JP2001175883A - バーチャルリアリティ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 モーションベースで駆動される座席の位置に
基づき、臨場感と没入感の高い仮想現実空間の画像を構
築可能なバーチャルリアリティ装置を提供する。 【解決手段】 角加速度センサ６で座席２の垂直軸から
の傾斜の角加速度信号Ａ１（θ）が検出され、角加速度
センサ５で利用者３の座高方向軸回りの角加速度信号Ａ
２（λ）と、座高方向軸からの傾斜の角加速度信号Ａ３
（ψ）が検出され、検出された角加速度信号により、座
席２の回動角度を基準とする利用者３の座高方向軸回り
の回動角信号Ｘ（λ）と、座高方向軸からの傾斜の回動
角信号Ｘ（ψ）が演算され、回動角信号Ｘ（λ）、Ｘ
（ψ）から検出される利用者３の視線位置に基づき、現
在の表示領域画像が設定され、ＨＭＤ４により現在の表
示領域画像が利用者３の前方の仮想現実空間に拡大投影
され、利用者は、常に臨場感と没入感に富んだ仮想現実
空間画像と対応する音声との視聴体験が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘッドマウンティ
ングディスプレイ（以下ではＨＭＤと略記する）を装着
して、コンピュータグラフィックスで構築した仮想現実
空間での視聴体験を行うバーチャルリアリティ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータによるコンピュータグラフ
ィクスで、疑似現実的な仮想現実空間を構築し、利用者
にこの仮想現実空間での視聴体験を行わせるバーチャル
リアリティ装置は、アミューズメント、アート、臨場感
会議などの各分野での開発が急速に進められている。こ
の種のバーチャルリアリティ装置には、利用者の眼や首
の動きに対応する視線位置を検出し、カラー液晶パネル
を介して、検出した利用者の視線位置に対応する仮想現
実空間画像をリアルタイムに表示するＨＭＤが使用され
ている。このＨＭＤは、利用者の視野を完全に覆うよう
にして装着され、カラー液晶パネルの全面にレンズ系が
配置され、カラー液晶パネルの背面にはバックライトが
配置されており、カラー液晶パネルに表示される画像
を、レンズ系により仮想現実空間の３次元画像として前
方に拡大投影するように構成されている。

【０００３】従来のアミューズメントライドに適用され
るバーチャルリアリティ装置では、図５に示すように、
モーションベース１に、モーションベース１によって、
所定のプログラムに従って、３次元的に駆動制御される
座席２が取り付けられ、ＨＭＤを装着した利用者３が座
席２に着座して、アミューズメントライドでの走行体験
を、ＨＭＤを介しての仮想現実空間により視聴体験す
る。この場合、ＨＭＤには、利用者の座高方向軸を中心
とする首の回動の角加速度と、座高方向軸に対する首の
傾斜回動の角加速度とを検出する角加速度センサが取り
付けられていて、この角加速度センサの検出信号に基づ
いて、利用者の視線角度がリアルタイムで演算され、現
在の利用者の視線位置に基づく表示領域画像１５が、仮
想現実空間の３次元画像として、ＨＭＤを介して利用者
の前方に構築され、同時に表示領域画像１５に対応する
音声が発せられ、利用者によって、表示領域画像１５と
音声とによって、仮想現実空間での視聴体験が行われ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
な従来のバーチャルリアリティ装置では、モーションベ
ース１により駆動制御される座席２の移動は、表示領域
画像１５に反映されないので、例えば図５に示すよう
に、座席２が、紙面上で利用者３の座高方向の垂直軸に
対してθ傾斜した場合に、表示領域画像１５は地面を基
準にして、利用者３の視線位置の移動に対応して構築さ
れる。このように構築される仮想現実空間の画像は、特
に高速度のアミューズメントライドに適用した場合に
は、利用者には認識されにくいことがあり、充分な臨場
感や没入感を与えないことが経験的に知られている。

【０００５】本発明は、前述したようなこの種のバチャ
ルリアリティ装置の動作の現状に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、モーションベースで駆動される利用
者の座席の位置に基づいて、臨場感と没入感のより高い
仮想現実空間の画像を構築可能なバーチャルリアリティ
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、モーションベース上に配設
された座席に、ヘッドマウンティングディスプレイを装
着した利用者が着座し、前記モーションベースにより駆
動制御される前記座席の動きと、前記ヘッドマウンティ
ングディスプレイが検出する前記利用者の視線位置の移
動とに対応した仮想現実空間画像、及び対応する音声を
視聴体験するバーチャルリアリティ装置であって、前記
ヘッドマウンティングディスプレイの３次元空間での加
速度を検出する第１の加速度センサと、前記座席の３次
元空間での加速度を検出する第２の加速度センサと、前
記第１の加速度センサの検出信号と前記第２の加速度セ
ンサの検出信号とに基づいて、前記利用者の視線位置に
対応する仮想現実空間画像を作成する仮想現実空間画像
作成手段とを有することを特徴とするものである。

