어플/Sensor2012. 2. 15. 15:55
[중앙일보] 입력 2011.08.17 01:26 / 수정 2011.08.17 01:30

골퍼들의 로망 ‘비거리’ 한국 선수들 PGA·LPGA서 거리 때문에 고생한다는데

14일(미국 현지시간) 끝난 올해 마지막 골프 메이저대회 PGA 챔피언십의 전장은 7467야드였다. 파(par) 70인데도 과거 파 72짜리 코스와 맞먹는 긴 거리로 선수들을 괴롭혔다. 파 3인 15번 홀은 265야드나 됐다. 이곳에서 우승 트로피 워너메이커(Wannamaker)를 들어올린 선수는 키건 브래들리. 그는 대회 내내 300야드가 넘는 폭발적인 장타(長打)를 뿜어내며 정상에 우뚝 섰다. LPGA 투어도 거리가 늘긴 마찬가지다. 올 들어 대회 코스 전장이 평균 200야드 정도 길어졌다. 이 때문에 샷 거리가 길지 않은 한국 선수들이 고전하고 있다. 올해 한국 선수들이 유독 부진한 이유도 거리 때문이라는 분석이 지배적이다. 아마추어 골퍼에게도 영원한 로망인 장타의 비결을 과학적으로 분석했다.

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 힘은 땅에서 시작된다. 강펀치를 날리는 복서의 힘은 발끝에서 다리를 거쳐 몸통 → 팔 → 손으로 옮아가 상대를 가격한다. 골퍼의 스윙도 마찬가지다. 미국 장타 대회에서 다섯 차례나 우승을 차지했고 드라이버로 400야드 이상을 날리는 제이슨 주벡도 자신의 힘이 다리에서 몸통, 팔을 거쳐 클럽으로 전달된다고 털어놓았다. 전성기 최고의 장타를 친 잭 니클라우스도 “힘은 땅에서 올라오는 것”이라면서 “타이거 우즈는 드라이브샷을 할 때 땅이 아니라 상체 힘을 이용하기 때문에 부진하다”고 지적했다.

 땅에서 올라오는 힘이라는 개념은 이해하기가 쉽지 않다. 이를 눈으로 볼 수 있게 해주는 기계가 있다. 몸 수십 곳에 센서(sensor)를 달아 움직임을 측정하는 ‘3차원 입체 동작 분석기’다. 타이틀리스트의 연구소인 TPI(Titleist Performance Institute)가 보유하고 있는데, 이 기계가 분석한 ‘운동 순열 그래프(kinematic sequence graph)’는 하체를 시작으로 몸통 → 팔 → 클럽 순서로 회전의 속도가 최고점에 오르는 것을 보여준다. 효율적인 스윙을 하는 선수의 그래프는 거의 흡사하다. 완벽한 스윙에 가까운 것으로 평가되는 어니 엘스와 “나무에서 낙지가 떨어지는 것처럼 해괴한 스윙”이라는 놀림을 받는 짐 퓨릭의 스윙이 똑같은 그래프를 그리고 있다. 이들의 스윙 그래프를 보면 신체 각 부분과 클럽의 움직임이 톱니바퀴처럼 맞물려 다음 동작에 증폭된 힘을 전달해주면서 운동 속도가 증가하는 것을 볼 수 있다.

현역 선수 중 가장 효율적인 스윙을 하는 것으로 평가되는 올해 US오픈 우승자 로리 매킬로이의 연속 동작.

 실력이 좋지 않은 일반 골퍼들의 순서는 이와 다른 경우가 많다. 상체와 팔이 먼저 최고점에 다다른 후 하체 속도가 최고가 되는 경우가 대부분이다. 힘이 땅에서 시작된 것이 아니라 팔에서 시작됐다는 것을 의미한다. 효율적으로 힘이 전달되지 않을 뿐만 아니라 이른바 ‘엎어치는 스윙’이 나와 심한 슬라이스와 훅이 발생한다.

