[논문]체감형 게임을 위한 운동 동작 기반 인터페이스 설계

장원준; 길영익; 서혜란; 성보경; 김다인; 고일주

doi:10.7583/jkgs.2019.19.4.15

체감형 게임을 위한 운동 동작 기반 인터페이스 설계
Interface Design for Motion-Based Physical Interactive Games 원문보기

한국게임학회 논문지 = Journal of Korea Game Society, v.19 no.4, 2019년, pp.15 - 26

장원준 (숭실대학교 정보통신소재융합학과) , 길영익 (숭실대학교 정보통신소재융합학과) , 서혜란 (숭실대학교 정보통신소재융합학과) , 성보경 ((주)피디케이리미티드) , 김다인 (숭실대학교 글로벌미디어학부) , 고일주 (숭실대학교 정보통신소재융합학과)

초록
AI-Helper

체감형 게임은 현대인의 신체활동을 늘릴 수 있는 대안으로 관심이 높아지면서 운동성과 관련된 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 본 논문에서는 체감형 게임을 위한 운동 동작 기반의 인터페이스를 설계한다. 운동 상황에서 사용되는 운동 동작으로 인터페이스를 설계하고 달리기 기반 체감형 게임에 적용하였다. 그 결과 운동성이 내포된 동작을 콘텐츠에 적용함과 동시에 게임 오브젝트를 활용하여 운동 프로그램 형태로 운동 동작을 유도할 수 있었다. 본 논문에서 설계한 인터페이스는 ICT기술을 적용하여 제작을 시도했다는 점에서 의의가 있고, 확장성이 높은 특성으로 인해 다른 종목의 체감형 게임 인터페이스로 활용이 가능할 것으로 기대한다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, an interface for the physical interactive game based on the exercise movement was designed. The interface which uses exercise motion detects was designed and applied to the physical interactive game. As a result, this application to the contents was made possible by combining the physical movements that involve motility through the training method. Furthermore, accurate exercise motions that correspond to each situation were induced using the game objects. The developed interface is expected to be used in a physical interactive game that incorporates other types of exercises.

주제어

표/그림 (17)

그림 [Fig. 1] Nike Kinect Training
그림 [Fig. 2] Physical interactive game of Rehabilitation training
그림 [Fig. 3] Wii Balance Board
그림 [Fig. 4] Zwift Run Pod
그림 [Fig. 5] Just Dance Game & Joy Con
표 [Table 1] Exercise action for Interface
그림 [Fig. 6] System Architecture of Interface
그림 [Fig. 7] Smart Floor
그림 [Fig. 8] Smart Floor Controller
그림 [Fig. 9] Game Flow Chart
그림 [Fig. 10] Effect Items of the Game
그림 [Fig. 11] Obstacles of the Game
그림 [Fig. 12] Functional Area of Smart Floor
그림 [Fig. 13] Studio of Physical Interactive Game
그림 [Fig. 14] Game Interface
표 [Table 2] Exercise Program for Content
그림 [Fig. 15] Playing Scenes of the Game: (a) Running in Place, (b) Jump, (c) Squat Touch

