• 한국HCI학회:학술대회논문집
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• 2007.02a
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• pp.25-31
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• 2007

본 논문에서는 질감제시장치와 진동모터를 내장한 펜형 햅틱(haptic) 인터페이스에 대해서 기술한다. 본 연구의 목적은 다양한 장치에 적용할 수 있는 소형 질감제시 모듈을 제안하고, 개발된 모듈을 펜과 같은 모양의 인터페이스에 내장하여 그 성능을 검증하는데 있다. 본 연구의 수행을 위해 핀배열을 내장하고 있으며, 저전력, 저소음으로 동작하며, 수직방향으로 1mm이상의 변위를 일으키는 소형 질감제시 모듈을 개발하였다. 그리고 개발된 모듈은 PDA나 Tablet PC등에서 흔히 사용되는 스타일러스(Stylus)와 같은 펜모양의 인터페이스에 내장되었다. 펜형 인터페이스의 헤드부분에는 팬케익 모터를 내장하여 사용자에게 진동 촉감을 제공할 수 있도록 하였다. 개발된 펜형 인터페이스의 성능을 검증하기 위하여Mobile Tablet PC상에서 내장된 질감제시 모듈이 점자정보를 촉감으로 전달할 수 있는지에 관한 실험을 수행하였으며, 모든 실험은 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)상에서 이루어졌다. 또한 모든 버튼 조작시 '클릭'하는 느낌을 재현하였다. 실험은 동시에 다양한 자극의 주파수와 시간의 변화 조건에서 시행되어 의도하는 촉감을 가장 잘 전달하는 자극방법에 관한 연구를 동시에 수행하였다. 또한 개발된 펜형 인터페이스를 이용하여 이미지와 함께 데이터 베이스화 되어있는 질감을 재현할 수 있는 방법에 관한 기초 연구를 수행하였다.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 2002.11c
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• pp.2305-2308
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• 2002

최근, 컴퓨터게임은 기존의 2 차원 RPG게임 형태로부터, 보다 사실감을 전달할 수 있는 3 차원 RPG나 시뮬레이션 형태의 게임으로 전환되고 있는 추세이다. 특히, 최근에는 사용자에게 몰입감 및 실재감을 향상시키기 위하여 체감효과를 사용하는 게임에 대한 관심이 고조되고 있다. 그 동안 가상현실 속에서의 촉각 인식을 위한 햅틱인터페이스에 대한 연구가 국.내외 학계를 중심으로 많이 진행되여 왔으며, 최근에는 이러한 기술을 엔터테인먼트 분야에 접목 시키려는 시도가 이루어지고 있다. 특히, 체감효과를 실현하기 위한 하나의 기술인 햅틱인터페이스가 컴퓨터 게임에서 시도되고 있으며, PC게임 분야에서는 어느 정도의 표준화가 이루진 상태이다. 본 고에서는, 현재 진행 중인 "3차원 컴퓨터 게임에서의 햅틱인테페이스" 에 대한 연구과제의 개론적 도입을 통하여, 촉감을 3차원 컴퓨터 게임에서 실현할 수 있는 기술적 방법을 서술하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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• 2014.11a
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• pp.1175-1176
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• 2014

철강 공정에서는 조업자의 조업 역량이 제조 생산성에 결정짓는 중요한 요소이다. 그럼에도 불구하고 조업자의 훈련을 위한 기반 마련이 되어 있지 않은 실정이다. 이런 상황에서 언제 어디서나 사용할 수 있고, 생산성 저하와 안전사고 발생까지도 없는 가상현실 훈련시스템이 철강 공정 분야에서 주목받고 있다. 특히, 기존의 시각 피드백과 청각 피드백뿐만 아니라 촉감 피드백까지 제공하는 햅틱 조업 훈련시스템이 조업 훈련에 효과적일 것으로 기대된다. 본 논문에서는 철강 공정에서 햅틱 조업 훈련시스템이 갖는 의미와 더불어 햅틱 조업 훈련시스템의 구성과 교육 컨텐츠에 대해 설명한다.

• KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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• v.12 no.6
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• pp.275-284
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• 2023

Virtual reality simulations are used for education and training in various fields, and are especially widely used in the medical field recently. The education/training simulator consists of tactile/force feedback generation and image/sound output hardware that provides a sense similar to a doctor's treatment of a real patient using real surgical tools, and software that produces realistic images and tactile feedback. Existing simulators are complicated and expensive because they have to use various types of hardware to simulate various surgical instruments used during surgery. In this paper, we propose a dental surgical simulation system using a force feedback device and a morphable haptic controller. Haptic hardware determines whether the surgical tool collides with the surgical site and provides a sense of resistance and vibration. In particular, haptic controllers that can be deformed, such as length changes and bending, can express various senses felt depending on the shape of various surgical tools. When the user manipulates the haptic feedback device, events such as movement of the haptic feedback device or button clicks are delivered to the simulation system, resulting in interaction between dental surgical tools and oral internal models, and thus haptic feedback is delivered to the haptic feedback device. Using these basic techniques, we provide a realistic training experience of impacted wisdom tooth extraction surgery, a representative dental surgery technique, in a virtual environment represented by sophisticated three-dimensional models.

• 한국HCI학회:학술대회논문집
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• 2007.02a
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• pp.64-69
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• 2007

이 논문은 촉각 가상 환경(Haptic Virtual Environment)에서 촉각(haptic) 데이터를 촉각 데이터 특성에 맞추어 네트워크에 적응적이고 효율적으로 전송할 수 있는 전송 알고리즘을 제안한다. 촉감 상호작용 측정을 위해 네트워크 햅틱 협업 응용을 작성하였고 지연, 지터, 손실에 따른 변화를 분석하였다. 이를 바탕으로 네트워크 트래픽에 적응할 수 있는 알고리즘을 구성하였다. 손실되거나 지터의 영향을 받은 패킷에는 간단한 선형예측 방법을 사용하여 보상하여 손실과 지터로 인한 오차를 줄였다. 이는 심각한 손실이나 지터에 의해 떨림 현상이 나타나는 햅틱 장치의 문제점을 개선하게 되었다. 또한 네트워크 협업에서 지연이 발생할 때 나타나는 클라이언트들 사이의 비동시성을 해결하기 위하여 완충시간을 두었다. 지연이 큰 클라이언트는 버퍼를 사용하지 않고 실시간으로 처리하고, 지연이 적은 클라이언트는 버퍼를 사용하여 전송받은 좌표를 완충시킨 후에 처리하는 방법을 사용하여 클라이언트들 사이의 햅틱 렌더링을 동기화 하였다. 제안된 알고리즘은 다양한 네트워크 상황에서의 협업에서 개선된 결과를 보였다. 이를 바탕으로 향후 선형예측 방법을 다양하게 적용시키고 서버와 클라이언트 사이의 동기화를 구현하는 알고리즘을 작성할 것이다. 본 논문은 다양한 네트워크 상황 에서 햅틱 데이터를 전송하고 처리하는 연구의 기초자료가 될 수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.304-304
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• 2010

