JP2003187267A - ロボット - Google Patents

ロボット

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JP2003187267A
JP2003187267A JP2001402665A JP2001402665A JP2003187267A JP 2003187267 A JP2003187267 A JP 2003187267A JP 2001402665 A JP2001402665 A JP 2001402665A JP 2001402665 A JP2001402665 A JP 2001402665A JP 2003187267 A JP2003187267 A JP 2003187267A
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dimensional model
display
robot
data
head
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JP2001402665A
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English (en)
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Kiyotaka Kato
清敬 加藤
Masayuki Arai
政行 新井
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Found Advancement Sci & Tech
Foundation For Advancement Of Science & Technology
Original Assignee
Found Advancement Sci & Tech
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電子的なディスプレイを用いて、安価に、周囲
の状況に違和感なく表現できるロボットの頭部の実現方
法を実現する。 【解決手段】本発明の第1の発明は、人間や動物の頭部
を表現した3次元モデルを有しそれをディスプレイに表
示する三次元モデル表示手段と、周辺の光の強さあるい
はその方向を検出する光検出手段を有し、前記光検出手
段の結果から前記三次元モデル表示手段の光源データを
変更し表示する。また、本発明の第2の発明は、人間や
動物の頭部を表現した3次元モデルを有しそれをディス
プレイに表示する三次元モデル表示手段と、周辺の風の
強さあるいは方向を検出する風量検出手段と、前記風量
検出手段の結果から前記三次元モデルの形状データを変
更し表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットの頭部が
自然にみえるようにするためのロボットの頭部に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】人間や動物の形をしたロボットを実現す
る上で、その頭部は顔や髪の毛があり、人間が見たとき
に違和感のないようなものである必要性がある。特許公
開平6−261982の「コミュニケーションロボッ
ト」によれば、電磁モータによって機械的にゴム皮膜を
駆動し顔の表情を作り出すことに成功している。しか
し、機械的に顔を実現する場合、コストがかかることや
故障がおきやすいなどの問題点がある。これに対して、
電子的な表示装置により顔を表情を実現する試みがなさ
れている。例えば、特許出願2000−22258の
「表情を有する知的ロボット」では、複数用意された表
情のパターンを電子的に表示装置に描画することにより
ロボットの顔を実現しているが、ロボットと人間が会話
するようなことを想定した場合、漫画的な画像ではな
く、よりリアルに顔が表現されることが望まれる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】三次元コンピュータグ
ラフィクスの技術を利用すれば、人間や動物の顔をリア
ルに表現し、ディスプレイ上に表示することが可能であ
る。そして、これをロボットの顔として利用することは
前述の機械式の場合と比較して、安価にかつ故障がすく
なく実現できる。しかし、機械式の場合と比較して周辺
の環境に左右されずに顔が表現されてしまい、違和感の
あるものとなる。例えば、明かりが消えてもロボットの
顔だけが明るく光ってしまい、風が吹いているにもかか
わらず、表示された髪の毛が風になびかないなどの違和
感がでてきてしまう。機械式の場合は、このような問題
点がない。本発明はこのような課題を解決するためにな
されたもので、電子的なディスプレイを用いて、安価
に、周囲の状況に適合して違和感なくロボットの頭部を
表示する方法を提供する。
【0004】
【発明が解決するための手段】本発明の第1の発明は、
人間や動物の頭部を表現した3次元モデルを有し、それ
をディスプレイに表示する三次元モデル表示手段と、周
辺の光の強さあるいはその方向を検出する光検出手段を
有し、前記光検出手段の結果から前記三次元モデル表示
手段の光源データを変更し表示する。また、本発明の第
2の発明は、人間や動物の頭部を表現した3次元モデル
を有しそれをディスプレイに表示する三次元モデル表示
手段と、周辺の風の強さあるいは方向を検出する風量検
出手段と、前記風量検出手段の結果から前記三次元モデ
ルの幾何データを変更し表示する。
【0005】
【実施例】図1から図4は本発明の第1の発明の実施例
を説明するためのものでする。図1は全体構成図であ
る。ロボットの頭部を表示するディスプレイ1、ディス
プレイに三次元モデルを表示する三次元モデル表示部
2、三次元モデル表示部に与えるデータとしての光源デ
ータ3と材質データ4と形状データ5、一つあるいは複
数からなる光センサー7、光センサーからのデータを解
析する光情報解析部6から構成される。三次元モデル表
示部2と光情報解析部6は計算機内部の処理部であり、
光源データ3と材質データ4と形状データ5は計算機内
部のデータである。
【0006】図2は本発明のロボットの頭部の概観を示
したものである。ディスプレイ1の周辺に光センサー7
を配置し、ディスプレイに当たっている光の状態を検出
できるようになっている。光センサーとしてはCSDな
どのデバイスを使用しても良いし、カメラを使用しても
良い。形状データ5はディスプレイ上に表示する。光セ
ンサー7は色や明るさが検出できるものとする。複数の
光センサの値から光の方向を計算することができる。例
えば図2のように光センサーを上下左右の4ヶ所に配置
した場合、上下左右方向からの当たっている光の色およ
び強さが検出できる。この処理を行うのが光情報解析部
6である。光情報解析部6は計算機内部の光源データ3
を更新する。すなわち、光センサーから得られた上下左
右の光のデータを光源データとして設定する。なお、カ
メラを光センサーとして用いる場合は、カメラからは2
次元の画素データとして光の強さおよび色を得ることが
できる。この場合は、例えば2次元の画素データを左右
上下に分割した領域を設定し、各左右上下の画素の平均
を取ることにより、上下左右からの光の強さや色を決定
すればよい。この処理は光情報解析部6が行うが、前述
の光センサーと等価な動作をさせることができる。カメ
ラを光センサーとして用いる利点は、カメラは2次元の
情報が得られるので1台でも実現可能である点である。
頭部の形状を表現した形状データ5、頭部の形状データ
5と対応して色や質感などを示した材質データ4、そし
て、光情報解析部から得られた光源データ3を使ってデ
ィスプレイ上に、ロボットの頭部の画像が表示されるこ
ととなる。なお、ディスプレイ1は、現状で長方形のも
のしか入手できないが、人間や動物の頭部の形状に近い
ディスプレイを使用することもできる。
【0007】図3は、光Lが曲面Sに当たったときに目
Eに入る光について説明するものである。目に入る光
は、拡散光と反射光と環境光があり計算機内部でこれら
の光成分が当たったとき目に入る光を計算する方法が確
立されている。この目に入る光をディスプレイ上の各画
素上で行うと、三次元モデルが陰影の付いたリアルな画
像としてディスプレイ上に表示されることとなる。この
方法としては、フォーンシェーディングやグーロシェー
ディングなどの方法がある。このような処理アルゴリズ
ムは例えばOpenGLというグラフィックライブラリ
の中で実現されており、光源データと材質データと形状
データを入力すればディスプレイ上に陰影のついた三次
元画像が容易に得られる。この処理部が三次元モデル表
示部2である。
【0008】図4は発明の動作を説明するためのフロー
チャートである。まず、光センサーからデータを得る
(P1)。次に光センサーのデータから、光の強さ・方
向・色を求める(P2)。そして、最後に三次元モデル
を光源データと材質データを元に表示する。以上の処理
を繰り返すことにより、ロボットの頭部の周辺の光が変
化すると同時に、ディスプレイ上に表示されたロボット
の頭部はその周辺の光に応じて変化させることができ
る。例えば、光が右から当たればロボットの顔も右から
光が当たったように表示され、周りを暗くすればディス
プレイ上のロボットの顔が黒くなる。
【0009】図5から図8は本発明の第2の発明の実施
例を説明するためのものでする。図5は全体構成図であ
る。ロボットの頭部を表示するディスプレイ1、ディス
プレイに三次元モデルを表示する三次元モデル表示部
2、三次元モデル表示部に与えるデータとしての光源デ
ータ3と材質データ4と形状データ5、一つあるいは複
数からなる風量センサー9、風量センサーからのデータ
を解析する風量情報解析部8、形状データを風量に応じ
て変形させる形状データ変形部10から構成される。三
次元モデル表示部2と風量情報解析部8は計算機内部の
処理部であり、光源データ3と材料データ4と形状デー
タ5は計算機内部のデータである。
【0010】図6は本発明のロボットの頭部の概観を示
したものである。ディスプレイ1の周辺に風量センサー
9を配置し、ディスプレイ周辺の風の状態を検出できる
ようになっている。風量センサーとしてはエアフローセ
ンサーなどのデバイスを使用する。髪の毛やリボンなど
の風で動くものを対象とした形状データ5をディスプレ
イ上に表示する。もちろん、風に反応しない形状も同時
に表示してよい。風量センサー9は風量が検出できるも
のとする。複数の風量センサの値から風の方向を計算す
ることができる。例えば図6のように風量センサーを上
下左右の4ヶ所に配置した場合、上下左右方向からの当
たっている風の強さが検出できる。この処理を行うのが
風量情報解析部6である。風量情報解析部6で得られた
風量情報を元に、形状データ変形部10は、計算機内部
の形状データ5を変更する。頭部の形状を表現した形状
データ5、頭部の形状データ5と対応して色や質感など
を示した材質データ4、そして、光情報解析部から得ら
れた光源データ3を使ってディスプレイ上に、ロボット
の頭部の画像が表示されることとなる。
【0011】図7は、形状データ5の変形について説明
するための図である。例えばロボットの頭部の髪の毛を
形状データとする。髪の毛を表現するには複数の線分の
接続したもので表現しても良いし、図にあるようなスプ
ライン曲線を用いてもいい。図7の曲線はBezier
曲線Hを4つの制御点CP1、CP2、CP3、CP4
で表現したものである。3次のBezier曲線は、両
端点の制御点CP1とCP4を通り、制御点CP3とC
P4は曲線を引っ張るように働き、曲線を表現する。そ
る. 風の強さ方向に応じて予め制御点の位置座標値を定めて
おけば、得られた風の情報から形状を変形させることが
できる。この制御点の位置移動に関してはバネモデルを
用いて、風量に応じて変位が比例するようにしてもよ
い。このようにすることにより入力された風情報に応じ
て、ディスプレイの中で髪の毛をなびかせるということ
が実現できる。
【0012】図8は発明の動作を説明するためのフロー
チャートである。まず、風量センサーからデータを得る
(P4)。次に風量センサーのデータから、風の強さと
方向を求める(P5)。そして、風の強さと方向から形
状データを変更する(P6)。最後に三次元モデルを光
源データと材質データを元に表示する(P7)。以上の
処理を繰り返すことにより、ロボットの頭部の周辺で風
が吹くと同時に、ディスプレイ内部に表示されたロボッ
トの頭部の形状をその周辺の風に応じて変化させること
ができる。例えば、風が右から当たればロボットの髪が
左側になびき、右から風が当たればロボットの髪が左側
になびくということが実現できる。機械式のロボットで
は髪の質や色や髪型を変更することが自由にはできない
が、本発明のロボットでは、コンピュータグラフィクス
を使用しているから、それらが自由に変更でき、かつ、
風が吹くと髪がなびくようになり、ロボットの頭部の表
示がリアルに実現できる。
【0013】
【発明の効果】本発明の第1の発明は、人間や動物の頭
部を表現した3次元モデルを有しそれをディスプレイに
表示する三次元モデル表示手段と、周辺の光の強さある
いはその方向を検出する光検出手段を有し、前記光検出
手段の結果から前記三次元モデル表示手段の光源データ
を変更し表示するから、周囲の光の明暗や方向によりロ
ボットの頭部の表示を変化させることができ、実際の人
間や動物の頭部をリアルに表示できる。また、本発明の
第2の発明は、人間や動物の頭部を表現した3次元モデ
ルを有しそれをディスプレイに表示する三次元モデル表
示手段と、周辺の風の強さあるいは方向を検出する風量
検出手段と、前記風量検出手段の結果から前記三次元モ
デルの形状データを変更し表示するから、周囲の風の強
さや方向によりロボットの頭部の表示を変化させること
ができ、髪の毛をなびかせるなどの実際の人間や動物の
頭部をリアルに表示できる。なお、音や温度などの物理
量をセンサーで検出し三次元モデルの表示を変化させる
ことも同様に可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の発明の全体構成図である。
【図2】本発明の第1の発明のロボットの概観図であ
る。
【図3】本発明の第1の発明の動作についての説明図で
ある。
【図4】本発明の第1の発明のフローチャートである。
【図5】本発明の第2の発明の全体構成図である。
【図6】本発明の第2の発明のロボットの概観図であ
る。
【図7】本発明の第2の発明の動作についての説明図で
ある。
【図8】本発明の第2の発明のフローチャートである。
【符号の説明】
1 ディスプレイ 2 三次元モデル表示部 3 光源データ 4 材質データ 5 形状データ 6 光情報解析部 7 光センサー 8 風量情報解析部 9 風量センサー 10 形状データ変形部
フロントページの続き Fターム(参考) 2C150 CA01 CA02 CA04 DA25 DC17 DC28 ED42 ED52 EF13 EF16 EF23 EF33 3C007 KS00 KT17 KX19 WA02 5B050 AA00 BA08 BA09 EA13 EA24 EA28 FA02 5B080 AA06 FA02 GA11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】人間や動物の頭部を表現した三次元モデル
    を有しそれをディスプレイに表示する三次元モデル表示
    手段と、周辺の光の強さあるいはその方向を検出する光
    検出手段を有し、前記光検出手段の結果から前記三次元
    モデル表示手段の光源データを変更しディスプレイ上に
    三次元モデルを表示することを特徴としたロボット。
  2. 【請求項2】人間や動物の頭部を表現した3次元モデル
    を有しそれをディスプレイに表示する三次元モデル表示
    手段と、周辺の風の強さあるいは方向を検出する風量検
    出手段と、前記風量検出手段の結果から前記三次元モデ
    ルのデータを変形する形状データ変形手段を有したロボ
    ット。
JP2001402665A 2001-12-14 2001-12-14 ロボット Pending JP2003187267A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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