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 논문에서는 체감형 게임의 운동 효과증대를 위한 운동 동작 기반의 체감형 인터페이스를 제작한다. 그리고 이를 콘텐츠에 적용하기 위해 누구나 쉽게 접할 수 있는 달리기를 소재로 체감형 게임을 구현한다.
단순히 몸을 많이 움직이는 체감형 게임은 재미를 제공할 수 있지만 플레이어의 목적에 맞는 운동효과를 제공하는 데에는 어려움이 있다. 따라서 운동 동작 기반 체감형 게임의 인터페이스 개발에 앞서 트레이닝 상황에서 많이 사용하는 운동 동작을 정의하고, 정확한 동작을 적용하여 기존 체감형게임 인터페이스보다 높은 운동 효과를 플레이어에게 제공하고자 하였다.
본 논문에서는 기존의 체감형 게임의 인터페이스를 생각하고 체험을 시작한 플레이어에게 예상하지 못한 운동 동작 기반 체감형 인터페이스 경험을 제공하고, 게임 체험을 통해 운동 효과를 제공하는 것을 목표로 운동 동작 인터페이스를 설계하고 이를 기반으로 체감형 달리기 게임을 구현하였다. 특히 스포츠와 IT기술이 융합된 형태의 체감형게임 콘텐츠를 개발하고자 운동성이 내표된 새로운 체감형 인터페이스와 소프트웨어를 동시에 제작하는 시도를 하였다는 점에서 의미가 있었다.
그리고 소도구형 인터페이스는 전체 신체를 인식하는데 어려움이 있으나 단순한 센서를 목적에 맞게 재해석하여 다양하게 활용할 수 있다는 장점이 있어 다른 분야 또는 종목으로의 확장이 용이하다. 본 논문에서는 다른 분야로의 확장이 용이한 소도구형 인터페이스의 단점을 보완하여 트레이닝 상황에서 가장 많이 사용되는 운동동작을 적용하고 플레이어의 정확한 동작을 유도할 수 있는 인터페이스를 개발하고자 한다.
체감형 게임의 인터페이스는 크게 두 가지 종류로 나누어 볼 수 있다. 본 논문에서는 선행연구를 통해 기존의 인터페이스를 맨몸형과 소도구형으로 구분하여 알아보고자 한다.
제자리 달리기 동작은 달리기 기반 체감형 게임의 기본 동작이 되며, 유산소 운동 효과를 제공하기 위해 선정하였다. 무릎을 골반위치까지 올리고 양 발을 번갈아가며 실시하도록 한다.
체감형 운동 게임은 실제 트레이닝 시 지루하게 느낄 수 있는 운동 동작의 반복 행위를 재미를 더해 즐겁게 실시할 수 있도록 하는데 목적이 있다. 단순히 몸을 많이 움직이는 체감형 게임은 재미를 제공할 수 있지만 플레이어의 목적에 맞는 운동효과를 제공하는 데에는 어려움이 있다.

