GPS 변위 없이 속도를 계산하기 위해 인터랙티브 피트니스 시스템은 위성 위치 추적 대신 모션 센서에 의존하는 생체 역학 추정 알고리즘을 사용합니다. 트레드밀 러너는 제자리에 있기 때문에 시스템은 가속도 데이터를 캡처하여(일반적으로 손목에서) 케이던스를 결정하고 수학적 모델을 적용하여 보폭을 추정하여 계산된 속도를 얻습니다.
핵심 메커니즘은 지리적 추적 대신 예측 모델링을 사용합니다. 시스템은 실시간 단계 빈도에 수학적으로 파생된 보폭을 곱하여 속도를 시뮬레이션합니다.
추정의 역학
실시간 케이던스 캡처
사용자가 지도 위를 이동하지 않기 때문에 GPS는 효과가 없습니다. 대신 시스템은 가속도 센서를 사용하여 움직임을 감지합니다.
이 센서는 생체 역학적 변화의 빈도를 모니터링하여 팔이나 몸의 리드미컬한 움직임을 추적합니다. 이 데이터는 시스템에 정확한 실시간 케이던스(분당 단계 수)를 제공합니다.
곡선 피팅 함수
얼마나 빨리 걷고 있는지 아는 것은 방정식의 절반일 뿐입니다. 시스템은 각 단계에서 덮는 거리도 알아야 합니다.
이를 결정하기 위해 소프트웨어는 합리적인 곡선 피팅 함수를 사용합니다. 이 알고리즘은 물리적 거리를 직접 측정하는 대신 가속도 데이터를 사용하여 확립된 생체 역학적 패턴을 기반으로 보폭을 예측합니다.
가상 속도 합성
최종 속도 출력은 트레드밀 벨트의 하드웨어 측정보다는 소프트웨어 계산의 결과입니다.
실시간 케이던스에 예측된 보폭을 곱하여 시스템은 속도 값을 생성합니다. 이 계산된 속도는 가상 아바타의 움직임을 구동하는 데 사용되어 디지털 표현이 사용자의 신체 강도와 일치하도록 합니다.
절충점 이해
표준 생체 역학에 대한 의존
이 방법은 사용자의 달리기 자세가 표준 생체 역학 모델과 일치한다고 가정하는 "곡선 피팅"에 의존합니다.
사용자의 보행이 비정상적이거나 알고리즘 예측에서 크게 벗어나는 보폭을 가지고 있다면 속도 계산이 실제 트레드밀 설정과 다를 수 있습니다.
추정 대 측정
이것은 거리를 직접 측정하는 것이 아니라 시뮬레이션이라는 점을 인식하는 것이 중요합니다.
고정밀 속도 시뮬레이션이 가능하지만 정확도는 알고리즘 확률에서 파생됩니다. 벨트가 실제로 얼마나 빨리 움직이는지 측정하는 것이 아니라 노력에 따라 얼마나 빨리 움직여야 하는지를 계산합니다.
목표에 맞는 올바른 선택
이 기술을 평가하거나 구현할 때 최종 사용자의 우선 순위를 고려하십시오.
- 정밀 훈련이 주요 초점이라면: 곡선 피팅 알고리즘을 개별 보폭 역학에 맞게 조정해야 할 수 있으므로 시스템에서 보정을 허용하는지 확인하십시오.
- 몰입형 게임이 주요 초점이라면: 낮은 지연 시간의 케이던스 감지가 러너와 아바타 간의 더 부드러운 연결을 만들기 때문에 가속도 센서의 응답성을 우선시하십시오.
가장 효과적인 시스템은 달리기을 지리적 여정이 아닌 생체 역학 공식으로 취급하여 신체적 노력과 디지털 응답 간의 격차를 해소합니다.
요약 표:
| 구성 요소 | 기능 | 데이터 소스 |
|---|---|---|
| 케이던스 감지 | 분당 단계 수(SPM) 측정 | 가속도 센서(손목/신체) |
| 보폭 예측 | 단계당 거리 추정 | 곡선 피팅 생체 역학 알고리즘 |
| 속도 계산 | 케이던스 × 예측된 보폭 | 실시간 소프트웨어 합성 |
| 출력 인터페이스 | 가상 아바타 움직임 구동 | 계산된 가상 속도 |
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참고문헌
- Carlos Marín-Lora, Linda García-Rytman. Creating a treadmill running video game with smartwatch interaction. DOI: 10.1007/s11042-023-17752-1
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