 또 하나 정상급 골퍼들의 그래프에서 눈여겨봐야 할 점은 ‘감속(減速)’이다. 각 부위의 회전이 최고점에 이른 후 속도가 급격히 줄어든다. 지난 8년간 골프 스윙을 연구한 TPI의 공동 창립자이자 의학박사인 그레그 로즈는 14일 중앙일보와의 인터뷰에서 “감속이 파워의 열쇠”라면서 “속도가 줄어들었다는 것은 이 파워를 다음 단계로 효율적으로 전달했다는 뜻”이라고 설명했다. 속도가 줄어야 다음 부분의 속도가 더 난다는 것도 이해하기 어려운 개념이다. 로즈 박사는 채찍을 휘두를 때 손의 속도가 줄어야 채찍 끝이 더 빠르게 움직이는 예를 들어 이를 설명했다. 마이크 타이슨도 주먹과 함께 회전하는 몸통의 속도를 줄임으로써 핵주먹을 날릴 수 있었다. 그래서 장타를 치는 선수일수록 각 부분의 운동 속도 그래프가 급격한 감속으로 가파른 기울기를 보여주고 있다.

 장타를 치는 선수들이 하는 전환동작(transition)도 운동 순열 그래프에 나타난다. 전환동작이란 상체는 백스윙(backswing)을 하고 있는데 하체는 백스윙을 끝내고 다운스윙(downswing)을 하고 있는 동작을 말한다. 전환동작을 하면 몸의 꼬임이 더 커지면서, 고무밴드 역할을 하는 근육이 훨씬 더 늘어나고 그 수축력으로 강한 스피드를 낼 수 있다. 그래프에서 양(+)으로 올라간 것은 목표 쪽으로 회전하는 것이고, 음(-)에 있는 것은 백스윙을 하고 있는 것이다. A부분(위 그래픽 참조)에서 팔은 백스윙을 하고 있는데 하체는 포워드 스윙을 하고 있는 것을 볼 수 있다. 이것이 전환동작이다. 두 부분의 공간의 합이 에너지 크기다.

 검사 결과 한국 프로선수들의 운동 순열은 매우 좋은 것으로 나타났다. 여느 정상급 선수들처럼 하체 → 상체 → 팔 → 클럽 순으로 돌아간다. 그러나 그래프 곡선의 높이가 외국 정상급 선수들에 비해서는 상대적으로 낮았다. 다운스윙에서 회전 속도가 느리다는 의미다.

 또한 파워의 열쇠가 되는 감속 기울기도 완만하다. 전환동작의 폭과 크기도 작다. 로즈 박사는 “어린 시절 격렬한 운동을 통해 스피드와 힘을 길러야 하는데 대부분 골프에만 전념하기 때문에 스피드를 내는 능력이 부족해 보인다”고 지적했다.

성호준 기자
Posted by 프로처럼
어플/Sensor2012. 2. 15. 15:43

3D Golf Swing Analysis is here.

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Posted by 프로처럼
어플/Sensor2012. 1. 30. 15:40

개요

모션프로세싱은 콘솔 및 휴대용 게임기 분야에 새로운 차원의 양방향 지원을 가져왔다. 그러나 진정한 1:1 게임을 위해선 여러 센서와 멀티축 자이로가 결합된 모션프로세싱이 필요하다. 게임 컨트롤러 응용기기에 주로 사용되는 MEMS 자이로센서는 자계나 직선가속도의 방해 없이 중요한 회전정보를 제공해준다. 더욱 향상된 모션프로세싱 기능은 닌텐도 Wii Motion Plus™에서 볼 수 있는데, 더욱 민감하고 정확한 3D 게임 제스처를 위해 닌텐도는 인벤센스의 멀티축 자이로센서를 사용했다.

Wii Motion Plus™와 같은 게임기에 사용되는 자이로의 필수 조건은 넓은 감지범위, 명확한 교차축 분리, 우수한 진동 보완능력, 높은 충격 내성 및 작은 사이즈이다. 인벤센스의 IDG-650™은 바로 이러한 조건을 만족시키는데, 그 사양은 ±2,000°/sec (dps)의 감지범위, <±1%의 교차축 감도, 10,000g의 충격 저항성, 4x5x1.2mm의 작은 패키지 사이즈가 바로 그것이다. ISZ-650™ 1축(Z) 자이로는 모든 센서들이 다른 시스템 기기와 평면 탑재된 솔루션에 대해 IDG-650 2축(X/Y) 자이로를 보완하여 준다.

