JP2000066626A - Three-dimensional display device - Google Patents

Three-dimensional display device

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JP2000066626A
JP2000066626A JP23208798A JP23208798A JP2000066626A JP 2000066626 A JP2000066626 A JP 2000066626A JP 23208798 A JP23208798 A JP 23208798A JP 23208798 A JP23208798 A JP 23208798A JP 2000066626 A JP2000066626 A JP 2000066626A
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JP
Japan
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cell
display device
color
external force
dimensional
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Application number
JP23208798A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinya Matsuda
伸也 松田
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional display device which is capable of displaying a three-dimensional body, expressing a regular motion, marking a display colored necessary, and changing the color. SOLUTION: The three-dimensional display device is provided with a plurality of movable rods 31 which are independent of each other and arranged in an expandable matrix and a control means (a control part comprising a memory, a CPU, an encoder and a decoder) to move each movable rod 31 based on a specified shape date every specified time. A pressure sensor to detect the force to be applied from the outside is installed on each movable rod 31, and the movable rods 31 are expanded/contracted according to the detected external force. In addition, a light-emitting element to emit the light of R, G or B to color its surface is provided on each movable rod 31. The light emission of each light-emitting element is also changed according to the magnitude of the external force.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、立体表示装置、詳
しくは、立体形状を任意に生成、変形することができ、
必要に応じて色彩も付すことのできる立体表示装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional display device, and more particularly, to a device capable of arbitrarily generating and deforming a three-dimensional shape.
The present invention relates to a three-dimensional display device to which colors can be given as needed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、立体を表示/出力する分野では以
下の技術が知られている。 (1)立体表示:光の干渉を利用したホログラフィー
や、左右の目に視差のある画像を表示するHMDなどに
より、視覚的に立体動画を出力する技術。 (2)立体出力 切削工具を数値制御して母体を加工する工作機、光硬化
性樹脂を用いて断面を積層する光造形装置、熱可塑性樹
脂を噴出して造形するインクジェット方式、薄板を切り
抜いて積層する方式、等によって実体的に立体像を出力
する技術。 (3)特開平8−5357号公報 軸方向に移動可能な複数のピンを平面格子状に配置し、
コンピュータから出力された形状データに応じて各ピン
の高さ(突出量)を変化させる。また、外力によるピン
の高さの変化を読み取り、変化した形状をコンピュータ
に入力する。
2. Description of the Related Art Conventionally, the following techniques are known in the field of displaying / outputting a three-dimensional object. (1) Three-dimensional display: A technology for visually outputting a three-dimensional moving image by holography using light interference or an HMD that displays an image having parallax between the left and right eyes. (2) Three-dimensional output A machine tool that processes a mother body by numerically controlling a cutting tool, an optical molding device that laminates a cross section using a photocurable resin, an inkjet method that ejects a thermoplastic resin to mold, and a thin plate is cut out A technology that outputs a stereoscopic image in a substantial manner by a lamination method. (3) JP-A-8-5357 A plurality of pins movable in the axial direction are arranged in a plane lattice,
The height (projection amount) of each pin is changed according to the shape data output from the computer. Further, a change in the height of the pin due to an external force is read, and the changed shape is input to a computer.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記
(1),(2),(3)の立体表示/出力技術では、以
下の問題点を有している。 (1)の視覚的な立体表示では、視線を変えても画像が
変わることがなく、物体の背後との関係など観察者が希
望する任意の視点での情報を得ることができない。 (2)の立体出力では形状の修正や変形が高速に達成で
きず、動きを表現することができない。また、出力物体
は透明や白色など母材色であり、任意の色を表現するこ
とができない。 (3)の公報には、形状の時間的な変化、色の表現、外
力による変形や反発力の発生についてそれらを実現可能
な詳細な記述はない。
However, the three-dimensional display / output techniques (1), (2) and (3) have the following problems. In the visual stereoscopic display of (1), the image does not change even if the line of sight is changed, and information from an arbitrary viewpoint desired by the observer, such as the relationship with the back of the object, cannot be obtained. With the stereoscopic output of (2), shape correction and deformation cannot be achieved at high speed, and motion cannot be expressed. Further, the output object is a base material color such as transparent or white, and cannot express any color. In the publication of (3), there is no detailed description that can realize the temporal change of the shape, the expression of the color, the deformation due to the external force, and the generation of the repulsive force.

【0004】そこで、本発明の目的は、3次元の立体を
表示できるのみならず、規則的な動作を表現でき、必要
に応じて彩色したり、色を変えて立体表示できる、これ
までにない実物感を表現できる立体表示装置を提供する
ことにある。本発明の他の目的は、操作者によって加え
られた外力で変形あるいは変色し、あたかも生きている
かのような感覚を与えることのできる立体表示を提供す
ることにある。
Therefore, an object of the present invention is not only to be able to display a three-dimensional solid, but also to be able to express a regular operation, to be colored or to change the color as required, and to display a three-dimensional image. An object of the present invention is to provide a three-dimensional display device capable of expressing a real feeling. It is another object of the present invention to provide a three-dimensional display which can be deformed or discolored by an external force applied by an operator and give a sense as if it is alive.

【0005】[0005]

【発明の要旨及び効果】以上の目的を達成するため、本
発明に係る立体表示装置は、相互に移動可能な複数の構
成要素と、これらの構成要素を所定時間ごとに移動させ
る制御手段とを備えている。構成要素を上下左右に移動
させることで3次元的に立体形状を表示でき、その移動
を時間的に制御することで立体表示物に動作を与えるこ
とができる。例えば、人間の顔や動物の姿体を表示し、
それに動きを与えることができ、あたかも現実の物体が
実在するかのように表示可能である。
SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above object, a stereoscopic display device according to the present invention comprises a plurality of mutually movable components and a control means for moving these components at predetermined time intervals. Have. By moving the constituent elements up, down, left, and right, a three-dimensional shape can be displayed, and by controlling the movement over time, an action can be given to the three-dimensional display object. For example, displaying human faces or animal figures,
It can be given a movement, and can be displayed as if a real object exists.

【0006】また、本発明に係る立体表示装置は、前記
構成要素に外部から作用する力を検出する検出部を内蔵
し、制御手段は検出部が検出した外力に応じて構成要素
を移動させる。これにて、立体表示物が塑性/弾性変形
することになり、より実体的な表示が可能となる。
Further, the stereoscopic display device according to the present invention has a built-in detector for detecting a force acting on the component from outside, and the control means moves the component in accordance with the external force detected by the detector. As a result, the three-dimensional display object undergoes plastic / elastic deformation, and a more substantial display is possible.

【0007】さらに、本発明に係る立体表示装置は、構
成要素の表面の色を変化させる発光部を備え、制御手段
はこの発光部の発色を所定時間ごとに変化させたり、検
出部が検出した外力に応じて発色を変化させる。これに
て、立体表示物をより一層実在的に表示することができ
る。
Further, the three-dimensional display device according to the present invention includes a light emitting section for changing the color of the surface of the component, and the control means changes the color of the light emitting section at predetermined time intervals, or the detection section detects the color. The color changes according to the external force. Thus, the three-dimensional display object can be displayed more realistically.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る立体表示装置
の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a stereoscopic display device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0009】(第1実施形態) (全体構成)図1は、第1実施形態である立体表示装置
10の全体構成を示し、構成要素として複数のロッド3
1を使用したものである。本装置10は制御部20と表
示部30とに大別されている。表示部30は上方から見
て縦横にマトリクス状に配列された複数の可動ロッド3
1によって構成されている。この可動ロッド31は以下
に説明するように長さ及び発色を制御可能であり、コン
ピュータ1から転送される3次元形状データに基づいて
制御部20が各可動ロッド31の位置(駆動量)を制御
する。各可動ロッド31の上部には発光部が設置され、
該発光部は制御部20からの信号で任意の色で発光す
る。可動ロッド31が上下動及び発色することでフルカ
ラーに彩色された3次元形状を表示する。また、一定の
動作を所定時間ごとに繰り返すことにより、動きのある
物体表現が可能となる。
(First Embodiment) (Overall Configuration) FIG. 1 shows the overall configuration of a three-dimensional display device 10 according to a first embodiment, in which a plurality of rods 3 are used as constituent elements.
1 is used. The device 10 is roughly divided into a control unit 20 and a display unit 30. The display unit 30 includes a plurality of movable rods 3 arranged vertically and horizontally in a matrix when viewed from above.
1. The length and color of the movable rod 31 can be controlled as described below, and the control unit 20 controls the position (drive amount) of each movable rod 31 based on the three-dimensional shape data transferred from the computer 1. I do. A light emitting unit is installed on the upper part of each movable rod 31,
The light emitting section emits light in an arbitrary color according to a signal from the control section 20. When the movable rod 31 moves up and down and develops a color, a three-dimensional shape colored in full color is displayed. Further, by repeating a certain operation at predetermined time intervals, it is possible to express a moving object.

