게임에 센서가 폭넓게 도입됨에 따라 사용자 중심의 상호작용을 구현한 게임이 대중에게 빠르게 확산되고 있다. 센서를 추가하는 것은 실현 가능한 게임의 종류가 기하급수적으로 증가하며 “감정 감지” 개념과 같은 혁신 기술이 실현됨을 의미한다. 하지만 센서 네트워크에 의해 맥락적 상호작용(contextual interaction)이 지원되는 미래에는 게이머가 새로운 상호작용 방법을 통해 특정 현실을 제어할 수 있게 될 것이다.

글 | 스테판 제르베스-뒤쿠레(Stephan Gervais-Ducouret) 센서 부문 글로벌 마케팅 책임자 프리스케일 반도체

센서에서 발생하는 모든 데이터를 처리하는 데 따른 병목현상은 MMA9550L과 같은 인텔리전트 센서를 사용하면 로컬 프로세싱으로 주 애플리케이션 프로세서 CPU의 사용량과 데이터 로딩을 크게 줄일 수 있다.

게임은 지난 몇 년간 전자장치의 발전에 힘입어 단순한 틈새시장에서 전 연령대를 포괄하는 시장으로 성장했다. 게임의 폭발적인 도입을 가능케 한 요소 중 하나는 Wii™, 휴대전화, MP3 플레이어의 모션 게임에 사용되는 직관적인 사용자 인터페이스이다. 제스처를 통한 동작의 직관성은 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술과 단일 패키지의 아날로그 혼성신호(mixed-signal) 칩을 사용하는 가속도계와 자이로스코프 덕분에 가능해졌다. 이러한 기술의 장점은 낮은 소비전력, 작은 점유 면적, 손쉬운 구현, 저렴한 장치당 가격이다.
가속도계, 자이로스코프, eCom-pass, 고도계와 같은 다양한 센서와 적절한 소프트웨어를 통합하면 무인 비행기를 조종하거나 로봇과 상호작용하는 등의 첨단 게임을 개발할 수 있다. 하지만 휴대용 장치에서 실행되는 절대 다수의 게임은 한두 개의 센서만을 사용하는데, 일반적으로 가속도계와 정전용량식 터치스크린이다. 휴대용 장치를 흔들거나 화면을 터치하면서 즐기는 게임은 제어의 간편성 때문에 큰 성공을 거뒀다. 이러한 게임에 사용되는 주요 센서인 3축 가속도계는 지난 한 해 동안 많은 발전이 있었다.
프리스케일 반도체의 MMA7361LC 가속도계와 같은 아날로그 출력 동작 센서는 가속도와 같은 사용자의 움직임에 대한 지속적인 정보를 제공하며 여전히 콘솔 액세서리에 사용되고 있다. 그러나 이제 임베디드 기능이 포함된 더 지능적인 장치가 휴대용 및 모바일 전자장치 시장에 파고들고 있다. 샘플링 속도 자동 설정, 인터럽트 제어, 맥동 및 동요 감지, 낮은 소비전력, 디지털 인터페이스, 그리고 프리스케일 MMA8451Q 가속도계에서 제공하는 14비트의 높은 정밀도는 임베디드 기능의 주요 요소이다. 이러한 유형의 부품을 사용하면, 전력소비 측면의 불이익 없이 매우 정밀한 제스처 인식을 구현할 수 있다. 이러한 새로운 기능으로 인해 손가락 제스처의 복잡성을 반영함으로써 획기적인 사용자 경험을 제공하는 새로운 게임이 떠오르고 있다.


