may generate and provide a visual extended reality environment by generating a user object U and a virtual object V as data together with a control factor.
- the extended reality providing unit 221 can also be generated by setting environmental characteristics including temperature characteristics on the extended reality environment.
- the extended reality providing unit 221 can implement the environmental characteristics of the extended reality environment in the same way as in the real world.
- the extended reality providing unit 221 can implement any environment different from the characteristics of the real environment.
- the extended reality providing unit 221 may be configured to arbitrarily set environmental characteristics to form a plurality of zones having different temperature characteristics adjacent to each other.
- the extended reality providing unit 221 generates a generated extended reality environment as image data and audio data and provides it to the display device 400 through the communication unit 210 so that the user can be provided with images and sounds. Also, the extended reality providing unit 221 may provide the display device 400 with real-time video data and audio data updated according to an event.
- the user object data refers to data including a control factor of a physical property in an extended reality of the user object U.
- the virtual object data means data including a control factor of the physical characteristics of the virtual object V in the extended reality.
- the user object (U), or the virtual object (V) may all be implemented as a virtual object, either one or more of them may be implemented as a hologram or virtual object in augmented reality or mixed reality. .
- the event detector 222 detects an event by determining an interaction event between the user object U and the virtual object V.
- the event detection unit 222 may include at least one of collision, contact, hitting, passing, penetrating, or escaping between the user object U and the virtual object V generated by a user input or a running process. It is possible to detect an interaction event comprising a.
- the event detection unit 222 detects an event and generates event data and transmits it to the control variable unit 223.
- the control variable unit 223 receives the event data and changes the force feedback control variable.
- the control variable unit 223 changes the force feedback control variable from the strength characteristic of the user object U or the virtual object V to the physical control factor.
- the strength characteristics include at least one of tensile strength, compressive strength, shear strength, torsional strength, or bending strength of the user object and the virtual object.
- the strength characteristics include at least one of yield strength, ultimate strength, and breaking strength.
- the control variable unit 223 changes the force feedback control variable with respect to the direction, intensity, and distribution of the force acting on the user object, which acts on the user object, including deformation during collision due to the strength characteristic.
- control variable unit 223 may change the strength characteristic according to any one of the shape, temperature, or fatigue of the user object or the virtual object, and may change the force feedback control variable according to the changed strength characteristic. For example, when the user object (U) or the virtual object (V) is set to a metal material, the temperature becomes high enough to cause softening, or the strength decreases when rapidly cooled. At this time, the control variable unit 223 provides a sense to the user by changing the strength characteristic according to the temperature of the user object U or the virtual object V, and changing the force feedback control variable according to the changed strength characteristic.
- the strength characteristic according to the temperature may be a strength characteristic according to the actual material or a strength characteristic arbitrarily stored in the memory by the user.
- the temperature characteristics of the user object U or the virtual object V may be changed according to the temperature of the environmental characteristics, so that the strength characteristics may be changed.
- control variable unit 223 sets control variables of one of the control methods of open loop control, on-off control, PID control, and impedance control.
- the present invention is not limited thereto, and any control method capable of providing force feedback may be possible.
- the control variable unit 223 changes the impedance control variable according to the magnitude, direction, and control factor of the inverse.
- the impedance control variable may include a spring constant k, a mass constant m, and a damping constant c.
- the control variable unit 223 determines the inverse force to be provided to the output device 300 by changing the damping constant according to the friction coefficient or viscosity, or by changing the spring constant k and the mass constant m according to the magnitude and direction of the inverse, It is generated as a force feedback control signal and provided to the output device 300.
- control variable unit 223 may change the control variable according to the control factor according to the control method of the output device 300.
- control variable unit 223 refers to data of the memory 230 according to a control method of a plurality of output devices 300 having different control methods, and generates a control signal, respectively, to force feedback for providing feedback. Control signals can be generated and provided.
- the control variable unit 223 provides a force feedback control signal to the output device through the communication unit, thereby providing the user with an inverse feeling through the output device.
- FIG. 3 is a view showing a state in which a user object and a virtual object are tensioned according to a difference in strength according to an embodiment.
- the interaction by the continuous contact between the user object U and the virtual object V is illustrated by way of example.
- the user object U may grasp the virtual object V and apply force in both directions.
- control variable unit 223 changes the force feedback control variable to provide different backlash according to the deformation of the virtual object V according to the strength characteristics of the virtual object V. For example, when the tensile strength of the virtual object V is low, the control variable unit 223 changes the control variable to provide a relatively weak backlash to the output device 300. In addition, when the tensile strength is high, the control variable unit 223 changes the control variable to provide a relatively strong backlash to the output device 300.
- strength characteristics may be changed according to the shape of the user object U or the virtual object V. For example, depending on the shape of the user object (U) or the virtual object (V), strength may be reduced due to concentration of stress in some parts, and it may be possible to reduce the intensity of backlash due to the strength decrease.
- control variable unit 223 may change the strength characteristics according to the accumulation of fatigue of the user object U or the virtual object V.
- fatigue fracture occurs, which is also called progressive fracture.
- the control variable unit 223 may provide the user with a sense of reality by changing the strength characteristic to gradually decrease according to the accumulation of fatigue of the user object U or the virtual object V.
- FIG. 4 is a diagram showing a stress and strain diagram according to the embodiment of FIG. 3.
- the strength characteristics may include at least one of yield strength (B), ultimate strength (C), and breaking strength (D).
- yield strength (A, B) refers to the limit stress when elastic deformation occurs as a stress in a state where the deformation is continuously suddenly increased even without increasing the stress.
- ultimate strength (C) means the stress obtained by dividing the maximum load that the material can withstand by the cross-sectional area of the material.
- breaking strength (D) means the stress for breaking the material during the tensile test.
- the strength characteristic further includes a deformation factor of the user object U or the virtual object V as a control factor.
- the control variable unit 223 further includes a strain factor of the user object U or the virtual object V as a control factor to change the force feedback control variable.
- the extended reality providing unit 221 may set a strain rate according to the strength of the user object U or the virtual object V.
- the control variable unit 223 applies force to provide the user with backlash by applying the yield strength (B), the ultimate strength (C), and the breaking strength (D) according to the set deformation rate of the user object (U) or the virtual object (V).
- the feedback control variable is changed, and a control signal is generated and provided to the output device.
- the strength (Strength) in the present invention refers to the strength at which the object is permanently deformed to a strength greater than the yield strength of a different meaning and the stiffness of the proportionality (A) at the origin.
- FIG. 5 is a view showing a state in which a user object compresses a virtual object in augmented reality according to another embodiment
- FIG. 6 is a view showing a state in which a user object bites a virtual object in augmented reality according to another embodiment
- 7 is a diagram illustrating a state in which a user object bends a virtual object in augmented reality according to another embodiment.
- the strength characteristics may further include any one of compressive strength, torsional strength, shear strength, or bending strength.
- the extended reality providing unit 221 may further set any one of the compressive strength, torsional strength, shear strength, or bending strength of the user object U or the virtual object V.
- the control variable unit 223 may provide the user with inverse sensation according to any one of the compressive strength, torsional strength, shear strength, or bending strength of the user object U or the virtual object V.
- the extended reality providing unit 221 changes the strength characteristics of the user object U or the virtual object V according to one or more of shape, temperature, or fatigue.
