스윙 형태 운동의 분석을 위한 관성 센서 기반 청각 디스플레이 시스템 구현

Abstract

본 연구에서는 스윙 형태의 운동에서 일어나는 운동 연쇄 사슬 고리(Kinetic Chain)를 통한 운동량 전달과 채찍질 형태(Flail-like)의 스윙 속도 최대화과정을 청각 디스플레이하는 방법을 제시하고 이를 위한 청각 디스플레이 시스템을 구현하는 것을 목적으로 하였다. 소형 무선 관성 센서 모듈을 이용해 운동 동작 정보를 얻고 이를 청각 디스플레이하는 알고리즘을 설계하고 소프트웨어로 구현하고자 하였으며, 고관절과 어깨 관절, 스윙 도구를 측정 위치로 선정하였다. 골반과 어깨의 경우 각 관절의 회전의 토크 변화량과 가속도를 이용하여 각 관절의 회전 움직임의 시작과 종료, 순서, 그리고 토크의 크기를 역학 요소로 선정하였다. 스윙 도구의 경우 도구의 속도 및 움직임의 시작과 종료를 나타내고자 하였다. 각 역학적 요소에 대한 청각화 맵핑 알고리즘은 아래와 같다. 측정 위치에 따라 골반은 라(A4), 어깨는 미(E5) 음계를 이용하였다. 골반, 어깨 관절의 회전 토크의 변화량은 음량으로 나타내었다. 스윙 도구의 속도는 주파수의 변화량으로 나타내었다. 골반, 어깨 관절, 스윙도구의 회전의 시작 및 종료는 해당 소리의 엔벨로프의 변화로 나타내었다. 골반, 어깨 관절, 스윙도구의 가동 순서 및 타이밍은 각 소리화된 음계의 순서 및 박자로 표시하였다. 위의 역학 요소와 청각 요소와의 청각화 맵핑 알고리즘을 이용하여 소리 재생 소프트웨어를 구현하였으며, 운동 수행 시 재생되어 얻어진 소리를 이용하여 청각화가 올바르게 이루어졌는지 검증하였다. 골반, 어깨 관절의 회전 토크의 변화량은 각 해당 위치의 음계의 음량으로 표시되었으며, 스윙 도구의 속도는 주파수의 변화량으로 표시되었다. 어깨 관절, 스윙도구의 회전의 시작 및 종료는 해당 소리의 엔벨로프 변화로 시작과 종료를 구분할 수 있었으며 가동 순서 및 타이밍은 각 소리화된 음계의 순서 및 템포로 표시되어 구분되었다.