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다중 키넥트 센서 기반의 운동 자세 추정 시스템 설계 및 구현
Design and Development of the Multiple Kinect Sensor-based Exercise Pose Estimation System 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.21 no.3, 2017년, pp.558 - 567  

조용주 (Department of Computer Science, Sangmyung University) ,  박경신 (Department of Applied Computer Engineering, Dankook University)

초록
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본 연구에서는 다수의 키넥트 센서를 이용하여 효율적인 실시간 운동 자세 추정 시스템을 설계하고 개발하였다. 이 시스템은 정면과 측면에 키넥트 센서를 사용하여, 한 개로 추적이 어려웠던 사용자의 특정 자세 (예를 들어, 무릎컬 또는 런지)를 보다 정확하게 측정하고 인식하는 것을 목적으로 한다. 그리고 추후 다양한 자세를 지원할 수 있도록 확장 가능하고 모듈화 된 방법으로 설계되었다. 이 시스템은 여러 클라이언트와 유니티 3D 서버로 구성된다. 클라이언트는 키넥트 골격 데이터를 처리하여 서버로 전송한다. 서버는 다중 키넥트를 보정하고, 각도와 거리를 기반으로 한 특징 값 추출하며 여러 대의 키넥트로부터 계산된 특징 값의 가중 평균을 사용하여 자세 인식 모델을 기반으로 자세 추정 알고리즘을 적용한다. 본 논문은 다중 키넥트 센서를 이용한 인간 운동 자세 추정 시스템의 설계 및 구현 방법을 제시하고, 체험형 유니티 3D 운동 게임에 적용한 예시를 설명한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this research, we developed an efficient real-time human exercise pose estimation system using multiple Kinects. The main objective of this system is to measure and recognize the user's posture (such as knee curl or lunge) more accurately by employing Kinects on the front and the sides. Especiall...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, 본 시스템을 사용하여 Unity3D 체험형 운동 게임 콘텐츠인 총총 스텝 마스터 운동 시스템 개발에 적용된 사례를 살펴본다. 마지막으로 결론에서는 본 시스템의 활용 및 향후 연구 방향에 대해서 논한다.
  • 본 논문에서는 먼저 키넥트 센서를 사용한 체험형 운동 게임 및 자세 인식 처리에 관련된 연구를 살펴본다. 그리고 단일 키넥트로 추정이 어려웠던 운동 자세 (예를 들어, 런지나 니컬) 인식을 위하여 본 연구에서 제안하는 다수의 키넥트 센서에 기반을 둔 사용자 운동 동작 자세 추정 시스템의 설계 및 구현을 설명한다.
  • 본 연구에서는 유니티 체험형 운동 게임에서 사용 가능한 사용자의 운동 자세 정보를 보다 정확히 인식하기 위하여, 여러 개의 키넥트 입력장치를 연동한 클라이언트-서버 구조로 된 운동 자세 추정 시스템을 개발하였다. 키넥트 센서에서 제공하는 골격 정보에서 일부 특징 점을 추출하여 각각의 특징벡터를 생성하여 만든 운동 자세 인식 모델을 사용하였고, 다수의 키넥트 장치로부터 입력된 골격 정보로부터 특징값에 가중치를 두고 자세 인식률 계산에 사용하는 방식으로 시스템을 설계하고 구현하였다.
  • 본 연구에서는 한 대의 키넥트 센서를 사용함으로써 발생되는 가려짐 문제 등을 극복하기 위하여, 다수의 키넥트 센서를 활용하여 사용자의 운동 동작 자세를 인식하고 판별해서 볼 수 있도록 알려주는 시스템을 설계 개발하였다. 이전 연구에서 키넥트를 이용해서 사용자의 운동 자세를 인식하는 모델링을 통하여 한 대의 정면에 위치한 키넥트 만으로 12종 사용자의 운동 자세를 파악하였다[2].
  • 고령자를 위한 기능성 걷기 게임인 ‘팔도강산3’ 연구에서는 키넥트 센서를 이용한 사용자의 동작 인식을 이용하여 시장보기 게임을 개발하였다[5]. 이 게임은 사용자가 시장을 걸어 다니며 가게 앞에서 파는 음식이 등장할 때 주어진 임무에 맞는 음식을 기억하여 왼 손 또는 오른 손으로 그 가게 앞에서 손을 들어 선택하여 물건을 구입하면 점수를 얻는 방식으로, 사용자의 기억력향상과 선택적 반응 능력을 향상시키는 것을 목표로 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구의 다수의 키넥트 센서를 이용한 효율적인 실시간 운동 자세 추정 시스템의 목적은 무엇인가? 본 연구에서는 다수의 키넥트 센서를 이용하여 효율적인 실시간 운동 자세 추정 시스템을 설계하고 개발하였다. 이 시스템은 정면과 측면에 키넥트 센서를 사용하여, 한 개로 추적이 어려웠던 사용자의 특정 자세 (예를 들어, 무릎컬 또는 런지)를 보다 정확하게 측정하고 인식하는 것을 목적으로 한다. 그리고 추후 다양한 자세를 지원할 수 있도록 확장 가능하고 모듈화 된 방법으로 설계되었다.
엑서 게임이란 무엇인가? 그 중 활발하게 연구되고 있는 분야로 엑서 게임 (Exergame)이 있다[1]. 엑서 게임이란 운동과 비디오 게임을 결합한 기능성 게임으로 운동을 게임 콘텐츠로 만들어 사람들로 하여금 재미있게 운동을 유도하여 건강한 삶을 이끌도록 하고 있다.
키넥트 V2가 기존 키넥트 컨트롤러에 비해 나은 점은 무엇인가? 최근 마이크로소프트사에서는 Xbox One 게임기를 출시하며 더욱 성능이 개선된 키넥트 V2 컨트롤러를 제공하였다. 키넥트 V2는 기존 키넥트 컨트롤러에 비해 해상도도 많이 높아지고, 동시 사용할 수 있는 사용자의 숫자도 6명으로 늘었을 뿐만 아니라 다양한 표정이나 인체의 꺾이는 부분에 대한 각도 등을 측정할 수 있도록 성능이 좋아졌다. 그러나 키넥트 한 대를 사용할 경우 사용자 몸의 일부분이 다른 일부분을 가리는 등과 같은 특정 자세에 대하여 떨어지는 인식 성능 때문에 이에 대한 개선이 필요하다.
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참고문헌 (10)

