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문제 정의
- 한국표준과학연구원은 1995년 11월부터 1998년 10월까지 감성공학 세부과제의 하나로 인체동작반응 측 정평가시스템 개발이라는 과제를 수행한 바 있다. 그 과제의 주요 연구 내용은 인체의 동작을 평가하기 위한 3차원 동작분석시스템을 개발하는 것이었다. 연구 결과 전신 동작 분석을 수행할 수 있는 시스템이 개발되었으며, 별도로 손동작의 생체역학적 분석을 할 수 있는 시스템도 개발하였다.
제안 방법
- 3D 캐릭터 생성시 두께와 너비 항목은 몸무게의 % tile을 적용하고, 팔길이는 세 가지 몸무게 특성에 대해 각각 5, 50, 95% tile을 적용하여 골프 스윙시 팔길이의 영향을 고려한 126가지의 3D 캐릭터를 생성하 였다.
- 캡쳐된 모션데이터의 정확성을 기하기 위해 모션데이터 편집 작업을 수행하였다. 골프 전문가의 최종 확인을 거쳐 잘못된 스윙 동작은 재작업을 수행하고 완성된 동작은 남녀/클럽 종류별로 분류하여 3D 스윙 동작 DB로 구축하였다(그림 4).
- 기준이 되는 골프 스윙동작을 획득하기 위하여 프로골프 선수와 전문 코치를 초빙하여 모션캡쳐 전문 스튜디오에서 골프 스윙동작을 실연하였다. 캡쳐된 모션데이터의 정확성을 기하기 위해 모션데이터 편집 작업을 수행하였다.
- 성별, 연령별, 체형별로 사용자를 분류한 후 체형별 분류를 위한 인체측정치를 도출한다. 도출된 인체측정치의 상관관계를 분석, 대표적인 항목도출 등의 과정을 통하여 3D 캐릭터 구성을 위한 과정으로 골프의 동작을 효율적으로 나타낼 수 있는 인체 측정치를 도출한다. 항목이 결정되면 각 타입의 3D 캐릭터를 구성할 수 있는 치수를 제시하여 생성한 다.
- 다양한 성별, 연령, 체형의 사용자에게 적합한 3D 캐릭터를 선정해 주기 위해서는 먼저 사용자의 체형에 따른 분류가 이루어져야 한다. 따라서 본 연구에서는 한국표준과학연구원에서 보유하고 있는 인체측정 데이터를 활용하여 그림 2와 같이 성별(남, 여), 연령(10~13세, 14~16세, 17~19세, 20대, 30대, 40-50대, 60대), 체형선정된 항목의 5, 50, 95% tile)에 따른 분류를 실시하였다 R 31
- 재구성된 인체정보 DB를 이용하여 프로선수의 간단한 인체정보에서 종합적인 인체정보를 추출하고 이것을 이용하여 3차원 사이버골퍼를 생성하였다. 모션캡쳐 시스템으로 획득한 프로선수의 스윙동작은 사이버 골퍼모델을 적용하여 애니메이션으로 재구성한 후 전문가의 감수를 거쳐 최종 표준 스윙 동작으로 저장하였다. 일반인의 스윙 동작은 4장에서 언급할 골프 스윙 동작 분석/평가 시스템으로 획득한 후 사이버골퍼를 이용하여 3차원 애니메이션으로 제작하고 스윙지도 에 활용될 수 있다.
- 사용자의 기본적 인체정보(예 : 키, 체중, 비만도 등)를 입력받아 인체정보 DB에 보관하고 사이버골퍼 생성기를 이용하여 3차원 캐릭터를 사용자별로 생성/보관/활용하였다. 사용자는 광학식 마커 및 센서를 부착하고 골프 스윙 동작을 실연하고, 실시간에 마커 및 센서 값을 처리하여 스윙 모션 데이터를 획득한다.
- 인체정보 DB 구성을 위한 프로세스는 그림 5의 과정을 따른다. 성별, 연령별, 체형별로 사용자를 분류한 후 체형별 분류를 위한 인체측정치를 도출한다. 도출된 인체측정치의 상관관계를 분석, 대표적인 항목도출 등의 과정을 통하여 3D 캐릭터 구성을 위한 과정으로 골프의 동작을 효율적으로 나타낼 수 있는 인체 측정치를 도출한다.
- 획득한 스윙 모션 데이터는 서버의 골프 스윙 모션 DB에 보관하며, 서버로부터 제공받은 사이버 캐릭터를 이용하여 스윙 동작 애니메이션 생성에 활용하였다. 시스템에 부착된 고속카메라를 이용하여 스윙동작을 촬영하였고 디지털 영상으로 저장하고 서버로부 터 제공받는 표준 스윙 애니메이션과 비교/분석하는 데 활용하였다. 서버에는 사용자별로 지도해야 할 정보를 체계적으로 보관/관리하고, 전문가의 지식을 이용하여 표준적인 스윙 동작과 비교/분석할 수 있는 데이터를 클라이언트에 실시간으로 제공하였다.
- 여기서 체형에 따른 사용자 분류에 필요한 항목은 골프 스윙을 특징짓는 데 적합한 키, 몸무게, 팔길이의 세 항목을 선정하였다. 체형에 따른 사용자 분류는 키 5, 50, 95% tile에 대해 몸무게, 팔길이 항목의 5, 50, 95% tile을 고려하여 경우의 수를 조합하였다.
- 한국표준과학원에서 매 5년마다 시행하는 국민표 준체위조사 자료를 활용하여 121개의 표준 체위조사 파라미터를 골프 스윙 분석용으로 재구성하였다. 재구성된 인체정보 DB를 이용하여 프로선수의 간단한 인체정보에서 종합적인 인체정보를 추출하고 이것을 이용하여 3차원 사이버골퍼를 생성하였다. 모션캡쳐 시스템으로 획득한 프로선수의 스윙동작은 사이버 골퍼모델을 적용하여 애니메이션으로 재구성한 후 전문가의 감수를 거쳐 최종 표준 스윙 동작으로 저장하였다.
- 여기서 체형에 따른 사용자 분류에 필요한 항목은 골프 스윙을 특징짓는 데 적합한 키, 몸무게, 팔길이의 세 항목을 선정하였다. 체형에 따른 사용자 분류는 키 5, 50, 95% tile에 대해 몸무게, 팔길이 항목의 5, 50, 95% tile을 고려하여 경우의 수를 조합하였다. 그러나 성별, 연령, 체형에 대한 모든 경우의 수를 고려하면 378가지의 모델을 생성해야 하므로 비경제적인 모델링이 될 것으로 판단하였다.
- 기준이 되는 골프 스윙동작을 획득하기 위하여 프로골프 선수와 전문 코치를 초빙하여 모션캡쳐 전문 스튜디오에서 골프 스윙동작을 실연하였다. 캡쳐된 모션데이터의 정확성을 기하기 위해 모션데이터 편집 작업을 수행하였다. 골프 전문가의 최종 확인을 거쳐 잘못된 스윙 동작은 재작업을 수행하고 완성된 동작은 남녀/클럽 종류별로 분류하여 3D 스윙 동작 DB로 구축하였다(그림 4).
대상 데이터
- 사용자의 기본적 인체정보(예 : 키, 체중, 비만도 등)를 입력받아 인체정보 DB에 보관하고 사이버골퍼 생성기를 이용하여 3차원 캐릭터를 사용자별로 생성/보관/활용하였다. 사용자는 광학식 마커 및 센서를 부착하고 골프 스윙 동작을 실연하고, 실시간에 마커 및 센서 값을 처리하여 스윙 모션 데이터를 획득한다. 획득한 스윙 모션 데이터는 서버의 골프 스윙 모션 DB에 보관하며, 서버로부터 제공받은 사이버 캐릭터를 이용하여 스윙 동작 애니메이션 생성에 활용하였다.
- 한국표준과학원에서 매 5년마다 시행하는 국민표 준체위조사 자료를 활용하여 121개의 표준 체위조사 파라미터를 골프 스윙 분석용으로 재구성하였다. 재구성된 인체정보 DB를 이용하여 프로선수의 간단한 인체정보에서 종합적인 인체정보를 추출하고 이것을 이용하여 3차원 사이버골퍼를 생성하였다.
- 사용자는 광학식 마커 및 센서를 부착하고 골프 스윙 동작을 실연하고, 실시간에 마커 및 센서 값을 처리하여 스윙 모션 데이터를 획득한다. 획득한 스윙 모션 데이터는 서버의 골프 스윙 모션 DB에 보관하며, 서버로부터 제공받은 사이버 캐릭터를 이용하여 스윙 동작 애니메이션 생성에 활용하였다. 시스템에 부착된 고속카메라를 이용하여 스윙동작을 촬영하였고 디지털 영상으로 저장하고 서버로부 터 제공받는 표준 스윙 애니메이션과 비교/분석하는 데 활용하였다.
성능/효과
- 따라서 3D 스포츠(골프) 동작 평가/분석 시스템에서 사용자에 대한 성별, 연령, 키, 몸무게, 팔길이의 정보를 입력하면 개인의 인체 특성에 적합한 3D 캐릭터가 선정이 되고 프로그램 상에서 분석을 거쳐 기존의 골프 스윙 DB에 저장된 교과서적인 스윙과 시각적으로 비교할 수 있다.
- 따라서 체형별 분류에서 키가 5% tile인 경우 몸무게와 팔길이가 95% tile인 경우는 제외하였고, 또한 키가 95% tile인 경우 몸무게와 팔길이가 5% tile인 경우는 존재하지 않는 것으로 가정하여 238가지의 조합을 생성하였다.
- 그 과제의 주요 연구 내용은 인체의 동작을 평가하기 위한 3차원 동작분석시스템을 개발하는 것이었다. 연구 결과 전신 동작 분석을 수행할 수 있는 시스템이 개발되었으며, 별도로 손동작의 생체역학적 분석을 할 수 있는 시스템도 개발하였다. 이러한 시스템들을 일부 가전제품의 평가에 적용하여 시스템을 검증한 바 있다.
후속연구
- 동 분야의 연구개발 실적을 종합해보면, 3차원 동 작측정 기술은 개발되어 있으며 이를 어느 분야에 적용하느냐에 따라 연구분야가 나뉘어져 있는 상태이다. 본 연구의 적용분야인 스포츠 동작분석 시스템의 적용은 국내 기술로 시스템을 제작한 바는 없기 때문에 자세 및 동작에 대한 정량적 평가가 가능하고 스포츠 산업에의 고부가가치의 영역을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
- 또한 적외선 카메라를 사용하여 이미지 처리 방법으로 동작을 분석하는 기술은 컴퓨터 성능과 용량의 제한 등으로 장시간의 작업이나, 야외에서의 작업, 활동영역이 넓은 작업 등에 대한 측정에는 취약한 면을 지니고 있다. 앞으로 동작분석 기술이 일반화되고 여러 분야에 적용하는 기술이 보편화되면 인체의 동작을 측정하여 이를 제품 평가의 지표로 이용될 수 있다. 또한 자세변화를 예측하여 자세 및 동작을 평가하는 기술 개발이 활발히 이루어질 것으로 전망 된다.
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