- the control variable unit 223 may provide a realistic backlash to the user by changing the force feedback control variable according to the changed strength characteristics.
- FIG. 8 is a diagram illustrating a collision event between a user object and a virtual object according to another embodiment.
- a broken event may occur due to a decrease in the strength of the virtual object V.
- the event detection unit 222 further detects a broken event of the virtual object V in the collision event and transmits the event data to the control variable unit 223.
- the control variable unit 223 may provide a sense of reaction to the reaction in the event of a collision, but when broken, may temporarily provide a part of the reaction to the reaction and remove the feeling of backlash, thereby providing a feeling to the user.
- the strength decrease of the virtual object (V) may occur due to the temperature rise of the virtual object (V) or fatigue due to continued collisions, and according to the temperature rise or fatigue accumulation data set by the extended reality provider (221). It can be changed.
- the virtual object V has a strength characteristic smaller than that of the user object U, a crashed event may occur in the event of a collision.
- FIG. 9 is a diagram exemplarily showing a collision event between a user object and a virtual object according to another embodiment.
- the user object U may be blunt and may be set to a stronger strength than the virtual object V.
- the virtual object V may be permanently deformed.
- the control variable unit 223 may provide a sense of increase to the user by providing a repulsive force that no longer deforms from the feeling that some of the sense of attenuation is attenuated when the permanent deformation occurs. .
- FIG. 10 is a flowchart illustrating a force feedback method according to an embodiment.
- the force feedback method includes an initialization step (S51), setting an object (S52), detecting an event (S53), changing a force feedback control variable (S54), and providing backlash.
- Step S55 may be included.
- the extended reality providing unit 221 In the initialization step (S51), the extended reality providing unit 221 generates a user object U and a virtual object V while loading an application or a program.
- step S52 of setting an object a user object U and a virtual object V are set in the extended reality environment.
- the extended reality providing unit 221 extracts a control factor including a strength characteristic stored in the memory 230 and sets it by applying it to user object data and virtual object data.
- the strength characteristics include at least one strength of tensile strength, compressive strength, shear strength, torsional strength, or bending strength.
- the strength characteristics include at least one of yield strength, ultimate strength, and breaking strength.
- the strength characteristics may be changed according to any one or more of the shape, temperature, or fatigue of the user object U or the virtual object V.
- the strength characteristic is changed according to the deformation rate of the user object U or the virtual object V.
- step S53 of detecting an event an interaction event between the user object U and the virtual object V is detected.
- the event detection unit 222 generates event data including input data, user object data, and virtual object data.
- the event detection unit 222 further transmits event data to the control variable unit 223 by further including any one or more of a progress direction, a movement speed, an acceleration, a magnitude of the force, and a direction of the force according to a user input.
- the interaction event includes at least one or more of collision, contact, hitting, passing, penetration, and escape of the user object U and the virtual object V.
- the collision means a temporary collision between the user object U and the virtual object V.
- the contact means the continuous contact between the user object U and the virtual object V.
- hitting means collision with the virtual object V by the user object U.
- Passing means that the user object U passes through the virtual object V, or the virtual object V passes through the user object U.
- the penetration means that the user object U or the virtual object V is inserted into another object
- the escape means that the user object U or the virtual object V escapes from the other object.
- the method may further include receiving input data input to the input device before generating the event data.
- the step of receiving the input data may receive input data according to a user's input. For example, the position, angle, speed, and acceleration of the user object U may be adjusted according to a user input from the input device 100 through the communication unit 210.
- an interaction event may be detected according to the input data received in step S53 of detecting the event.
- step S54 of changing the force feedback control variable the control variable unit 223 changes the force feedback control variable based on the user object data, the virtual object data, and the event data.
- the control variable unit 223 may change the force feedback control variable according to the control factor including the strength characteristic.
- control factors other than strength include the contact angle between the user object and the virtual object, the contact area between the user object and the virtual object, the rigidity of the user object, the friction coefficient of the user object, and the friction of the virtual object It may also be possible to change the force feedback control variable, including at least one of the coefficient, the viscosity of the user object, and the viscosity of the virtual object.
- the control variable unit 223 provides force feedback on the force generated according to the strength characteristics of the user object U and the virtual object V. For example, when the user object has a lower strength than the virtual object, the user object may be destroyed or permanent deformation may occur. At this time, the control variable unit 223 changes the force feedback control variable by determining the direction and angular intensity of the inverse so that the user object can be provided by changing the intensity of the inverse received by the intensity difference and the strain rate.
- the user object U or the virtual object V may be formed of different materials.
- the control variable unit 223 sets control variables according to the control method of the output device 300. For example, when the control method of the output device 300 is an impedance control method, the control variable unit 223 may measure the strength, the magnitude of the force of the user object U or the virtual object V, the contact angle, the contact area, and the stiffness. , Set the control variables spring constant k, mass constant m and damping constant c according to one or more of the control factors of friction coefficient or viscosity. In addition, the control variable unit 223 sets the direction and magnitude of the force feedback of the output device 300 through the traveling direction, the moving speed, the acceleration, the magnitude of the force, and the direction of the force.
- step S55 of providing backlash the control variable unit 223 generates a force feedback control signal according to the force feedback control variable, and transmits the control signal to the output device 300 to output the backlash.
- the force feedback method may further include providing an image updated according to an event to a user (not shown).
- the force feedback method may repeat the above steps to output the inverse feeling in real time.
- the force feedback method may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various machine means, and may be recorded in a storage medium readable by the machine in which the program is recorded.
- the machine-readable storage medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination.
- the program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for an embodiment or may be known and usable by a person skilled in the art, such as computer software. Examples of machine-readable storage media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and floptical disks.
- Hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like, are included.
- program instructions include high-level language code that can be executed by a machine using an interpreter, etc., as well as machine language codes such as those produced by a compiler.
- the hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
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Abstract
Description
본 발명은 강도를 이용한 포스 피드백 방법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 사용자 객체와 가상객체의 강도에 의한 역감(Kinesthesia)을 제공하기 위한 포스 피드백 방법 및 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a force feedback method and system using strength, and more particularly, to a force feedback method and system for providing inverse (Kinesthesia) by the strength of a user object and a virtual object.
4차 산업 혁명과 관련하여 증강현실(Augmented Reality), 혼합현실(Mixed Reality) 및 가상현실(Virtual Reality)관련 기술이 급속도로 발전하고 있다. 이러한, 증강현실, 혼합현실 및 가상현실은 현실의 감각을 시공간을 넘어 확장 증폭하려는 시도와 맞닿아 있다. 따라서, 이들의 기술을 통칭해 확장현실(Extended Reality)로 부르기도 한다. Related to the fourth industrial revolution, technologies related to Augmented Reality, Mixed Reality and Virtual Reality are rapidly developing. These, augmented reality, mixed reality and virtual reality are in contact with the attempt to amplify the sense of reality beyond space-time. Therefore, these technologies are also collectively referred to as extended reality.
이러한, 확장현실 기술은 일반적으로 교육, 오락, 훈련, 의학 등의 분야의 컴퓨팅 시스템 (computing system)에서 사용된다. 특히, 확장현실 기술을 게임과 접목시켜 기존의 게임의 한계인 현실감을 해결할 수 있는 대안으로 떠오르면서, 게임에 현실감을 더하여 사용자가 직접 체험하는 듯한 효과로 인해 각광받고 있다.These, extended reality technologies are generally used in computing systems in fields such as education, entertainment, training, and medicine. In particular, it has emerged as an alternative that can solve the reality of the limitations of the existing game by integrating the expanded reality technology with the game.
