본 논문에서는 노인 및 재활 환자를 대상으로 재활 훈련을 위한 기능성 게임을 제안한다. 제안한 재활 훈련용 기능성 게임은 3D depth 카메라를 이용한 전신 동작 인식 기반의 인터페이스를 제공한다. 사용자가 카메라 앞에서면 배경과 사용자를 구분한 다음 사용자의 전신을 15개의 관절로 인식하고 각 관절이 위치와 방향의 변화를 분석하여 게임에 필요한 제스쳐를 인식한다. 게임 콘텐츠는 상지훈련, 하지훈련, 전신훈련, 밸런스 훈련을 위한 게임으로 구성하였으며 2D 게임과 3D 게임으로 나누어 구현하였다. 본 논문에서 제안된 시스템은 3D depth 카메라를 이용하여 주변 환경 변화에도 안정적으로 작동하며, 별도의 기기를 사용하지 않고도 전신 움직임 기반의 제스쳐 인식을 이용하여 게임을 진행하게 함으로써 재활의 효과를 높일 수 있다.
본 논문에서는 노인 및 재활 환자를 대상으로 재활 훈련을 위한 기능성 게임을 제안한다. 제안한 재활 훈련용 기능성 게임은 3D depth 카메라를 이용한 전신 동작 인식 기반의 인터페이스를 제공한다. 사용자가 카메라 앞에서면 배경과 사용자를 구분한 다음 사용자의 전신을 15개의 관절로 인식하고 각 관절이 위치와 방향의 변화를 분석하여 게임에 필요한 제스쳐를 인식한다. 게임 콘텐츠는 상지훈련, 하지훈련, 전신훈련, 밸런스 훈련을 위한 게임으로 구성하였으며 2D 게임과 3D 게임으로 나누어 구현하였다. 본 논문에서 제안된 시스템은 3D depth 카메라를 이용하여 주변 환경 변화에도 안정적으로 작동하며, 별도의 기기를 사용하지 않고도 전신 움직임 기반의 제스쳐 인식을 이용하여 게임을 진행하게 함으로써 재활의 효과를 높일 수 있다.
This paper proposes a serious game for rehabilitation training targeting old persons and patients for rehabilitation. The serious game suggested for rehabilitation training provides the whole body movement recognition-based interface using the 3D depth camera. When the user stands before the camera,...
This paper proposes a serious game for rehabilitation training targeting old persons and patients for rehabilitation. The serious game suggested for rehabilitation training provides the whole body movement recognition-based interface using the 3D depth camera. When the user stands before the camera, it distinguishes the user from the background and then recognizes the user's whole body with 15 joints. By analyzing the changes of location and direction of each joint, it recognizes gestures needed for the game. The game contents consist of the games for upper limb training, lower limb training, whole body training, and balance training, and it was realized in both 2D and 3D games. The system suggested in this article works robustly even with the environmental changes using the 3D depth camera. Even with no separate device, the game recognizes the gestures only using the whole body movement, and this enhances the effect of rehabilitation.
This paper proposes a serious game for rehabilitation training targeting old persons and patients for rehabilitation. The serious game suggested for rehabilitation training provides the whole body movement recognition-based interface using the 3D depth camera. When the user stands before the camera, it distinguishes the user from the background and then recognizes the user's whole body with 15 joints. By analyzing the changes of location and direction of each joint, it recognizes gestures needed for the game. The game contents consist of the games for upper limb training, lower limb training, whole body training, and balance training, and it was realized in both 2D and 3D games. The system suggested in this article works robustly even with the environmental changes using the 3D depth camera. Even with no separate device, the game recognizes the gestures only using the whole body movement, and this enhances the effect of rehabilitation.
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문제 정의
제안한 재활훈련 기능성 게임 시스템은 상지와 하지 근력 운동, 전신 근력 운동, 밸런스 기능을 향상 시킬 수 있는 게임 콘텐츠를 제공한다. 또한 이전 훈련 데이터를 저장하여 비교 및 평가 할 수 있는 기능을 제공하여 체계적인 재활이 가능하도록 하였다. 전신을 인터페이스로 사용함으로써 운동기능이 저하된 노인이나 재활 환자들도 쉽게 접근 할 수 있도록 조작이 쉬운 인터페이스를 제공하였다.
이는 기능성 게임이라기보다는 단지 게임을 즐기는 것을 목표로 역동적인 동작이 주를 이루고 있다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 3D depth 카메라를 이용하여 다른 기기의 도움 없이 전신을 이용한 동작 인식으로 재활 운동이 가능하도록 하는 시스템을 제안한다.