【０００７】このような手段によると、常に、モーショ
ンベースにより駆動される座席の位置を基準にして、利
用者の視線位置からの視覚範囲内の仮想現実空間画像が
作成され、臨場感と没入感に富んだ仮想現実空間画像と
対応する音声とが視聴体験される。

【０００８】同様に前記目的を達成するために、請求項
２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第
１の加速度センサが、前記利用者の座高方向軸を中心と
する首の回動の角加速度と、前記座高方向軸に対する首
の傾斜回動の角加速度とを検出する機能を有することを
特徴とするものである。

【０００９】このような手段によると、第１の加速度セ
ンサが、利用者の座高方向軸を中心とする首の左右回動
の角加速度と、座高方向軸に対する首の前後傾斜の回動
の角加速度とを検出することにより、請求項１記載の発
明で得られる効果が実現される。

【００１０】同様に前記目的を達成するために、請求項
３記載の発明は、モーションベース上に配設された座席
に、ヘッドマウンティングディスプレイを装着した利用
者が着座し、前記モーションベースにより駆動制御され
る前記座席の動きと、前記ヘッドマウンティングディス
プレイが検出する前記利用者の視線位置の移動とに対応
した仮想現実空間画像、及び対応する音声を視聴体験す
るバーチャルリアリティ装置であって、前記座席の３次
元空間での位置を検出し位置信号を出力する座席位置検
出手段と、該座席位置検出手段からの位置信号と、前記
ヘッドマウンティングディスプレイが検出する前記利用
者の視線方向とに基づいて、前記利用者の視線位置に対
応する仮想現実空間画像を作成する仮想現実空間画像作
成手段とを有することを特徴とするものである。

【００１１】このような手段によると、常に、モーショ
ンベースにより駆動される座席の位置を基準にして、利
用者の視線位置からの視覚範囲内の仮想現実空間画像が
作成され、臨場感と没入感に富んだ仮想現実空間画像と
対応する音声とが視聴体験される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をアミューズメン
トライドに適用した一実施の形態を、図１ないし図４を
参照して説明する。図１は本実施の形態の外観構成を示
す説明図、図２は本実施の形態の表示領域画像設定ユニ
ットの構成を示す説明図、図３は実施の形態の利用者の
視線の移動に対応する表示領域画像の説明図、図４は本
実施の形態の座席の傾斜に対応する表示領域画像の説明
図である。

【００１３】本実施の形態では、図１に示すように、モ
ーションベース１に、視野を覆うようにＨＭＤ４を装着
した利用者３が着座する座席２が取り付けられ、この座
席２は、モーションベース１によって、所定のプログラ
ムに従って、図４に示すように、紙面上で垂直軸（Ｚ
軸）に対して傾斜する方向に回動制御されるように構成
されている。また、利用者３が装着するＨＭＤ４は、カ
ラー液晶パネルの前面にレンズ系が配置され、カラー液
晶パネルの背面にはバックライトが配置されており、仮
想現実空間の入力画像に対応して、カラー液晶パネルに
表示される画像を、利用者３の前方に、レンズ系を介し
て仮想現実空間の３次元画像として拡大投影する表示領
域画像作成手段を備えている。さらに、座席２には、モ
ーションベース１によって垂直軸に対して傾斜回動され
る座席２の回動の角加速度を検出する角加速度センサ６
が取り付けられ、ＨＭＤ４には、座席２に着座する利用
者３の座高方向軸を中心とする回動の角加速度と、座高
方向軸に対する傾斜回動の角加速度とを検出する加速度
センサ５が取り付けられている。

【００１４】一方、ＨＭＤ４には、角加速度センサ５の
検出信号と、角加速度センサ６の検出信号とに基づい
て、ＨＭＤ４を装着した利用者３の座高方向軸を中心と
する現在の回動角と、座高方向軸に対する現在の傾斜角
とを、座席２の回動角位置を基準にして演算し、得られ
た演算値に基づいて、利用者３の現在の視線位置に対応
する表示領域画像を、仮想現実空間画像から切り取り設
定し、ＨＭＤ４のカラー液晶パネルに表示する表示領域
画像設定ユニットが設けられている。従って、表示領域
画像設定ユニットにより、ＨＭＤ４のカラー液晶パネル
に表示される表示領域画像が、前述の表示領域画像作成
手段によって、レンズ系を介して利用者３の前方に３次
元画像として拡大投影されるように構成されている。