이러한, 확장현실 기술 기반의 게임에 몰입감을 더하고자, 영상 내에서 물리적인 변화인 충돌, 위치 변화 등을 사용자에게 현실감 있게 전달하는 포스 피드백을 제공하는 컨트롤러가 발전하고 있다. 종래의 대부분의 컨트롤러는 진동을 주는 방법이 사용되고 있다. 이러한 진동이 주는 햅틱 피드백을 사용하는 컨트롤러는 몰입감을 제공하기는 하나 진동이 제공하는 감각의 한계에 의해 실감을 제공하기 어려웠다. 따라서 최근에는 진동이 주는 햅틱 피드백의 한계에 의해, 사용자에게 직접적인 힘을 제공하는 역감형 포스 피드백 시스템이 개발되고 있다. In order to add immersion to the game based on the expanded reality technology, a controller that provides force feedback that realistically conveys a collision, a position change, etc., which is a physical change in the image, to the user has been developed. Most conventional controllers use a method of applying vibration. Although the controller using the haptic feedback provided by the vibration provides immersion, it was difficult to provide a sense of reality due to the limit of the sense provided by the vibration. Therefore, recently, due to the limitation of haptic feedback from vibration, an inverse force feedback system that provides direct force to a user has been developed.
하지만 대부분의 포스 피드백 시스템은 특정 이벤트에 적합한 포스 피드백을 매뉴얼 작업으로 만들어 놓고 게임에서 이벤트 발생시 그 라이브러리를 불러 실행되게 하는 방식이 대부분이었다. 따라서, 역감형 포스 피드백은 특정 이벤트에 의한 역감만을 제공할 뿐, 환경적인 요소 변화를 포함하여 역감을 제공하지 못하는 실정이다. 특히, 게임에서 점차 사실적인 표현이 늘어나고 있고, 동일 이벤트에서도 다양한 포스 피드백이 구현되어야 하나 이러한 기술이 부족한 실정이다. However, most of the force feedback systems used to make force feedback suitable for a specific event as a manual work, and when the event occurs in the game, the library is called and executed. Accordingly, the force-reducing force feedback only provides the repulsion due to a specific event, and does not provide the repulsion including environmental factors. Particularly, realistic expressions are gradually increasing in games, and various force feedbacks must be implemented in the same event, but these technologies are lacking.
실시 예의 목적은, 확장현실에서 실감, 몰입감을 증대시키기 위해, 객체의 물리적 제어인자를 이용하여 포스 피드백 제어신호를 생성하여, 사용자에게 역감을 제공하는 강도를 이용한 포스 피드백 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.The purpose of the embodiment is to provide a force feedback method and system using a strength to generate a force feedback control signal by using a physical control factor of an object to provide a sense of inverse to a user in order to increase a sense of realism and immersion in augmented reality .
또한, 확장현실을 사용하는 환경에서 사용자 객체와 가상객체와의 상호작용시 강도에 따른 역감을 사용자에게 제공함으로서, 확장현실 환경에서의 감각을 실제로 느낄 수 있는 강도를 이용한 포스 피드백 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.In addition, by providing the user with a sense of intensity according to the strength when interacting with the user object and the virtual object in the environment using the extended reality, a force feedback method and system using the strength to actually feel the sense in the extended reality environment is provided. Is to do.
실시 예들에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved in the embodiments are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
실시 예에 따른 포스 피드백 방법에 대해 설명한다. A force feedback method according to an embodiment will be described.
실시 예의 일 측면에 따른 포스 피드백 방법은 확장현실환경 상에 사용자 객체와 가상객체를 설정하는 단계, 상기 사용자 객체와 상기 가상객체의 상호 작용 이벤트를 검출하는 단계, 상기 이벤트의 종류 및 상기 사용자 객체와 상기 가상객체의 강도특성에 따라 포스 피드백 제어변수를 변경하는 단계 및 상기 변경된 포스 피드백 제어변수에 따라 출력장치를 통해 역감을 제공하는 단계를 포함한다. The force feedback method according to an aspect of the embodiment includes setting a user object and a virtual object on an extended reality environment, detecting an interaction event between the user object and the virtual object, the type of the event, and the user object And changing a force feedback control variable according to the strength characteristic of the virtual object and providing a sense of inverse through an output device according to the changed force feedback control variable.
실시 예의 다른 측면에 따라 포스 피드백 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 기계로 읽을 수 있는 저장매체가 제공된다. According to another aspect of the embodiment, a machine-readable storage medium for recording a program for executing the force feedback method is provided.
또한, 실시 예의 또 다른 측면에 따른 포스 피드백 시스템은 확장현실환경 상에서 사용자 객체가 가상객체와 상호 작용하는 이벤트를 검출하고, 상기 사용자 객체와 상기 가상객체의 강도특성에 따라 포스 피드백 제어변수를 변경하여 포스 피드백 제어신호를 생성하는 제어장치 및 상기 포스 피드백 제어신호를 수신하여 역감을 사용자에게 제공하는 출력장치를 포함한다. In addition, the force feedback system according to another aspect of the embodiment detects an event in which a user object interacts with a virtual object in an extended reality environment, and changes a force feedback control variable according to the strength characteristics of the user object and the virtual object. It includes a control device for generating a force feedback control signal and an output device for receiving the force feedback control signal and providing a sense of inverse to the user.
실시 예에 따르면, 확장현실에서 실감, 몰입감을 증대시키기 위해, 객체의 물리적 제어인자를 이용하여 포스 피드백 제어신호를 생성하여, 사용자에게 역감을 제공함으로써 확장현실 환경에서의 실감과 몰입감을 더욱 증대시킬 수 있다.According to the embodiment, in order to increase the sense of immersion and immersion in the expanded reality, a force feedback control signal is generated using the physical control factor of the object, thereby providing a sense of back to the user, thereby further increasing the sensation and immersion in the expanded reality environment. Can be.
또한, 확장현실을 사용하는 환경에서 사용자 객체와 가상객체와의 상호작용시 강도에 의한 역감을 사용자에게 제공함으로서, 확장현실 환경에서의 물리적인 감각을 실제로 느낄 수 있다.In addition, in the environment using the extended reality, the user can feel the physical sense in the extended reality environment by providing the user with a sense of inverse by strength when interacting with the user object and the virtual object.
실시예에 따른 강도를 이용한 포스 피드백 방법 및 시스템, 기계로 읽을 수 있는 저장 매체는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Force feedback method and system using strength according to the embodiment, and the machine-readable storage medium are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description. There will be.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention, and thus the present invention is limited only to those described in those drawings. And should not be interpreted.
도 1은 실시 예에 따른 포스 피드백 시스템을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a force feedback system according to an embodiment.
도 2는 실시 예에 따른 제어부를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a control unit according to an embodiment.
도 3은 실시 예에 따른 강도 차이에 의한 사용자 객체와 가상객체를 인장하는 모습을 나타내는 도면이다. 3 is a view showing a state in which a user object and a virtual object are tensioned according to a difference in strength according to an embodiment.
도 4는 도 3의 실시 예에 따른 응력과 변형률 선도를 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing a stress and strain diagram according to the embodiment of FIG. 3.
