[논문]영상인식기반 증강현실 게임 및 Music Player의 SOC 설계

염선식; 이우이; 지슬아; 홍지현; 임동하; 박철호; 유윤섭

영상인식기반 증강현실 게임 및 Music Player의 SOC 설계
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염선식 (한경대학교 정보제어공학과) , 이우이 (한경대학교 정보제어공학과) , 지슬아 (한경대학교 정보제어공학과) , 홍지현 (한경대학교 디자인학과) , 임동하 (한경대학교 전기전자제어공학과) , 박철호 (한경대학교 전기전자제어공학과) , 유윤섭 (한경대학교 전기전자제어공학과)

의학의 발달로 인해 전세계적으로 인구의 고령화가 진행되어 노인 인구가 차지하는 비중이 갈수록 증가하고 있다. 본 논문은 고령자를 위한 작품으로 카메라와 FPGA Board, Touch Panel을 유기적으로 결합하여 음악감상과 운동효과를 가져올 수 있는 게임을 포함한 하드웨어기반 시스템을 소개한다. 간단히 공을 화면에 맞추는 게임과 손 모양 인식에 따라 음악을 제어할 수 있는 부분의 설계와 알고리즘을 기술하고 있다. 본 시스템은 노인들에게 편리하고 간단한 UI를 제공하여 실내에서 여가 시간을 보낼 때 부담이 가지 않는 운동을 할 수 있는 게임을 하며 음악을 들으면서 건강증진, 치매예방 및 심신을 안정시킬 수 있다. 본 시스템은 평균 77% 이상 동작인식성공률을 가진다.

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문제 정의

본 논문에서는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)[5]를 이용해 하드웨어 기반의 시스템을 만들어 저렴하고 속도가 빠르며 하나의 칩으로 프로그래밍하여 간결한 UI와 시스템을 제공하는 영상인식기반 증강현실 게임 및 MP3 플레이어의 SOC(System-On Chip) 설계를 소개한다.
본 논문은 영상인식기반 증강현실 게임 및 Music Player의 SOC 설계를 소개했다. 간단히 공을 화면에 맞추는 게임과 손 모양 인식에 따라 음악을 제어할 수 있는 부분의 설계와 알고리즘을 설명했다.

제안 방법

증강현실 게임은 게임이 시작되면 지정한 속도(3가지) 및 노래 빠르기에 의해 속도가 변화하는 게임, 총 4가지 모드로 선택을 하게 된다. 게임이 시작 되면 16개로 분할된 화면에 빨간색 칸이 LFSR에 의해 무작위로 이동하게 되고 카메라 영상을 받아 빨간색 공을 이용하여 색상 인식을 하여 사용자가 따라가 맞추는 게임을 하게 된다. LFSR이란 하드웨어 적으로 FPGA를 이용해 난수를 표현하는 방법으로 D-Filpflop을 이용하여 Clock에 동기화 한 후 임의의 비트값을 추출하여 XOR시켜 Feedback하여 난수를 생성한다.
제스쳐 인식은 우선 손의 중심 픽셀을 찾고 화면에 정해진 시간이상 머물러 있게 되면 제스처가 시작이 된다. 손이 좌우가 아닌 상하로 움직이는 동작을 구분해주기 위해서 중심 픽셀의 세로 값이 정해진 구간에 있는지 확인한다. 중심픽셀의 가로값이 계속해서 증가하게 되면 제스처는 오른쪽으로 판단이 되고 점점 감소하면 제스처는 왼쪽으로 판단이 된다.
또 다른 노인을 위한 체감형 게이트볼 게임은 실제 게이트볼 스틱과 볼을 인터페이스로 사용하여 실제 타격감을 주는 3D 그래픽 게임이 발표되었다. 이 시스템은 노인을 위해 화면, 볼의 크기, 눈의 피로감등을 고려한 인터페이스를 만들었다[3]. 또 다른 고령자를 위한 뇌 건강 증진 음악 게임으로 노인들이 탬버린, 대나무 스틱, 모션 밴드를 이용해 음악을 연주하는 방식이 있다.

성능/효과

. 본 시스템은 노인들에게 편리하고 간단한 UI를 제공하여 실내에서 여가 시간을 보낼 때 부담이 가지 않는 운동을 할 수 있는 게임을 하며 음악을 들으면서 건강증진, 치매예방 및 심신을 안정시킬 수 있다. 본 시스템은 평균 77% 이상 동작인식성공률을 가진다.

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