【００１５】この場合の表示領域画像設定ユニット１６
は、図２に示すような構成となっていて、角加速度セン
サ５の出力端子と、角加速度センサ６の出力端子とが、
減算器７の非反転入力端子と反転入力端子とにそれぞれ
接続され、減算器７の出力端子が角速度信号を演算する
積分回路８に接続され、積分回路８の出力端子が、回動
角を演算する積分回路９に接続され、積分回路９の出力
端子が表示領域画像設定回路１０に接続されている。

【００１６】このような構成の本実施の形態の動作を説
明する。ＨＭＤ４を装着した利用者３が座席２に着座
し、アミューズメントライドの動作をスタートさせる
と、予め設定されたプログラムに従って、仮想現実空間
内を移動するアミューズメントライドの座席の移動に対
応して、ＨＭＤ４によって利用者３の前方に３次元画像
が拡大投影され、同時に対応する音声が発せられ、ま
た、移動モーションベース１により座席２の垂直軸に対
する傾斜回動の制御が行われる。そして、仮想現実空間
内でアミューズメントライドに搭乗した利用者３は、仮
想現実空間内を移動する座席２に着座しながら、座高方
向軸を中心に首を左右に回動させ、また、座高方向軸に
対して首を前後に傾斜回動させて、座席２の前方から後
方に流れて行く仮想現実空間の表示領域画像を視覚でと
らえ、さらに、仮想空間画像に対応して発せられる音声
を聴覚でとらえて、仮想現実空間内でのアミューズメン
トライドによる移動の視聴体験を行う。

【００１７】この場合、座席２の傾斜回動の制御に伴っ
て、角加速度センサ６によって、座席２の垂直軸に対す
る傾斜回動の角加速度信号Ａ１（θ）が検出され、角加
速度センサ５によって、座席２に着座した利用者３の座
高方向軸を中心とする回動の角加速度信号Ａ２（λ）
と、座高方向軸に対する傾斜回動の角加速度信号Ａ３
（ψ）とが検出される。このようにして検出された角加
速度信号Ａ１（θ）、Ａ２（λ）、Ａ３（ψ）は減算器
８に入力され、減算器８では、角加速度信号Ａ１を基準
として、利用者３の座高方向軸を中心とする回動の角加
速度Ａ２ｓ（λ）と、角加速度信号Ａ１を基準とした利
用者３の座高方向軸に対する傾斜回動の角加速度信号Ａ
３ｓ（ψ）とが検出される。

【００１８】このようにして検出された角加速度信号Ａ
２ｓとＡ３ｓとは、積分回路８に入力され、積分回路８
の積分演算によって、角加速度信号Ａ２ｓからは、利用
者３の座高方向軸を中心とする回動の角速度信号Ｖ２ｓ
が、加速度信号Ａ３ｓからは、利用者３の座高方向軸に
対する傾斜回動の角速度信号Ｖ３ｓが演算され、角速度
信号Ｖ２ｓ、Ｖ３ｓは、積分回路９に入力される。そし
て、積分回路９の積分演算によって、角速度信号Ｖ２ｓ
からは、利用者３の座高方向軸を中心とする回動角信号
Ｘ（λ）が、角速度信号Ｖ３ｓからは、利用者３の座高
方向軸に対する傾斜の回動角信号Ｘ（ψ）が演算され
る。

【００１９】これらの回動角信号Ｘ（λ）、Ｘ（ψ）
は、表示領域画像設定回路１０に入力され、表示領域画
像設定回路１０では、回動角信号Ｘ（λ）、Ｘ（ψ）に
基づいて、ＨＭＤ４を装着した利用者３の現在の視線位
置を検出し、仮想現実空間画像から、利用者３の現在の
視線位置に対応する表示領域画像が切り取り設定され、
設定された表示領域画像が、ＨＭＤ４のカラー液晶パネ
ルに表示される。そして、ＨＭＤ４の表示領域画像作成
手段によって、利用者３の現在の視線位置に基づく表示
領域画像が、レンズ系を介して利用者３の前方の仮想現
実空間に３次元画像として拡大投影される。