도 5는 다른 실시 예에 따른 확장 현실 상에서 사용자 객체가 가상객체를 압축하는 모습을 나타내는 도면이다. 5 is a view showing a state in which a user object compresses a virtual object in augmented reality according to another embodiment.
도 6은 다른 실시 예에 따른 확장 현실 상에서 사용자 객체가 가상객체를 비트는 모습을 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating a state in which a user object twists a virtual object in augmented reality according to another embodiment.
도 7은 다른 실시 예에 따른 확장 현실 상에서 사용자 객체가 가상객체를 굽히는 모습을 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating a state in which a user object bends a virtual object in augmented reality according to another embodiment.
도 8은 다른 실시 예에 따른 사용자 객체와 가상객체의 충돌 이벤트를 예시적으로 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating a collision event between a user object and a virtual object according to another embodiment.
도 9는 다른 실시 예에 따른 사용자 객체와 가상객체의 충돌 이벤트를 예시적으로 나타내는 도면이다. 9 is a diagram exemplarily showing a collision event between a user object and a virtual object according to another embodiment.
도 10은 실시 예에 따른 포스 피드백 방법을 나타내는 흐름도이다. 10 is a flowchart illustrating a force feedback method according to an embodiment.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail through exemplary drawings. It should be noted that in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiments, when it is determined that detailed descriptions of related well-known configurations or functions interfere with understanding of the embodiments, detailed descriptions thereof will be omitted.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), and the like can be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected to or connected to the other component, but another component between each component It should be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Components included in any one embodiment and components including a common function will be described using the same name in other embodiments. Unless there is an objection to the contrary, the description described in any one embodiment may be applied to other embodiments, and a detailed description will be omitted in the overlapped range.
본 명세서를 설명하기에 앞서 사용자 객체(U)는 사용자의 입력 또는 동작에 따라 확장현실 환경에서 구현되는 실제 사용자의 신체, 가상의 사용자 신체, 사용자가 파지 또는 장착한 실제 또는 가상의 도구를 의미한다. Prior to describing the present specification, the user object U refers to an actual user's body, a virtual user's body, or an actual or virtual tool that the user grips or mounts in an extended reality environment according to the user's input or operation. .
또한, 가상객체(V)는 확장 현실상에서 사용자 객체(U)와 상호 작용이 가능한 가상의 객체를 의미한다. 여기서, 가상객체(V)는 고체로 구현된 가상의 객체일 수 있다. 또한, 가상객체(V)는 타 사용자의 사용자 객체(U)인 것도 가능할 수 있다. In addition, the virtual object V means a virtual object that can interact with the user object U in augmented reality. Here, the virtual object V may be a virtual object implemented as a solid. Also, the virtual object V may be a user object U of another user.
그리고, 확장현실(Extended Reality)은 증강현실(Augmented Reality), 혼합현실(Mixed Reality) 및 가상현실(Virtual Reality)을 통칭한다. And, extended reality (Extended Reality) collectively refers to augmented reality (Augmented Reality), mixed reality (Mixed Reality) and virtual reality (Virtual Reality).
도 1은 실시 예에 따른 포스 피드백 시스템을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a force feedback system according to an embodiment.
도 1을 참조하면, 포스 피드백 시스템(10)은 입력장치(100), 제어장치(200), 출력장치(300) 및 표시장치(400)를 포함한다. 이외에, 포스 피드백 시스템(10)은 카메라(미도시), 마이크(미도시) 등을 더 구비할 수 있다.Referring to FIG. 1, the
입력장치(100)는 사용자의 입력의 위치, 방향, 가속도, 압력, 키 정보를 등을 입력 받아 입력데이터를 생성하는 장치일 수 있다. 입력장치(100)는 자이로 센서, 엔코더, 터치패널, 다수의 키버튼을 구비한 키패드 등이 구비되어 사용자의 입력을 검출하여 입력데이터를 생성하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 입력장치(100)는 게임패드, 패들 컨트롤러, 트랙볼, 조이스틱, 아케이드 스타일 조이스틱, 자동차 핸들, 마우스, 데이터 글러브 등 일 수 있다. 또한, 입력장치(100)는 사용자의 손 동작, 팔 동작, 다리 동작, 발 동작 등의 움직임을 검출하고, 이러한 움직임을 사용자 입력으로 인식하는 카메라, 모션센서 등으로 구현될 수도 있다. The
제어장치(200)는 확장현실 환경을 생성하여 제공하는 물리엔진이 기록된 저장매체를 포함하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 제어장치(200)는 물리엔진이 기록된 저장매체를 포함하는 컴퓨터, 핸드폰과 같은 휴대용 통신 단말, 콘솔, PDA, 태블릿 PC, 서버 등일 수 있다. 제어장치(200)는 통신부(210), 제어부(220) 및 메모리(230)를 포함한다. The
제어장치(200)는 확장현실 환경을 제공하고, 사용자 객체(U)가 가상객체(V)와 상호 작용하는 이벤트를 검출하고, 포스 피드백 제어변수를 변경하여 역감(Kinesthesia)을 제공하기 위한 포스 피드백 제어신호를 생성한다. The
통신부(210)는 입력장치(100), 출력장치(300) 또는 표시장치(400)와 통신하여, 입력데이터, 포스 피드백 제어신호, 영상 데이터 및 음성 데이터를 송수신 할 수 있다. 통신부(210)는 LAN, 데이터 케이블 등을 이용한 유선방식 또는 RF통신(Radio Frequency), WiFi(Wireless Fidelity), LTE(Long Term Evolution), 블루투스, IrDA (Infrared Data Association), 지그비, UWB(Ultra-wideband), 부호분할다중접속방식(code division multiple access: CDMA), 주파수분할다중방식(frequency division multiplexing: FDM), 시분할다중방식(time division multiplexing: TDM) 등에 따라 무선방식으로 입력장치(100), 출력장치(300) 또는 표시장치(400)와 통신할 수 있다. 또한, 통신부는 인터넷에 접속하여 입력장치(100), 출력장치(300) 또는 표시장치(400)와 통신하는 것도 가능하다. The
여기서, 입력장치(100), 출력장치(300) 또는 표시장치(400)는 통신부(210)와 통신할 수 있는 통신모듈(미도시)이 구비될 수 있다. 통신모듈은 통신부(210)와 동일한 방식으로 통신하거나 인터넷에 연결되어 통신부에 접속할 수 있다. Here, the
제어부(220)는 사용자의 선택에 따른 게임 등의 확장현실 환경을 제공하는 프로그램 또는 어플리케이션을 실행한다. 여기서, 제어부(220)는 확장현실 환경 상에서 사용자 객체(U)가 가상객체(V)와 상호 작용하는 이벤트를 검출하고, 각각의 객체가 가지는 현실과 동일하거나 사용자에 의해 설정된 물리적 특성의 제어인자에 따라 포스 피드백 제어변수를 변경하고 이에 따라 포스 피드백 제어신호를 생성한다. 또한, 제어부(220)는 입력장치(100)를 통해 입력되는 제어인자에 대한 정보를 메모리(230)에 전달하여 저장하는 것도 가능하다. 제어부(220)에 대한 상세한 설명은 도 2를 참조하여 후술한다. The