제안 방법

IR센서 모듈은 서전트 점프와 스쿼트 터치 동작을 인식하는 인터페이스 역할을 한다. 1개의 투광기와 수광기를 세트로 정의하고, 바닥에서 30cm높이에 1세트를 설치하여 제자리 달리기 동작과 서전트 점프 동작을 인식하고, 추가로 바닥에서 150cm 높이에 1세트를 설치하여 바닥 터치 동작을 인식하도록 설치하였다. 각 모듈은 서로 빛을 수신하게 될 때를 동작 수행으로 판단하여 시스템에 반영하도록 설계하였다.
4개의 무게 센서가 내장되어 실시간으로 압력의 세기를 추출하고 이를 통해 플레이어의 신체 균형과 무게중심을 계산하여 신체 동작의 정확성을 판단한다[17]. 이는 무게 센서를 통해 신체 전체의 동작을 인식하여 피드백을 제공한다는 점에서 소도구형 인터페이스는 단순한 센서를 목적에 맞게 재해석하여 다양하게 사용할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
LED를 이용하여 게임 아이템 및 기능에 대한 정보를 아이콘 형태로 표현하고, 플레이어의 운동영역과 긴급 상황에서의 제어 영역을 구분하여[Fig. 8]와 같이 표현한다.
1개의 투광기와 수광기를 세트로 정의하고, 바닥에서 30cm높이에 1세트를 설치하여 제자리 달리기 동작과 서전트 점프 동작을 인식하고, 추가로 바닥에서 150cm 높이에 1세트를 설치하여 바닥 터치 동작을 인식하도록 설치하였다. 각 모듈은 서로 빛을 수신하게 될 때를 동작 수행으로 판단하여 시스템에 반영하도록 설계하였다.
각 칸의 기능 인식은 FSR센서를 통해 물리적인 압력을 인식하여 시스템과 상호작용이 가능하도록 였으며, 초록색LED 사각형 모양의 운동 영역에서는 압력 값의 크기에 따라 플레이어의 정지 상태, 걷기, 달리기 상태를 구분하여 시스템에 반영이 가능하도록 하였다. 따라서 스마트 플로어에서는 FSR센서를 통해 달리기와 관련된 운동 동작과사이드 스텝 터치 동작을 인식하는 인터페이스 역할을 수행한다.
게임 오브젝트는 크게 아이템 오브젝트와 장애물 오브젝트로 나누어 구성하였다. [Fig.
이처럼 게임 내 출현하는 오브젝트들은 게임 결과에 큰 영향을 미쳐 플레이어가 적절한 동작을 수행하여 운동 효과를 제공받을 수 있도록 하였다. 그리고 게임 오브젝트를 통해 운동 프로그램이 콘텐츠에 적용되도록 하였다.
제자리 달리기와 사이드 스텝 터치의 경우에는 햄버거와 쓰레기통 오브젝트로 플레이어에게 게임 내 캐릭터를 움직일 수 있도록 유도하였다. 그리고 서전트 점프 유도를 위해 작은 허들 오브젝트를 출현시켜 게임 내 케릭터가 점프를 하며 피할 수 있도록 하였고, 높은 허들 오브젝트가 출현할 때에는 캐릭터가 허리를 숙여 피할 수 있도록 스쿼트 터치 동작을 실시할 수 있도록 하였다. [Fig.
쓰레기통은 좌우 이동 터치 동작을 통해 게임 내 캐릭터를 좌우로 이동시켜 피할 수 있으며, 낮은 허들의 경우 서전트 점프 동작을 수행할 시 캐릭터가 점프를 하여 피할 수 있도록 하였다. 마지막으로 높은 허들의 경우 바닥 터치 동작을 유도하기 위해 출현하며, 동작을 수행하면 캐릭터가 높은 허들을 통과하여 지나갈 수 있도록 하였다.
본 논문에서 구현한 체감형 게임에서 제공하는 운동 효과를 극대화하기 위한 실험 방법으로 인터페이스를 이용하여 수행해야 하는 운동 동작을 조합하여 운동 프로그램 형태로 적용하였다. 운동 프로그램은 2개 이상의 운동 동작을 일정 시간이나 횟수를 반복, 순환하며 실시하는 서킷 트레이닝과 운동 동작 사이에 불완전한 휴식을 제공하여 운동효과를 향상시키는 인터벌 트레이닝의 개념을 적용하여 [Table 2]와 같이 구성하였다.
서전트 점프는 지면에서 인식되는 압력이 없고, 점프 시 무릎을 가슴으로 끌어당기는 특징을 적용하기 위해 제자리 달리기와 마찬가지로 발 위치를 인식하도록 적용하였다. 사이드스텝 터치 동작은 플레이어가 좌우측으로 이동해야하는 특징을 가지고 있기 때문에 좌우측 이동 공간을 지정하고 해당부분에 FSR센서를 통해 압력값을 추출하여 이동여부를 판단하도록 하였다. 마지막으로 스쿼트 터치 동작은 제자리에서 스쿼트동작을 실시하여 바닥을 터치함으로 바닥부의 압력여부를 인식하고 플레이어의 머리의 위치가 아래로 내려가기 때문에 이를 인식하기 위해 플레이어가 서 있을 때의 머리 높이에 IR센서를 부착하였다.
플레이어가 올바른 위치에서 제자리 달리기를 실시 여부를 파악하기 위해 바닥면에 FSR센서를 부착하여 압력 데이터를 추출하고, 제자리 달리기 시 무릎을 골반 위치까지 올려야 높은 운동 효과를 제공할 수 있다는 특징을 적용하기 위해 무릎을 골반 높이로 올렸을 때의 발 위치를 인식하도록 하여 적용하였다. 서전트 점프는 지면에서 인식되는 압력이 없고, 점프 시 무릎을 가슴으로 끌어당기는 특징을 적용하기 위해 제자리 달리기와 마찬가지로 발 위치를 인식하도록 적용하였다. 사이드스텝 터치 동작은 플레이어가 좌우측으로 이동해야하는 특징을 가지고 있기 때문에 좌우측 이동 공간을 지정하고 해당부분에 FSR센서를 통해 압력값을 추출하여 이동여부를 판단하도록 하였다.
앞서 선정한 4가지 운동 동작을 인터페이스에 적용하기 위해 운동 동작별 특징 분석을 실시하여 플레이어의 운동 동작을 인식하기 위한 센서의 위치를 지정하였다.
운동 동작 기반 인터페이스는 플레이어의 신체능력 및 사이즈에 따라 변형이 가능하도록 설계하였다. 체감형 게임 플레이 전 IR센서 모듈의 높이를 플레이어의 신체에 적합하게 조절하여 맞춘 후 진행한다.
본 논문에서 구현한 체감형 게임에서 제공하는 운동 효과를 극대화하기 위한 실험 방법으로 인터페이스를 이용하여 수행해야 하는 운동 동작을 조합하여 운동 프로그램 형태로 적용하였다. 운동 프로그램은 2개 이상의 운동 동작을 일정 시간이나 횟수를 반복, 순환하며 실시하는 서킷 트레이닝과 운동 동작 사이에 불완전한 휴식을 제공하여 운동효과를 향상시키는 인터벌 트레이닝의 개념을 적용하여 [Table 2]와 같이 구성하였다.
이처럼 체감형 게임의 인터페이스를 맨몸형과 소도구형으로 나누어 알아보았다. 맨몸형의 인터페이스는 별도의 센서를 부착하거나 소지하지 않고 인터렉션이 가능하다는 점과 신체 주요 골격의 위치 데이터를 추출하여 정확한 동작과 움직임에 대한 피드백이 가능하다는 장점이 있었다.
운동 동작 기반의 체감형 게임을 위해서는 대중들에게 익숙한 운동 동작을 적용하여 진입장벽을 낮추어야 한다. 최근 대중들에게 높은 인기를 얻고 있는 타바타, 인터벌, 서킷 트레이닝에서 사용하는 운동 동작 중에서 대중들에게 익숙하고 달리기 기반 체감형 게임에 적합한 4가지 운동 동작을[Table 1]과 같이 선정하였다.
제자리 달리기는 무릎을 골발 위치까지 올려야 적절한 운동 효과를 제공한다는 특징을 가진다. 플레이어가 올바른 위치에서 제자리 달리기를 실시 여부를 파악하기 위해 바닥면에 FSR센서를 부착하여 압력 데이터를 추출하고, 제자리 달리기 시 무릎을 골반 위치까지 올려야 높은 운동 효과를 제공할 수 있다는 특징을 적용하기 위해 무릎을 골반 높이로 올렸을 때의 발 위치를 인식하도록 하여 적용하였다. 서전트 점프는 지면에서 인식되는 압력이 없고, 점프 시 무릎을 가슴으로 끌어당기는 특징을 적용하기 위해 제자리 달리기와 마찬가지로 발 위치를 인식하도록 적용하였다.
그리고 이를 콘텐츠에 적용하기 위해 누구나 쉽게 접할 수 있는 달리기를 소재로 체감형 게임을 구현한다. 플레이어의 운동성을 확보하기 위해 달리기 동작 이외에 운동 동작을 추가로 정의하여 인터페이스에서 인식하고, 트레이닝 방법을 적용하여 게임을 통해 플레이어에게 운동효과를 제공하도록 구성하였다.

