본 논문에서는 마비/편마비 환자의 손 재활운동을 위한 증강현실 인터랙션을 통한 재활운동시스템을 제안한다. 주로 기계적 장치에 의존하고 있는 기존의 마비환자 재활운동시스템에서 가정에서 손쉽게 재활훈련을 수행할 수 있도록 시스템을 구성하기위하여 컴퓨터 비전 기법을 이용하여 재활훈련에 필요한 장비를 최소화하고 좀 더 간편하게 설치하여 사용할 수 있도록 하는데 초점을 맞추었다. 본 논문에서 제안된 방법은 손끝의 움직임과 상태를 손끝마커의 위치와 접촉여부를 검사함으로써 인터랙션 상태를 점검한다. 한대의 카메라로부터 입력되는 손끝 마커의 2차원 위치는 3차원 객체와의 인터랙션을 위하여 ARToolKit 마커를 기반으로 보정된 3차원 카메라 공간상의 좌표로 변환되어 사용된다. 3차원 좌표계로 변환과정을 거친 손끝 마커의 3차원 위치는 3차원 객체와의 인터랙션에 반영함으로써 증강현실 기반의 인터랙션을 구현하였다. 본 논문에서 제시한 인터랙션 기법의 구현내용을 실험결과에서 나타내었고, 증강현실 기반 테이블탑 환경에서 마비환자의 재활운동에 활용될 수 있음을 나타내었다.
본 논문에서는 손가락 관절의 운동범위와 MediaPipe 손 추적기를 이용하여 3 차원 손 추적 방법을 설계하였다. MediaPipe 손 추적기가 추정한 신뢰할 수 있는 2 차원 좌표를 바탕으로 손 랜드마크의 깊이를 추정한 후, 손가락 관절 운동범위와 부합한 결과를 도출하였다. 본 논문에서 제안한 3 차원 손 추적 방법은 전용 하드웨어 없이 동작하며 기존의 3 차원 손 추적기에 비해 보다 직관적인 인간-컴퓨터 인터페이스 확산에 긍정적 영향을 줄 것으로 기대한다.
본 연구에서는 저 레이놀즈수 유동에서 flapping운동을 하는 익형이 가질 수 있는 2차원 평면상의 운동궤적에 따른 공력특성을 연구하였다. 익형이 유동흐름방향으로 왕복 운동하는 lead-lag운동과 plunging운동의 조합으로 2차원 평면상에 나타날 수 있는 여러 운동궤적을 합성하여 flapping 주파수 변화에 따른 공력계수들의 변화를 살펴보았다. 상하방향의 순수 plunging운동에 lead-lag운동을 추가함으로써, 평균추력계수와 평균양력계수를 증가시킬 수 있는 운동궤적이 존재함을 확인하였다. 아울러 운동주기 동안 나타나는 추력계수와 양력계수의 변화를 비교하여 upstroke와 downstroke시 나타나는 공력특성을 파악하였다.
본 논문은 한 장의 영상 속에 포함되어 있는 물체들이 외관상의 3차원 운동이 가능하도록 하는 방법을 제시한다. 이전 연구들은 여러 장의 영상으로부터 영상 기반 모델링 기법들을 이용하여 3차원 모델을 생성하거나 소실점을 이용한 카메라 보정을 통하여 장면을 입방체로 모델링하여 3차원 모델을 생성하는 방식으로 접근하였다. 그러나 본 논문에서는 장면의 기하학적 정보나 카메라 보정 없이 장면 속 물체의 영상 기반 운동(image-based motion)의 가능성을 제시한다. 구현된 시스템은 영상을 시점에 관한 사영 평면으로 생각하고 사용자에 의해 입력된 선과 점의 정보를 이용하여 사영된 3차원 물체의 2차원 모양을 모델링한다. 그리고 모델링된 물체는 3차원 운동을 하기 위한 지역 좌표계로서 소실점을 이용한다.
1자유도 회전운동(Rolling-Motion)을 재현할 수 있는 운동의자와 실시간 3차원 가상현실 기반의 시뮬레이터를 개발하여 그래픽과 운동의 통합을 연구하였다. 영상은 실시간 3차원 가상환경을 재생하며, 운동의자는 여기에 동기한다. 영상의 가시화는 Head-Mounted Display와 3자유도 트랙커(Tracker)를 이용해 이루어지며, 조이스틱(Joystick)을 이용해 가상환경 내에서 네비게이션한다. 1자유도 운동의자를 통해 탑승자는 항공기 동역학 모델에 기반한 정면 회전(Roll) 운동을 체감할 수 있으며, 제한된 공간 내에서 체감을 최대화하기 위해 워시아웃 필터(Washout Filter)가 응용되었다. 제작된 시뮬레이터는 일반 아케이드 시뮬레이터 게임의 프로토타입을 제공하며 탑승감 연구 등에 쓰일 수 있다.