휴대용 장치와 게임 콘솔 액세서리에 센서를 사용하는 게임이 많아지고 있지만, 게임과 센서의 관계는 아직 초기 단계에 머물러 있다. 센서는 혁신적인 분야를 열어주는 새로운 차원을 추가할 수 있도록 한다. 예를 들어 프리스케일은 의료 분야의 노하우를 활용해 “감정 감지(emotion sensing)” 기반의 새로운 게임에 이를 적용하고 있다. 이 플랫폼은 표준 콘솔 게임 컨트롤러에 정전용량식 터치, 습도, 가속도계, 압력 센서 등을 구현해서 사용한다. 각 센서 데이터는 신경과학 원리와 실험을 바탕으로 개발된 전용 소프트웨어를 통해 32비트 MCU에서 처리된다.
심장 박동, 땀 흘림, 근육 수축, 자세는 사람의 감정을 반영한다. 이러한 파라미터를 실시간으로 분석함으로써 게임에 실제적인 상호작용과 함께 사용자의 감정을 반영할 수 있다. 시연된 게임 중 하나는 감지된 사용자의 감정에 따라 사격이 점점 힘들어지는, 예를 들어 사용자가 흥분하면 목표의 흔들림이 심해지거나 사용자가 땀을 흘리면 시야가 좁아지는 등의 반응을 하는 스나이퍼 사격 게임이다. 각 세션이 사용자마다 다르게 변화하며 사용자의 내적 감정을 더 정확하게 반영하므로 이러한 유형의 상호작용은 모든 게임을 보다 흥미롭게 만든다.
이는 센서 개수에 비해 새로운 게임의 가능성은 훨씬 많아지긴 하지만, 새로운 게임을 개발하는 복잡도 역시 크게 증가함을 의미한다.
따라서 새로운 종류의 센서를 추가하고 사전처리를 통합하며 데이터 입력을 융합하는 것이 현재 새로운 애플리케이션의 해결 과제다.
프리스케일은 엔지니어의 문제를 예상하고 마이크로컨트롤러와 동작 센서를 동일한 패키지에 통합한 새로운 개념의 제품을 소개했다(프리스케일 MMA9550L 동작 센서 플랫폼은 새로운 Xtrinsic™ 제품군의 일부이다). 이 동작 센서 플랫폼은 동작 센서에서 추출 및 사전 처리된 데이터를 주 애플리케이션 프로세서에 전달할 뿐만 아니라, 외부 센서 데이터와 함께 통합하고 융합하는 작업까지 수행한다. 결론적으로 캘리브레이션, 데이터 필터링, 특정 애플리케이션 데이터와 같은 센서 고유의 복잡성이 로컬 MCU로 옮겨지며 손쉽게 구현할 수 있도록 필요한 데이터만 개발자에게 제공된다. 고수준 프로그래밍 함수를 호출하는 것이 개발자가 이 새로운 제품 콘셉트를 사용해 원하는 데이터에 액세스하는 궁극적인 방법일 수 있다.



간단한 포인팅 디바이스 적용 예(에어 마우스로 작동)가 그림 1에 나와 있다. 일반적인 솔루션은 3축 가속도계와 MAG3110과 같은 3축 자력계를 사용하며, 따라서 2개의 서로 다른 디지털 인터페이스를 다른 마이크로컨트롤러 또는 애플리케이션 프로세서에 연결해야 한다. 자력계 캘리브레이션(소프트 아이언 및 하드 아이언)도 외부 프로세싱 리소스를 통해 관리해야 하며 가속도계 정보를 사용한 기울기 보정도 처리해야 한다. 따라서 3360 bps의 원시 데이터를 캘리브레이션 및 처리해야 한다(60 Hz에서 각 센서의 샘플링 데이터 속도를 가정). 프리스케일 MMA9550L을 사용하면, 외부 센서용 프로세싱 성능 및 인터페이스를 추가함으로써 3축 가속도계를 대체할 수 있고 점유 면적 크기도 가속도 센서 크기인 3 × 3 mm로 동일하다. 따라서 계속 60 Hz의 데이터 속도를 가정하면 자력계 캘리브레이션 및 기울기 보정은 640 bps의 데이터만을 사용해 로컬로 처리할 수 있으며 보상된 데이터는 게임 개발자가 바로 사용할 수 있다. 결과적으로 소비전력 절감으로 이어지는 이러한 데이터 프로세싱 측면의 이점뿐 아니라, 대기 시간이 줄어듦에 따라 데이터 프로세싱 시간이 절감될 뿐 더러 동기화 문제 및 작업 스케줄링의 필요성이 없어지므로 실시간 응답성도 크게 향상된다.
무선으로 연결된 센서를 사용한 확장은 WSN(Wireless Sensor Networ-ks, 무선 센서 네트워크)와 가상현실을 통해 가상화된 실제 세계를 볼 수 있는 차세대 게임을 실현할 수 있는 길이다. 센서에서 발생하는 모든 데이터를 처리하는 데 따른 병목현상은 MMA9550L과 같은 인텔리전트 센서를 사용하면 로컬 프로세싱으로 주 애플리케이션 프로세서 CPU의 사용량과 데이터 로딩을 크게 줄일 수 있다. 카메라, 가속도계, 정전용량식 터치, 자이로스코프 등 다양한 종류의 센서를 통해 특정 현실을 재창조하는 것은 단순히 이미지에 3차원을 더하는 수준을 훨씬 뛰어넘는 것인데, 이는 현실 해석을 가능하게 하기 때문이다. 결론적으로 사용자가 게임에 적응하려고 노력하는 것이 아니라 사용자가 실세계와의 상호작용을 제어할 수 있게 되므로 혁신적인 게임에 “상황에 맞는 상호작용”의 시대가 열리게 될 것이다.



전용 게임 패드에 풍부한 센서 콘텍스트가 적용된 예가 그림 2에 나와 있다. 실시간 처리를 구현하고 소비전력, 통신, 연산 사이에 최적의 타협점을 달성하려면 센서 데이터를 전송하기 전에 처리하는 것이 중요하다. 또한 고정밀 가속도계와 프로세싱을 통합하면, 활동이 감지되지 않을 때는 저속의 1 Hz 샘플링 속도를 지원하고 사용자 활동이 많아질 때는 고속의 수 kHz의 데이터 샘플링까지 지원할 수 있다.