【0010】さらに、各可動ロッド31は圧力センサを
備え、外部から加えられた力を検出可能であり、この外
力に応じて力を加えられた可動ロッド31の長さや色を
変化させる。これによって、物体の歪や変色などを表現
できる。加えられた力に対する可動ロッド31の移動速
度を調整することで、物体の粘性や弾性を表現すること
も可能である。
Further, each of the movable rods 31 has a pressure sensor and can detect a force applied from outside, and changes the length and color of the applied movable rod 31 according to the external force. Thereby, distortion or discoloration of the object can be expressed. By adjusting the moving speed of the movable rod 31 with respect to the applied force, it is possible to express the viscosity and elasticity of the object.

【0011】(可動ロッドの構成)図2に示すように、
可動ロッド31は、ベースとなる内筒32と、該内筒3
2に被さって上下方向に移動可能な外筒33とで構成さ
れている。内筒32には積層された複数の圧電素子34
が配置され、これらの圧電素子34は制御部20からの
駆動信号によって積層方向に伸縮する。圧電素子34上
にはキャリッジ36を挟着した駆動軸35の下端が接合
されており、この駆動軸35は圧電素子34の伸縮に伴
って上下方向に移動する。キャリッジ36は外筒33の
内周面と摩擦結合すると共に、内筒32に固定された抵
抗板37とも接触している。
(Structure of movable rod) As shown in FIG.
The movable rod 31 includes an inner cylinder 32 serving as a base and the inner cylinder 3.
2 and an outer cylinder 33 that can move in the vertical direction. The inner cylinder 32 has a plurality of stacked piezoelectric elements 34.
Are arranged, and these piezoelectric elements 34 expand and contract in the laminating direction by a drive signal from the control unit 20. A lower end of a drive shaft 35 holding a carriage 36 is joined to the piezoelectric element 34, and the drive shaft 35 moves up and down as the piezoelectric element 34 expands and contracts. The carriage 36 is friction-coupled with the inner peripheral surface of the outer cylinder 33 and is also in contact with a resistance plate 37 fixed to the inner cylinder 32.

【0012】前記圧電素子34に対しては、伸びる変形
速度と縮む変形速度を異ならせる駆動電圧を印加する。
駆動軸35及びキャリッジ36の移動速度が速いとき
は、外筒33を慣性によって停止した状態に止め、移動
速度が遅いときに外筒33を追随して移動させる。外筒
33の移動量はキャリッジ36と接触する抵抗板37の
抵抗値が変化することによって検出される。
A driving voltage is applied to the piezoelectric element 34 so as to make the expanding and contracting deformation speeds different.
When the moving speed of the drive shaft 35 and the carriage 36 is high, the outer cylinder 33 is stopped by inertia, and when the moving speed is low, the outer cylinder 33 follows. The amount of movement of the outer cylinder 33 is detected by a change in the resistance value of the resistance plate 37 that contacts the carriage 36.

【0013】一方、外筒33の上部には圧電素子を用い
た圧力センサ38が取り付けられている。圧力センサ3
8は可動ロッド31の先端に加わる外力の大きさを検出
する。
On the other hand, a pressure sensor 38 using a piezoelectric element is mounted above the outer cylinder 33. Pressure sensor 3
8 detects the magnitude of the external force applied to the tip of the movable rod 31.

【0014】また、外筒33の外側は暗色に着色され、
図示しない透明カバーで被覆されている。この透明カバ
ーと外筒33との間に、R,G,Bの各色に発色するL
ED等の発光素子39が格子状に配列されている。各発
光素子39の光量を制御することで格ロッド31をフル
カラーで任意の色に彩色/変化させることができる。
The outside of the outer cylinder 33 is colored dark,
It is covered with a transparent cover (not shown). L that develops each color of R, G, and B is provided between the transparent cover and the outer cylinder 33.
Light emitting elements 39 such as EDs are arranged in a lattice. By controlling the amount of light of each light emitting element 39, the case rod 31 can be colored / changed to an arbitrary color in full color.

【0015】(形状の表現方法)図1の表示部30は人
間の顔を凹凸形状で表現している様子を示している。A
が目、Bが鼻、Cが口、Dが耳に相当する。3次元計測
器で測定されて予め登録された顔のデータはコンピュー
タ1から制御部20に転送される。制御部20は顔を再
現する向きと高さの基準となる平面を決める。
(Method of Expressing Shape) The display unit 30 in FIG. 1 shows a state in which a human face is expressed in an uneven shape. A
Corresponds to eyes, B corresponds to a nose, C corresponds to a mouth, and D corresponds to an ear. The face data measured and registered in advance by the three-dimensional measuring device is transferred from the computer 1 to the control unit 20. The control unit 20 determines a direction in which the face is reproduced and a plane serving as a reference for the height.

【0016】ここでは、顔の正面を装置10の上方に向
け、耳Dの位置を高さの基準とした例を説明する。制御
部20は顔データから表現する顔の大きさを設定し、線
形補完法などの手法によってロッド31のピッチに応じ
た駆動データを生成する。例えば、ロッド31が縦/横
で100/100で構成されており、そのピッチを1m
mとすると、本装置10は100mm2までの大きさの
物体を表現することができる。いま、顔の長さを80m
mに表現しようとすると、縦方向のデータ数は80mm
間のロッド31の本数である80個が必要である。コン
ピュータ1から転送されたデータの該当部分が160個
の場合、2個のデータを順次平均化して80個の補完デ
ータを作成する。
Here, an example will be described in which the front of the face is directed upward from the apparatus 10 and the position of the ear D is used as a reference for the height. The control unit 20 sets the size of the face to be expressed from the face data, and generates drive data corresponding to the pitch of the rod 31 by a method such as a linear interpolation method. For example, the rod 31 has a length / width of 100/100, and its pitch is 1 m.
If m, the device 10 can represent an object up to 100 mm 2 in size. Now, the face length is 80m
m, the number of data in the vertical direction is 80mm
80 rods, which are the number of rods 31 between them, are required. If the corresponding part of the data transferred from the computer 1 is 160 pieces, two pieces of data are sequentially averaged to create 80 pieces of complementary data.

【0017】このように、基準平面でのロッド31とデ
ータの配置を一致させると、次にこの平面の各座標につ
いて、高さ方向のデータを生成する。再現する物体の大
きさに合わせて、事前にデータを補完しておく。平面の
左上から右下に向かって順次高さデータを読み出し、こ
れらのデータ値に応じて該当するロッド31の高さを制
御することにより、凹凸のある顔を再現する。
As described above, when the arrangement of the rod 31 and the data on the reference plane are matched, data in the height direction is generated for each coordinate on this plane. Data is complemented in advance according to the size of the object to be reproduced. Height data is sequentially read from the upper left to the lower right of the plane, and the height of the corresponding rod 31 is controlled in accordance with these data values, thereby reproducing an uneven face.

【0018】(色の表現方法)コンピュータ1から転送
されたデータに色データが含まれている場合には、本装
置10でこれを再現することができる。前述の高さの制
御と同様に、各ロッド31の位置における表現物体の色
データを順次読み出し、各発光素子39の発光量を制御
することで、ロッド31を所定の色に再現する。頭髪や
鼻の穴など黒色や陰の部分は発光素子39を点灯させな
いことで表現できる。また、顔の周囲など表現する物体
のない背景部は、任意の色に指定して表現することが可
能である。
(Color Representation Method) When data transferred from the computer 1 includes color data, the color data can be reproduced by the present apparatus 10. Similarly to the height control described above, the color data of the expression object at the position of each rod 31 is sequentially read, and by controlling the light emission amount of each light emitting element 39, the rod 31 is reproduced in a predetermined color. Black or shaded parts such as hair and nostrils can be expressed by not turning on the light emitting element 39. In addition, a background portion having no object to be expressed, such as the periphery of a face, can be expressed by specifying an arbitrary color.