메모리(230)는 게임, 통신 등 다양한 기능들의 애플리케이션들과 이와 관련된 그래픽 사용자 인터페이스(graphical user interface: GUI)를 제공하기 위한 영상들, 사용자 정보, 문서 등과 관련된 데이터베이스들, 포스 피드백 시스템을 구동하는데 필요한 배경 영상들(메뉴 화면, 대기 화면 등) 또는 운영 프로그램들 등을 저장할 수 있다. 또한, 메모리(230)는 각각의 제어인자들에 따른 포스 피드백 제어변수의 데이터가 저장되어 있을 수 있다. The
여기서, 메모리(230)는 제어인자 중 강도특성에 따른 포스 피드백 제어 변수 데이터를 저장할 수 있다. 또한, 메모리(230)는 사용자 객체 또는 가상객체의 형상, 온도 또는 피로에 따라 변화되는 강도특성 제어인자 및 포스 피드백 제어변수 데이터를 입력하여 저장하거나, 기 저장하여 보유할 수 있다. Here, the
출력장치(300)는 물리적인 힘을 제공하는 역감형 출력장치이다. 출력장치(300)는 포스 피드백 제어신호를 수신하여 역감으로 출력하여 사용자에게 제공한다. 출력장치(300)는 사용자에게 힘의 크기, 방향, 및 각도를 제공함으로써 사용자에게 실감을 제공한다. The
또한, 출력장치(300)는 역감형 출력장치 중에서도 클러치를 구비하여 모터 등의 구동부와 연결이 완전히 차단되어 모터에 의한 부하가 전혀 없는 프리휠링(Freewheeling)이 가능하여 섬세한 힘의 변화를 출력할 수 있는 출력장치인 것이 더 바람직할 수 있다. 이러한, 프리휠링이 가능한 역감형 출력장치는 출력축이 모터의 작동으로 인한 부하상태, 모터의 작동은 없으나 출력축이 모터와 연결되어 모터의 자기장에 의한 무부하상태 및 프리휠링 상태의 3가지 상태로 구현이 가능하면 가장 바람직한 형태일 수 있다.In addition, the
본 실시 예에서 입력장치(100) 및 출력장치(300)가 따로 구비되는 것으로 도시하였지만 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다. 입력장치(100)는 출력장치(300)와 일체형으로 구비되어 입력 및 출력이 하나의 장치에서 가능할 수 있다.Although the
표시장치(400)는 제어장치(200)로부터 수신한 영상 데이터 및 음성 데이터를 사용자에게 표시한다. 예를 들어, 표시장치(400)는 디스플레이와 스피커를 구비한 TV, 모니터, 및 머리 장착 디스플레이(이하, VR 헤드셋)등 일 수 있다. 표시장치(400)는 주기적 또는 이벤트에 따라 업데이트 되는 영상을 사용자에게 제공할 수 있다.The
도 2는 실시 예에 따른 제어부를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a control unit according to an embodiment.
도2를 참조하면, 제어부(220)는 확장현실 제공부(221), 이벤트 검출부(222) 및 제어변수부(223)를 포함한다. 2, the
확장현실 제공부(221)는 사용자 객체 데이터 및 가상객체 데이터를 포함하는 확장현실을 구현한다. 예를 들어, 확장현실 제공부(221)는 사용자 객체(U), 가상객체(V)를 제어인자와 함께 데이터로 생성하여 시각적인 확장현실 환경을 생성하여 제공할 수 있다. The extended
또한, 확장현실 제공부(221)는 확장현실 환경상에 온도특성을 포함하는 환경특성을 설정하여 생성하는 것도 가능하다. In addition, the extended
확장현실 제공부(221)는 확장현실 환경상의 환경특성을 실제와 동일하게 구현이 가능하다. 또한, 확장현실 제공부(221)는 현실환경 특성과는 다른 임의의 환경도 구현이 가능하다. 예를 들어, 확장현실 제공부(221)는 환경특성을 임의로 설정하여 각기 다른 온도 특성을 가지는 복수의 구역이 인접하여 형성되는 것도 가능할 수 있다. The extended
확장현실 제공부(221)는 생성된 확장현실 환경을 영상 데이터 및 음성데이터로 생성하여 통신부(210)를 통해 표시장치(400)에 제공하여 사용자가 영상 및 소리로 제공받을 수 있다. 또한, 확장현실 제공부(221)는 이벤트에 따라 업데이트되는 영상데이터 및 음성데이터를 실시간으로 표시장치(400)에 제공할 수 있다.The extended
한편, 사용자 객체 데이터는 사용자 객체(U)의 확장현실에서의 물리적 특성의 제어인자를 포함하는 데이터를 의미한다. 또한, 가상객체 데이터는 확장현실에서의 가상객체(V)의 물리적 특성의 제어인자를 포함하는 데이터를 의미한다. 여기서, 사용자 객체(U), 또는 가상객체(V)는 모두가 가상의 객체로 구현되는 것도 가능하며, 둘 중 어느 하나 이상이 증강현실 또는 혼합현실에서 홀로그램 또는 가상의 객체로 구현되는 것도 가능하다. Meanwhile, the user object data refers to data including a control factor of a physical property in an extended reality of the user object U. In addition, the virtual object data means data including a control factor of the physical characteristics of the virtual object V in the extended reality. Here, the user object (U), or the virtual object (V) may all be implemented as a virtual object, either one or more of them may be implemented as a hologram or virtual object in augmented reality or mixed reality. .
이벤트 검출부(222)는 사용자 객체(U)와 가상객체(V) 사이의 상호 작용 이벤트를 판단하여 이벤트를 검출한다. 예를 들어, 이벤트 검출부(222)는 사용자 입력 또는 실행중인 프로세스에 의해 발생하는 사용자 객체(U)와 가상객체(V) 사이의 충돌, 접촉, 타격, 통과, 침투, 또는 탈출 중 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 상호작용 이벤트를 감지할 수 있다. 이벤트 검출부(222)는 이벤트를 검출하여 이벤트 데이터를 생성하여 제어변수부(223)에 전달한다. The
제어변수부(223)는 이벤트 데이터를 전달받아 포스 피드백 제어변수를 변경한다. 제어변수부(223)는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 물리적 특성 중 강도특성을 물리적 제어인자로 포스 피드백 제어변수를 변경한다. 여기서, 강도특성은 상기 사용자 객체와 가상객체의 인장강도, 압축강도, 전단강도, 비틀림 강도 또는 굽힘강도 중 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 강도특성은 항복강도, 극한강도, 파단강도 중 적어도 하나 이상의 특성을 포함한다. The control
예를 들어, 사용자 객체(U)와 가상객체(V)의 상호작용이 충돌이나 타격의 경우, 강도특성에 의해 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 일부가 탈락하거나, 형상이 파괴되거나, 휨, 압축 등의 영구적인 손상 또는 변형이 발생하게 된다. 이 때, 제어변수부(223)는 강도특성에 의한 충돌 시의 변형을 포함하여 사용자 객체에 작용하는 사용자 객체에 작용하는 힘의 방향, 세기 및 분포에 대해서 포스 피드백 제어변수를 변경한다. For example, when the interaction between the user object U and the virtual object V is a collision or a hit, a part of the user object U or the virtual object V is dropped or the shape is destroyed due to the strength characteristic. , Permanent damage or deformation such as bending or compression occurs. At this time, the control
제어변수부(223)는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V) 중 어느 하나가 강도 차이에 의해 변형되는 경우, 사용자가 제공받는 역감은 변형되지 않을 때보다 상대적으로 작은 역감이 제공되도록 포스 피드백 제어변수를 변경할 수 있다. The control
또한, 제어변수부(223)는 사용자 객체 또는 가상객체의 형상, 온도 또는 피로 중 어느 하나에 따라 강도특성을 변화시키고, 변화된 강도특성에 따라 포스 피드백 제어변수를 변경할 수 있다. 예를 들어, 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)가 금속 재질로 설정되는 경우 온도가 연화가 발생할 정도로 높아지거나, 급속이 냉각되는 경우 강도가 낮아지게 된다. 이 때 제어변수부(223)는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 온도에 따라 강도특성을 변화시키고, 변화된 강도특성에 따라 포스 피드백 제어변수를 변경함으로써 사용자에게 실감을 제공한다. In addition, the control
여기서, 온도에 따른 강도특성은 실제 재질에 따른 강도특성이거나, 사용자에 의해 임의로 메모리에 저장된 강도특성일 수 있다. 또한, 환경특성의 온도에 따라 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 온도 특성이 변화하여 강도특성이 변화되는 것도 가능할 수 있다. Here, the strength characteristic according to the temperature may be a strength characteristic according to the actual material or a strength characteristic arbitrarily stored in the memory by the user. In addition, the temperature characteristics of the user object U or the virtual object V may be changed according to the temperature of the environmental characteristics, so that the strength characteristics may be changed.