【００２０】このようにして、本実施の形態によると、
例えば、利用者３が、図４に示すように、座席２上で首
を回すことなく前方を見ている場合には、Ｘ（λ）＝
０、Ｘ（ψ）＝０となり、座席２がモーションベース１
により、垂直軸に対して左方向にθ傾斜回動されたとす
ると、角加速度センサ６により検出される座席２の垂直
軸に対する角加速度信号Ａ１（θ）に基づき演算される
傾斜回動角θを基準にして、ＨＭＤ４によって利用者の
前方に、同図に示すような３次元画像が拡大投影され
る。このために、利用者３は、座席２の回動角を基準に
して表示され、視覚性が向上し認識し易い３次元画像に
よって、臨場感と没入感に富んだ仮想現実空間画像と対
応する音声を視聴体験することが可能になる。

【００２１】同様にして、図３（ａ）、（ｂ）にそれぞ
れ示すように、垂直軸に対して傾斜回動されない座席２
に着座した利用者３が、首を左方向或いは右方向に回動
させ、さらには、前後に傾斜回動させた場合には、利用
者３の首の回動角信号Ｘ（λ）と利用者３の首の傾斜の
回動角信号Ｘ（ψ）とが演算され、座席２の傾斜回動角
０°を基準にして、利用者３の視線位置が演算される。
そして、ＨＭＤ４によって利用者の前方に現在の視線位
置に基づく３次元画像が拡大投影され、利用者３は視覚
性が向上し認識し易い３次元画像によって、臨場感と没
入感に富んだ仮想現実空間画像と対応する音声を視聴体
験することが可能になる。一般には、図３と図４とに基
づいて、所定角度傾斜した座席２に着座する利用者３
が、首を座高方向軸の回りに回動させ、また、座高方向
軸に対して傾斜回動させた状態で、座席２の傾斜回動角
を基準にして、視覚性が向上し臨場感と没入感に富んだ
仮想現実空間画像が、利用者の前方に拡大投影され、臨
場感と没入感に富んだ仮想現実空間画像と対応する音声
を視聴体験することが可能になる。

【００２２】以上に説明したように、本実施の形態によ
ると、角加速度センサ６により、座席２の垂直軸に対す
る傾斜回動の角加速度信号Ａ１（θ）が検出され、角加
速度センサ５により、座席２に着座した利用者３の座高
方向軸を中心とする回動の角加速度信号Ａ２（λ）と、
座高方向軸に対する傾斜回動の角加速度信号Ａ３（ψ）
とが検出され、検出された角加速度信号Ａ１（θ）、Ａ
２（λ）、Ａ３（ψ）に基づき、減算器８及び積分回路
８、９により、座席２の回動角度を基準として、利用者
３の座高方向軸を中心とする回動角信号Ｘ（λ）と、座
高方向軸に対する傾斜の回動角信号Ｘ（ψ）とが演算さ
れる。そして、表示領域画像設定回路１０により、回動
角信号Ｘ（λ）、Ｘ（ψ）から検出される利用者３の現
在の視線位置に基づく、現在の表示領域画像が切り取り
設定され、ＨＭＤ４により、現在の表示領域画像が利用
者３の前方の仮想現実空間に拡大投影されるので、利用
者は、常に臨場感と没入感に富んだ仮想現実空間画像と
対応する音声とを視聴体験することが可能になる。

【００２３】なお、以上の実施の形態では、角加速度セ
ンサ６で座席２の角加速度を検出し、角加速度センサ５
でＨＭＤ４の角加速度を検出し、角加速度センサ６、５
の検出値に基づいて、座席２の移動位置に対するＨＭＤ
４の位置を検出して、利用者３の視線位置を定め、この
視線位置に対応する仮想現実空間の３次元画像を構築す
る場合を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定
されるものではなく、例えば、座席２取り付けたセンサ
で座席の３次元空間での位置を検出し位置信号を出力す
る構成とすることも可能である。この場合には、例え
ば、座席の固定部に、交流電流が供給される直交コイル
を配置し、座席の可動部に直交コイルで構成されるセン
サを配置し、座席の３次元位置をセンサの誘導電流によ
って、座席の３次元位置を検出し、利用者の首の移動を
ＨＭＤで検出して、利用者の現在の視線位置を定めるこ
とができる。

【００２４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、モーショ
ンベース上に配設された座席に、ヘッドマウンティング
ディスプレイを装着して着座した利用者によって、モー
ションベースにより駆動制御される座席の動きと、ヘッ
ドマウンティングディスプレイが検出する利用者の視線
位置の移動とに対応した仮想現実空間画像、及び対応す
る音声が視聴体験されるが、第１の加速度センサによっ
て、ヘッドマウンティングディスプレイの３次元空間で
の加速度が検出され、第２の加速度センサによって、座
席の３次元空間での加速度が検出され、仮想現実空間画
像作成手段によって、第１の加速度センサの検出信号と
第２の加速度センサの検出信号とに基づいて、利用者の
視線位置に対応する仮想現実空間画像が作成されるの
で、常に、モーションベースにより駆動される座席の位
置を基準にして、利用者の視線位置からの視覚範囲内の
仮想現実空間画像が作成され、臨場感と没入感に富んだ
仮想現実空間画像と対応する音声を視聴体験することが
可能になる。