본 논문에서는 노인 및 재활 환자의 운동 기능 증진을 돕기 위하여 3D depth 카메라를 이용하여 재활 훈련용 기능성 게임을 제안하였다. 제안된 재활 훈련용 기능성 게임은 3D depth 카메라를 이용한 전신 동작 인식 기반의 인터페이스를 제공한다.
본 논문에서는 노인 및 재활 환자의 운동 능력 향상과 재활 훈련을 위해서 기능성 게임을 설계하였다. 제안된 게임의 구성 및 흐름이 [Fig.
본 논문에서는 운동기능 회복이 필요한 노인이나 재활 환자를 위해 전신을 인식하고 추적할 수 있는 3D depth 카메라를 이용하여 운동기능 향상에 도움이 되는 기능성 게임 콘텐츠와 게임엔진을 구현하였다. 제안한 재활훈련 기능성 게임 시스템은 상지와 하지 근력 운동, 전신 근력 운동, 밸런스 기능을 향상 시킬 수 있는 게임 콘텐츠를 제공한다.
제안 방법
본 논문에서 제안된 시스템에서는 3D 게임과 2D 게임을 제공한다. 게임 구현을 체계적으로 하게 위해서는 게임 엔진을 사용해야 하는데, 본 논문에서는 기존의 게임 엔진을 활용하지 않고 새로운 게임 엔진을 구현하여 활용하였다. 게임엔진은 C++ 언어와 DirectX 라이브러리를 이용하여 개발하였으며 게임 엔진 구조를 단순화하여 성능이 유지되도록 하였다.
카메라 입력 영상에서 배경과 사용자를 구분한 다음 사용자의 전신을 15개의 관절로 인식하고 각 관절이 위치와 방향의 변화를 분석하여 게임에 필요한 제스쳐를 인식하였다. 게임 콘텐츠는 상지훈련, 하지훈련, 전신훈련, 밸런스 훈련을 위한 게임으로 구성하였으며 2D 게임과 3D 게임으로 나누어 구현하였다. 본 논문에서 제안된 시스템은 3D depth 카메라를 이용하여 주변 환경 변화에 견고하게 작동하며, 별도의 기기를 사용하지 않고 전신의 움직임을 이용한 제스쳐를 인식하여 게임을 진행하게 함으로써 재활의 효과를 높일 수 있었다.
게임 구현을 체계적으로 하게 위해서는 게임 엔진을 사용해야 하는데, 본 논문에서는 기존의 게임 엔진을 활용하지 않고 새로운 게임 엔진을 구현하여 활용하였다. 게임엔진은 C++ 언어와 DirectX 라이브러리를 이용하여 개발하였으며 게임 엔진 구조를 단순화하여 성능이 유지되도록 하였다. 게임 엔진은 다음 [Table 1]과 같은 구성 요소로 이루어져 있다.
등록된 사용자가 게임을 하면 게임의 진행 상황을 기록하여 기존의 게임 진행 상황 정보와 비교하여 재활 훈련 운동의 향상 정도를 파악 할 수 있게 설계하였다. 게임은 상지 훈련, 하지 훈련, 전신 훈련, 밸런스 훈련 콘텐츠로 구성되어 있다. 상지와 하지 뿐 만 아니라 전신기능의 호전을 도모하고 일상생활의 수행을 용이 하도록 도와주는 근육 수축과 관절 운동 등 전신 운동을 할 수 있도록 하였다.
먼저 게임을 시작하면 사용자에 대해 간단한 정보를 등록하게 된다. 등록된 사용자가 게임을 하면 게임의 진행 상황을 기록하여 기존의 게임 진행 상황 정보와 비교하여 재활 훈련 운동의 향상 정도를 파악 할 수 있게 설계하였다. 게임은 상지 훈련, 하지 훈련, 전신 훈련, 밸런스 훈련 콘텐츠로 구성되어 있다.
노인 및 재활 환자에게 근골격계 기능을 호전시키고, 건강을 유지시키며, 낙상의 사고를 예방하기 위하여 신체에 적절한 종류와 적절한 양으로 힘 또는 부하를 가하고 이를 점진적으로 증가시킨다. 또한 관절 범위, 근력, 근지구력, 속도 등을 유지 증진시킬 수 있도록 하였다.
본 논문에서 제안된 시스템에서는 3D 게임과 2D 게임을 제공한다. 게임 구현을 체계적으로 하게 위해서는 게임 엔진을 사용해야 하는데, 본 논문에서는 기존의 게임 엔진을 활용하지 않고 새로운 게임 엔진을 구현하여 활용하였다.
본 논문에서 제안된 시스템에서는 관절의 위치와 방향 변화를 추적하여 특정 동작을 인식하기 위해 상태기를 이용한다. [Fig.
따라서 3D depth 카메라는 depth 이미지에서 깊이의 크기와 변화량을 이용하여 배경 영역과 사용자 영역을 인식한다. 사용자 인식을 위해 본 시스템에서는 맨 처음에 사용자가 손을 흔들도록 함으로써 손 영역에서 깊이 정보의 변화가 변화되도록 하였다.
16]처럼 구성하였다. 사용자는 자신의 정보를 입력하고 본 논문에서 전신을 이용하여 게임을 조작함으로써 얻어질 수 있는 재활치료에 도움을 주는 상지, 하지, 전신, 밸런스 게임을 일정기간동안 주기적으로 진행하게 된다. [Fig.
게임은 상지 훈련, 하지 훈련, 전신 훈련, 밸런스 훈련 콘텐츠로 구성되어 있다. 상지와 하지 뿐 만 아니라 전신기능의 호전을 도모하고 일상생활의 수행을 용이 하도록 도와주는 근육 수축과 관절 운동 등 전신 운동을 할 수 있도록 하였다. 노인 및 재활 환자에게 근골격계 기능을 호전시키고, 건강을 유지시키며, 낙상의 사고를 예방하기 위하여 신체에 적절한 종류와 적절한 양으로 힘 또는 부하를 가하고 이를 점진적으로 증가시킨다.
또한 이전 훈련 데이터를 저장하여 비교 및 평가 할 수 있는 기능을 제공하여 체계적인 재활이 가능하도록 하였다. 전신을 인터페이스로 사용함으로써 운동기능이 저하된 노인이나 재활 환자들도 쉽게 접근 할 수 있도록 조작이 쉬운 인터페이스를 제공하였다. [Fig.
제안된 시스템에서는 상지 훈련, 하지 훈련, 전신 훈련, 밸런스 훈련 콘텐츠를 다음 [Table 2]와 같이 구성하였다. [Table 2]에서 보여지는 사용 근육과 훈련부위에 대한 구체적인 내용은 원광대학교 재활치료과의 전문의에게 본 논문에서 개발한 게임을 진행하고 나서 얻은 전문적인 훈련 결과 예상표이다.
본 논문에서는 노인 및 재활 환자의 운동 기능 증진을 돕기 위하여 3D depth 카메라를 이용하여 재활 훈련용 기능성 게임을 제안하였다. 제안된 재활 훈련용 기능성 게임은 3D depth 카메라를 이용한 전신 동작 인식 기반의 인터페이스를 제공한다. 카메라 입력 영상에서 배경과 사용자를 구분한 다음 사용자의 전신을 15개의 관절로 인식하고 각 관절이 위치와 방향의 변화를 분석하여 게임에 필요한 제스쳐를 인식하였다.
본 논문에서는 운동기능 회복이 필요한 노인이나 재활 환자를 위해 전신을 인식하고 추적할 수 있는 3D depth 카메라를 이용하여 운동기능 향상에 도움이 되는 기능성 게임 콘텐츠와 게임엔진을 구현하였다. 제안한 재활훈련 기능성 게임 시스템은 상지와 하지 근력 운동, 전신 근력 운동, 밸런스 기능을 향상 시킬 수 있는 게임 콘텐츠를 제공한다. 또한 이전 훈련 데이터를 저장하여 비교 및 평가 할 수 있는 기능을 제공하여 체계적인 재활이 가능하도록 하였다.
제안된 재활 훈련용 기능성 게임은 3D depth 카메라를 이용한 전신 동작 인식 기반의 인터페이스를 제공한다. 카메라 입력 영상에서 배경과 사용자를 구분한 다음 사용자의 전신을 15개의 관절로 인식하고 각 관절이 위치와 방향의 변화를 분석하여 게임에 필요한 제스쳐를 인식하였다. 게임 콘텐츠는 상지훈련, 하지훈련, 전신훈련, 밸런스 훈련을 위한 게임으로 구성하였으며 2D 게임과 3D 게임으로 나누어 구현하였다.
대상 데이터
본 논문에서 제안한 재활훈련 기능성 게임 시스템은 PrimeSense[13]사의 3D depth 카메라를 사용한다. 이 카메라는 적외선 광원, 2개의 CMOS 이미지 센서, 데이터 처리용 SoC 등의 하드웨어로 구성되며 [Fig.
이론/모형
3]에 나타나 있듯이 컬러 이미지는 CMOS 이미지 센서를 이용하여 획득한다. Depth 이미지는 적외선 광원과 CMOS 이미지 센서, 데이터 처리용 SoC 등의 장치와 Light Coding 기술을 기반으로 획득한다. Light Coding은 장면 공간을 근적외선으로 코드화함으로써 동작한다.