최근 생활에 편리하며 휴대하기 좋은 전자기기들이 개발되고 있다. 휴대폰이나 MP3와 같은 전자기기들은 거의 필수품이라고 할 정도로 우리의 일상생활에 근접하여 있다. 그 종 대표적으로 휴대폰의 종류로 스마트폰과 같은 터치스크린을 이용한 사례는 점차 상승하고 있으며 시간이 지날수록 그 수요는 더욱 많아지고 있다. 때문에 몰입감 제공을 위하여 햅틱장치의 채용이 일반화 되고 있다. 햅틱장치란 가상환경이나 원거리에 있는 환경과 사용자가 상호 작용할 때 사용자에게 촉감이나 힘의 정보를 전달하여 주는 장치로 진동 및 회동 저항에 의해 사용자로 하여금 촉감들 느낄 수 있도록 하는 장치를 뜻한다. 즉, 현실감을 전달을 중점으로 하는 햅틱장치는 빠른 응답 속도와, 진동의 주파수와 크기는 독립적으로 제어가 가능해야 하며 기계적 수용기들을 직접적으로 자극할 수 있어야 한다. 하지만 모바일 햅틱장치의 경우 크기 및 소비전력의 문제로 모든 스펙을 만족하기에는 어려워 좀 더 한정적인 느낌을 제공할 수 없다. 현재까지 모바일 장치에서 햅틱 피드백을 위하여 진동모터나, 솔레노이드, 압전 액츄에이터 등이 많이 사용되어 지고 있다. 그 중 압전 액츄에이터는 입력에너지를 기계적 출력에너지로 변환되는 효과를 이용 한 것으로 압력 센서, 초음파 센서 등 많은 분야에서 응용되고 있으며 변위 범위는 작지만, 크기가 매우 작고 변위 정밀도가 높으며 발생력과 응답속도가 빠르다는 장점이 존재한다. 이를 이용한 햅틱 압전 엑츄에이터의 제작에 사용되는 압전 세라믹스는 높은 전기적 특성을 가질수록 더 졸은 효율을 가지며 이로 인하여 보다 좋은 전기적 특성을 가지는 압전 세라믹스를 필요로 한다. 현재 많이 사용되는 PZT계 세라믹스는 우수한 전기적 특성으로 많이 사용되고 있지만 Pb의 유독성으로 인한 환경문제로 Pb가 포함된 제품을 제한하고 있어 현재 Lead-free의 연구가 이루어지고 있다. Lead-free중 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3$(BZT)는 PZT계 세라믹스를 대체할 차세대 압전 재료로 주목받고 있다. 일반적으로 Lead-free의 압전계수($d_{33}$=100~300pC/N)는 비교적 낮은 값을 보이지만 BZT의 압전계수(BZT $d_{33}$~620pC/N)는 PZT계 세라믹스의 압전계수($d_{33}$=500~600pC/N)와 비교하여 부족하지 않은 압전계수를 보여주며 PZT를 대체할 재료로 주목받고 있다. 본 실험은 햅틱 압전 엑츄에이터용 무연 압전세라믹스의 제작을 위하여 Ba$(Ti_{0.8}Zr_{0.2})O_3-(Ba_{0.7}Ca_{0.3})-TiO_3$(BZT -BCT)의 조성으로 유전 및 압전 특성을 조사하였다.

• 한국HCI학회:학술대회논문집
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• 2009.02a
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• pp.99-104
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• 2009

최근 멀티미디어 기술과 가상/증강현실 기술의 발전으로 사용자에게 몰입감 있는 콘텐츠를 제공하는 여러 시스템들이 제안되고 있다. 또한 기존의 시각과 음향효과만으로 이루어진 시스템의 한계를 넘어서 실제와 같은 느낌을 전달할 수 있는 햅틱기술을 적용하여 보다 몰입감있는 체험형 실감책들이 고안되고 있다. 본 논문은 과학교과서를 중심으로 과학적 이론을 보다 효과적으로 가르치고 배우기 위해 필요한 다양한 촉감(Haptic)을 분류하고, 이를 실감책에 적용하여 책이 담고 있는 주요 내용 또는 삽화와 관련된 다양한 멀티미디어 콘텐츠를 가상/증강환경에서 시청각정보와 함께 촉각콘텐츠를 독자에게 제공함으로써 보고, 듣고 만질 수 있는 적극적인 촉감 상호작용이 가능한 실감책 ('Sil-Gam' Book) 시스템의 기본 프레임워크를 제시한다. 제시된 실감책은 크게 세 부분으로 구성된다. 첫째, 실감책을 읽고 있는 사용자의 손가락의 위치, 시선과 같은 사용자의 움직임을 추적하고 책의 크기, 페이지 등을 인식하는 센서가 부착된 센싱 부; 둘째, 장비에 따라 적용 가능한 촉감 속성, 물체의 움직임에 따라 적용할 수 있는 촉감 속성등 다양한 촉감콘텐츠의 속성을 저작하고 편집하는 소프트웨어 부; 마지막으로 사용자에게 저작된 실감 콘텐츠를 사용자가 쉽고 직관적으로 체험하게 하기 위한 디스플레이부로 구성된다. 여기서 디스플레이 부는 세부적으로 시청각 콘텐츠를 전달하는 시청각 디스플레이 부와 역촉감 콘텐츠를 전달하는 역촉감 디스플레이부로 구성된다. 본 논문에서는 또한 실감책 촉감 저작도구를 사용하여 제시할 수 있는 다양한 촉감을 중고등학교 교육과정에서 배우는 과학 이론에 적용하여 과학 실험시 경험할 수 있는 다양한 역/촉감을 전달하는 몇 가지 시나리오를 예시하였다.

