JP2002297310A - 力覚グリッドを備えた三次元形状描画システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 力覚グリッドによって、仮想空間における絶
対位置の認識を容易なものとし、さらに、立体映像の提
示空間と入力操作を行なう作業空間とを同一のものとす
ることで、直接映像に操作を行なえる三次元形状描画シ
ステムを提供する。 【解決手段】 三次元形状描画システムは、所定の仮想
空間を視覚的に表示するための表示装置と、利用者２に
より実施される描画操作の情報を入力するための入力装
置１７と、入力装置１７に設けられ描画操作に対して力
覚を提示するための力覚提示装置２４と、入力装置１７
により入力される情報に基づいて、仮想空間上に三次元
形状のオブジェクトを描画する描画手段２７と、仮想空
間上にグリッドを所定の規則に基づいて配置するグリッ
ド配置手段２９と、描画操作の描画位置を示すポインタ
及び任意のグリッドの位置関係に応じた力覚を、力覚提
示装置２４に提示させる力覚制御手段３２とを具備す
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、コンピュータ等に
より創出される仮想空間上で、三次元形状を描画するた
めのシステムに関し、特に、利用者による入力操作に力
覚を伴わせることによって、その空間認知を補助するこ
とができる、力覚グリッドを備えた三次元形状描画シス
テムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ等により創出される仮想空
間上で、立体映像を直接的に操作させるとともに、現実
性の高い感覚を提示させるための開発が行なわれてい
る。その一つとして、入力手段に力覚提示装置を備える
ものが知られている（例えば特開２０００−３５３１８
３号公報）。これは、力覚提示装置に備えられたアクチ
ュエータを映像に対して制御することにより、仮想空間
上でオブジェクトに触った感覚を利用者に返すものであ
る。これにより、映像の提示と力覚の提示とを組合せる
ことができ、仮想空間上に形成されたオブジェクトを三
次元構造体として、現実性の高い感覚で認識させること
ができる。また、この装置では、粘土細工を模倣した操
作体系及び力覚の提示を行なうことから、利用者は、粘
土細工のようにオブジェクトを伸ばしたり潰したりする
というような相対的な座標変化を力覚で感じることがで
きる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の装置に
おいては、オブジェクトすなわち操作対象が存在しない
仮想空間では、力覚が作用することなく、描画操作の描
画位置を示すポインタが自由に移動可能な環境となって
いた。このため、入力操作における絶対位置の把握が困
難であり、ＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｉｄｅｄ ｄ
ｅｓｉｇｎ）のように細かな操作を行なうことが困難で
あった。つまり、ＣＡＤで図を作成する場合、全くフリ
ーな状態で作図の始点や終点を与えることは少なく、平
面上に配置されたグリッド点や他の線分の端点を基準と
して作図する場合が多い。しかし、上記の装置では、そ
のような使い方を行なうことが困難であり、作業性を上
げることができなかった。

【０００４】また、従来の装置では、表示される映像の
座標系と、入力装置によって位置入力を行なう作業座標
系との間にオフセットが生じていた。このため、仮想空
間上で直接作図するという感覚を十分に得ることができ
ない可能性があった。

【０００５】そこで、本発明の課題は、上記の実情に鑑
み、仮想空間における絶対位置の認識を容易なものと
し、さらに、立体映像の提示空間と、入力操作を行なう
作業空間とを同一のものとすることで、直接映像に操作
を行なえる作業空間を実現することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
力覚グリッドを備えた三次元形状描画システムは、所定
の仮想空間を視覚的に表示するための表示装置と、利用
者により実施される描画操作の情報を入力するための入
力装置と、該入力装置に設けられ、前記描画操作に対し
て力覚を提示するための力覚提示装置と、前記入力装置
により入力される情報に基づいて、前記仮想空間上に三
次元形状のオブジェクトを描画する描画手段と、点、直
線または平面で示されるグリッドを、前記仮想空間上に
所定の規則に基づいて配置するグリッド配置手段と、前
記仮想空間上における前記描画操作の描画位置を示すポ
インタ及び任意の前記グリッドの位置関係に応じた力覚
を、前記力覚提示装置に提示させる力覚制御手段と、前
記ポインタ、前記グリッド及び前記三次元形状のオブジ
ェクトを含む前記仮想空間を、前記表示装置に表示させ
る表示制御手段とを具備するものである。