기존의 3차원 동적 운동기기를 통한 연구는 체간 안정화 운동에 주목하였으나, 본 연구에서는 이러한 연구들이 자세균형에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 훈련에 참여한 피험자는 요부와 하지 근육에 이상이 없는 20대 남녀 24명을 대상으로 하였으며, 체간 안정화 및 자세균형 훈련은 주 3회 15분씩 4주간에 걸쳐 진행되었다. 자세균형능력평가는 Balance System SD을 이용하였으며, 20초 동안 신체의 중심이 흔들리지 않고 한 점에 유지하는 능력인 자세 안정성 검사와 8가지 방향으로의 이동능력 평가인 자세 한계성 검사로 이루어졌다. 연구 결과 3차원 동적 운동기기를 이용한 4주간의 훈련이 자세균형 향상에 도움을 주었으며, 이는 3차원 동적 운동기기를 낙상 위험이 높은 고령자나 자세균형 훈련이 필요한 운동선수들에게 적용하기 위한 기초자료로써 활용될 수 있을 것이나 예상된다.
본 논문에서는 일반적인 2차원 영상에서 운동 시차론 이용하여 서로 다른 원근 깊이를 갖는 입체 영상을 생성하고, 2차원 영상에서 운동 물체의 운동 방향과 속도에 상관없이 3차원 효과를 제공할 수 있는 입체 영상 변환 방법을 제안하고자 한다. 입체 영상은 제안한 움직임 검출, 영역 분할, 그리고 깊이 지도 생성 방법을 이용하여 인접한 2차원 영상 사이에서 운동 시차를 계산하여 생성된다. 제안한 방법은 다양한 영상원에 대해서 실시간으로 입체 영상 변환이 가능하며, MTD 방식과의 성능 비교를 통하여 제안한 방법의 성능 평가를 수행하였다.
본 연구에서는 3차원 비정렬 중첩격자계를 이용한 서로 겹쳐진 물체들 간의 상대운동 해석기법에 대한 연구를 수행하였다. 홀 컷팅 과정에서 격자요소를 구성하는 모든 격자점들이 다른 물체의 내부에 위치하는 물체 경계의 격자요소들을 계산에서 제외하였고, 일부분이 다른 물체의 내부에 위치하는 격자요소들은 계산영역에 포함하였다. 비정상 유동의 계산을 위해 계산에서 제외되는 비활성 격자요소들에 내삽과 외삽을 통해 적절한 유동값을 부여하여, 상대운동이 진행됨에 따라 다음 시간단계에서 새롭게 활성 격자로 분류될 때 이전 시간에서의 유동값으로 이용될 수 있도록 하였다. 해석기법을 이용하여 기존에는 해석이 불가능했던 3차원 날개의 내부에서 발사체가 사출되는 운동과 발사체의 동체에서 다수의 핀이 전개되는 운동을 해석하였다.
본 연구는 schroth 운동(3차원적 융합운동)이 폐기능과 Cobb's angle, scoliometer angle과 척추세움근의 근활성도에 미치는 영향을 알아보기 위해 실시되었다. Cobb's angle $10^{\circ}$ 이상의 특발성 척추측만증을 가지고 있는 학생 40명을 대상으로 각각 20명의 슈로스운동군과 전통적인 치료군으로 나누어 총 8주간 주 3회, 회당 60분의 운동을 실시하였다. 8주간의 Schroth 운동을 적용한 그룹에서는 Cobb's angle과 갈비뼈 돌출부, 폐활량, 체간의 확장, 오른쪽 흉추부위의 활성도에 유의한 차이를 보였다. 8주간의 전통적인 측만증 운동을 실시한 그룹에서는 체간의 확장성에서 유의한 차이를 보였다. 본 연구의 결과를 통해 3차원적 접근법인 슈로스운동이 특발성 척추측만증 환자의 흉추측만각도의 감소와 폐기능의 향상을 목적으로 한 중재기법으로 기존의 운동방법보다 효과적이라고 할 수 있다. 따라서 차후의 연구에서는 척추측만증이 장기간의 관리와 치료가 필요한 질환임을 이해하고 이에 따라 체계적인 자세관리와 3차원적 융합운동 프로그램의 적용이 필요하다고 사료된다.
본 논문에서는 압전체의 타원 운동을 이용한 선형 Micro-Positioning Actuator(MPA)에 대한 설계 및 해석 기법을 제안하였다. 또한 MPA의 해석을 위해 3차원 압전체의 유한요소의 정식화를 통한 유한요소 해석기법의 검증을 수행하였다. 검증된 3차원 유한요소 해석을 이용하여 MPA의 공진 특성 즉 impedance, 모드, 그리고 타원운동 해석을 하였다. 마지막으로 제안된 해석기법을 이용하여 기계 시스템을 고려한 MPA의 최종 설계를 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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