한편, 제어변수부(223)는 오픈루프 제어, 온오프 제어, PID 제어, 임피던스 제어 중 어느 하나의 제어방법의 제어변수를 설정한다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 포스 피드백을 제공할 수 있는 제어방법이면 모두 가능할 수 있다. Meanwhile, the control
예를 들어, 제어변수부(223)는 역감의 크기 및 방향, 제어인자에 따라 임피던스 제어변수를 변화시킨다. 여기서, 임피던스 제어변수는 스프링상수 k, 질량상수 m 및 감쇠상수 c를 포함할 수 있다. 제어변수부(223)는 마찰 계수 또는 점도에 따라 감쇠상수를 변화시키거나, 역감의 크기 및 방향에 따라 스프링 상수k 및 질량상수 m을 변화시킴으로써 출력장치(300)에 제공할 역감을 결정하고, 포스 피드백 제어신호로 생성하여 출력장치(300)에 제공한다. For example, the control
또한, 제어변수부(223)는 출력장치(300)의 제어방법에 따라 제어인자에 따른 제어변수를 변경할 수 있다. 다시 말하면, 제어변수부(223)는 서로 다른 제어방법을 가지는 복수의 출력장치(300)의 제어방법에 따라 메모리(230)의 데이터를 참조하여 제어신호를 각각 생성하여 역감을 제공하기 위한 포스 피드백 제어신호를 생성하여 제공할 수 있다. In addition, the control
제어변수부(223)는 포스 피드백 제어신호를 통신부를 통해 출력장치에 제공함으로써 역감을 출력장치를 통해 사용자에게 제공한다. The control
도 3은 실시 예에 따른 강도 차이에 의한 사용자 객체와 가상객체를 인장하는 모습을 나타내는 도면이다. 3 is a view showing a state in which a user object and a virtual object are tensioned according to a difference in strength according to an embodiment.
도 3을 참조하면, 사용자 객체(U)와 가상객체(V) 사이의 지속적인 접촉에 의한 상호작용이 예시적으로 도시되어 있다. 예를 들어, 사용자 객체(U)는 가상객체(V)를 파지하여 양방향으로 힘을 가할 수 있다. Referring to FIG. 3, the interaction by the continuous contact between the user object U and the virtual object V is illustrated by way of example. For example, the user object U may grasp the virtual object V and apply force in both directions.
여기서, 제어변수부(223)는 가상객체(V)의 강도특성에 따라 가상객체(V)의 변형에 따른 역감을 다르게 제공하도록 포스 피드백 제어변수를 변경한다. 예를 들어 제어변수부(223)는 가상객체(V)의 인장강도가 낮을 경우, 출력장치(300)에 상대적으로 약한 역감을 제공하도록 제어변수를 변경한다. 또한, 제어변수부(223)는 인장강도가 높은 경우에는 출력장치(300)에 상대적으로 강한 역감을 제공하도록 제어변수를 변경한다. Here, the control
여기서, 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 형상에 따라 강도특성을 변경할 수 있다. 예를 들어, 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 형상에 따라 일부 부위에 응력집중으로 인한 강도 저하가 발생할 수 있으며, 강도 저하에 따라 역감의 세기를 저감하는 것도 가능할 수 있다. Here, strength characteristics may be changed according to the shape of the user object U or the virtual object V. For example, depending on the shape of the user object (U) or the virtual object (V), strength may be reduced due to concentration of stress in some parts, and it may be possible to reduce the intensity of backlash due to the strength decrease.
또한, 제어변수부(223)는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 피로(Fatigue) 누적에 따라 강도특성을 변경할 수 있다. 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)에 지속적인 충격을 반복해서 가하는 경우에 피로 파괴(Fatigue fracture)가 발생하는데 점진적 파괴(Progressive fracture)라고도 한다. 제어변수부(223)는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 피로의 누적에 따라 강도특성을 점차 감소시키도록 변경함으로써 사용자에게 실감을 제공할 수 있다. In addition, the control
도 4는 도 3의 실시 예에 따른 응력과 변형률 선도를 나타내는 도면이다.4 is a diagram showing a stress and strain diagram according to the embodiment of FIG. 3.
도 4를 참조하면, 본 발명에서 강도특성은 항복 강도(B), 극한강도(C), 파단강도(D) 중 적어도 하나 이상이 특성을 포함할 수 있다. 여기서, 항복강도(A, B)는 응력을 증가시키지 않아도 변형이 연속적으로 갑자기 커지는 상태의 응력으로 탄성변형이 일어날 때의 한계응력을 의미한다. 또한, 극한강도(C)는 재료가 견뎌내는 최대 하중을 재료의 단면적으로 나눈 응력을 의미한다. 또한, 파단강도(D)는 인장시험 시, 재료를 파단시키기 위한 응력을 의미한다.Referring to FIG. 4, in the present invention, the strength characteristics may include at least one of yield strength (B), ultimate strength (C), and breaking strength (D). Here, the yield strength (A, B) refers to the limit stress when elastic deformation occurs as a stress in a state where the deformation is continuously suddenly increased even without increasing the stress. In addition, the ultimate strength (C) means the stress obtained by dividing the maximum load that the material can withstand by the cross-sectional area of the material. In addition, the breaking strength (D) means the stress for breaking the material during the tensile test.
여기서, 강도특성은 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 변형율을 제어인자로 더 포함한다. 다시 말하면, 제어변수부(223)는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 변형율을 제어인자로 더 포함하여 포스피드백 제어변수를 변경한다. 예를 들어, 확장현실 제공부(221)는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 강도에 따른 변형율을 설정할 수 있다. 제어변수부(223)는 설정된 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 변형율에 따라 항복 강도(B), 극한강도(C), 파단강도(D)를 적용하여 역감을 사용자에게 제공하도록 포스 피드백 제어변수를 변경하고, 제어신호를 생성하여 출력장치에 제공한다. Here, the strength characteristic further includes a deformation factor of the user object U or the virtual object V as a control factor. In other words, the control
한편, 본 발명에서 강도(Strength)라 함은 객체가 원점에서 비례한도(A)의 강성과 다른 의미의 항복강도 이상의 강도로 영구적 변형이 일어나는 강도를 의미한다. On the other hand, the strength (Strength) in the present invention refers to the strength at which the object is permanently deformed to a strength greater than the yield strength of a different meaning and the stiffness of the proportionality (A) at the origin.
