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여러 대의 키넥트 뎁스 카메라를 이용한 인간공학 시뮬레이션 모델링 자동화에 관한 연구
A Study on Modeling Automation of Human Engineering Simulation Using Multi Kinect Depth Cameras 원문보기

한국CAD/CAM학회논문집 = Transactions of the Society of CAD/CAM Engineers, v.21 no.1, 2016년, pp.9 - 19  

전찬모 (한국생산기술연구원 IT융합공정연구실용화그룹) ,  이주연 (한국생산기술연구원 IT융합공정연구실용화그룹) ,  노상도 (성균관대학교 공과대학 시스템경영공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Applying human engineering simulation to analyzing work capability and movements of operators during manufacturing is highly demanded. However, difficulty in modeling digital human required for simulation makes engineers to be reluctant to utilize human simulation for their tasks. This paper address...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 여러 대의 키넥트 뎁스 카메라로부터 정보를 합치기 위해 Fig. 4와 같은 Multi-Depth Camera Calibration System(이하 MDCC)을 제안했다. MDCC는 인간공학 시뮬레이션에 필수적인 Human의 움직임 데이터를 여러 대의 키넥트 뎁스 카메라로부터 정보를 입력 받아 모델링에 사용할수 있도록 지원하는 시스템이다.
  • 본 논문에서는 이러한 인간공학 시뮬레이션이 갖는 비용, 사용성 측면의 문제점을 해결하기 위해, 인간공학 시뮬레이션 수행에 필수 데이터인 digital human의 모션 데이터를 여러 대의 키넥트 뎁스 카메라를 이용해 모델링 자동화 하는 기술을 개발한다. 그리고, 개발된 내용으로부터 모델링에 필요한 Skeleton 정보를 추출하여 인간공학 시뮬레이션 프로그램인 Jack과 연동함으로써, 자동화된 인간공학 시뮬레이션 모델링을 수행할 수 있는 시스템을 제공한다.
  • 본 연구에서는 여러 대의 키넥트 뎁스 카메라를 여러 개의 VRPN Server로 연결한 뒤 하나의 VRPN Client에 전달해 통합하는 연구를 수행한다. 최종적으로, 통합된 정보는 인간공학 시뮬레이션 틀과 연동해 데이터 획득에서부터 분석까지 자동화된 인간공학 시뮬레이션이 가능한 시스템을 제안한다.
  • 본 연구에서는 인간공학 시뮬레이션의 효율적인 모델링 작업을 위해 작업자의 움직임 정보를 자동으로 모델링 할 수 있는 방법을 제시하였다. 본 연구를 통해 기존 인간공학 시뮬레이션 방법론에서 제기되었던 작업자 모델링에 있어 시간과 비용을 절약할 수 있을 것으로 기대한다.
  • 카메라와의 각도 확인을 통한 오류 확인 방법은 '12년 Obdrzalek[18]이 수행한 키넥트 뎁스 카메라와 피사체 간의 각도와 자세에 따른 정확도 판별 연구를 기반으로 피사체와 카메라 간의 각도가 정면을 기준으로 30도, 60도, 90도 틀어질 때 정확도가 낮아지는 문제를 해결하기 위해 시작되었다.

가설 설정

  • 모델링 대상 동작은 Joung[1]의 연구에서 검증에 사용한 제품 도어트림 생산 상황을 가정하여 이동, 정지, 회전, 팔의 움직임 상황 등 총 2분 정도의 움직임을 대상으로 수행하였고 인간공학 시뮬레이션 모델 상의 움직임과 시뮬레이션 분석 결과가 시나리오 1의 분석 결과와 어느 정도 유사한가에 대한 정합성 검증에 주안점을 두고 평가를 진행했다. 시나리오 2는 한대의 키넥트 뎁스 카메라를 사용해서 모델링을 진행한 상황, 시나리오 3은 여러 대의 키넥트 뎁스 카메라를 Data Checker 모듈을 사용하지 않고 단순 평균에 의해 모델 한 경우, 시나리오 4는 여러 대의 카메라를 바탕으로 Data Checker 모듈을 사용한 경우를 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
인간공학 시뮬레이션을 수행하기 위해 필수적으로 요구되는 것은 무엇인가? 특히, 최근 제품을 생산하는 작업자에 대한 생산능력, 작업 효율, 작업자 부하 등에 대한 분석 의 중요도가 높아짐에 따라 이를 분석하는 연구도 활발하게 이뤄지고 있다[2]. 그러나, 이러한 필요성 에도 불구하고 인간공학 시뮬레이션을 수행하기 위해 필수적으로 요구되는 digital human 모델링 과정에서의 반복적이고 비생산적인 작업은 인간 공학 시뮬레이션의 효과를 반감시키고 있다. 또 한, digital human 모델링을 위해서는 일반적으로 모델링 전문 엔지니어가 필요하기 때문에 일반 사 용자는 인간공학 시뮬레이션을 수행하기 어렵다 는 한계가 있다[3].
digital human 모델링을 위해서 무엇이 필요한가? 그러나, 이러한 필요성 에도 불구하고 인간공학 시뮬레이션을 수행하기 위해 필수적으로 요구되는 digital human 모델링 과정에서의 반복적이고 비생산적인 작업은 인간 공학 시뮬레이션의 효과를 반감시키고 있다. 또 한, digital human 모델링을 위해서는 일반적으로 모델링 전문 엔지니어가 필요하기 때문에 일반 사 용자는 인간공학 시뮬레이션을 수행하기 어렵다 는 한계가 있다[3]. 모델링 과정에서의 이러한 문제 를 해결하기 위해 Vicon 카메라[4], 센서 부착[5] 등 카메라와 센서 기술을 이용한 다양한 모델링 자동 화 방법론이 개발되었으나 비용 등의 문제로 보편 적인 활용에는 어려움이 있었다.
digital human 모델링 과정에서의 문제를 해결하기 위해 어떤 방법론이 개발되었는가? 또 한, digital human 모델링을 위해서는 일반적으로 모델링 전문 엔지니어가 필요하기 때문에 일반 사 용자는 인간공학 시뮬레이션을 수행하기 어렵다 는 한계가 있다[3]. 모델링 과정에서의 이러한 문제 를 해결하기 위해 Vicon 카메라[4], 센서 부착[5] 등 카메라와 센서 기술을 이용한 다양한 모델링 자동 화 방법론이 개발되었으나 비용 등의 문제로 보편 적인 활용에는 어려움이 있었다. 최근에는 비용과 센서 기술을 모두 충족시킬 수 있는 Microsoft사 의 콘솔용 게임 입력 장치인 키넥트 뎁스 카메라 를 활용한 인간공학 연구[6]가 수행되고 있지만 한 대의 키넥트 뎁스 카메라를 이용하는 연구에서는 간섭 등의 문제로 인해 피사체의 모든 움직임을 캡처 할 수 없는 한계가 있다.
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참고문헌 (19)