【0019】(動きの表現方法)図3は物体に動きを与
えた一例を示す。人間の顔のように時間の経過に伴って
目や口などの形状が変化する物体に関しては、本装置1
0でその動きを表現することができる。
(Expression Method of Motion) FIG. 3 shows an example in which a motion is given to an object. For an object such as a human face, whose shape changes with the passage of time, such as an eye or a mouth, the present device 1
The motion can be represented by 0.

【0020】動きを表現する複数の顔のデータは予めコ
ンピュータ1に入力されており、制御部20では所定時
間が経過するごとにこれらの顔データを読み出し、ロッ
ド31の長さや発光素子39の発光量を変化させる。こ
の所定時間を、例えば、現在のテレビジョン画像で用い
られる1/30秒に設定することで、視覚的には連続動
作として表現することができる。図3は(A),
(B),(C)の順に1/30秒ごとの動きを示す。
Data of a plurality of faces representing movements are input to the computer 1 in advance, and the control unit 20 reads these face data every time a predetermined time elapses, and reads the length of the rod 31 and the light emission of the light emitting element 39. Vary the amount. By setting the predetermined time to, for example, 1/30 second used in the current television image, it can be visually expressed as a continuous operation. FIG. 3 (A),
(B) and (C) show the movement every 1/30 second.

【0021】(外力による変化の表現方法)人間の頬を
指などで押すと、その力に応じて顔面が凹んだり、肌が
赤くなるなどの変化が生じる。このように物体に外力が
加えられた場合の変化の様子を予めシミュレートしてお
けば、本装置10でその変化を表現することができる。
(Method of expressing change due to external force) When a human cheek is pressed with a finger or the like, a change such as denting of the face or reddening of the skin occurs according to the force. By simulating in advance the state of change when an external force is applied to the object in this way, the change can be expressed by the present apparatus 10.

【0022】例えば、顔全体に渡って、加えられた外力
に比例した歪みが発生するというモデル(F=ax)を
適用した場合を考える。表示物体に作用する外力はロッ
ド31の圧力センサ38で検出される。制御部20は各
圧力センサ38の出力値を読み取り、その出力値に応じ
て各ロッド31の長さを制御して外力による変形を表現
する。即ち、圧力センサ38の出力値を左上から右下ま
での各ロッド31に関して順次読み出し、それらの出力
値に応じた各ロッド31の変化量を演算し、これに従っ
て各ロッド31の長さを制御することで形状を変化させ
る。
For example, consider a case where a model (F = ax) in which a distortion proportional to an applied external force is generated over the entire face. The external force acting on the display object is detected by the pressure sensor 38 of the rod 31. The control unit 20 reads the output value of each pressure sensor 38 and controls the length of each rod 31 according to the output value to express deformation due to external force. That is, the output value of the pressure sensor 38 is sequentially read for each rod 31 from the upper left to the lower right, the amount of change of each rod 31 according to the output value is calculated, and the length of each rod 31 is controlled accordingly. Changes the shape.

【0023】外力による変形の制御を所定時間(前述の
如く1/30秒ごと)に実行することで、あたかも表示
物体が生きているかのような変化を表現することができ
る。また、表示色についても外力に応じて変化させるこ
とが可能であり、このような変化によって頬は凹むが顎
は凹まないとか、耳は赤くなるが鼻は白くなるなど、部
分に応じて定めれば、よりリアルな表現を実現できる。
By executing the deformation control by the external force at a predetermined time (every 1/30 seconds as described above), a change as if the display object is alive can be expressed. Also, the display color can be changed according to the external force, and such a change is determined according to the portion, such as the cheek but not the chin, or the ear becomes red but the nose becomes white. A more realistic expression can be realized.

【0024】また、圧力を検出した位置のロッド31だ
けではなく、その周辺のロッド31まで変化させたり、
押された箇所は凹むが周囲は膨らみ、全体の体積は変化
しない、等のルールを定式化することにより、連続した
一体物らしい表現が可能となる。このような制御は、検
出した外力に応じてロッド31の長さや色をどのように
変化させるかというルールの問題であり、制御のプログ
ラムやパラメータによって任意に設定することができ
る。
Further, not only the rod 31 at the position where the pressure is detected but also the rod 31 around the rod 31 can be changed.
By formulating a rule that the pressed portion is depressed but the periphery swells and the whole volume does not change, it is possible to express a continuous integral object. Such control is a matter of the rule of how to change the length and color of the rod 31 according to the detected external force, and can be arbitrarily set by a control program or parameter.

【0025】(反発力の表現方法)人間の頬を指などで
押すと、変形と同時に指に反発力が感じられる。本装置
10では、外力に対する反発力の大きさを予め定式化し
ておき、各ロッド31の圧力センサ38が検出した外力
の大きさに応じた反発力を発生させることができる。こ
れにて、操作者に対してより実物的らしく表現すること
ができる。具体的には、ロッド31の移動速度を制御す
ればよく、操作者に弾性や粘性を感得させることができ
る。
(Expression method of repulsive force) When a human cheek is pressed with a finger or the like, a repulsive force is felt on the finger simultaneously with the deformation. In the present device 10, the magnitude of the repulsive force against the external force is formulated in advance, and the repulsive force according to the magnitude of the external force detected by the pressure sensor 38 of each rod 31 can be generated. Thereby, it can be expressed more realistically for the operator. Specifically, the moving speed of the rod 31 may be controlled, and the operator can feel elasticity and viscosity.

【0026】例えば、変位に比例した反発力を発生させ
るには(F’=βx、βは定数)、顔の表面(変位=
0)から、a=(F’−βx)/m(mは該当部分の質
量)の加速度で移動させることにより、反発力を表現す
ることができる。このとき、変形の初期では加速度が大
きいために反発力は小さく感じられ、後期では加速度が
小さいために反発力は大きく感じられる。
For example, to generate a repulsive force proportional to the displacement (F ′ = βx, β is a constant), the face of the face (displacement =
0), the repulsive force can be expressed by moving at an acceleration of a = (F′−βx) / m (m is the mass of the corresponding portion). At this time, in the early stage of the deformation, the repulsion is perceived to be small because the acceleration is large, and in the second half, the repulsion is perceived large because the acceleration is small.

【0027】(制御回路)図4は本立体表示装置10の
制御回路の概略を示す。制御部20は、全体を統括制御
するCPU21と、形状データ、色データ、反発力や色
の変化などの物性データ等を記憶させたメモリ22と、
各可動ロッド311〜31nと交信する信号を整理するエ
ンコーダ23、デコーダ24によって構成されている。
CPU21はインターフェイス25を介して外部機器
(コンピュータ1)とデータを交信する。図5は各可動
ロッド311〜31n内での制御回路の概略を示す。エン
コーダ23及びデコーダ24は、各ロッド311〜31n
にアドレスを付与し、これをコード化することで信号を
管理する。
(Control Circuit) FIG. 4 schematically shows a control circuit of the stereoscopic display device 10. The control unit 20 includes a CPU 21 that controls the entire system, a memory 22 that stores shape data, color data, and physical property data such as repulsion and color change.
The movable rods 31 1 to 31 n are constituted by an encoder 23 and a decoder 24 for organizing signals to communicate with the movable rods 31 1 to 31 n .
The CPU 21 exchanges data with an external device (computer 1) via the interface 25. FIG. 5 schematically shows a control circuit in each of the movable rods 31 1 to 31 n . The encoder 23 and the decoder 24 are connected to each of the rods 31 1 to 31 n
The signal is managed by assigning an address to and encoding this.

【0028】(制御手順)次に、CPU21による本立
体表示装置10の制御手順について図6のフローチャー
トを参照して説明する。
(Control Procedure) Next, a control procedure of the stereoscopic display device 10 by the CPU 21 will be described with reference to a flowchart of FIG.

【0029】まず、ステップS1でスタート信号に基づ
いて動作開始指令が確認されると、CPU21は、ステ
ップS2で表現すべき形状データ及び色データをメモリ
22から読み出す。次に、ステップS3で形状の配置方
向や大きさの指示を受け、前記データを出力サイズに合
わせて補完演算し、各ロッド31の高さ、発光素子39
の発光量データを作成する。次に、ステップS4、S5
で前記データに基づいて各ロッド31の突出長さ、発光
量を制御する。制御は表示部30の左上のロッド31か
ら右下のロッド31に向けて順次アドレスが割り当てら
れており、アドレスの小さいものから順次実行される。
First, when an operation start command is confirmed based on a start signal in step S1, the CPU 21 reads out shape data and color data to be expressed from the memory 22 in step S2. Next, in step S3, an instruction of the arrangement direction and size of the shape is received, and the data is complemented according to the output size, and the height of each rod 31, the light emitting element 39
Is generated. Next, steps S4 and S5
Then, the protruding length and the light emission amount of each rod 31 are controlled based on the data. In the control, addresses are sequentially allocated from the upper left rod 31 to the lower right rod 31 of the display unit 30, and the control is executed sequentially from the one with the smallest address.

