JP2003256105A - 力覚提示装置および力覚提示方法 - Google Patents

力覚提示装置および力覚提示方法

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JP2003256105A
JP2003256105A JP2002055213A JP2002055213A JP2003256105A JP 2003256105 A JP2003256105 A JP 2003256105A JP 2002055213 A JP2002055213 A JP 2002055213A JP 2002055213 A JP2002055213 A JP 2002055213A JP 2003256105 A JP2003256105 A JP 2003256105A
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JP2002055213A
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Yuriko Suzuki
由里子 鈴木
Minoru Kobayashi
稔 小林
Satoshi Ishibashi
聡 石橋
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 現実の送風噴出による力覚提示タイミングの
ずれに対して、視覚的イベントに同期させて力覚イベン
トを発生させる。また、衝突の速さや、やわらかさ等に
ついて異なる衝突感覚として錯覚させる力覚表現の制御
を可能とする。 【解決手段】 送風受信手段３は受けた風圧を操作者に
圧力として提示し、送風受信部検出手段は送風受信手段
の位置や向き等を検出し、その情報に応じて送風受信部
投影手段は送風受信手段を仮想空間に接触判定オブジェ
クトとして投影する。仮想接触力計算手段４は仮想空間
内での接触判定オブジェクトと仮想オブジェクトとの接
触力を計算し、視覚的接触タイミング計算手段５は両者
の位置および時間に対する位置の変化に応じて、両者の
仮想空間内における接触タイミングを計算する。送風噴
出計算手段６は仮想接触力計算結果と視覚的接触タイミ
ング計算結果に応じて噴出する風を計算し、これを制御
手段７が制御し、送風噴出手段２が送風受信手段に対し
風を噴出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、操作者が自分の意
志で自由に動作（操作）できる二次元又は三次元の仮想
空間を表現する画像表示端末装置、および仮想オブジェ
クトと接触判定オブジェクトの状態に応じて仮想空間を
制御する仮想空間制御手段を有する仮想空間システムに
おいて、仮想空間において任意に表示した仮想オブジェ
クトと操作者の分身（操作者又はその操作者の所持する
もの等）として表示した接触判定オブジェクトとの仮想
接触により与えられる力覚を、風圧として操作者に与え
る場合の風の噴出制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】仮想空間において力覚を提示する方法と
して、風圧により力覚を提示する方法がある（特願平１
１−１９０６３８号公報）。この力覚提示方式では、風
圧を利用し軽量で簡単な風を受ける物体を操作者の身体
や所持物に取り付けるだけで、ユーザは自由に動きまわ
り腕を動かすことができる。
【０００３】この送風の噴出のための従来の計算方法と
しては、仮想空間内の仮想オブジェクトと接触判定オブ
ジェクトとの接触等の状態に応じて仮想接触状態を計算
し、算出された仮想接触状態に応じて、噴出する送風の
オン／オフや強さ、位置や向き等の噴出する風を計算
し、送風の噴出を制御する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の送風の噴出計算
方法は、仮想空間内の仮想オブジェクトと接触判定オブ
ジェクトの接触等の視覚的に生じたイベントに対して、
その接触状態を計算し、送風の噴出計算と噴出制御を行
って、力覚イベントである風圧により力覚提示を行って
いた。
【０００５】しかし、視覚的なイベントが発生するタイ
