Imbedded - 테이블탑 프로젝터

프로젝트 소개

테이블탑 프로젝터는 프로젝터를 이용하여 테이블 위에 게임 화면을 투사하고, 터치 센서를 통해 사용자와 상호작용할 수 있는 인터랙티브 게임 플랫폼입니다. 다양한 보드게임과 카드게임을 디지털화하여 여러 사용자가 함께 즐길 수 있는 새로운 형태의 게임 환경을 제공합니다.

프로젝트 명

테이블탑 프로젝터 (Tabletop Projector)

프로젝트 기간

2025.3~2025.6

팀 소개

팀명: Imbedded
서울시립대학교 기계정보공학과 2020430001 구효본 (팀장)
서울시립대학교 기계정보공학과 2022430012 김지호
서울시립대학교 기계정보공학과 2020430008 류정현
서울시립대학교 기계정보공학과 2021430035 조수민
서울시립대학교 기계정보공학과 2020430028 전진형

프로젝트 개요

프로젝트 요약

본 프로젝트는 프로젝터와 터치 센서를 결합하여 테이블 위에서 다양한 인터랙티브 게임을 즐길 수 있는 플랫폼을 개발하는 것을 목표로 합니다. 라즈베리파이를 중심으로 한 제어 시스템과 벨로스탯(Velostat)을 활용한 터치 모듈, 카메라를 통한 실물 카드 인식 시스템을 구현하여 디지털과 아날로그의 장점을 결합한 새로운 게임 경험을 제공합니다.

프로젝트의 배경 및 기대효과

배경

기존 보드게임의 한계: 물리적 공간 제약, 게임 준비 시간, 규칙 숙지의 어려움
디지털 게임의 한계: 실물 조작감 부재, 대면 상호작용 부족
COVID-19 이후 변화된 여가 문화: 소규모 모임 증가, 홈 엔터테인먼트 수요 증가

기대효과

디지털과 아날로그의 융합을 통한 새로운 게임 경험 제공
다양한 게임을 하나의 플랫폼에서 즐길 수 있는 편의성
실물 카드와 디지털 화면의 상호작용을 통한 몰입감 증대
게임 규칙 자동화로 진입 장벽 감소

프로젝트 개발 목표

주요 목표 1. 터치 인식 시스템: 20mm 이하의 터치 정확도, 100ms 이하의 응답시간 2. 게임 시스템: 최소 2개 이상의 게임 구현, 100ms 이하의 게임 응답속도 3. 프로젝션 시스템: 70% 이상의 화면 선명도 4. 카메라 인식 시스템: 실물 카드 인식을 통한 게임 진행

평가 기준

평가 항목	평가방법	기준	목표치	비중(%)
터치 정확도	터치 인식 간격	mm	< 20mm	35
터치 응답시간	20회 반복 측정 (평균)	ms	< 100ms	20
게임 응답속도	입력-반응 사이 시간 계산	ms	< 100ms	25
지원 게임 가짓수	빌드된 게임 개수	개	2+ 개	10
화면투사 선명도	고정 위치 촬영 후 sharpness 계산	%	> 70%	10

동작 시나리오

1. 시스템 시작: 프로젝터 전원 ON, 라즈베리파이 부팅 2. 게임 선택: 터치를 통해 메인 화면에서 원하는 게임 선택 3. 게임 진행

  * 1차 게임(체스): 터치로 기물 이동
  * 2차 게임(카드게임): 실물 카드를 테이블에 배치, 카메라가 인식하여 게임 진행
  * 3차 게임(TRPG): GPT API를 활용한 스토리 진행

4. 게임 종료: 메인 화면으로 복귀

구현 내용

시스템 구성

하드웨어 구성

제어부: Raspberry Pi 5
출력부: 프로젝터 (XGIMI Halo+)
입력부: 터치 모듈 (Velostat 기반), 카메라 모듈 (IMX-708)
구조부: 아크릴 커버, 미니 리프트

소프트웨어 구성

OS: Raspberry Pi OS
개발 언어: Python, C++
주요 라이브러리: PyQt5, OpenCV, GPIO
API: GPT API (3차 게임용)

기구부 설계 및 구현

커버 설계

재질: 5mm 두께 무광 아크릴 (검정색)
크기: 프로젝터 크기에 맞춘 맞춤 제작
특징:

 * 미니 리프트 1개를 사용한 높이 조절 기능
 * 미니 경첩을 이용한 여닫이 소형문
 * 측면 방열구멍 설계
 * 카메라 모듈 장착부

터치 패드 구조

크기: 400mm × 400mm
층 구조: 마감천(인조가죽) - Velostat - 구리 테이프
구리선 배치: 5mm 폭, 20mm 간격

제어부 및 회로 구현

터치 모듈 회로

PCB 설계: 크로스토크 방지를 위한 3W 규칙 적용
도선 사양: 두께 20mil, 간격 12mil (0.5A 기준)
주요 부품:

 * 4051D 8-channel multiplexer
 * 595D 8-Bit Shift Registers
 * LMV324 Operational Amplifiers
 * 저항: 10KΩ, 1KΩ
 * 커패시터: 100nF 16V

카메라 시스템

모델: IMX-708 (12MP 자동초점 120도 광각)
위치: 프로젝터 상단 커버 내부
기능: 실물 카드 인식, 게임 상황 촬영

소프트웨어 설계 및 구현

1차 게임 - 4인 체스

기반: 오픈소스 체스 게임
UI 개선: 불필요한 요소 제거, 터치 최적화
특징: 4명이 동시에 즐길 수 있는 변형 체스

2차 게임 - 카드 게임

Texas Hold'em Poker (프로토타입)

 * 카드 인식: YOLO 모델 활용 (90% 이상 인식률)
 * 게임 로직: 표준 텍사스 홀덤 규칙 구현
 * UI: 각 플레이어별 개인 보드, 중앙 커뮤니티 카드

포켓몬 카드 게임 (개발 중)

 * API 활용: 16,000여 장의 카드 데이터베이스
 * 특수 효과: 스타디움 카드에 따른 배경 변화

3차 게임 - TRPG (개발 중)

맵 생성: Polytopia Map Generator 오픈소스 활용
캐릭터 시스템: D&D 기반 12개 직업, 스펠 시스템
스토리 진행: GPT API를 활용한 동적 시나리오 생성

카드 인식 프로세스 1. 카메라 설정 (해상도: 4608×2592, FPS: 30) 2. 이미지 캡처 및 이진화 처리 3. 카드 영역 검출 (OpenCV 활용) 4. 카드 이미지 crop 및 샤프닝 5. YOLO 모델을 통한 카드 인식 6. 인식 결과를 게임 로직에 반영

프로젝트 결과

현재 진행상황

하드웨어

터치 모듈: PCB 제작 완료, 마감천 선정 완료 (인조가죽)
커버: 아크릴 레이저 커팅 완료, 조립 완료
카메라: IMX-708로 업그레이드 완료

소프트웨어

1차 게임(체스): UI 개선 완료, 프로젝터 환경 최적화
2차 게임(포커): 카드 인식 시스템 구현, 게임 로직 완성
3차 게임(TRPG): 캐릭터 생성 시스템 구현, 맵 생성 기능 개발 중

향후 계획

개발 내용	담당자	5월	6월 1주	6월 2주	6월 3주
터치 캘리브레이션 코드 추가	터치팀	■	■
프로젝터 하우징	구효본, 조수민	■	■
1차 프로그램 통합 및 에러처리	터치팀		■
1차 통합 테스트	터치팀		■
2차 프로그램 통합	터치팀, 전진형			■
최종 통합 테스트	전체			■
Feedback	전체			■	■
최종 프로젝트 발표 준비	전체				■

미구현 내용

포켓몬 카드 게임 완전 구현 (한국판 카드 인식 모델 부재)
TRPG GPT API 연동
터치 캘리브레이션 자동화
슬라이드 레일 적용 여부 (카메라 위치에 따라 결정)

프로젝트 평가

평가항목

중간 평가 기준에 따른 현재 달성도

평가결과

터치 정확도: 20mm 달성 (목표치 충족)
터치 응답시간: 측정 예정
게임 응답속도: 측정 예정
지원 게임 가짓수: 2개 구현 (체스, 포커)
화면투사 선명도: 측정 예정

느낀점

(프로젝트 완료 후 작성 예정)

부록

개발 환경

하드웨어: Raspberry Pi 5, XGIMI Halo+ 프로젝터, IMX-708 카메라
소프트웨어: Python 3.9, PyQt5, OpenCV 4.5
개발 도구: VS Code, KiCad (PCB 설계)

참고 자료

오픈소스 체스 게임
YOLO 카드 인식 모델 (GitHub)
Polytopia Map Generator
포켓몬 카드 API

예산 내역

총 예산: 404,800원

전도성필름 Velostat: 151,200원
IMX-708 카메라: 54,200원
PCB 제작: 60,000원
아크릴 판재: 79,400원
기타 부품: 60,000원