【0030】全てのロッド31に対する制御が終了する
と(ステップS6でYES)、ステップS7で全てのロ
ッド31での圧力センサ38の出力値を検出する。全ロ
ッド31に対する外力の検出を終了すると(ステップS
8でYES)、所定値以上の圧力が検出された場合は、
ステップS9において、指定されている物性値に従って
外力の影響を反映させるロッド31の範囲、高さ、移動
速度及び発光量を演算する。次に、ステップS10,S
11で前記演算データをメモリ22から読み出して各ロ
ッド31を順次その突出長さ、発光量を制御する。
When the control for all the rods 31 is completed (YES in step S6), the output values of the pressure sensors 38 for all the rods 31 are detected in step S7. When the detection of the external force on all the rods 31 is completed (step S
8; YES), if a pressure equal to or greater than the predetermined value is detected,
In step S9, the range, height, moving speed, and light emission amount of the rod 31 that reflects the influence of the external force are calculated in accordance with the specified physical property values. Next, steps S10, S
In step 11, the calculation data is read out from the memory 22, and the rods 31 are sequentially controlled in their protruding length and light emission amount.

【0031】形状、色の変化の適用範囲での制御が終了
すると(ステップS12でYES)、ステップS13で
所定時間(1/30秒)の経過を待つ。所定時間が経過
し、さらに動作を継続する物合には(ステップS14で
NO)、前記ステップS2へ戻る。
When the control in the applicable range of the shape and color change is completed (YES in step S12), the flow waits for a predetermined time (1/30 second) in step S13. If the predetermined time has elapsed and the operation is to be continued (NO in step S14), the process returns to step S2.

【0032】(第2実施形態) (全体構成)図7は第2実施形態である立体表示装置5
0の全体構成を示し、構成要素としてマイクロセルを使
用したものである。その基本概念と操作イメージは以下
のとおりである。
Second Embodiment (Overall Configuration) FIG. 7 shows a stereoscopic display device 5 according to a second embodiment.
0 shows the overall configuration, and uses a microcell as a component. The basic concept and operation image are as follows.

【0033】まず、オペレータはコンピュータ1上でデ
ザインソフトを利用して3次元形状を作成する。次に、
作成した3次元形状の仕上がりをCRT等の2次元ディ
スプレイ上で確認した後、立体表示装置50へ形状デー
タを転送する。立体表示装置50は、この形状データを
受け取ると、表示台60上に微小な球状のマイクロセル
を順次送り出し、3次元形状モデル70を作成する。マ
イクロセルによって形成される3次元形状モデル70の
縮尺比率は、表示台60の大きさやセルの総数によって
適切に調整される。
First, the operator creates a three-dimensional shape on the computer 1 using design software. next,
After confirming the finished three-dimensional shape on a two-dimensional display such as a CRT, the shape data is transferred to the three-dimensional display device 50. When receiving the shape data, the three-dimensional display device 50 sequentially sends out minute spherical microcells on the display table 60 and creates a three-dimensional shape model 70. The scale ratio of the three-dimensional shape model 70 formed by the microcell is appropriately adjusted according to the size of the display stand 60 and the total number of cells.

【0034】オペレータはこの装置50によって出力さ
れた3次元形状モデル70を周囲から眺めたり手で触っ
たりして観察し、自己のイメージどおりのものかどうか
を確認する。作成された形状に不具合を発見した場合、
オペレータは手やヘラを用いてモデル70を自由に変形
し、あたかもクレイモデル(粘土)を加工するかのよう
に形状を修正する。このとき、モデル70を部分的に切
り取ったり、付加したりすることもできる。
The operator observes the three-dimensional shape model 70 output by the device 50 by observing it from the surroundings or touching it with his / her hand, and confirms whether or not the model is as perceived by the user. If you find a defect in the created shape,
The operator freely deforms the model 70 using a hand or a spatula, and corrects the shape as if processing a clay model (clay). At this time, the model 70 can be partially cut or added.

【0035】各マイクロセルはそれ自体個々の位置情報
を認識することができ、装置50は修正された3次元形
状を3次元座標に基づいた形状データとして作成する。
従って、所望形状への修正が終了すると、オペレータは
キーボード等を操作して修正後の3次元形状データを装
置50からコンピュータ1へ読み取る。これにて、モデ
ル70で作成した3次元形状データをコンピュータ1が
獲得することができる。
Each microcell can recognize its own position information, and the device 50 creates a corrected three-dimensional shape as shape data based on three-dimensional coordinates.
Therefore, when the correction to the desired shape is completed, the operator operates the keyboard or the like to read the corrected three-dimensional shape data from the device 50 to the computer 1. Thus, the computer 1 can acquire the three-dimensional shape data created by the model 70.

【0036】(マイクロセルの構成)図8,図9に示す
ように、マイクロセル71はプラスチック等で作られた
球状の殻72に覆われている。その内部には、互いに直
交する6方向に伸びたジョイント73と、各ジョイント
73を中心部で接合しているコア80とが設置されてい
る。各ジョイント73は連結部74とセル間通信部77
を備えている。コア80は回転制御用モータ81と角度
検出器85と図示しないセル本体通信部及び電源とを備
えている。さらに、殻72の表面には前記第1実施形態
で説明したR,G,Bの各色に発光する発光素子が格子
状に配列されている。
(Configuration of Microcell) As shown in FIGS. 8 and 9, the microcell 71 is covered with a spherical shell 72 made of plastic or the like. A joint 73 extending in six directions orthogonal to each other and a core 80 joining the joints 73 at the center are installed inside the joint. Each joint 73 is connected to a connecting unit 74 and an inter-cell communication unit 77.
It has. The core 80 includes a rotation control motor 81, an angle detector 85, a cell body communication unit (not shown), and a power supply. Further, on the surface of the shell 72, light emitting elements that emit light of each color of R, G, and B described in the first embodiment are arranged in a lattice.

【0037】連結部74は、例えば電磁石75によって
構成され、スイッチ76を外部からの信号に基づいて切
り換えて電磁石75の極性を変更することによってセル
71間の接合/離間を行う。セル間通信部77は図示し
ないアンテナと通信回路を備え、電磁波、赤外線等の無
線通信手段を用いて隣接セル71間と情報を通信する。
コア80に設けた図示しないセル本体通信部もこのセル
間通信部77と同様の構成を有し、以下に説明する制御
部と必要な情報を通信する。
The connecting portion 74 is constituted by, for example, an electromagnet 75, and performs joining / separation between the cells 71 by changing a polarity of the electromagnet 75 by switching a switch 76 based on an external signal. The inter-cell communication unit 77 includes an antenna and a communication circuit (not shown), and communicates information between the adjacent cells 71 using wireless communication means such as electromagnetic waves and infrared rays.
The cell main body communication unit (not shown) provided in the core 80 has the same configuration as the inter-cell communication unit 77, and communicates necessary information with a control unit described below.

【0038】回転制御用モータ81と角度検出器85は
各ジョイント73がコア80と接合する部分に配置され
ている。ジョイント73の根元部分には、球状の膨出部
78が形成されており、該膨出部78の周囲をコア80
に形成された凹状の保持部(図示せず)が覆うことによ
り、ジョイント73の回転中心を形成している。ジョイ
ント73の他端にはピン状突起79が形成されており、
半円弧状のガイド部83,84の溝部に係合している。
両ガイド部83,84は互いに直交しており、ジョイン
ト73の任意の方向の運動を軸X1,X2を中心とする回
転運動に変換している。
The rotation control motor 81 and the angle detector 85 are arranged at a portion where each joint 73 is joined to the core 80. A spherical bulge 78 is formed at the base of the joint 73, and a core 80 is formed around the bulge 78.
The center of rotation of the joint 73 is formed by being covered by a concave holding portion (not shown) formed in the above. A pin-shaped projection 79 is formed at the other end of the joint 73,
It engages with the grooves of the semicircular guides 83 and 84.
The two guide portions 83 and 84 are orthogonal to each other, and convert the motion of the joint 73 in an arbitrary direction into a rotational motion about the axes X 1 and X 2 .