ミングがあらかじめ分からないため、噴出装置の遅れや
立ち上がり時間に対応するためには、操作者への視覚的
イベントに対する力覚イベントの発生タイミングを制御
することが困難であった。
【０００６】さらに、従来の風圧による力覚表現に関す
る噴出計算は、送風のオン／オフや強さ等があるが、力
覚提示タイミングや提示している時間を制御すること
で、力覚表現を行うことが必要である。
【０００７】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、仮想空間内の仮想オブジェクトと接
触判定オブジェクトの位置等から視覚的イベントである
仮想空間内の接触タイミングや接触位置、現実空間で力
覚提示を受ける位置等を予測計算することで、視覚的イ
ベントに対して、現実の送風噴出による力覚提示タイミ
ングのずれに対して、視覚的イベントに同期させて力覚
イベントを発生させることができる力覚提示装置および
方法を提供することを目的とする。
【０００８】さらに、本発明は、視覚的イベントに対す
る風圧提示の発生のタイミング制御や提示時間の制御を
行うことで、衝突の速さや、やわらかさ等について異な
る衝突感覚として錯覚させる等、豊かな力覚表現の制御
を可能とする力覚提示装置および方法を提供することを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は、以下の力覚提示装置および力覚提示方法を
特徴とする。
【００１０】（装置の発明） （１）仮想オブジェクトと接触判定オブジェクトを仮想
空間に表現する画像表示端末装置、および前記仮想オブ
ジェクトと前記接触判定オブジェクトの状態に応じて前
記仮想空間を制御する仮想空間制御手段を有する仮想空
間システムにおいて、風を受け止める送風受信部、およ
び前記送風受信部が受けた風圧を操作者に圧力として提
示する圧力提示部を有する送風受信手段と、前記送風受
信部に対し風を噴出する送風噴出手段と、前記送風受信
手段の位置や向き等を検出する送風受信部検出手段と、
前記送風受信部検出手段により検出された前記送風受信
手段の位置や向き等の情報に応じて、前記送風受信手段
を取り付けた又はそれを一部とする物体を前記仮想空間
に前記接触判定オブジェクトとして投影する送風受信部
投影手段と、前記仮想空間内での前記接触判定オブジェ
クトと仮想オブジェクトとの状態に応じて、前記仮想空
間での両者の接触力を計算する仮想接触力計算手段と、
前記仮想空間内での前記接触判定オブジェクトと前記仮
想オブジェクトの位置および時間に対する位置の変化に
応じて、前記仮想空間内での前記両者の仮想空間内にお
ける接触タイミングを計算する視覚的接触タイミング計
算手段と、前記仮想接触力計算手段の計算結果と、前記
視覚的接触タイミング計算手段の計算結果に応じて、前
記送風噴出手段が噴出する風を計算する送風噴出計算手
段と、前記送風噴出計算手段の計算結果に応じて、前記
送風噴出手段が噴出する風を制御する送風噴出制御手段
とを備えたことを特徴とする。
【００１１】（２）前記（１）において、前記仮想空間
内での前記接触判定オブジェクトと前記仮想オブジェク
トの位置および時間に対する位置の変化に応じて、前記
仮想空間内での前記両者の仮想空間内における仮想接触
位置を計算する視覚的接触位置計算手段と、前記視覚的
接触位置計算手段の計算結果に応じて、前記送風受信手
段が風を受ける現実空間の力覚提示位置を計算する力覚
提示位置計算手段と、前記力覚提示位置計算手段の計算
結果に応じて、前記送風噴出手段から噴出した送風が前
記力覚提示位置に到達するまでの時間を計算する送風到
達時間計算手段とを備え、前記送風噴出計算手段が、前
記仮想接触力計算手段の計算結果と、前記視覚的接触タ
イミング計算手段の計算結果と、前記送風到達時間計算
手段の計算結果に応じて、前記送風噴出手段が噴出する
風を計算することを特徴とする。
【００１２】（３）前記（２）において、前記仮想接触
力計算手段の計算結果に応じて、前記送風受信手段が風
を受ける力覚提示タイミングをシフトさせる時間を計算
する力覚提示タイミングシフト計算手段と、前記力覚提
示タイミングシフト計算手段の計算結果と、前記視覚的
