Study on Motion Control Device in VR Environment Using Gyro Sensor

가상현실이란 디지털로 표현된 가상 환경을 뜻하며 인터넷 쇼핑, 아바타 등 기본적으로 디지털 환경을 일컫는 단어이며, 최근에는 머리에 장착하는 디스플레이(HMD : Head Mounted Display)의 등장으로 사용자가 현실과 유사한 환경을 직접 경험하는 체험형 콘텐츠로서 의미를 확장했다. 현재 가상현실은 게임을 비롯한 힐링 콘텐츠, 관광, 군사 시뮬레이션 다양한 분야에서 주목받고 있으며 HMD의 보급 또한 활발하다. 사용자가 가상현실 콘텐츠를 체험하기 위해서는 몇 가지 제약이 발생하는데, 사용자의 시야가 차단되 현실공간감각이 상실된다. 따라서 기존에 사용되었던 입력장치인 키보드, 마우스 등의 사용에 어려움이 있으며 HMD를 개발하는 개발사들은 위의 문제를 해결하고자 가상현실 체험에 특화된 핸드트래킹 디바이스를 제공한다. 하지만 이 또한 상호작용, 이동, 제스처가 손에 집중되어있어 가상환경에 익숙하지 않은 이용자의 사용자 편의가 낮다. 본 논문은 이러한 이동의 문제를 아두이노를 통해 제작한 발 트레킹 디바이스로 이동을 분리시켜 해결하고자 하였다. IMU의 각속도계와 가속도계를 이용해 다리의 궤적을 측정하려 하였고, 이때 발생한 오차는 상보필터를 통해 해결하였다. 또한 기 본적으로 발생하는 센싱-통신-연산 과정에서의 노이즈는 두가지 이동평균기법과 생략평균값을 이용해 안정화 시켰다. 사용자는 해당 장비와 Oculus Rift를 착용하고 Unity3d환경으로 구축된 실험환경에서 임무 수행 속도, 이동방향 오차율등을 측정해 기존 HMD컨트롤러와 본 논문에서 제시하는 컨트롤러를 비교 검증했다. 실험 결과 임무 수행 속도와 이동 오차율 모두에서 본 논문에서 제시하는 장치가 우수한 데이터를 제공하였다. 본 실험 결과를 토대로 이동조작 분리가 높은 접근성을 제공한다는 것을 확인하였다. 본 논문은 HMD 이동 컨트롤러를 포함한 이후 개발되는 다양한 사용자 제스처 인식 컨트롤러에도 적용 가능할것으로 보인다.

In order for a user to experience virtual reality contents, there are some restrictions, and the user s view is blocked and the sense of reality is lost. Therefore, it is difficult to use keyboard, mouse, etc. which are used in the past. Developers who develop HMD provide a hand tracking device specialized in virtual reality experience to solve the above problem. However, this also has a low concentration of interactivity, movement, and gestures in the hands, which makes the user unfamiliar with the virtual environment less user friendly. In this paper, we tried to resolve the problem of movement by separating the movement from a foot trekking device made by Arduino. The trajectories of the legs were measured using the IMU s accelerometer and gyro, In this case, the error was solved through the Complementary filter. Noise in the basically generated (sensing, communication, and computation) is stabilized by using moving average techniques and omission average. The user measured the speed of mission performance and the error rate of movement in the experimental environment constructed with Unity3d environment by wearing the equipment and Oculus Rift. We compared the existing HMD controller with the controller presented in this paper. Experimental results show that the proposed system provides excellent data for both mission speed and error rate. Based on the results of this experiment, it is confirmed that separation of mobile operation provides high accessibility. This paper will be applicable to various user gesture recognition controllers developed later including mobile controllers.