Selection and Integration of MEMS-based Motion Processing in Consumer Apps (452K PDF)

게임 컨트롤러 시스템 도표

Game Controller system block diagram

인벤센스 MEMS Gyro의 장점

  • ±2,000°/sec의 빠른 동적 모션 감지
  • 높은 민감성을 위하여 각 축마다 2개의 분리된 출력이 낮은 해상도의 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 사용하여 시스템 비용을 감소시킴
  • IDG-650은 평면으로 디자인된 통합 싱글칩으로 우수한 X/Y 교차축 교정을 이룬다. ISZ-650 1축(Z) 자이로는 모든 센서들이 다른 시스템 기기와 평면 탑재된 3축 자이로 솔루션에 대해 IDG-650 2축(X/Y) 자이로를 보완하여 준다.
  • 우수한 진동 보완 디자인
  • 10,000g의 높은 충격 저항성
  • 바이어스 드리프트를 최소화하는 오토제로 기능
  • 4x5x1.2mm의 세계 최소사이즈의 2축 자이로
  • 경쟁사에서 따라올 수 없는 사이즈, 성능 및 비용을 가능케 하는 인벤센스 고유의 Nasiri-Fabrication 제작플랫폼

인벤센스 제품 추천

IDG-650 2축 자이로와 ISZ-650 Z-축 자이로센서는 업계 최소 사이즈와 강력한 시그널 조절기능이 통합된 2축 자이로를 제공하여 게임 컨트롤러 응용기기에 사용하기에 최상의 제품이다.

관련 문서

새로운 Wii MotionPlus™ 속으로

잃어버린 퍼즐 조각!


Wii MotionPlus
에 사용된 인벤센스의 dual-axis
MEMS Gyroscope

인벤센스에서 개발한 모션프로세싱의 대발전이라 할 수 있는 IDG-600 2축 MEMS 자이로의 추가로, 이제 Wii에서 게이머 컨트롤러의 더욱 정밀한 움직임을 위한 진정한 1:1 모션프로세싱이 가능해졌다.

MEMS Rate Gyroscope란?

Wii MotionPlus에는 매우 다양한 형태의 자이로가 내장되어있지만, 모든 3축 즉, X(pitch), Y (roll), Z (yaw)축에 따른 회전율을 측정하는 칩이 있다. 칩 패키지 내부에는 Wii MotionPlus 에 탑재된 리모컨으로 사용자의 회전 움직임을 감지하는 Micro-Electromechanical systems (MEMS)가 있다.

Wii에서 이것이 어떻게 작용하는가?

현재 Wii리모컨에서 사용된 Wii 센서바와 3축 가속도계를 조합하면서, 이제 닌텐도는 Wii Motion Plus의 추가로 MEMS rate gyroscope의 성능을 소개해주고 있다. 과거에는 단순히 컨트롤러를 튕기면서 위/아래, 왼쪽/오른쪽, 앞/뒤 등의 움직임만이 감지되었었고, 크고 작은 모션의 차이를 구별해내지 못했었다. 그러나 새로운 Wii리모컨 아래에 부착된 MotionPlus는 매우 작은 움직임도 게임에 정확하게 반영된다.

더 많은 정보는 최근 발행된 EE Times를 통해서 MEMS기반 모션 프로세싱 어플리케이션에 대한 내용을 볼 수 있다.

미래형 게임이 도달했다!


Wii Remote Plus, with built-in
in 3-Axis gyroscope

Wii가 게임 업계에 처음 소개됐을 때, 새로운 모션프로세싱 기술로 업계 대변혁을 가져왔으나 리모컨 내부의 모션 기술은 단순한 3축 가속도계에 의존하였다. 그 결과, 게임의 모션 제어 요소는 단순한 액션 이상일 수 없었다. 기본 움직임으로 여겨졌던 탑스핀, 슬라이스 또는 앞으로 찌르기 등의 모션은 불가능한 것이었다. 문제는 가속도계가 단일 면 상의 막연한 움직임에 반응하는 최소의 게임에만 가능했다는 점이었다. 가속도계는 크고 작은 제스처의 차이를 구별하는데 어려움이 있었고, 리모컨은 3D공간에서 정확하게 작동되지 못했었다. 이제는, 진정한 1:1 모션프로세싱 성능을 지닌 3축 자이로센서로 Wii 시스템에서 사용자에 민감하게 반응하는 게임 플레이가 가능해졌다. 당신이 게임 트레일러를 확인할 때, 소프트웨어 개발자들이 Wii의 새로운 모션프로세싱 능력을 완벽히 활용한다는 것을 볼 수 있을 것이다.