接触タイミング計算手段の計算結果に応じて、前記送風
噴出手段から力覚提示するタイミングを計算する力覚提
示タイミング計算手段とを備え、前記送風噴出計算手段
が、前記仮想接触力計算手段の計算結果と、前記力覚提
示タイミング計算手段の計算結果と、前記送風到達時間
計算手段の計算結果に応じて、前記送風噴出手段が噴出
する風を計算することを特徴とする。
【００１３】（４）前記（１）〜（３）のいずれか１項
において、前記仮想空間内での前記接触判定オブジェク
トと前記仮想オブジェクトの位置および時間に対する位
置の変化に応じて、前記仮想空間内での前記両者の仮想
空間内における接触している時間の長さを計算する視覚
的接触時間計算手段と、前記視覚的接触時間計算手段の
計算結果と、前記仮想接触力計算手段の計算結果に応じ
て、前記送風噴出手段からの風を受ける現実空間の力覚
提示する間の時間を計算する力覚提示時間計算手段を備
え、前記送風噴出計算手段が、前記力覚提示時間計算手
段の計算結果と、前記仮想接触力計算手段の計算結果
と、前記視覚的接触タイミング計算手段または前記力覚
提示タイミング計算手段の計算結果に応じて、前記送風
噴出手段が噴出する風を計算することを特徴とする。
【００１４】（５）前記（１）〜（４）のいずれか１項
において、前記仮想空間は遠隔仮想空間反映手段を備
え、前記遠隔仮想空間反映手段が通信ネットワークを介
して他の仮想空間システムから送られてくる前記仮想オ
ブジェクトを前記仮想空間に表現すると共に、仮想オブ
ジェクトを前記通信ネットワークを介して前記他の仮想
空間システムに送信することを特徴とする。
【００１５】（６）前記（１）〜（５）のいずれか１項
において、前記仮想空間は遠隔仮想空間反映手段を備
え、前記遠隔仮想空間反映手段が通信ネットワークを介
して他の仮想空間システムから送られてくる前記仮想オ
ブジェクトを前記仮想空間に表現すると共に、前記接触
判定オブジェクトを前記通信ネットワークを介して前記
他の仮想空間システムに仮想オブジェクトとして送信す
ることを特徴とする。
【００１６】（方法の発明） （７）仮想オブジェクトと接触判定オブジェクトを仮想
空間に表現する画像表示端末装置、および前記仮想オブ
ジェクトと前記接触判定オブジェクトの状態に応じて前
記仮想空間を制御する仮想空間制御手段を有する仮想空
間システムにおいて、風を受け止める送風受信部、およ
び前記送風受信部が受けた風圧を操作者に圧力として提
示する圧力提示部を有する送風受信手順と、前記送風受
信部に対し風を噴出する送風噴出手順と、前記送風受信
手順の位置や向き等を検出する送風受信部検出手順と、
前記送風受信部検出手順により検出された前記送風受信
手順の位置や向き等の情報に応じて、前記送風受信手順
を取り付けた又はそれを一部とする物体を前記仮想空間
に前記接触判定オブジェクトとして投影する送風受信部
投影手順と、前記仮想空間内での前記接触判定オブジェ
クトと仮想オブジェクトとの状態に応じて、前記仮想空
間での両者の接触力を計算する仮想接触力計算手順と、
前記仮想空間内での前記接触判定オブジェクトと前記仮
想オブジェクトの位置および時間に対する位置の変化に
応じて、前記仮想空間内での前記両者の仮想空間内にお
ける接触タイミングを計算する視覚的接触タイミング計
算手順と、前記仮想接触力計算手順の計算結果と、前記
視覚的接触タイミング計算手順の計算結果に応じて、前
記送風噴出手順が噴出する風を計算する送風噴出計算手
順と、前記送風噴出計算手順の計算結果に応じて、前記
送風噴出手順が噴出する風を制御する送風噴出制御手順
とを備えたことを特徴とする。
【００１７】（８）前記（７）において、前記仮想空間
内での前記接触判定オブジェクトと前記仮想オブジェク
トの位置および時間に対する位置の変化に応じて、前記
仮想空間内での前記両者の仮想空間内における仮想接触
位置を計算する視覚的接触位置計算手順と、前記視覚的
接触位置計算手順の計算結果に応じて、前記送風受信手
順が風を受ける現実空間の力覚提示位置を計算する力覚
提示位置計算手順と、前記力覚提示位置計算手順の計算
結果に応じて、前記送風噴出手順から噴出した送風が前
記力覚提示位置に到達するまでの時間を計算する送風到
達時間計算手順とを備え、前記送風噴出計算手順が、前