【００２５】請求項２記載の発明によると、第１の加速
度センサが、利用者の座高方向軸を中心とする首の左右
回動の角加速度と、座高方向軸を含む面上での首の前後
回動の角加速度とを検出することにより、請求項１記載
の発明で得られる効果が実現される。

【００２６】請求項３記載の発明によると、モーション
ベース上に配設された座席に、ヘッドマウンティングデ
ィスプレイを装着して着座した利用者によって、モーシ
ョンベースにより駆動制御される座席の動きと、ヘッド
マウンティングディスプレイが検出する利用者の視線位
置の移動とに対応して、仮想現実空間画像、及び対応す
る音声が視聴体験されるが、座席位置検出手段によっ
て、座席の３次元空間での位置が検出され、座席位置検
出手段からの位置信号と、ヘッドマウンティングディス
プレイが検出する視線方向とから検出される利用者の視
線位置に基づいて、仮想現実空間画像作成手段によっ
て、利用者の視線位置に対応する仮想現実空間画像が作
成されるので、常に、モーションベースにより駆動され
る座席の位置を基準にして、利用者の視線位置からの視
覚範囲内の仮想現実空間画像が作成され、臨場感と没入
感に富んだ仮想現実空間画像と対応する音声を視聴体験
することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の外観構成を示す説明図
である。

【図２】同実施の形態の表示領域画像設定ユニットの構
成を示す説明図である。

【図３】同実施の形態の利用者の視線の移動に対応する
表示領域画像の説明図である。

【図４】同実施の形態の座席の傾斜に対応する表示領域
画像の説明図である。

【図５】従来のバーチャルリアリティ装置での座席の傾
斜に対応する表示領域画像の説明図である。

【符号の説明】

１・・ モーションベース、２・・ 座席、３・・ 利
用者、４・・ＨＭＤ、５、６・・角加速度センサ、７・
・減算器、８、９・・積分回路、１０・・表示領域画像
設定回路、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・表示領域画像、
１３・・仮想現実空間画像、１６・・表示領域画像設定
ユニット。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モーションベース上に配設された座席
   に、ヘッドマウンティングディスプレイを装着した利用
   者が着座し、前記モーションベースにより駆動制御され
   る前記座席の動きと、前記ヘッドマウンティングディス
   プレイが検出する前記利用者の視線位置の移動とに対応
   した仮想現実空間画像、及び対応する音声を視聴体験す
   るバーチャルリアリティ装置であって、 前記ヘッドマウンティングディスプレイの３次元空間で
   の加速度を検出する第１の加速度センサと、 前記座席の３次元空間での加速度を検出する第２の加速
   度センサと、 前記第１の加速度センサの検出信号と前記第２の加速度
   センサの検出信号とに基づいて、前記利用者の視線位置
   に対応する仮想現実空間画像を作成する仮想現実空間画
   像作成手段とを有することを特徴とするバーチャルリア
   リティ装置。
2. 【請求項２】 前記第１の加速度センサが、前記利用者
   の座高方向軸を中心とする首の回動の角加速度と、前記
   座高方向軸に対する首の傾斜回動の角加速度とを検出す
   る機能を有することを特徴とする請求項１記載のバーチ
   ャルリアリティ装置。
3. 【請求項３】 モーションベース上に配設された座席
   に、ヘッドマウンティングディスプレイを装着した利用
   者が着座し、前記モーションベースにより駆動制御され
   る前記座席の動きと、前記ヘッドマウンティングディス
   プレイが検出する前記利用者の視線位置の移動とに対応
   した仮想現実空間画像、及び対応する音声を視聴体験す
   るバーチャルリアリティ装置であって、 前記座席の３次元空間での位置を検出し位置信号を出力
   する座席位置検出手段と、 該座席位置検出手段からの位置信号と、前記ヘッドマウ
   ンティングディスプレイが検出する前記利用者の視線方
   向とに基づいて、前記利用者の視線位置に対応する仮想
   現実空間画像を作成する仮想現実空間画像作成手段とを
   有することを特徴とするバーチャルリアリティ装置。