성능/효과

결과적으로 본 논문에서 제안하는 운동 동작 기반의 체감형 인터페이스는 운동성이 내포된 동작을 트레이닝 방법을 이용하여 조합하고 이를 콘텐츠에 적용한 시도들은 새로운 체감형 게임 콘텐츠와 인터페이스를 제공하고자 하는 목적에 부합한 특징이라고 할 수 있었다. 본 논문은 제한된 운동 동작을 이용하여 인터페이스를 설계하였다는 점과 체감형 게임에 적용된 운동 효과 측정에 한계가 있다.
특히 기존의 체감형 게임의 인터페이스의 특성인 정지된 동작 기반의 인터페이스와 본 논문에서 설계한 운동 동작 기반의 체감형 인터페이스는 신체를 움직여 게임을 진행하는 특징은 일치하지만 운동성이 내포된 동작 기반의 인터페이스와 운동프로그램 적용을 위해 게임에서 출현하는 오브젝트를 사용했다는 점에서 기존의 체감형 게임 설계의 방향과는 차이점이 있다. 일반인들이 쉽게 즐길 수 있고 익숙한 형태의 스포츠를 체감형 게임으로 제작하여 그에 맞는 인터페이스 개발이 이루어진다면 신체활동을 높일 수 있는 대안으로 체감형 게임에 대한 관심이 증가하고 이에 관한 연구개발이 활발한 시점과 맞물려 방향성을 제시할 수 있었다.

후속연구

본 논문은 제한된 운동 동작을 이용하여 인터페이스를 설계하였다는 점과 체감형 게임에 적용된 운동 효과 측정에 한계가 있다. 그러나 트레이닝 방법을 통해 플레이어의 신체 동작을 정의하고 게임 오브젝트와 인터페이스를 통해 체감형 게임에 적용하는 방법은 체감형 게임과의 상호작용을 위한 새로운 동작과 운동효과를 찾고자 하는 방법의 기반을 마련하였다는 점에서 다른 종목으로의 확장이 가능할 것으로 기대한다.
결과적으로 본 논문에서 제안하는 운동 동작 기반의 체감형 인터페이스는 운동성이 내포된 동작을 트레이닝 방법을 이용하여 조합하고 이를 콘텐츠에 적용한 시도들은 새로운 체감형 게임 콘텐츠와 인터페이스를 제공하고자 하는 목적에 부합한 특징이라고 할 수 있었다. 본 논문은 제한된 운동 동작을 이용하여 인터페이스를 설계하였다는 점과 체감형 게임에 적용된 운동 효과 측정에 한계가 있다. 그러나 트레이닝 방법을 통해 플레이어의 신체 동작을 정의하고 게임 오브젝트와 인터페이스를 통해 체감형 게임에 적용하는 방법은 체감형 게임과의 상호작용을 위한 새로운 동작과 운동효과를 찾고자 하는 방법의 기반을 마련하였다는 점에서 다른 종목으로의 확장이 가능할 것으로 기대한다.
새로운 형태로 제안되는 체감형 게임과 실제 스포츠 활동을 하는 것과 동일한 형태가 아니더라도 다양한 동작을 통하여 새로운 경험을 제공하고, 운동성까지 보장할 수 있게 된다면 현실과 체감형 게임과의 거리감을 좁혀질 수 있을 것으로 기대해볼 수 있겠다.
이처럼 현대인의 건강에 대한 니즈와 함께 신체활동의 대안으로 발전하고 있는 체감형 게임에 대한 확산과 관심을 이어가기 위해서는 기존의 체감형 게임의 사례와 체감형 게임의 인터페이스 요소에 대한 이해를 바탕으로 운동 효과를 증대시켜 체험자들에게 긍정적인 효과를 제공하기 위해 새로운 인터페이스를 연구하고 구현할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	체감형 운동 게임의 목적은?	체감형 운동 게임은 실제 트레이닝 시 지루하게 느낄 수 있는 운동 동작의 반복 행위를 재미를 더해 즐겁게 실시할 수 있도록 하는데 목적이 있다. 단순히 몸을 많이 움직이는 체감형 게임은 재미를 제공할 수 있지만 플레이어의 목적에 맞는 운동효과를 제공하는 데에는 어려움이 있다.
	체감형 게임과 다른 기능성 게임의 차이는?	체감형 게임은 다른 기능성 게임과는 다르게 자신의 몸으로 게임을 제어하기 때문에 상호작용적 커뮤니케이션과 운동성이 부각되는 특징을 가진다[6]. 사용자가 게임을 즐기면서 상황에 맞게 능동적으로 신체를 움직여 운동효과를 제공받으며, 자신이 게임 속에서 행동한다는 기분을 느끼면서 몰입을 통해 효과적인 운동 효과를 기대할 수 있다.
	체감형 게임을 통해 얻을 수 있는 효과는?	체감형 게임은 다른 기능성 게임과는 다르게 자신의 몸으로 게임을 제어하기 때문에 상호작용적 커뮤니케이션과 운동성이 부각되는 특징을 가진다[6]. 사용자가 게임을 즐기면서 상황에 맞게 능동적으로 신체를 움직여 운동효과를 제공받으며, 자신이 게임 속에서 행동한다는 기분을 느끼면서 몰입을 통해 효과적인 운동 효과를 기대할 수 있다. 게임의 유희적인 특성과 운동성을 접목한 체감형 게임에서는 몰입과 운동성을 부각할 수 있는 체감형 게임에 맞는 동작 인터페이스를 제작해야하며, 다양한 운동과 운동 프로그램과의 결합을 통해 새로운 콘텐츠를 개발하고 대중화하기 위한 노력을 시도해야 한다[7].

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
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