• 한국HCI학회:학술대회논문집
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• 2006.02a
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• pp.203-209
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• 2006

햅틱 렌더링이 발전함에 따라서 촉감을 통하여 사용자에게 전달하려고 하는 가상 물체의 성질도 다양해 지고 있다. 이 논문은 균일하지 않은 강도(Stiffness)를 가지는 가상 물체를 기존의 페널티 기반 알고리즘(Penalty-based algorithms)을 사용하여 렌더링하는 경우 물체 표면의 모양(Topography)이 사용된 모델과 달리 왜곡되어 인지되는 현상을 해결하기 위한 햅틱 렌더링 알고리즘에 관한 연구를 보고한다. 첫 번째로 저자의 선행 연구인 힘 유지 가설(Force Constancy Hypothesis) - 사용자가 물체 표면의 모양을 획득하기 위해 물체를 만질 때 일정한 크기의 접촉 힘을 유지한다 - 을 소개한다. 다음으로 힘 유지 가설에 기반한 물체의 모양 및 강도를 왜곡 없이 정확하게 렌더링하는 알고리즘을 제안하고 폴리곤 모델에 적용하는 방법을 설명한다. 마지막으로 실험을 통하여 개발된 알고리즘의 성능을 입증한다.

• 한국HCI학회:학술대회논문집
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• 2008.02a
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• pp.590-594
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• 2008

근래에 인간과 컴퓨터의 상호작용을 통하여 사용자에게 직관적인 정보를 제공하는 기술들이 발전하고 있으며, 그래픽 기술의 비실사 렌더링을 이용한 미술 기법을 사실감 있게 가상 체험하기 위한 어플리케이션이 제안되고 있다. 본 논문은 미술 기법 중 방망이를 이용한 탁본 기법을 가상의 환경에서 모사하기 위해 탁본의 방망이를 통한 힘 쉐이딩을 새롭게 고안하여 제안한다. 햅틱 커서의 포인트와는 달리 탁본 방망이의 면적이 접촉하는 부분에서 생기는 문제점을 해결하기 위하여 Height map으로 사용된 Canny Edge Detection 이미지를 통해 Height map을 부분적으로 재 정의하고 힘의 계산에 적용하여 충돌된 방망이의 힘 쉐이딩을 가능하게 하는 것이 원리이다. 그래픽 렌더링 효과와 함께 실시간으로 사용자에게 햅틱 장치를 이용하여 촉감 정보를 전달함으로써 다양한 미술 교육적 효과를 체험할 수 있는 방안을 제공할 것으로 기대된다.

• The Journal of the Korea Contents Association
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• v.11 no.3
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• pp.505-517
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• 2011

The haptic sense is one of the five human senses that deeply affects cognitive development and everyday lives of children and adults. Recently, researchers and developers have started active discussions and research on haptic technologies. The purpose of this paper is to explain the role of haptics in learning, review studies that have attempted to use haptic technologies to teach students, and discuss how these technologies can be applied in special education context. National and international databases were searched and analyzed using meta-analysis methods. The few studies that have been completed so far are heavily focused on math and science learning. However, haptic technology has great potentials for children with disabilities who can benefit from extra assistance from these devices in wide areas of curriculum including math, science, music, art, history, and so on.