  1. E. Brox, L.F. Luque, G.J. Evertsen, J.E.G. Hernandez, "Exergames for elderly: Social exergames to persuade seniors to increase physical activity," Proceedings of the 5th IEEE International Conference on Pervasive Computing Technologies for Healthcare (PervasiveHealth) and Workshops, Dublin, May 23-26, pp. 546-549, 2011. 

  2. K. S. Park, "Development of Kinect-based Pose Recognition Model for Exercise Game," KIPS Transactions on Computer and Communication Systems, vol. 5, no. 10, pp. 303-310, Oct. 2016. 

  3. Y. J. Na, H. Jung, C. Wang, and S. D. Min, "Design of Game Contents for Dementia Prevention using Kinect," in Proceedings of Bio-Medical System Conference, Hoengseong-gun Gangwon-do, pp. 13-15, 2015. 

  4. G.-F. He, J.-W. Park, S.-K. Kang, and S.-T. Jung, "Development of Gesture Recognition-Based 3D Serious Games," Journal of Korea Game Society, vol. 11, no. 6, pp. 103-114, Nov. 2011. 

  5. K. S. Kim, Y. J. Lee, and S. S. Oh, "Development of Analysis of a Walking Game 'Paldokangsan3' Using Kinect," Journal of Korea Game Society, vol. 14, no. 1, pp. 49-58, Jan. 2014. 

  6. J. G. Kim, S.-G. Kim, Y. H. Joo, and J. B. Park, "Human posture recognition using Kinect sensor" in Proceedings of 43rd Annual Conference of the Korean Institute of Electrical Engineers, Jeongseon-gun, Gangwon-do, pp. 1371-1372, 2012. 

  7. S. Cho, H. Byun, H. K. Lee, and J. Cha, "Arm Gesture Recognition for Shooting Games based on Kinect Sensor," Journal of KIISE: Software and Applications, vol. 39, no. 10, pp. 796-805, 2012. 

  8. H. S. Choi, "Kinect-based Motion Recognition Model for the 3D Contents Control," Journal of the Korea Contents Association, vol. 14, no. 1, pp.24-29, Jan. 2014. 

  9. J. Yang, H. Li, and Y. Jia, "Go-ICP: Solving 3D Registration Efficiently and Globally Optimally," in Proceedings of IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV), Sydney, Australia, pp. 1457-1464, 2013. 

  10. D. H. Seo, K. S. Park, and D. K. Kim, "Design and Development of Virtual Reality Exergame using Smart Mat and Camera Sensor," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 20, no. 12, pp.2297-2304, Dec. 2016. 

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