도 5는 다른 실시 예에 따른 확장 현실 상에서 사용자 객체가 가상객체를 압축하는 모습을 나타내는 도면이고, 도 6은 다른 실시 예에 따른 확장 현실 상에서 사용자 객체가 가상객체를 비트는 모습을 나타내는 도면이고, 도 7은 다른 실시 예에 따른 확장 현실 상에서 사용자 객체가 가상객체를 굽히는 모습을 나타내는 도면이다.5 is a view showing a state in which a user object compresses a virtual object in augmented reality according to another embodiment, and FIG. 6 is a view showing a state in which a user object bites a virtual object in augmented reality according to another embodiment, 7 is a diagram illustrating a state in which a user object bends a virtual object in augmented reality according to another embodiment.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 강도특성은 압축강도, 비틀림강도, 전단강도, 또는 굽힙강도 중 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 확장현실 제공부(221)는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 압축강도, 비틀림강도, 전단강도, 또는 굽힙강도 중 어느 하나를 더 설정할 수 있다. 그리고, 제어변수부(223)는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 압축강도, 비틀림강도, 전단강도, 또는 굽힙강도 중 어느 하나에 따라 역감을 사용자에게 제공할 수 있다. 여기서, 확장현실 제공부(221)는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 강도특성을 형상, 온도 또는 피로 중 어느 하나 이상에 따라 변화시킨다. 그리고, 제어변수부(223)는 변화된 강도특성에 따라 포스 피드백 제어변수를 변경함으로써 사용자에게 실감나는 역감을 제공할 수 있다. 5 to 7, the strength characteristics may further include any one of compressive strength, torsional strength, shear strength, or bending strength. For example, the extended
도 8은 다른 실시 예에 따른 사용자 객체와 가상객체의 충돌 이벤트를 예시적으로 나타내는 도면이다. 8 is a diagram illustrating a collision event between a user object and a virtual object according to another embodiment.
도 8을 참조하면, 사용자 객체(U)와 가상객체(V)가 확장현실 상에서 충돌했을 때, 가상객체(V)의 강도 저하로 부러지는 이벤트가 발생할 수 있다. 이벤트 검출부(222)는 충돌이벤트에서 가상객체(V)의 부러지는 이벤트를 더 검출하고 이벤트 데이터를 제어변수부(223)에 전달한다. 제어변수부(223)는 충돌 시의 반동의 역감을 제공하되, 부러졌을 때는 반동의 역감을 일부만 일시적으로 제공하고 역감을 제거함으로써 사용자에게 실감을 제공할 수 있다. Referring to FIG. 8, when the user object U and the virtual object V collide on augmented reality, a broken event may occur due to a decrease in the strength of the virtual object V. The
여기서, 가상객체(V)의 강도 저하는 가상객체(V)의 온도 상승 또는 지속된 충돌에 의한 피로에 의해 발생할 수 있으며, 확장현실 제공부(221)에 의해 설정된 온도 상승 또는 피로누적 데이터에 따라 변화될 수 있다. 가상객체(V)가 사용자 객체(U)보다 작은 강도특성을 가졌을 때 충돌 시, 부러지는 이벤트가 발생할 수 있다. Here, the strength decrease of the virtual object (V) may occur due to the temperature rise of the virtual object (V) or fatigue due to continued collisions, and according to the temperature rise or fatigue accumulation data set by the extended reality provider (221). It can be changed. When the virtual object V has a strength characteristic smaller than that of the user object U, a crashed event may occur in the event of a collision.
도 9는 다른 실시 예에 따른 사용자 객체와 가상객체의 충돌 이벤트를 예시적으로 나타내는 도면이다. 9 is a diagram exemplarily showing a collision event between a user object and a virtual object according to another embodiment.
도 9를 참조하면, 사용자 객체(U)는 둔기 일 수 있으며, 가상객체(V)보다 강한 강도로 설정될 수 있다. 이 때, 사용자 객체(U)와 가상객체(V)의 충돌이 발생하는 경우 가상객체(V)가 영구적인 변형이 일어날 수 있다. 이 경우, 제어변수부(223)는 역감을 점차 증가시키는 형태로 제공하여, 영구적 변형이 일어날 때 일부 역감이 감쇠되는 느낌부터 더 이상 변형이 일어나지 않는 반발력을 제공하여 사용자에게 실감을 제공할 수 있다. Referring to FIG. 9, the user object U may be blunt and may be set to a stronger strength than the virtual object V. At this time, if a collision between the user object U and the virtual object V occurs, the virtual object V may be permanently deformed. In this case, the control
이하에서는 도 1 및 도 9의 실시 예에 따른 포스 피드백 시스템(10)을 이용한 포스 피드백 방법에 대해 도 10을 참조하여 설명한다. Hereinafter, a force feedback method using the
도 10은 실시 예에 따른 포스 피드백 방법을 나타내는 흐름도이다. 10 is a flowchart illustrating a force feedback method according to an embodiment.
도 10을 참조하면, 포스 피드백 방법은 초기화 단계(S51), 객체를 설정하는 단계(S52), 이벤트를 검출하는 단계(S53), 포스 피드백 제어변수를 변경하는 단계(S54) 및 역감을 제공하는 단계(S55)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 10, the force feedback method includes an initialization step (S51), setting an object (S52), detecting an event (S53), changing a force feedback control variable (S54), and providing backlash. Step S55 may be included.
초기화 단계(S51)에서 확장현실 제공부(221)는 어플리케이션 또는 프로그램을 로딩하면서, 사용자 객체(U)및 가상객체(V)를 생성한다. In the initialization step (S51), the extended
객체를 설정하는 단계(S52)에서는 확장현실환경 상에 사용자 객체(U)와 가상객체(V)를 설정한다. 예를 들어, 확장현실 제공부(221)는 메모리(230)에 저장된 강도특성을 포함하는 제어인자를 추출하여 사용자 객체 데이터 및 가상객체 데이터에 적용하여 설정한다. In step S52 of setting an object, a user object U and a virtual object V are set in the extended reality environment. For example, the extended
여기서, 강도특성은 인장강도, 압축강도, 전단강도, 비틀림 강도 또는 굽힘강도 중 적어도 하나 이상의 강도를 포함한다. 또한, 강도특성은 항복강도, 극한강도, 파단강도 중 적어도 하나 이상의 특성을 포함한다. 그리고, 강도특성은 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 형상, 온도 또는 피로 중 어느 하나 이상에 따라 변화될 수 있다. 또한, 강도특성은 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 변형율에 따라 변화된다. Here, the strength characteristics include at least one strength of tensile strength, compressive strength, shear strength, torsional strength, or bending strength. In addition, the strength characteristics include at least one of yield strength, ultimate strength, and breaking strength. And, the strength characteristics may be changed according to any one or more of the shape, temperature, or fatigue of the user object U or the virtual object V. In addition, the strength characteristic is changed according to the deformation rate of the user object U or the virtual object V.