성능/효과
게임 콘텐츠는 상지훈련, 하지훈련, 전신훈련, 밸런스 훈련을 위한 게임으로 구성하였으며 2D 게임과 3D 게임으로 나누어 구현하였다. 본 논문에서 제안된 시스템은 3D depth 카메라를 이용하여 주변 환경 변화에 견고하게 작동하며, 별도의 기기를 사용하지 않고 전신의 움직임을 이용한 제스쳐를 인식하여 게임을 진행하게 함으로써 재활의 효과를 높일 수 있었다. 제안된 시스템은 노인 및 재활 환자의 재활 훈련에 도움이 될 것으로 기대된다.
16]의 오른쪽의 그래프는 상지, 하지, 전신, 밸런스 게임을 진행한 결과를 날짜별로 진행한 결과값을 누구나 보기 쉽게 그래프로 보여주고 있다. 사용자는 이 분석을 토대로 자신의 재활 진행 정도를 파악할 수 있고, 재활 훈련에 도움을 줄 수 있다는 것을 알 수 있다.
밸런스를 평행으로 유지하면 아바타는 그 자리에 정지해 있다. 이 게임은 재활훈련으로서 관절의 균형 증진과 몸을 똑바로 세워 균형 잡힌 자세를 유지 하는 훈련에 효과적이다.
후속연구
본 논문에서 구현된 게임이 실질적으로 활용되기 위해서는 게임의 수가 충분하지 않으므로 향후 게임 콘텐츠를 더 확대할 필요가 있을 것이다. 본 논문에서는 상지, 하지, 전신을 골고루 사용하는데 별 문제가 없는 사용자를 대상으로 게임 인터페이스를 구현하였으나, 제안된 동작을 하기 어려운 노인이나 휠체어를 타고 있는 환자들도 있을 것이므로 사용자가 현재 취할 수 있는 게임 진행 전에 기본 동작을 먼저 분석하고 그에 따라 제스쳐 인식 동작을 동적으로 구현하는 것이 필요할 듯하다.
본 논문에서 구현된 게임이 실질적으로 활용되기 위해서는 게임의 수가 충분하지 않으므로 향후 게임 콘텐츠를 더 확대할 필요가 있을 것이다. 본 논문에서는 상지, 하지, 전신을 골고루 사용하는데 별 문제가 없는 사용자를 대상으로 게임 인터페이스를 구현하였으나, 제안된 동작을 하기 어려운 노인이나 휠체어를 타고 있는 환자들도 있을 것이므로 사용자가 현재 취할 수 있는 게임 진행 전에 기본 동작을 먼저 분석하고 그에 따라 제스쳐 인식 동작을 동적으로 구현하는 것이 필요할 듯하다.
본 논문에서 제안된 시스템은 3D depth 카메라를 이용하여 주변 환경 변화에 견고하게 작동하며, 별도의 기기를 사용하지 않고 전신의 움직임을 이용한 제스쳐를 인식하여 게임을 진행하게 함으로써 재활의 효과를 높일 수 있었다. 제안된 시스템은 노인 및 재활 환자의 재활 훈련에 도움이 될 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
노인의 건강을 증진시키는 목적은 무엇인가?
노인의 건강을 증진시키는 목적은 그들의 신체적 기능 저하를 예방함으로서 타인의 도움에 의존하는 기간을 늦추고, 기능적인 독립성을 최대한 연장하는 것이다[5]. 노화가 시작되면 심폐기능, 근력, 근지구력, 유연성 등 체력이 저하되어 면역 기능이 떨어져 병에 쉽게 걸리고 환경에 대한 적응력이 떨어지게 된다.
Kinect의 특징은 무엇인가?
또한 최근 마이크로소프트사는 X-BOX게임 콘솔기에 애드온의 형태로 작동이 가능한 Kinect라는 명칭의 기기를 출시했다. 이 기기의 특징 중 하나는 게임 컨트롤러를 사용하지 않고, 신체의 움직임만으로 게임수행이 가능하도록 지원한다는데 있다. 사용자들은 자신의 손을 흔들기만 하면 전신이 인식되고, 이를 통하여 스크린상의 아바타가 달리고, 점프하고, 헤엄치고 춤추는 일들을 할 수 있도록 지원한다.
고령화 사회는 무엇을 의미하는가?
8%로 초 고령화 사회에 도달할 것으로 전망된다[1]. 고령화 사회는 단순히 노인이 많다는 의미보다는 노인 인구 비중이 증가하면서 사회, 경제적인 구조에 있어서도 많은 변화를 수반하는 것을 의미한다[2]. 고령화로 인한 노인부양부담 급증과 건강문제, 노인 보호 서비스에 대한 수요의 증가로 건강수명의 연장이 중요한 과제로 등장하였다.
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