【0039】ガイド部83,84の一端軸部にはそれぞ
れモータ81がクラッチ82を介して接続され、他端軸
部にはそれぞれ角度検出器85が取り付けられている。
モータ81を起動させ、クラッチ82をオンすることで
ジョイント73を膨出部78を中心として任意の方向/
角度に動かすことができる。クラッチ82をオフしてお
けば、ジョイント73は外力によってモータ81の抵抗
なく自由に移動する。ジョイント73が外力等によって
移動すると、回転方向や角度が角度検出器85の抵抗値
変化によって検出される。
A motor 81 is connected to one end shaft of each of the guide portions 83 and 84 via a clutch 82, and an angle detector 85 is attached to each other end of the shaft.
By starting the motor 81 and turning on the clutch 82, the joint 73 is moved in any direction /
Can be moved to an angle. If the clutch 82 is turned off, the joint 73 moves freely without resistance of the motor 81 by an external force. When the joint 73 moves due to an external force or the like, the rotation direction and the angle are detected by a change in the resistance value of the angle detector 85.

【0040】(表示台の構成)図10に示すように、表
示台60はセル収納部61と駆動部62と制御部63と
で構成されている。収納部61には格子状の多数の孔
(図示せず)が上下方向に形成されており、各孔には前
記マイクロセル71が上下方向に所定個数ずつ収納され
ている。駆動部62は図11に示す駆動ユニット90を
マイクロセル71の各縦列ごとに設置したもので、コン
ピュータ1からの指示によって駆動ユニット90を駆動
してセル71を表示台60上に送り出す。また、セル7
1に下向きの外力が加えられると、駆動ユニット90は
その力を検出してセル71を所定量下降させる。制御部
63はコンピュータ1との交信、駆動ユニット90の制
御、各マイクロセル71の位置制御や連結状態の情報を
取得するための通信等を行う。
(Structure of Display Stand) As shown in FIG. 10, the display stand 60 is composed of a cell storage section 61, a drive section 62, and a control section 63. A large number of lattice-shaped holes (not shown) are formed in the storage section 61 in the vertical direction, and a predetermined number of the microcells 71 are stored in each of the holes in the vertical direction. The drive unit 62 is provided with a drive unit 90 shown in FIG. 11 for each column of the microcell 71, and drives the drive unit 90 according to an instruction from the computer 1 to send out the cell 71 onto the display table 60. Also, cell 7
When a downward external force is applied to 1, the drive unit 90 detects the force and lowers the cell 71 by a predetermined amount. The control unit 63 performs communication with the computer 1, control of the drive unit 90, position control of each microcell 71, communication for acquiring information on the connection state, and the like.

【0041】(駆動ユニットの構成)図11に示すよう
に、駆動ユニット90は前記第1実施形態に示した可動
ロッド31と基本的には同様の構成を有している。即
ち、ベースとなる内筒91と、該内筒91に被さって上
下方向に移動可能な外筒92とから構成されている。内
筒91には積層された複数枚の圧電素子93が配置さ
れ、これらの圧電素子93は制御部63からの駆動信号
によって積層方向に伸縮する。圧電素子93上にはキャ
リッジ95を挟着した駆動軸94の下端が接合されてお
り、この駆動軸94は圧電素子93の伸縮に伴って上下
方向に移動する。キャリッジ95は外筒92の内周面と
摩擦結合すると共に、内筒91に固定された抵抗板96
とも接触している。
(Configuration of Driving Unit) As shown in FIG. 11, the driving unit 90 has basically the same configuration as the movable rod 31 shown in the first embodiment. That is, it is composed of an inner cylinder 91 serving as a base, and an outer cylinder 92 which can cover the inner cylinder 91 and move vertically. A plurality of laminated piezoelectric elements 93 are arranged in the inner cylinder 91, and these piezoelectric elements 93 expand and contract in the laminating direction according to a drive signal from the control unit 63. A lower end of a drive shaft 94 sandwiching a carriage 95 is joined to the piezoelectric element 93, and the drive shaft 94 moves up and down as the piezoelectric element 93 expands and contracts. The carriage 95 frictionally couples with the inner peripheral surface of the outer cylinder 92, and a resistance plate 96 fixed to the inner cylinder 91.
Is also in contact.

【0042】前記圧電素子93に対しては、伸びる変形
速度と縮む変形速度を異ならせる駆動電圧を印加する。
駆動軸94及びキャリッジ95の移動速度が速いとき
は、外筒92を慣性によって停止した状態に止め、移動
速度が遅いときに外筒92を追随して移動させる。外筒
92の移動量はキャリッジ95と接触する抵抗板96の
抵抗値が変化することによって検出される。
A drive voltage is applied to the piezoelectric element 93 to make the expanding and contracting deformation speeds different.
When the moving speed of the drive shaft 94 and the carriage 95 is high, the outer cylinder 92 is stopped by inertia, and when the moving speed is low, the outer cylinder 92 is moved to follow. The amount of movement of the outer cylinder 92 is detected by a change in the resistance value of the resistance plate 96 that contacts the carriage 95.

【0043】一方、外筒92の上部には圧電素子を用い
た圧力センサ97とセル間通信部98(前記セル間通信
部77と同じもの)が取り付けられている。圧力センサ
97はマイクロセル71に加わる外力の大きさを検出す
る。
On the other hand, a pressure sensor 97 using a piezoelectric element and an inter-cell communication unit 98 (the same as the inter-cell communication unit 77) are mounted on the upper part of the outer cylinder 92. The pressure sensor 97 detects the magnitude of an external force applied to the micro cell 71.

【0044】(通信)制御部63と各マイクロセル71
の本体通信部とは電磁波等を用い、セル間通信部77間
及び通信部77,98は赤外線等を用いて無線通信す
る。各セル71には他のセル71と識別するための固有
の番号が予め付与されている。
(Communication) Control Unit 63 and Each Microcell 71
The main body communication unit uses electromagnetic waves and the like, and the inter-cell communication units 77 and the communication units 77 and 98 perform wireless communication using infrared rays and the like. Each cell 71 is given a unique number for identifying it from other cells 71 in advance.

【0045】各通信において、制御部63はセル番号
(アドレスに相当)、通信内容(データに相当)の順に
信号を送信する。データ通信は、PCM/FM方式等デ
ジタルデータを伝送する一般的な方式を用いている。各
アドレス、データ等は8ビットのキャラクタコードとし
て扱われる。伝送すべきアドレス、データは1ビットず
つの直列信号に変換され、これを搬送波(電磁波や赤外
線)に重畳して送信する。受信側では、信号から搬送波
を差し引いて直列信号を抽出し、これを8ビットごとに
まとめることにより、アドレスやデータに対応したキャ
ラクタコードとして解読する。
In each communication, the control unit 63 transmits a signal in the order of a cell number (corresponding to an address) and a communication content (corresponding to data). The data communication uses a general method of transmitting digital data such as the PCM / FM method. Each address, data, and the like are handled as an 8-bit character code. The address and data to be transmitted are converted into serial signals of one bit at a time, and the signals are superimposed on a carrier wave (electromagnetic wave or infrared light) and transmitted. On the receiving side, a carrier signal is subtracted from the signal to extract a serial signal, and the serial signal is grouped in units of 8 bits to be decoded as a character code corresponding to an address or data.

【0046】各マイクロセル71では、制御部63から
の信号を解読すると、セル番号を識別し、自身の番号で
ある場合にはそのデータを読み取る。データには、各ジ
ョイント73の連結部74の極性を制御する信号、各ジ
ョイント73の回転を制御する信号等が含まれている。
制御部63からの送信は、所定時間ごとに1番のセル7
1から最終番のセル71まで順次アドレスを更新して行
う。
When each microcell 71 decodes the signal from the control section 63, it identifies the cell number, and if it is its own number, reads the data. The data includes a signal for controlling the polarity of the connecting portion 74 of each joint 73, a signal for controlling the rotation of each joint 73, and the like.
The transmission from the control unit 63 is performed at the first cell 7 every predetermined time.
The address is sequentially updated from 1 to the last cell 71.

【0047】制御部63からの信号の送信が終了する
と、今度は各セル71からの信号を受信する。前記と同
様に、制御部63は1番のセル71から順次アドレスと
命令信号(コマンド)をセル71に送信する。このコマ
ンドには、角度検出器85の検出値を送信するように指
示するものと、セル間通信の結果を教えるように指示す
るものの2種類がある。
When the transmission of the signal from the control unit 63 ends, the signal from each cell 71 is received. As described above, the control unit 63 sequentially transmits an address and a command signal (command) to the cell 71 from the first cell 71. There are two types of commands, one that instructs transmission of the detection value of the angle detector 85 and one that instructs the result of inter-cell communication.