  1. Joung, Y.K. and Noh, S.D., Integrated Modeling and Simulation with In-line Motion Captures for Automated Ergonomic Analysis in Product Lifecycle Management, Concurrent Engineering, p.1063293X14537002, 2014. 

  2. Kim, J.Y., Kim, J.I., Kim, B.K., Hong, Y.S., Kim, D.I. and Jung, G.Y., et al., 2002, Occupational Ergonomics : Work Related Musculoskeletal Disorders of the Upper Limb and Back. 

  3. Zhou, W., Armstrong, T.J., Reed, M.P., Hoffman, S.G. and Wegner, D.M., 2009, Simulating Complex Automotive Assembly Tasks Using the HUMOSIM Framework, SAE Technical Paper. 

  4. Peak, V., Vicon Motion Capture System, ed: Lake Forest, CA, 2005. 

  5. Roetenberg, D., Luinge, H. and Slycke, P., 2009, Xsens MVN: Full 6DOF Human Motion Tracking Using Miniature Inertial Sensors, Xsens Motion Technologies BV, Tech. Rep. 

  6. Jeong, Y.K. and Noh, S.D., 2012, A Study on the Automated Ergonomic Simulation using Kinect, Proceedings of the Society of CAD/CAM Engineers Conference, 2012, pp.606-610. 

  7. Lee, J.H., 2014, Advanced Human Body Tracking Method using Multiple Kinect Sensors, Thesis, Sejong University, Seoul. 

  8. Taylor II, R.M., Hudson, T.C., Seeger, A., Weber, H., Juliano, J. and Helser, A.T., 2001, VRPN: A Device-independent, Network-transparent VR Peripheral System, in Proceedings of the ACM Symposium on Virtual Reality Software and Technology, pp.55-61. 

  9. V. Team (2011, August 8). Virtual Reality Models. Available: http://3dvrm.com/vrpn/ 

  10. Moeslund, T.B. and Granum, E., 2001, A Survey of Computer Vision-based Human Motion Capture, Computer Vision and Image Understanding, 81, pp.231-268. 

  11. Lu, P. and Huenerfauth, M., 2009, Accessible Motion-capture Glove Calibration Protocol for Recording Sign Language Data from Deaf Subjects, in Proceedings of the 11th International ACM SIGACCESS Conference on Computers and Accessibility, pp.83-90. 

  12. Moeslund, T.B., 2001, Interacting with a Virtual World Through Motion Capture, in Virtual Interaction: Interaction in Virtual Inhabited 3D Worlds, ed: Springer, pp.221-234. 

  13. Allard, P., Stokes, I.A. and Blanchi, J.-P., 1995, Three-dimensional Analysis of Human Movement: Human Kinetics Publishers. 

  14. Schonauer, C. and Kaufmann, H., 2011, Wide Area Motion Tracking Using Consumer Hardware, in ACM Advances in Computer Entertainment Technology Conference (ACE 2011), Lisbon, Portugal. 

  15. Martin, C.C., Burkert, D.C., Choi, K.R., Wieczorek, N.B., McGregor, P.M. and Herrmann, R., et al., 2012, A Real-time Ergonomic Monitoring System Using the Microsoft Kinect, in Systems and Information Design Symposium (SIEDS), 2012 IEEE, pp.50-55. 

  16. Suma, E., Lange, B., Rizzo, A.S., Krum, D.M., and Bolas, M., 2011, Faast: The Flexible Action and Articulated Skeleton Toolkit, in Virtual Reality Conference (VR), 2011 IEEE, pp.247-248. 

  17. Galna, B., Barry, G., Jackson, D., Mhiripiri, D., Olivier, P. and Rochester, L., 2014, Accuracy of the Microsoft Kinect Sensor for Measuring Movement in People with Parkinson's Disease, Gait Posture, 39, pp.1062-1068. 

  18. Obdrzalek, S., Kurillo, G., Ofli, F., Bajcsy, R., Seto, E. and Jimison, H., et al., 2012, Accuracy and Robustness of Kinect Pose Estimation in the Context of Coaching of Elderly Population, in Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2012 Annual International Conference of the IEEE, pp.1188-1193. 

  19. Li, Q.R., Jeong, Y.K. and Noh, S.D., 2012, A Study on Modeling and Simulation of Asembly Workers' Moving Path Using Depth Camera, Proceedings of the Society of CAD/CAM Engineers Conference. 

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