이벤트를 검출하는 단계(S53)에서는 사용자 객체(U)와 가상객체(V)의 상호 작용 이벤트를 검출한다. 이때, 이벤트 검출부(222)는 입력데이터, 사용자 객체 데이터 및 가상객체 데이터를 포함하는 이벤트 데이터를 생성한다. 이벤트 검출부(222)는 사용자의 입력에 따른 진행방향, 이동속도, 가속도, 힘의 크기, 힘의 방향 중 어느 하나 이상을 더 포함하여 이벤트 데이터를 제어변수부(223)에 전달한다. 여기서, 상호작용 이벤트는 사용자 객체(U)와 상기 가상객체(V)의 충돌, 접촉, 타격, 통과, 침투, 탈출 중 적어도 어느 하나 이상을 포함한다. In step S53 of detecting an event, an interaction event between the user object U and the virtual object V is detected. At this time, the
충돌은 사용자 객체(U)와 가상객체(V)의 일시적인 충돌을 의미한다. 접촉은 사용자 객체(U)와 가상객체(V)의 지속적인 접촉을 의미한다. 또한, 타격은 사용자 객체(U)에 의한 가상객체(V)와 충돌을 의미한다. 통과는 사용자 객체(U)가 가상객체(V)를 뚫고 지나치거나, 가상객체(V)가 사용자 객체(U)를 뚫고 지나치는 것을 의미한다. 또한, 침투는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)가 타 객체에 삽입되는 것을 의미하고, 탈출은 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)가 타객체에서 빠져나오는 것을 의미한다.The collision means a temporary collision between the user object U and the virtual object V. The contact means the continuous contact between the user object U and the virtual object V. In addition, hitting means collision with the virtual object V by the user object U. Passing means that the user object U passes through the virtual object V, or the virtual object V passes through the user object U. In addition, the penetration means that the user object U or the virtual object V is inserted into another object, and the escape means that the user object U or the virtual object V escapes from the other object.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 이벤트 데이터를 생성하는 단계 이전에 입력장치에 입력되는 입력데이터를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 입력데이터를 수신하는 단계는 사용자의 입력에 따른 입력데이터를 수신할 수 있다. 예를 들어, 통신부(210)를 통해 입력장치(100)에서 입력되는 사용자의 입력에 따라 사용자 객체(U)의 위치, 각도, 속도, 가속도를 조절할 수 있다. Meanwhile, although not illustrated in the drawings, the method may further include receiving input data input to the input device before generating the event data. The step of receiving the input data may receive input data according to a user's input. For example, the position, angle, speed, and acceleration of the user object U may be adjusted according to a user input from the
이후, 이벤트를 검출하는 단계(S53)에서 수신된 입력데이터에 따라 상호 작용 이벤트를 검출할 수 있다. Thereafter, an interaction event may be detected according to the input data received in step S53 of detecting the event.
포스 피드백 제어변수를 변경하는 단계(S54)에서 제어변수부(223)는 사용자 객체 데이터, 가상객체 데이터 및 이벤트 데이터에 근거하여 포스 피드백 제어변수를 변경한다. 제어변수부(223)는 강도특성을 포함하는 제어인자에 따라 포스 피드백 제어변수를 변경할 수 있다. In step S54 of changing the force feedback control variable, the control
여기서, 포스 피드백 제어변수를 변경하는 단계에서는 강도 이외의 제어인자는 사용자 객체와 가상객체의 접촉각도, 사용자 객체와 가상객체의 접촉면적, 사용자 객체의 강성, 사용자 객체의 마찰계수, 가상객체의 마찰계수, 사용자 객체의 점도, 가상객체의 점도 중 적어도 하나 이상을 포함하여 포스 피드백 제어변수를 변경하는 것도 가능할 수 있다. Here, in the step of changing the force feedback control variable, control factors other than strength include the contact angle between the user object and the virtual object, the contact area between the user object and the virtual object, the rigidity of the user object, the friction coefficient of the user object, and the friction of the virtual object It may also be possible to change the force feedback control variable, including at least one of the coefficient, the viscosity of the user object, and the viscosity of the virtual object.
제어변수부(223)는 사용자 객체(U)와 가상객체(V)의 강도특성에 따라 발생하는 힘에 대한 포스 피드백을 제공한다. 예를 들어, 사용자 객체가 가상객체보다 낮은 강도를 가질 때 사용자 객체가 파괴되거나 영구적 변형이 발생할 수 있다. 이 때, 제어변수부(223)는 사용자 객체가 받는 역감을 강도차이 및 변형율에 따라 변경하여 제공할 수 있도록 역감의 방향, 각도 세기를 결정하여 포스 피드백 제어변수를 변경한다. The control
한편, 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)는 이종 재질로 형성될 수 있다. 이 때, 제어변수부(223)는 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)는 이종 재질로 형성된 객체와 충돌 시, 이종 재질의 강도를 반영하여 포스 피드백 제어변수를 변경하여 역감을 제공할 수 있다. Meanwhile, the user object U or the virtual object V may be formed of different materials. At this time, the control
제어변수부(223)는 출력장치(300)의 제어방법에 맞춰 제어변수를 설정한다. 예를 들어, 출력장치(300)의 제어방법이 임피던스 제어방법일 경우 제어변수부(223)는 강도, 사용자 객체(U) 또는 가상객체(V)의 힘의 크기, 접촉각도, 접촉면적, 강성, 마찰계수 또는 점도 중 어느 하나 이상의 제어인자에 따라 제어변수 스프링상수 k, 질량상수 m 및 감쇠상수 c를 설정한다. 또한, 제어변수부(223)는 진행방향, 이동속도, 가속도, 힘의 크기, 힘의 방향을 통해 출력장치(300)의 포스 피드백의 방향 및 크기를 설정한다.The control
역감을 제공하는 단계(S55)에서 제어변수부(223)는 포스 피드백 제어변수에 따라 포스 피드백 제어신호를 생성하고, 제어신호를 출력장치(300)에 전달하여 역감을 출력한다. In step S55 of providing backlash, the control
또한, 포스 피드백 방법은 이벤트에 따라 업데이트되는 영상을 사용자에게 제공하는 단계(미도시)를 더 포함할 수 있다. In addition, the force feedback method may further include providing an image updated according to an event to a user (not shown).
포스 피드백 방법은 상기의 단계를 반복하여 역감을 실시간으로 출력할 수 있다. The force feedback method may repeat the above steps to output the inverse feeling in real time.
실시 예에 따른 포스 피드백 방법은 다양한 기계 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 프로그램을 기록한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체에 기록될 수 있다. 상기 기계로 읽을 수 있는 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시 예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 등 통상의 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 기계에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시 예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. The force feedback method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various machine means, and may be recorded in a storage medium readable by the machine in which the program is recorded. The machine-readable storage medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for an embodiment or may be known and usable by a person skilled in the art, such as computer software. Examples of machine-readable storage media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and floptical disks. Hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like, are included. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a machine using an interpreter, etc., as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 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 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. Although the embodiments have been described by the limited drawings as described above, a person skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and/or components such as the structure, device, etc. described may be combined or combined in a different form from the described method, or other components or equivalents may be used. Even if replaced or substituted by, appropriate results can be achieved.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 18942722 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 18942722 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |