[E3]deview 2012 스마트폰 내장 센서를 이용한 체감형 게임제작

1. 체감형 게임

1-1. 체감형 게임이란?

1) 몸소 체험하며 즐길 수 있는 게임
2) 탁구, 테니스, 복싱, 야구 등의 스포츠를 직접 하는 것 처럼 즐길 수 있음
3) 게임을 하는 재미뿐만 아니라 기능성까지 가미됨
4) 유저와 게임이 상호 작용할 수 있는 기술의 발달로 대중화 되기 시작함
5) 체감형 게임을 즐기기 위해서는 게임기 + 주변기기가 필요함

그림 1) 체감형 게임 플레이

1. 체감형 게임

1-2. 체감형 게임기의 종류는?

1) 닌텐도 Wii
① 체감형 게임기의 시초
② 컨트롤러에 내장된 가속도 센서, 센싱바를 통해 사용자의 움직임 감지
③ 세밀한 움직임 감지 어려움 (정확도 향상을 위해 자이로 센서 추가됨)
④ 전세계 7450만대 이상 판매. 한국 100만대 돌파(2009. 3)
⑤ 대표적 게임 : 위 스포츠, 위 핏, 젤다의 전설 등

그림 2) 닌텐도 Wii (좌), Wii Sports 게임 (우)

1. 체감형 게임

2) 플레이스테이션3 무브
① 플레이스테이션3의 주변기기로 판매됨
② 닌텐도 위와 비슷한 형태의 컨트롤러 제공
③ 카메라를 통해 입력받은 영상을 분석하여 컨트롤러의 수평, 수직 움직임 감지
④ 초음파 센서를 통해 거리 감지
⑤ 컨트롤러에 내장된 자이로 센서, 가속도 센서를 통해 미세한 움직임 감지
⑥ 센서 퓨져닝을 통해 정밀한 움직임 감지 가능
⑦ 대표적 게임 : 킬존, 무브 피트니스, 러브 펫 등

그림 3) 플레이스테이션3 무브 (좌), 킬존3 게임 플레이(우)

1. 체감형 게임

3) XBox360 키넥트
① Xbox360의 주변기기로 판매됨
② 발매 5개월만에 전세계 1000만대 판매 (기네스 등재)
③ 3개의 영상센서 정보에 기반한 영상처리를 통해 사용자의 움직임을 감지
④ 궁극의 체감형 게임기라 불릴 정도로 세밀한 움직임 감지 가능
(5000개가 넘는 사용자 움직임을 구분할 수 있다)
⑤ 별도의 컨트롤러가 필요없다
⑥ 대표적 게임 : 댄스센트럴1/2, 스타워즈, 마이클젝슨 등

그림 4) Xbox360 키넥트 (좌), 댄스센트럴 게임 플레이 (우)

1. 체감형 게임

1-3. PC용 체감형 게임은?

1) 체감형 게임을 PC에서 즐기기 위해서는 전용 주변기기가 필요함.
2) 진동형 자동차 핸들, 조이스틱 등과 같은 특정 장르에 종속적인 인터페이스 장비가 대부분
3) 위 컨트롤러와 같은 기능을 하는 PC 전용 제품이 나와있으나 가격이 비싸고 게임
컨텐츠의 부재로 대중화되지 못함 (14만원)
4) 키넥트도 PC버전이 출시되었지만 가격이 비싸고 컨텐츠가 부족해 대중화에 걸림돌이 됨

그림 5) PC용 드라이빙 휠 (좌) , 조이스틱 (중앙) , 아이스테이션 윙 (우)

1. 체감형 게임

1-4. 우리 잠깐 다른 얘기 해볼까?

1
15,000,000
30,000,000
10명중 3명이
2
스마트폰 사용자!

1. 체감형 게임

1-5. 체감형 게임과 스마트폰

그림 6) 아이폰4 스펙 그림 7) 체감형 게임기 컨트롤러

2. 스마트 폰 내장 센서

2-1. 내장 센서 종류 및 특징

1) 가속도 센서
① X, Y, Z축에 대한 정/동적 가속도를 측정할 때 쓰임
② 정적 가속도 : 핸드폰이 정지해 있을 때 받는 중력 가속도 측정 (기울기 측정)
③ 동적 가속도 : 핸드폰이 움직일 때, 속도의 변화량 측정 (흔들기 측정)
④ 가속도는 짧은 시간에 측정이 가능하지만 회전각도 측정시에는 응답성이 좋지 않음


2) 자이로 센서
① X, Y, Z축에 대한 회전 각속도 측정에 쓰임 (Roll, Pitch, Yaw측정)
② 회전 각속도는 짧은 시간에 측정이 가능하지만 그 값을 신뢰할 수 없음 (Gyro Drift)

3) 지자계 센서
① 절대적인 방위 정보를 얻어올 때 사용 (나침반)
② 측정시 응답성이 좋지 않음

13


2-2. 왜! 3개나 필요할까?

1) 각각의 센서로부터 얻어올 수 있는 값이 다름
2) 센서별 응답성이 상이하고, 그 신뢰도가 다름
3) 3개의 센서로 부터 받은 값을 조합해 짧은 시간 내에 신뢰도 높은 값을 측정할 수 있음
(= 3개의 센서는 상호 보완적이다)

※ Roll, Pitch Yaw 측정
 자이로를 이용해 Roll, Pitch, Yaw를 빠른 시간 내에 얻어올 수 있지만, 신뢰도는 낮음
 가속도 센서를 통해 Roll, Pitch를 얻어오고 값이 Stable해지면 자이로 값을 보정
 지자계 센서를 통해 Yaw를 얻어오고 값이 Stable해지면 자이로 값을 보정


2-3. 센서 값 이용의 어려움

1) 센서신호는 기본적으로 노이즈를 포함
2) 민감도를 조절할 필요있음
=> 필터링

필터링

그림 8) 필터링에 따른 센서 값 변화


2-4. 필터

1) 센서 신호에서 필요 없는 부분을 걸러주는 역할을 함
2) 대표적으로 로우패스 필터, 하이패스 필터가 있음

① 로우패스 필터
 오랜 시간 지속되는 값들만 통과
 짧은 시간 동안의 값 변화는 필터링

② 하이패스 필터
 오랜 시간 지속되는 값들을 필터링
 가속도 센서에서 중력 가속도를 필터링 할 때 사용

3. 체감형 게임 제작

3-1. 구성

1) 스마트폰 어플
2) 모션서버
PC에서 실행
3) 체감형 게임

체감형 게임

진동신호 센서값

모션서버 Wi-Fi or 3G

스마트폰 어플

PC

그림 9) 구성도


1) 스마트폰 어플
① 유저의 움직임에 따른 센서 값의 변화를 모션서버로 전송하는 역할
② 초당 50Hz로 신호를 전송하며, Wi-Fi / 3G망을 통해 무선으로 전송
③ 모션서버로부터 진동 신호를 수신하면, 일정 시간 동안 진동
④ 배터리 소모를 줄이기 위해 자동으로 화면밝기를 최소화함
⑤ 배터리 소모를 줄이기 위해 각종 필터링 연산은 모션서버에서 수행
⑥ 지속적인 신호 전송을 위해 Auto Lock 기능 Off
⑦ 패킷이 뭉쳐 전송되는 것을 방지하기 위해 Nagle알고리즘 Off
⑧ 네트워크 트래픽 : (40 + 72) Byte * 50 Hz = 5600 Byte = 5.6K / sec 트래픽 유발
⑨ 배터리 소모 : 30분 사용시 7%감소 ( 60%->53%, 2년사용 핸드폰)


2) 모션서버
① 각종 센서 값의 변화를 그래프 형태로 볼 수 있으며 이를 이용해 게임 제작시 활용
② 스마트폰으로부터 전송 받은 센서 값을 가공하는 역할 (필터링)
③ 체감형 게임으로부터 진동신호를 받아 스마트폰으로 전달
④ 센서 값을 체감형 게임으로 전달 (IPC이용)
⑤ 센서 값을 분석하여, 사용자의 특정 모션을 감지
⑥ 자이로의 값을 가속도 센서, 지자계 센서를 이용해 보정하는 역할 (Sensor Fusion)
⑦ 각도 범위 보정 수행
⑧ 좌표 Calibration 및 좌표 보간 작업
⑨ CPU점유율 : 10% 미만, 메모리 : 2800KByte 미만


3) 체감형 게임
① Cocos2d-X로 게임 제작
② Cocos2d-X의 OS Layer를 수정하여 모션 서버로 부터 센서신호를 수신할 수 있도록 수정
③ 각종 센서 신호를 수신하여 게임에 활용.
④ 유저에게 진동 피드백을 보내야 할 경우, 모션 서버로 명령


3-2. 게임 시연

게임 시연

4. 서비스 적용

4-1. 기존 게임 적용

1) 레이싱 게임
2) 각종 스포츠 게임
3) 리듬 액션 게임

4. 서비스 적용

4-2. 신규 게임 제작

“체감형 게임이 그 자체로 독립 가능한 시장을 형성하기 위해서는 무엇보다 체감형 게임만이
구현할 수 있는 독특한 컨텐츠의 확보가 절실함. 일반 게임과 확실한 차별성을 부여하면서도
초기의 체감형 게임이 지녔던 한계를 극복할 수 있는 컨텐츠가 개발되어야 함”

- ‘한국 콘텐츠 진흥원’에서 발간한 ‘체감형 콘솔게임의 기술 및 시장동향’ 中 -

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