【０００７】したがって、請求項１の発明の三次元形状
描画システムによれば、利用者が入力装置を用いて描画
操作を実施すると、描画操作に関する情報が描画手段に
入力され、描画手段の処理により仮想空間上に三次元形
状のオブジェクトが描画される。ここで、仮想空間は、
表示制御手段によって表示装置に視覚的に表示されるた
め、利用者は表示装置に表示された仮想空間上で三次元
形状のオブジェクトを視覚的に認識することが可能にな
る。

【０００８】一方、仮想空間上には、所定の規則に基づ
いて配置されたグリッドが設けられている。グリッドと
は、点、直線または平面で示され、例えば格子状に配置
されたものである。つまり、作図を行なう際に基準とす
ることが可能なガイドである。このため、利用者は、描
画操作を実施する際、仮想空間上に表示されたグリッド
に、描画操作の描画位置を示すポインタを合わせること
で、絶対位置を視覚的に認識することが可能になる。特
に、本発明では、この描画操作に対して力覚を提示する
ための力覚提示装置が入力装置に設けられており、力覚
制御手段の処理により、描画操作の描画位置を示すポイ
ンタと任意のグリッドとの位置関係に応じた力覚が提示
される。これにより、利用者は映像のみではなく、力覚
によって、作業空間の座標系を把握することが可能にな
る。

【０００９】請求項２の発明にかかる力覚グリッドを備
えた三次元形状描画システムは、請求項１に記載の三次
元形状描画システムにおいて、前記表示装置は、前記利
用者の前方に配置されるスクリーンと、該スクリーンに
前記仮想空間の映像を投影させるプロジェクタと、前記
利用者に装着され、前記スクリーンに投影された前記仮
想空間の映像の立体視を実現させる眼鏡とを有するもの
である。

【００１０】したがって、請求項２の発明の三次元形状
描画システムによれば、請求項１の発明の作用に加え、
プロジェクタと眼鏡とを組合わせることにより立体視を
可能にしている。例えば投影レンジの前に液晶シャッタ
を有するプロジェクタを少なくとも二台設け、利用者の
右目、左目用の映像を交互に投影するとともに、プロジ
ェクタの液晶シャッタの切替に同期して眼鏡に設けられ
たシャッタを駆動することにより、時分割立体視を可能
にする。

【００１１】請求項３の発明にかかる力覚グリッドを備
えた三次元形状描画システムは、請求項１または請求項
２に記載の三次元形状描画システムにおいて、前記表示
装置に対する前記利用者の視点位置を検知する視点測位
手段と、該視点測位手段による検知結果に応じて、前記
表示手段に表示される前記三次元形状のオブジェクトの
視角度及び視体積を変更させる視点制御手段とをさらに
具備するものである。

【００１２】したがって、請求項３の発明の三次元形状
描画システムによれば、請求項１または請求項２の発明
の作用に加え、視点測位手段、例えば利用者の眼鏡に取
付けられた磁気性の位置姿勢計測装置によって利用者の
視点位置が検知され、視点制御手段は、検知結果に応じ
て、三次元形状のオブジェクトの視角度及び視体積を変
更させる。すなわち、視点測位手段によって得られる視
点位置を元に、表示装置との位置関係を計算し、三次元
形状のオブジェクトの視角度及び視体積を計算する。こ
れにより、視点位置に関係なく、表示される立体映像の
座標系及び原点の位置が不変であることが保証され、入
力装置が存在する作業空間における座標系と、立体映像
の座標系との一致が可能となる。

【００１３】請求項４の発明にかかる力覚グリッドを備
えた三次元形状描画システムは、請求項１乃至請求項３
のいずれか一つに記載の三次元形状描画システムにおい
て、前記力覚制御手段には、前記仮想空間上の任意のグ
リッドと前記ポインタとの位置関係に応じて、提示すべ
き力覚を変動させるように規定する力覚分布関数が設定
されており、前記力覚制御手段は、前記ポインタ及び該
ポインタに最寄のグリッドの位置情報を取得し、取得し
た該位置情報から前記力覚分布関数に基づいて力覚の大
きさを算出し、算出された大きさの力覚を前記力覚提示
装置に提示させるように制御するものである。

【００１４】したがって、請求項４の発明の三次元形状
描画システムによれば、請求項１乃至請求項３のいずれ
か一つの発明の作用に加え、力覚制御手段は、描画操作
の描画位置を示すポインタと、それに最も近いグリッド
との位置関係を位置情報として取得し、予め設定された
力覚分布関数に基づいて力覚の大きさを算出する。つま
り、力覚提示装置によって提示される力覚の大きさを、
ポインタとグリッドとの位置関係に応じて変化させる。

【００１５】請求項５の発明にかかる力覚グリッドを備
えた三次元形状描画システムは、請求項４に記載の三次
元形状描画システムにおいて、ある種類の前記力覚分布
関数では、前記グリッドに対して点対称な力覚ポテンシ
ャルを与えることを規定するとともに、前記力覚制御手
段は、前記グリッドの方向に力覚を提示させるように制
御するものである。

【００１６】したがって、請求項５の発明の三次元形状
描画システムによれば、請求項４の発明の作用に加え、
最も近いグリッドに向かって落ち込むようなポテンシャ
ル場、換言すればどの方向からも距離に応じた吸引力が
生じるような力覚が提示される。

【００１７】請求項６の発明にかかる力覚グリッドを備
えた三次元形状描画システムは、請求項４に記載の三次
元形状描画システムにおいて、ある種類の前記力覚分布
関数では、前記グリッドに対して面対称な力覚ポテンシ
ャルを与えることを規定するとともに、前記力覚制御手
段は、前記仮想空間で直交する座標軸の夫々の方向につ
いて算出された力覚を合成し、合成された方向に力覚を
提示させるように制御するものである。

【００１８】したがって、請求項６の発明の三次元形状
描画システムによれば、請求項４の発明の作用に加え、
三次元空間のｘ−ｙ，ｙ−ｚ，ｘ−ｚ平面に平行な平面
に向かって落ち込むような力覚ポテンシャルの場、すな
わちポインタを平面上に拘束するような面対称な力覚が
提示される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
力覚グリッドを備えた三次元形状描画システム（以下、
描画システム１と称す）について、図１乃至図５に基づ
き説明する。図１（ａ）は描画システム１の利用状態を
示す平面図であり、図１（ｂ）は描画システム１の利用
状態を示す側面図である。また、図２は描画システム１
の構成を説明するためのブロック図であり、図３は仮想
空間における映像の見え方を示す説明図であり、図４及
び図５は力覚分布関数を説明するためのグラフである。

【００２０】本実施形態の描画システム１は、図１に示
すように、表示装置として利用者２（作業者）の前方に
配設されたスクリーン３と、スクリーン３の後方に配設
されたミラー４と、ミラー４を介してスクリーン３上に
仮想空間の映像を投影させるプロジェクタ５とを備えて
いる。

【００２１】スクリーン３は、広画角を得ることができ
るように、利用者２の正面の正面スクリーン６と、右斜
め前の右面スクリーン７と、左斜め前の左面スクリーン
８とから構成され、利用者２を取り囲むように配設され
ている。なお、各スクリーン６，７，８間の角度は約１
２０度に設定されており、全体的に開いた状態となって
いる。また、机上での作業を想定して、利用者２の視線
が水平よりも下を向くように、各スクリーン６，７，８
は約６０度傾斜した状態で立設されている。さらに、各
スクリーン６，７，８の継目の裏側には遮光板（図示し
ない）が設けられており、これにより、隣接するプロジ
ェクタ５の光が映り込むことを防止している。

【００２２】ミラー４は、各スクリーン６，７，８に対
応して配設された正面ミラー９、右面ミラー１０、及び
左面ミラー１１から構成され、プロジェクタ５から放射
された映像の光を夫々反射させ、各スクリーン６，７，
８上に映像を投影させる。

【００２３】プロジェクタ５は、各スクリーン６，７，
８に対応して二台ずつ配設されている。そして、その内
の一台が右目の映像投影用として機能し、他の一台が左
目の映像投影用として機能する。つまり、右目の映像投
影用として機能するプロジェクタ５には、投影レンズ
（図示しない）の前に右目用液晶シャッタ１２（図２参
照）が設けられ、左目の映像投影用として機能するプロ
ジェクタ５には、投影レンズの前に左目用液晶シャッタ
１３が設けられている。そして、シャッタ駆動手段２２
によって各液晶シャッタ１２，１３の光透過状態を時分
割で切替えることにより、各スクリーン６，７，８上
に、右目用の映像及び左目用の映像が交互に切替わり投
影される。

【００２４】また、図１には示していないが、利用者２
は、眼鏡１６を装着し、入力装置１７を手に持った状態
で作業を行なう。図２に示すように、眼鏡１６には右目
及び左目のいずれか一方の目のみを視覚可能とするため
の眼鏡用シャッタ１８が設けられている。眼鏡用シャッ
タ１８は、液晶シャッタから構成されており、制御装置
２０によって駆動される切替信号発生器２１の出力信号
に基づいて利用者２の右目または左目のいずれか一方を
交互に塞ぐように光の通過が制御される。なお、切替信
号発生器２１の出力信号はシャッタ駆動手段２２にも送
出されている。つまり、眼鏡用シャッタ１８は、プロジ
ェクタ５における右目用液晶シャッタ１２及び左目用液
晶シャッタ１３の切替信号に同期するように制御され
る。このように、各液晶シャッタ１２，１３と眼鏡用シ
ャッタ１８とを組合せ、同期させて時分割でシャッタリ
ングすることにより、スクリーン３上に投影された仮想
空間において映像の立体視が実現される。

【００２５】また、眼鏡１６には、視点測位手段１９が
取付けられている。この視点測位手段１９は、例えば磁
気式の位置姿勢計測装置から構成され、スクリーン３に
対する利用者２の視点位置を検知するものである。

【００２６】一方、入力装置１７は、利用者２により実
施される描画操作の情報を入力するためのものであり、
仮想空間上において作業位置を指示する入力ペン１７ａ
（図３参照）、描画の実行の有無を指示する切替スイッ
チ（図示しない）、及び入力ペン１７ａのペン先の位置
を検出する位置検出手段（図示しない）等から構成され
ている。そして、利用者２が入力ペン１７ａを持ち、作
業空間上で移動させることにより描画操作を行なうと、
位置検出手段で検出されたペン先の位置に関する情報が
描画操作の情報として制御装置２０に入力される。

【００２７】入力装置１７の入力ペン１７ａには、力覚
提示装置２４が接続されている。力覚提示装置２４は、
入力ペン１７ａを任意の方向に移動させることができる
ように、入力ペン１７ａを六自由度で支持する支持機構
（図示しない）を備えている。さらに支持機構には、入
力ペン１７ａに、指定された大きさの力を指定された方
向に与えることが可能なアクチュエータ２５が設けられ
ている。

【００２８】制御装置２０は、コンピュータ等を含み、
ハード構成として、主記憶手段、演算手段、及び制御手
段からなる中央処理装置と、キーボードやマウス等の入
力手段と、コンピュータ内で処理された情報を取出す出
力手段とを備えている。また、機能的構成として、描画
手段２７、表示制御手段２８、グリッド配置手段２９、
視点制御手段３０、及び力覚制御手段３２を備えてい
る。

【００２９】機能的構成について具体的に説明すると、
描画手段２７は、入力装置１７によって入力される情
報、すなわち描画操作の情報に基づいて、仮想空間上に
三次元形状のオブジェクト３８（図３参照）を描画する
とともに、描画操作の描画位置を示すポインタＩ（入力
ペン１７ａのペン先の位置に対応）を表示させるもので
ある。また、グリッド配置手段２９は、仮想空間上に作
業座標系として、点形状のグリッドＧを、所定の規則に
基づいて例えば格子状に配置するものである。なお、ポ
インタＩとグリッドＧとは互いに異なる色で表示され
る。また、グリッドＧは点形状に限定させるものではな
く、直線または平面で示すようにしてもよい。

【００３０】表示制御手段２８は、描画操作の描画位置
を示すポインタＩ、作業座標系を示すグリッドＧ、及び
描画手段２７により作成されたオブジェクト３８を含む
仮想空間を、スクリーン３上に視覚的に表示させるもの
である。表示制御手段２８の出力信号は、六台のプロジ
ェクタ５及び切替信号発生器２１に送られる。

【００３１】また、視点制御手段３０は、視点測位手段
１９による検知結果に応じて、三次元形状のオブジェク
ト３８の視角度及び視体積を変更する。つまり、スクリ
ーン３に対して利用者２の視点が変わると、それに従っ
て、グリッドＧの位置や、オブジェクト３８の見た目の
角度及び体積を変更させることで、利用者２の視点が移
動してもオブジェクト３８が同じ場所にあるように表示
させる。

【００３２】これにより、図３に示すように、同じ形状
のオブジェクト３８に対して、スクリーン３を正面から
見ると（ａ）のように見えるが、スクリーン３を斜め左
方から見ると（ｂ）のように見え、またスクリーン３を
斜め上方から見下ろすと（ｃ）のように見える。このよ
うに、視点制御手段３０により、三次元形状のオブジェ
クト３８を自由な方向から見せることが可能になる。ま
た、利用者２の視点が変わっても入力ペン１７ａのペン
先と、スクリーン３上に表示されるポインタＩとを常に
合致させた状態で見せることができる。なお、図３で
は、グリッドＧを例示的に複数個だけ示したが、実際は
さらに細分化された多数のグリッドＧが表示され、しか
も三次元空間を認識しやすいようにグリッドＧの大きさ
は奥側ほど小さくなるように表示される。また、図３で
は、ポインタＩが任意のグリッドＧ上に位置した状態を
示している。

【００３３】力覚制御手段３２は、描画操作の描画位置
を示すポインタＩと、そのポインタＩの最寄のグリッド
Ｇとの位置関係に応じて、力覚の大きさ及び方向を求
め、力覚提示装置２４によって力覚を提示させるもので
ある。具体的には、力覚制御手段３２は、関数記憶手段
３３、位置情報取得手段３４、及び力覚算出手段３５を
有している。そして、関数記憶手段３３には、例えば二
つの力覚分布関数３６，３７が記憶されている。

【００３４】ここで、力覚分布関数とは、ポインタＩと
グリッドＧとの位置関係に応じて、力覚を変動させるよ
うに規定するための関数であり、第一力覚分布関数３６
は、グリッドＧに対して点対称な力覚ポテンシャルを与
えることを規定し、第二力覚分布関数３７は、グリッド
Ｇに対して面対称な力覚ポテンシャルを与えることを規
定する。具体的に、第一力覚分布関数３６は、ポインタ
Ｉが最寄のグリッドＧに落ち込むようなポテンシャルの
場、換言すればどの方向からも距離に応じた力が返るよ
うな力覚を提示するパターンであり、その一形態とし
て、例えば図４（ａ）に示すような比例型の提示パター
ンを挙げられることができる。この提示パターンは、グ
リッドＧに向かって働く力（吸引力という）の影響範囲
を、グリッドＧを中心とする半径Ｒの内部とし、中心点
で最大の力Ｆが得られ、離れてゆくほど吸引力が小さく
なるパターンである。しかし、このパターンではグリッ
ドＧ付近におけるポインタＩの微妙な動きによって、方
向の異なる大きな力が絶えず発生するため、安定した力
の提示が困難となる恐れがある。

【００３５】そこで、この不具合を解消するために考え
られたのが、図４（ｂ）に示すような中心部で力が減衰
する比例型の提示パターンである。この提示パターン
は、外側からグリッドＧに向かうほど吸引力が増加する
が、グリッドＧからの距離がＰのところで減少に転じ、
グリッドＧ上では力がかからないパターンである。さら
に、この変形例として、図４（ｃ）に示すような二次関
数型と、図４（ｄ）に示すような平方根型とを挙げるこ
とができる。これらはグリッドＧからの距離に対して力
の大きさを曲線的に変化させるものである。

【００３６】一方、第二力覚分布関数３７は、ポインタ
Ｉが三次元空間のｘ−ｙ，ｙ−ｚ，ｘ−ｚ平面に平行な
平面に向かって落ち込むような力覚ポテンシャルの場、
すなわちポインタＩを平面上に拘束するような面対称な
力覚を提示するパターンであり、その具体的な形態とし
て、図５に示す四つのパターンを挙げることができる。
なお、図５のグラフは、ｘ，ｙ，ｚの任意の一軸方向に
ついて、グリッドＧからの距離と提示する力の大きさ及
び方向とを示したものである。横軸の軸方向の変位は、
グリッドＧを中心としてポインタＩの位置のずれを示
し、縦軸の大きさは、紙面左向きにポインタＩを移動さ
せる力を発生する場合を正として示している。これらの
力覚提示パターンはｘ，ｙ，ｚの三軸方向に個別に適用
され、合力が提示力となる。

【００３７】図５（ａ）に示した連続引き込み型は、図
４（ａ）に示した比例型を面対称の力覚提示に当てはめ
たものである。一つの軸方向についてみると、力覚の提
示パターンは図４（ａ）と同じであるが、二軸方向が合
成された場合には違った提示パターンを示す。例えば、
ポインタＩのｘ軸座標がグリッドＧと同じ点にあれば、
ｙ軸及びｚ軸の座標値にかかわらずグリッドＧを通りｙ
−ｚ平面に平行な平面上にポインタＩを拘束するような
力が働く。また、ｘ軸、ｙ軸の座標がグリッドＧと同じ
座標にあれば、ｚ軸の座標値にかかわらず、グリッドＧ
を通りｚ軸に平行な直線上にポインタＩを拘束するよう
な力が働く。

【００３８】図５（ｂ）に示した溝型は、連続引き込み
型のＲを０に近づけたものであり、幅Ｐの二倍の範囲に
だけ拘束される力を提示するものである。二次元的なイ
メージで示すと、グリッドＧ間で格子状に引かれた溝に
落ち込むような力覚提示である。これによれば、大部分
の空間おいてポインタＩが拘束されることなく自由に動
かすことができるようになる。また、図５（ｃ）に示し
た二段階引き込み型は、二段階で溝に落ち込むような力
を提示するパターンである。

【００３９】図５（ｄ）に示した障壁乗り越え型は、グ
リッドＧから反発する力を返し、その力に逆らってグリ
ッドＧに近づけると、スナップするパターンである。こ
れを二次元的なイメージで示すと、溝の両側に山があ
り、それを乗り越えると溝に落ち込むような力覚提示で
ある。

【００４０】このように、関数記憶手段３３に記憶され
た第一力覚分布関数３６または第二力覚分布関数３７に
基づいて、力覚提示装置２４が制御される。つまり、位
置情報取得手段３４は、入力装置１７及びグリッド配置
手段２９の出力に基づいて、ポインタＩとその最寄のグ
リッドＧとの位置情報を取得し、力覚算出手段３５へ位
置情報を出力する。力覚算出手段３５では、第一力覚分
布関数３６または第二力覚分布関数３７に基づいて、位
置情報から力覚の大きさを算出する。

【００４１】次に、本実施形態の描画システム１の動作
について説明する。利用者２が入力装置１７の入力ペン
１７ａを用いて描画操作を実施すると、描画操作に関す
る情報が描画手段２７に入力され、描画手段２７の処理
により仮想空間上に三次元形状のオブジェクト３８が描
画される。ここで、仮想空間は、表示制御手段２８によ
ってスクリーン３に投影されるため、利用者２はスクリ
ーン３に表示された仮想空間上で三次元形状のオブジェ
クト３８を視覚的に認識することが可能になる。特に、
プロジェクタ５に備えられた各液晶シャッタ１２，１３
及び眼鏡用シャッタ１８の組合わせにより、オブジェク
ト３８を含む仮想空間を立体視することが可能になる。

【００４２】一方、仮想空間上には、例えば格子状に配
置されたグリッドＧが設けられているため、利用者２
は、描画操作を実施する際、仮想空間上に表示されたグ
リッドＧに、描画操作の描画位置を示すポインタＩを合
わせることで、絶対位置を視覚的に認識することが可能
になる。さらに、描画操作の描画位置を示すポインタＩ
と最寄のグリッドＧとの位置関係に応じた力覚が提示さ
れるため、利用者２は映像のみではなく、力覚によっ
て、作業空間の座標系を把握することが可能になる。

【００４３】このように、上記の描画システム１では、
力覚の提示によって、作業空間の座標系を把握すること
ができるため、三次元形状のオブジェクト３８を設計す
るにあたって、例えば直線や直角等の幾何学的形状を作
成したり、あるいは形状部品を仮想空間へ配置したりす
る作業を容易に行なうことができる。

【００４４】また、上記の描画システム１では、スクリ
ーン３上に三次元形状のオブジェクト３８を含む仮想空
間を視覚的に表示させることができる。したがって、利
用者２は、三次元形状のオブジェクト３８を視覚的に認
識しながら設計を行なうことができ、設計作業における
作業性を上げることができる。

【００４５】また、上記の描画システム１では、利用者
２の視点が移動してもオブジェクト３８が同じ場所にあ
るように表示させることができる。また、スクリーン３
に対して視点の位置を移動させることにより、オブジェ
クト３８を自由な方向から見ることが可能である。した
がって、仮想空間におけるオブジェクト３８の現実感を
一層向上させることができる。

【００４６】さらに、上記の描画システム１では、力覚
提示装置２４によって提示される力覚の大きさを、ポイ
ンタＩとグリッドＧとの位置関係に応じて変化させるこ
とができる。したがって、ポインタＩをグリッドＧに安
定して拘束させることが可能になるとともに、操作性を
高めることができる。

【００４７】以上、本発明について好適な実施形態を挙
げて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定され
るものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸
脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可
能である。

【００４８】すなわち、上記実施形態の描画システム１
では、関数記憶手段３３に二つの力覚分布関数３６，３
７を記憶するものを示したが、いずれか一方の力覚分布
関数のみ記憶するようにしてもよい。この場合、面対称
な力覚ポテンシャルを与える第二力覚分布関数３７を選
ぶことが好ましい。つまり、点対称な力覚ポテンシャル
の場合、グリッドＧ間隔に対して影響範囲Ｒを小さくと
るとグリッドＧが補足しづらくなり、逆に大きくすると
絶えず力がかかるため、かえって作業の邪魔になる恐れ
があるが、面対象な力覚ポテンシャルの場合には、影響
範囲Ｒを小さくしても点ではなく平面や直線に拘束され
るため、平面上にスナップ、直線上にスナップ、及びグ
リッドＧ上にスナップという順序で容易に目的のグリッ
ドＧにスナップすることが可能になるためである。ま
た、上記実施形態の描画システム１では、グリッドＧを
格子状に配設するものを示したが、これに限定されるも
のではなく、例えば放射状に配設してもよい。

【００４９】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明の力覚グ
リッドを備えた三次元形状描画システムは、仮想空間上
において、描画操作の描画位置を示すポインタと任意の
グリッドとの位置関係に応じた力覚が提示されるため、
利用者は映像のみではなく、力覚によって、作業空間の
座標系を把握することができる。このため、三次元形状
のオブジェクトの設計を容易に行なわせることができ
る。

【００５０】請求項２の発明の力覚グリッドを備えた三
次元形状描画システムは、請求項１の発明の効果に加え
て、スクリーン上に三次元形状のオブジェクトを含む仮
想空間を視覚的に表示させることができる。したがっ
て、利用者は、三次元形状のオブジェクトを視覚的に認
識しながら設計を行なうことができる。

【００５１】請求項３の発明の力覚グリッドを備えた三
次元形状描画システムは、請求項１または請求項２の発
明の効果に加えて、利用者の視点が移動してもオブジェ
クトが同じ場所にあるように表示させることができる。
また、表示装置に対して視点の位置を移動させることに
より、オブジェクトを自由な方向から見せることが可能
である。したがって、仮想空間におけるオブジェクトの
現実感を一層向上させることができる。

【００５２】請求項４〜請求項６の発明の力覚グリッド
を備えた三次元形状描画システムは、請求項１乃至請求
項３のいずれか一つの発明の効果に加えて、力覚提示手
段によって提示される力覚の大きさを、ポインタとグリ
ッドとの位置関係に応じて変化させることができる。し
たがって、操作点となるポインタをグリッドに拘束させ
ることが可能になるとともに、操作性を高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である描画システムの利用
状態を示す平面図及び側面図である。

【図２】本発明の一実施形態である描画システムの構成
を説明するためのブロック図である。

【図３】仮想空間における映像の見え方を示す説明図で
ある。

【図４】本発明の一実施形態である描画システムにおけ
る力覚分布関数を説明するためのグラフである。

【図５】本発明の一実施形態である描画システムにおけ
る力覚分布関数を説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１ 三次元形状描画システム ２ 利用者 ３ スクリーン（表示装置） ５ プロジェクタ（表示装置） １６ 眼鏡（表示装置） １７ 入力装置 １９ 視点測位手段 ２４ 力覚提示装置 ２７ 描画手段 ２８ 表示制御手段 ２９ グリッド配置手段 ３０ 視点制御手段 ３２ 力覚制御手段 ３６ 第一力覚分布関数 ３７ 第二力覚分布関数 ３８ オブジェクト Ｇ グリッド Ｉ ポインタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 壷内 大輔 東京都目黒区鷹番２−14−13 Ｆターム(参考） 5B046 DA02 GA01 HA00 HA07 5B050 BA09 EA27 FA02 FA06 FA08 FA15 5B087 AA07 AB12 AE07 BC03 CC09 DD17 DE09 5E501 AC09 AC15 CA02 CB11 CC01 CC04 CC08 FA14 FA36 FB42

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の仮想空間を視覚的に表示するため
   の表示装置と、 利用者により実施される描画操作の情報を入力するため
   の入力装置と、 該入力装置に設けられ、前記描画操作に対して力覚を提
   示するための力覚提示装置と、 前記入力装置により入力される情報に基づいて、前記仮
   想空間上に三次元形状のオブジェクトを描画する描画手
   段と、 点、直線または平面で示されるグリッドを、前記仮想空
   間上に所定の規則に基づいて配置するグリッド配置手段
   と、 前記仮想空間上における前記描画操作の描画位置を示す
   ポインタ及び任意の前記グリッドの位置関係に応じた力
   覚を、前記力覚提示装置に提示させる力覚制御手段と、 前記ポインタ、前記グリッド及び前記三次元形状のオブ
   ジェクトを含む前記仮想空間を、前記表示装置に表示さ
   せる表示制御手段とを具備することを特徴とする力覚グ
   リッドを備えた三次元形状描画システム。
2. 【請求項２】 前記表示装置は、 前記利用者の前方に配置されるスクリーンと、 該スクリーンに前記仮想空間の映像を投影させるプロジ
   ェクタと、 前記利用者に装着され、前記スクリーンに投影された前
   記仮想空間の映像の立体視を実現させる眼鏡とを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の力覚グリッドを備え
   た三次元形状描画システム。
3. 【請求項３】 前記表示装置に対する前記利用者の視点
   位置を検知する視点測位手段と、 該視点測位手段による検知結果に応じて、前記表示手段
   に表示される前記三次元形状のオブジェクトの視角度及
   び視体積を変更させる視点制御手段とをさらに具備する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の力覚
   グリッドを備えた三次元形状描画システム。
4. 【請求項４】 前記力覚制御手段には、前記仮想空間上
   の任意のグリッドと前記ポインタとの位置関係に応じ
   て、提示すべき力覚を変動させるように規定する力覚分
   布関数が設定されており、 前記力覚制御手段は、前記ポインタ及び該ポインタに最
   寄のグリッドの位置情報を取得し、取得した該位置情報
   から前記力覚分布関数に基づいて力覚の大きさを算出
   し、算出された大きさの力覚を前記力覚提示装置に提示
   させるように制御することを特徴とする請求項１乃至請
   求項３のいずれか一つに記載の力覚グリッドを備えた三
   次元形状描画システム。
5. 【請求項５】 ある種類の前記力覚分布関数では、前記
   グリッドに対して点対称な力覚ポテンシャルを与えるこ
   とを規定するとともに、 前記力覚制御手段は、前記グリッドの方向に力覚を提示
   させるように制御することを特徴とする請求項４に記載
   の力覚グリッドを備えた三次元形状描画システム。
6. 【請求項６】 ある種類の前記力覚分布関数では、前記
   グリッドに対して面対称な力覚ポテンシャルを与えるこ
   とを規定するとともに、 前記力覚制御手段は、前記仮想空間で直交する座標軸の
   夫々の方向について算出された力覚を合成し、合成され
   た方向に力覚を提示させるように制御することを特徴と
   する請求項４に記載の力覚グリッドを備えた三次元形状
   描画システム。