【0048】角度検出値送信命令を受信したセル71
は、このとき二つの検出器85の検出値を制御部63に
返信する。セル間通信結果送信命令に対しては、6本の
ジョイント73の先端にあるセル間通信部77を介し
て、自身が何番のセル71と連結しているかを検知し、
その検知結果を返信する。
Cell 71 that has received the angle detection value transmission command
Returns the detection values of the two detectors 85 to the control unit 63 at this time. In response to the inter-cell communication result transmission command, the number of the cell 71 itself is detected via the inter-cell communication unit 77 at the tip of the six joints 73,
The detection result is returned.

【0049】セル間通信において、通信部77は微弱な
赤外線を発し、最近接の他の通信部77に対してセル番
号を返信するようにコマンドを送信する。このコマンド
を受け取った他の通信部77は自身が属しているセル7
1の番号を返信する。この通信に使われる赤外線は、隣
接する通信部77間でのみ通信することができる程度に
弱く設定されている。所定時間が経過しても応答が無い
場合には、隣接するセル71が存在しないとみなす。各
セル71において6本の全てのジョイント73に関して
セル間通信を終了すると、例えば、第1ジョイントは5
番セルと、第2ジョイントは7番セルと、第3ジョイン
トは無連結というように、セル71間の連結状態を知る
ことができる。
In the inter-cell communication, the communication unit 77 emits a weak infrared ray and transmits a command to return the cell number to the nearest other communication unit 77. The other communication unit 77 that has received this command calls the cell 7 to which it belongs.
Reply number 1 The infrared light used for this communication is set weak enough to allow communication only between the adjacent communication units 77. If there is no response even after the lapse of the predetermined time, it is considered that the adjacent cell 71 does not exist. When the inter-cell communication is completed for all six joints 73 in each cell 71, for example, the first joint becomes 5
The connection state between the cells 71 can be known, such as the cell No., the second joint is the cell No. 7, and the third joint is not connected.

【0050】制御部63は全てのセル71の本体通信部
との通信を行うことによってセル間通信によって得られ
た連結情報を取得する。なお、前記セル間通信におい
て、最下段のセル71に関しては、それ自身より下方の
セルとの連結状態は既知のため、これを省略することが
できる。
The control section 63 performs communication with the main body communication sections of all the cells 71 to obtain connection information obtained by inter-cell communication. In the inter-cell communication, since the connection state of the lowermost cell 71 with the cell below itself is known, this can be omitted.

【0051】(形状の出力方法)図12は本立体表示装
置50による3次元形状の出力の様子を示す。前記コン
ピュータ1で作成された3次元形状データは、その高さ
方向にセル71の直径寸法で輪切りにされ、各断面形状
の2次元データに変換される。制御部63は前記駆動ユ
ニット90を動作させることで、表示台60の上面の格
子孔から各断面内に存在するセル71を1個ずつ送り出
す。最上段(1段目)のセル群を送り出すとき、制御部
63は本体通信部を介して、隣接する全てのセル71が
互いに結合するように、各セル71において水平方向に
配置されたジョイント73の連結部74の極性を制御す
る。
(Shape Output Method) FIG. 12 shows how the three-dimensional display device 50 outputs a three-dimensional shape. The three-dimensional shape data created by the computer 1 is sliced in the height direction along the diameter of the cell 71 and converted into two-dimensional data of each cross-sectional shape. By operating the drive unit 90, the control unit 63 sends out the cells 71 existing in each section from the lattice holes on the upper surface of the display table 60 one by one. When transmitting the cell group of the uppermost stage (first stage), the control unit 63 transmits, via the main body communication unit, a joint 73 arranged in a horizontal direction in each cell 71 so that all the adjacent cells 71 are connected to each other. Of the connecting portion 74 is controlled.

【0052】2段目以降のセル群を送り出すときは、そ
の段の断面内で全てのセル71が結合することに加え
て、上段の真上に位置するセル71とも結合するように
上下方向のジョイント73の連結部74の極性を制御す
る。これら連結部74の制御データは、3次元形状から
2次元の断面形状を演算した時点で、コンピュータ1が
演算して制御部63に送信される。高さ方向に全ての断
面形状に従ってセル71が送り出されると、3次元形状
の出力が終了する。この一連の動作では、各セル71の
ジョイント73は回転角度等は固定したままでよい。こ
のような出力方法は、光硬化性樹脂を用いた形状モデリ
ング手法と類似したものである。
When sending out the cell group of the second and subsequent stages, all the cells 71 within the cross section of that stage are combined with the cell 71 located directly above the upper stage. The polarity of the connecting portion 74 of the joint 73 is controlled. The computer 1 calculates the control data of the connection unit 74 and transmits the control data to the control unit 63 when the two-dimensional cross-sectional shape is calculated from the three-dimensional shape. When the cells 71 are sent out according to all the cross-sectional shapes in the height direction, the output of the three-dimensional shape ends. In this series of operations, the joint 73 of each cell 71 may be kept at a fixed rotation angle or the like. Such an output method is similar to a shape modeling method using a photocurable resin.

【0053】また、本立体表示装置50では、まず、標
準的な、立方体を出力し、以下に説明するマニュアルで
の形状変形を行ってオペレータが所望の3次元形状を作
成するようにしてもよい。この場合の形状出力を標準形
状出力と称する。
In the three-dimensional display device 50, first, a standard cube may be output, and the operator may create a desired three-dimensional shape by performing manual shape deformation described below. . The shape output in this case is called a standard shape output.

【0054】(コンピュータによる形状の修正方法)図
13は本立体表示装置50で出力した3次元形状モデル
をコンピュータ1を用いて修正する様子を示す。出力し
たモデルにコンピュータ1から形状の修正を加える場
合、修正のある高さの断面までセル71を表示台60ま
で回収(下降)した後、修正された断面形状に従ってセ
ル71を1段ずつ上昇させ、モデルを再形成する。この
ような形状修正方法を適用してモデル70に所定時間ご
とに一定の動きを付与することもできる。
(Method of Modifying Shape by Computer) FIG. 13 shows how the three-dimensional shape model output by the three-dimensional display device 50 is modified by the computer 1. When the computer 1 corrects the shape of the output model, the cells 71 are collected (downward) to the display table 60 up to a section having a corrected height, and then the cells 71 are raised one by one according to the corrected section shape. , Reshaping the model. By applying such a shape correction method, a constant movement can be given to the model 70 at predetermined time intervals.

【0055】(マニュアルによる形状変形)図14は予
め出力されている3次元形状モデルにオペレータがマニ
ュアルで変形を加える様子を示す。
(Manual Shape Deformation) FIG. 14 shows how an operator manually deforms a previously output three-dimensional shape model.

【0056】図13に示したように、3次元形状の出力
が終了すると、本立体表示装置50は待機状態に入る。
ここで、制御部63は各セル71の本体通信部を介して
定期的に各セル71のジョイント73の回転角度を検出
する。あるセル71(n)がオペレータが加える外力で
移動すると、セル71(n)のジョイント73が回転す
る。ジョイント73の回転は制御部63によって検出さ
れ、制御部63はセル71(n)が新たに隣接すること
になるセル71(m)の番号を調べ、セル71(n)が
セル71(m)と結合するように連結部74の極性を制
御する。複数のセル71が移動した場合でも、同様に連
結部74の極性を制御して各セル71の結合状態を維持
する。
As shown in FIG. 13, when the output of the three-dimensional shape is completed, the three-dimensional display device 50 enters a standby state.
Here, the control unit 63 periodically detects the rotation angle of the joint 73 of each cell 71 via the main body communication unit of each cell 71. When a certain cell 71 (n) moves by an external force applied by the operator, the joint 73 of the cell 71 (n) rotates. The rotation of the joint 73 is detected by the control unit 63, and the control unit 63 checks the number of the cell 71 (m) to which the cell 71 (n) is newly adjacent, and determines that the cell 71 (n) is the cell 71 (m). The polarity of the connecting portion 74 is controlled so as to be connected to. Even when the plurality of cells 71 move, the polarity of the connecting portion 74 is similarly controlled to maintain the connected state of the cells 71.

【0057】形状に不要な部分があったり、不足してい
る部分がある場合には、モデルからセル群71Aを取り
除いたり、モデルに予備のセル群71Bを付け加えるこ
とも可能である。
When there is an unnecessary portion or a missing portion in the shape, the cell group 71A can be removed from the model, or a spare cell group 71B can be added to the model.

【0058】(マイクロセルの移動)図15はマイクロ
セル71が外力によって移動する状態を示す。図15
(A)を初期位置とする。この場合、セル71aの下部
にセル71bが連結され、セル71aの右側にセル71
cが連結している。このとき、セル71a,71bとセ
ル71a,71cの内部ではジョイント73a1,73
1とジョイント73a2,73c2とが互いに連結する
ように制御されている。また、セル間通信部77を介し
て、セル71bがセル71aの下部に連結され、セル7
1cがセル71aの右側に連結されていることを制御部
63が検知している。
(Movement of Microcell) FIG. 15 shows a state where the microcell 71 moves by an external force. FIG.
(A) is an initial position. In this case, the cell 71b is connected to the lower part of the cell 71a, and the cell 71b is connected to the right side of the cell 71a.
c is linked. At this time, the joints 73a 1 , 73a inside the cells 71a, 71b and the cells 71a, 71c.
b 1 and the joint 73a 2, 73c 2 are controlled so as to connect to each other. Also, the cell 71b is connected to the lower part of the cell 71a via the inter-cell communication unit 77,
The control unit 63 detects that 1c is connected to the right side of the cell 71a.

【0059】ここで、セル71bに左方向から所定値以
上の外力αが加えられると、セル71bは右方向に移動
する。このとき、セル71a,71bの内部ではジョイ
ント73a1,73b1が互いの引力で回転する(図15
(B)参照)。これらの回転は角度検出器85によって
検出され、制御部63はセル71bが右方に移動してい
ることを検出する。ここでは、セル71aのジョイント
73a1の角度によってセル71bが右方に移動してい
ることを検出する。
Here, when an external force α of a predetermined value or more is applied to the cell 71b from the left, the cell 71b moves to the right. At this time, the joints 73a 1 and 73b 1 rotate with each other inside the cells 71a and 71b (FIG. 15).
(B)). These rotations are detected by the angle detector 85, and the control unit 63 detects that the cell 71b is moving to the right. Here, the cell 71b by the angle of the joint 73a 1 of the cell 71a detects that it is moving to the right.

【0060】制御部63は、セル71bが所定量以上移
動したことを検出すると、セル71bのジョイント73
1の連結部74をセル71aのジョイント73a1の連
結部74と反発する極性に切り換え、ジョイント73b
1がセル71cのジョイント73c1と吸引するようにす
る(図15(c)参照)。これにて、セル71bの連結
状態がセル71aからセル71cへ変化する(図15
(D)参照)。
When the control unit 63 detects that the cell 71b has moved by a predetermined amount or more, the joint 73 of the cell 71b
switching the connecting portion 74 of b 1 to the polarity to repel the connecting portion 74 of the joint 73a 1 of the cell 71a, the joint 73b
1 so as to suction a joint 73c 1 cell 71c (see FIG. 15 (c)). Thus, the connection state of the cell 71b changes from the cell 71a to the cell 71c (FIG. 15).
(D)).

【0061】外力αによるセル71bの移動量がセル7
1cの直下にまで届かない場合でも、セル71bがセル
71aよりもセル71cにより近く移動した場合には、
前記モータ81を駆動してセル71cのジョイント73
1を真下へ回転させることにより、セル71bをセル
71cの下部に移動させることができる(図15(E)
参照)。
The amount of movement of the cell 71b by the external force α is
If the cell 71b moves closer to the cell 71c than the cell 71a, even if it does not reach directly below 1c,
By driving the motor 81, the joint 73 of the cell 71c is driven.
by rotating the c 1 to beneath, it is possible to move the cell 71b in the lower portion of the cell 71c (FIG. 15 (E)
reference).

【0062】(形状の入力方法)コンピュータ1からセ
ル71によって形成されている3次元形状を入力するよ
うに指示があると、制御部63は、各セル71の連結順
序、即ち、何番のセルの何番のジョイントが何番のセル
のどのジョイントと連結しているかを、セル71の本体
通信部との交信により検出する。制御部63はこの連結
情報を解析して3次元形状データを作成し、コンピュー
タ1へ送信する。また、制御部63はセル71の連結順
序をコンピュータ1へ送信し、コンピュータ1にて3次
元形状データを作成してもよい。
(Method of Inputting Shape) When the computer 1 instructs to input a three-dimensional shape formed by the cells 71, the control unit 63 determines the connection order of the cells 71, ie, what cell number The number of the joint of the cell 71 and the joint of the cell of the number are detected by communication with the main body communication unit of the cell 71. The control unit 63 analyzes the connection information to create three-dimensional shape data, and transmits the data to the computer 1. Further, the control unit 63 may transmit the connection order of the cells 71 to the computer 1 and create three-dimensional shape data in the computer 1.

【0063】連結情報から3次元形状の座標情報への変
換は、例えば、以下の方法で行う。全てのセル71の連
結情報を獲得すると、制御部63はそれらの情報から表
示台60の上面と接続しているセル番号、ジョイント番
号及び表示台60上の位置を検索する。これによって検
索されたセルが高さZ=1(表示台60の直上)に位置
しているセルであり、何番のジョイント73が下方に向
いているかが判別できる。次に、高さZ=1に位置する
セル間での連結情報に基づいて、各セルの各ジョイント
が前後左右いずれかの方向を向いているかを判別する。
The conversion from the connection information to the coordinate information of the three-dimensional shape is performed, for example, by the following method. When the connection information of all the cells 71 is obtained, the control unit 63 searches for the cell number, the joint number, and the position on the display table 60 connected to the upper surface of the display table 60 from the information. As a result, the searched cell is located at the height Z = 1 (directly above the display table 60), and it is possible to determine the number of the joint 73 facing downward. Next, based on the connection information between the cells located at the height Z = 1, it is determined whether each joint of each cell is in any of the front, rear, left, and right directions.

【0064】以上の処理を終了すると、以上の処理で検
索されたセルの上方を向いているジョイントと連結して
いるセル(高さZ=2)とそのジョイント番号を検索
し、さらに、各ジョイントの向きを判別する。このよう
な処理を検索対象となるセル(最上段のセル)がなくな
るまで継続することで、表示台60上のどの階層のどの
位置に何番のセルが存在しているかを決定することがで
きる。セルの階層をZ座標、各階層内の位置をX,Y座
標に当てはめると、3次元形状の座標情報を得ることが
できる。
When the above processing is completed, the cell (height Z = 2) connected to the joint pointing upward from the cell searched in the above processing and its joint number are searched. Is determined. By continuing such processing until there are no more cells to be searched (the uppermost cell), it is possible to determine the number of the cell at which position on which level on the display table 60. . When the cell hierarchy is applied to the Z coordinate and the position in each hierarchy is applied to the X and Y coordinates, coordinate information of a three-dimensional shape can be obtained.

【0065】(色の表現、動きの表現、反発力の表現)
各マイクロセル71の彩色に関しては前記第1実施形態
と同様の手法で表現することができる。具体的には、マ
イクロセル71の表面を光透過性、拡散性を有するプラ
スチック材料等で作成し、内部に三原色であるR,G,
Bに発色するLED等の発光素子を設置すればよい。発
光素子の発光量を制御することによって、モデル70を
フルカラーに彩色することができ、実物に近いモデルを
作成することができる。
(Expression of color, expression of movement, expression of repulsion)
The coloring of each microcell 71 can be expressed in the same manner as in the first embodiment. Specifically, the surface of the microcell 71 is made of a plastic material or the like having a light transmitting property and a diffusing property, and the three primary colors R, G,
A light emitting element such as an LED that emits color may be provided for B. By controlling the light emission amount of the light emitting element, the model 70 can be colored in full color, and a model close to the real thing can be created.

【0066】隣接する複数のセル71間で他のセル71
を、あたかもバケツリレーをするかのように、目的の位
置まで順次搬送することで、形状を出力/修正すること
もできる。これによれば、変形する高さまでセル71を
回収する必要がなくなり、高速で形状の修正が可能とな
る。さらに、このようなセル自走方式を用いてセル71
を所定時間ごとに移動させれば、物体(例えば、動物模
型)の動きを表現することができる。
A plurality of cells 71 between adjacent cells 71
Can be output / corrected by sequentially transporting to a target position as if by bucket relay. According to this, it is not necessary to collect the cell 71 to the height at which the cell 71 is deformed, and the shape can be corrected at high speed. Further, using such a cell self-propelled system, the cell 71
Is moved at predetermined time intervals, the movement of an object (for example, an animal model) can be expressed.

【0067】一方、外力によってマイクロセル71が移
動したとき、その外力の大きさに応じた反力をオペレー
タが感じるように出力することにより、ゴムや粘土等を
加工するような感触を与えることができる。外力の検出
方法としては、ジョイント73の回転速度に基づいてセ
ル71の移動加速度を求める方法や、セル71の外殻7
2に圧力センサを設ける方法等が考えらえる。反力の発
生はジョイント73の回転制御部(モータ)を用いて行
うことができる。セル71の変移量に比例した反力を与
えるとゴムのような弾性感を、変移速度に比例した反力
を与えると粘土のような弾性感を与えることができる。
また、所定量以上の外力が加わると、反力を弱くするこ
とにより、塑性変形を表現することができる。
On the other hand, when the microcell 71 is moved by an external force, a reaction force corresponding to the magnitude of the external force is output so as to be felt by the operator, thereby giving a feeling of processing rubber or clay. it can. As a method of detecting the external force, a method of obtaining the moving acceleration of the cell 71 based on the rotation speed of the joint 73, the method of detecting the outer
2, a method of providing a pressure sensor, or the like can be considered. The generation of the reaction force can be performed using the rotation control unit (motor) of the joint 73. When a reaction force proportional to the displacement amount of the cell 71 is given, an elastic feeling like rubber can be given, and when a reaction force proportional to the displacement speed is given, an elastic feeling like clay can be given.
Further, when an external force equal to or more than a predetermined amount is applied, plastic deformation can be expressed by weakening the reaction force.

【0068】(制御回路)図16は本立体表示装置50
の制御回路の概略を示す。制御部63は、全体を統括制
御するCPU100、セル71や表示台60への信号を
整理するアドレスエンコーダ&デコーダ101、セル7
1との間で通信を行う本体通信部102により構成され
ている。アドレス、コマンド、データ等のCPU100
から送信される制御信号は、コード化したうえで通信部
102で電磁波に重畳されて各セル71の本体通信部に
転送される。同様に、各セル71からの検出信号はデコ
ードしたうえで同じく電磁波を介してCPU100に送
信される。各駆動ユニット90との交信についても同様
である。
(Control Circuit) FIG. 16 shows the present three-dimensional display device 50.
The outline of the control circuit of FIG. The control unit 63 includes a CPU 100 for overall control of the whole, an address encoder & decoder 101 for organizing signals to the cell 71 and the display stand 60, and a cell 7.
The communication unit 102 includes a main body communication unit 102 that communicates with the main unit 1. CPU 100 for address, command, data, etc.
Are coded, superimposed on electromagnetic waves by the communication unit 102, and transferred to the main unit communication unit of each cell 71. Similarly, the detection signal from each cell 71 is decoded and transmitted to the CPU 100 via an electromagnetic wave. The same applies to communication with each drive unit 90.

【0069】図17は、各セル71内の制御回路の概略
を示す。連結部74、角度検出器85、モータ81、セ
ル間通信部77はセル本体通信部89でまとめて制御部
63と交信する。また、それぞれのユニットを駆動する
ための電源88が設けられている。
FIG. 17 schematically shows a control circuit in each cell 71. The connection unit 74, the angle detector 85, the motor 81, and the inter-cell communication unit 77 communicate with the control unit 63 collectively by the cell main body communication unit 89. Further, a power supply 88 for driving each unit is provided.

【0070】(他の実施形態)なお、本発明に係る立体
表示装置は前記実施形態に限定するものではなく、その
要旨の範囲内で種々に変更することができることは勿論
である。
(Other Embodiments) The three-dimensional display device according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, but can be variously modified within the scope of the gist.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態である立体表示装置の全
体構成を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a stereoscopic display device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】前記立体表示装置の構成要素である可動ロッド
を示す斜視図。
FIG. 2 is a perspective view showing a movable rod that is a component of the stereoscopic display device.

【図3】前記立体表示装置の経時的な変化を示す斜視
図。
FIG. 3 is a perspective view showing a change over time of the stereoscopic display device.

【図4】前記立体表示装置の制御回路を示すブロック
図。
FIG. 4 is a block diagram showing a control circuit of the stereoscopic display device.

【図5】前記可動ロッドに内蔵されている制御回路を示
すブロック図。
FIG. 5 is a block diagram showing a control circuit built in the movable rod.

【図6】前記立体表示装置の制御手順を示すフローチャ
ート図。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a control procedure of the stereoscopic display device.

【図7】本発明の第2実施形態である立体表示装置の基
本概念を示す説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a basic concept of a stereoscopic display device according to a second embodiment of the present invention.

【図8】前記立体表示装置で使用されるマイクロセルを
示す斜視図。
FIG. 8 is a perspective view showing a microcell used in the stereoscopic display device.

【図9】前記マイクロセル内に配置されているジョイン
トを示す斜視図。
FIG. 9 is a perspective view showing a joint arranged in the microcell.

【図10】前記立体表示装置の表示台の概略構成を示す
斜視図。
FIG. 10 is a perspective view showing a schematic configuration of a display stand of the stereoscopic display device.

【図11】前記表示台に配置されている駆動ユニットを
示す斜視図。
FIG. 11 is a perspective view showing a drive unit arranged on the display board.

【図12】前記立体表示装置による形状出力の様子を示
す斜視図。
FIG. 12 is a perspective view showing a state of shape output by the stereoscopic display device.

【図13】出力された3次元形状の修正方法を示す斜視
図。
FIG. 13 is a perspective view showing a method of correcting the output three-dimensional shape.

【図14】出力された3次元形状のマニュアルによる変
形の様子を示す斜視図。
FIG. 14 is a perspective view showing the state of manual deformation of the output three-dimensional shape.

【図15】前記マイクロセルの外力による移動状態を示
す説明図。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a state of movement of the microcell caused by an external force.

【図16】前記立体表示装置の制御回路を示すブロック
図。
FIG. 16 is a block diagram showing a control circuit of the stereoscopic display device.

【図17】前記マイクロセルに内蔵されている制御回路
を示すブロック図。
FIG. 17 is a block diagram showing a control circuit built in the microcell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…コンピュータ 10,50…立体表示装置 20…制御部 30…表示部 31…可動ロッド 38,97…圧力センサ 39…発光素子 63…制御部 70…3次元形状モデル 71…マイクロセル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Computer 10, 50 ... Stereoscopic display device 20 ... Control part 30 ... Display part 31 ... Movable rod 38, 97 ... Pressure sensor 39 ... Light emitting element 63 ... Control part 70 ... Three-dimensional shape model 71 ... Micro cell

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 相互に移動可能な複数の構成要素と、 前記構成要素を所定時間ごとに移動させる制御手段と、 を備えたことを特徴とする立体表示装置。1. A stereoscopic display device comprising: a plurality of mutually movable components; and control means for moving the components at predetermined time intervals. 【請求項2】 前記構成要素の表面の色を変化させる発
光部を備え、前記制御手段は発光部の発色を所定時間ご
とに変化させることを特徴とする請求項1記載の立体表
示装置。
2. The three-dimensional display device according to claim 1, further comprising a light-emitting unit that changes a color of a surface of the component, and wherein the control unit changes a color of the light-emitting unit at predetermined time intervals.
【請求項3】 相互に移動可能で、外部から作用する力
を検出する検出部を内蔵した複数の構成要素と、 前記構成要素を所定時間ごとに移動させると共に、前記
検出部が検出した外力に応じて構成要素を移動させる制
御手段と、 を備えたことを特徴とする立体表示装置。
3. A plurality of components which are mutually movable and have a built-in detection unit for detecting a force acting from outside, and wherein the components are moved at predetermined time intervals, and the detection unit detects the external force detected by the detection unit. A stereoscopic display device, comprising: control means for moving a component in accordance with the information.
【請求項4】 前記構成要素の表面の色を変化させる発
光部を備え、前記制御手段は前記検出部が検出した外力
に応じて発色を変化させることを特徴とする請求項3記
載の立体表示装置。
4. The three-dimensional display according to claim 3, further comprising a light-emitting unit that changes a color of a surface of the component, and wherein the control unit changes a color according to an external force detected by the detection unit. apparatus.
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