Wii Sports Resort Trailer from E3 2009

더 이상 느린 Wii게임은 없다

자이로센서가 제공하는 것은 회전율과 회전각도의 직접적인 측정이다. 이러한 자이로센서는 매우 즉각적인 반응을 하는데, 완벽한 수행은 가속도계와의 교체가 아닌, 가속도계와 함께 사용되었을 때 이루어진다. 가속도계가 직선움직임을 인식해야 하는 반면에, 자이로센서는 매우 작은 회전에 반응하며, 직선 움직임과 손떨림을 방지한다. 3축 자이로가 3축 가속도계와 조합하면서, 두 센서는 3D공간에서 컨트롤러가 얼마나 멀리, 빨리, 그리고 어느 방향으로 움직였는지 인식하며, 당신의 실제 움직임을 놀라운 정도로 정교하게 재연함으로써 진정한 1:1 게임을 가능케 한다. 이것은 바로, 당신이 예상했듯이, 더 이상 소파에 누워 단순히 손목을 움직이는 Wii 게임은 없다는 것을 의미한다.

[Source] InvenSense


Posted by 프로처럼
어플/Sensor2012. 1. 30. 15:34

 

관련글 목차:

1. Wiimote로 프리젠테이션 하기
2. Wiimote MotionPlus로 자세 구하기
3. Wiimote로 만드는 전자칠판
4. Wiimote를 PC 리모컨으로 사용하자

 


 

Wiimote는 내부에 3차원 가속도 센서(accelerometer)를 가지고 있습니다. 여기에 3차원 각속도 센서(gyroscope)를 가지고 있는 MotionPlus를 연결하면 Wiimote의 회전 방향 계산이 가능합니다. 간단히 MotionPlus에서 측정한 각속도를 적분하면 3차원 각도(roll, pitch, yaw)를 구할 수 있을 것으로 생각됩니다만, 적분할수록 오차가 누적되어 각도가 얼마 못버티고 발산해 버립니다. 이것을 보정하기 위해 가속도 센서에서 측정한 중력 벡터를 사용합니다. 다른 외력이 없는 상태에서 중력은 항상 지구 중심으로 향하기 때문에, 가속도 센서에서 측정되는 중력 벡터의 방향을 보고 roll과 pitch 각을 보정 가능합니다. yaw 각을 보정하기 위해서는 지자기 센서(magnetometer)가 필요한데, Wiimote에는 포함되지 않았습니다.

 

다음 그림은 WiimotePosture 프로그램의 실행 화면입니다.

 

 

좌측 상단의 그래프는 각속도 센서에서 측정된 x(빨강), y(녹색), z(파랑) 축의 각속도 성분을 표시하는 그래프 입니다.  좌측 하단의 그래프는 가속도 센서에서 측정된 가속도 성분을 표시한 그래프 입니다. 중력이 항상 아래로 작용하고 있기 때문에 파란색 그래프가 -1g 근처에서 흔들리는 모습을 볼 수 있습니다.

 

오른쪽 상단의 직 육면체 막대기는 Wiimote를 그린 것입니다. 빨강, 녹색, 파란색 그래프는 각각 좌표계 x, y, z를 나타냅니다. 아래로 굵은 갈색 선은 중력 방향을 표시하며 굵은 남색 선은 각속도 방향을 표시합니다.

 

 

Wiimote와 연결하기 위해 블루투스 동글을 PC에 설치하거나, Windows XP에서 Wiimote를 인식시키는 방법, 프로그램 컴파일을 위해 필요한 라이브러리 다운로드와 Visual Studio 설정은 [여기]를 참조하시기 바랍니다. 

 

아래는 본 프로그램을 실행한 동영상 파일입니다. Wiimote의 움직임을 화면상의 막대기가 잘 추종하는 것을 볼 수 있습니다. 

 

 

실행 파일과 소스코드를 올려봅니다. 필요하신 분께서는 다운받아 사용해 보시기 바랍니다. 

 

 

 

WiimotePosture.exe

WiimotePosture.zip

 

WiimotePosture 소스코드 내에서 회전행렬 R로부터 오일러 각(roll, pitch, yaw)을 계산하는 식은 다음과 같습니다. 소스코드 내에서 행렬 R을 오일러 각으로 환산하는 식이 없어 여기다 적어둡니다. 

[출처] Open Robotics 

Posted by 프로처럼
어플/Sensor2012. 1. 30. 15:23


개발자 사이트 : http://johnnylee.net 
Posted by 프로처럼