記仮想接触力計算手順の計算結果と、前記視覚的接触タ
イミング計算手順の計算結果と、前記送風到達時間計算
手順の計算結果に応じて、前記送風噴出手順が噴出する
風を計算することを特徴とする。
【００１８】（９）前記（８）において、前記仮想接触
力計算手順の計算結果に応じて、前記送風受信手順が風
を受ける力覚提示タイミングをシフトさせる時間を計算
する力覚提示タイミングシフト計算手順と、前記力覚提
示タイミングシフト計算手順の計算結果と、前記視覚的
接触タイミング計算手順の計算結果に応じて、前記送風
噴出手順から力覚提示するタイミングを計算する力覚提
示タイミング計算手順とを備え、前記送風噴出計算手順
が、前記仮想接触力計算手順の計算結果と、前記力覚提
示タイミング計算手順の計算結果と、前記送風到達時間
計算手順の計算結果に応じて、前記送風噴出手順が噴出
する風を計算することを特徴とする。
【００１９】（１０）前記（７）〜（９）のいずれか１
項において、前記仮想空間内での前記接触判定オブジェ
クトと前記仮想オブジェクトの位置および時間に対する
位置の変化に応じて、前記仮想空間内での前記両者の仮
想空間内における接触している時間の長さを計算する視
覚的接触時間計算手順と、前記視覚的接触時間計算手順
の計算結果と、前記仮想接触力計算手順の計算結果に応
じて、前記送風噴出手順からの風を受ける現実空間の力
覚提示する間の時間を計算する力覚提示時間計算手順を
備え、前記送風噴出計算手順が、前記力覚提示時間計算
手順の計算結果と、前記仮想接触力計算手順の計算結果
と、前記視覚的接触タイミング計算手順または前記力覚
提示タイミング計算手順の計算結果に応じて、前記送風
噴出手順が噴出する風を計算することを特徴とする。
【００２０】（１１）前記（７）〜（１０）のいずれか
１項において、前記仮想空間は遠隔仮想空間反映手順を
備え、前記遠隔仮想空間反映手順が通信ネットワークを
介して他の仮想空間システムから送られてくる前記仮想
オブジェクトを前記仮想空間に表現すると共に、仮想オ
ブジェクトを前記通信ネットワークを介して前記他の仮
想空間システムに送信することを特徴とする。
【００２１】（１２）前記（７）〜（１１）のいずれか
１項において、前記仮想空間は遠隔仮想空間反映手順を
備え、前記遠隔仮想空間反映手順が通信ネットワークを
介して他の仮想空間システムから送られてくる前記仮想
オブジェクトを前記仮想空間に表現すると共に、前記接
触判定オブジェクトを前記通信ネットワークを介して前
記他の仮想空間システムに仮想オブジェクトとして送信
することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１は本発明にお
ける力覚提示装置の外観構成図である。図１の（ａ）に
示す力覚提示装置は、画像表示端末装置１で表現される
三次元の仮想空間内（図１のｂ）における操作者の分身
（操作者又はその操作者の所持するもの等）として表示
した接触判定オブジェクトと仮想オブジェクトとの仮想
接触時の力覚を提示するとき、送風噴出手段２より操作
者の身体や所持物に風を与え、その風を送風受信手段３
で受け、操作者の身体や所持物に圧力として力覚提示す
る。
【００２３】図２は本実施形態の力覚提示装置のシステ
ム構成図である。また、図３は図２の各部に対応した処
理（Ｓ１〜Ｓ８）の流れを示す図である。
【００２４】（Ｓ１）送風受信手段３は、送風噴出手段
２から噴出される風を受け止める送風受信部３Ａと、そ
の送風受信部３Ａが風を受けたときの風圧を操作者の身
体や所持物に圧力として提示する圧力提示部３Ｂとを有
する。この送風受信手段３は、風を受けたときのその風
圧を受け止められる面を有しその風圧を圧力として操作
者に伝えることができる構成であればよい。この面の形
状は、単なる平面や、効率的に風圧を受け止められ回転
の力がかかりにくい凹形の面を使用することが考えられ
る。
【００２５】送風受信手段３は、仮想オブジェクトによ
る仮想接触を受け取らせたい部分（操作者の身体や所持
物等）に１個以上取り付け、そこに風圧を与えて圧力と
して伝えさせる。また、所持物自体の面や操作者の衣服
など、送風受信手段として利用可能な面が既に備わって
いる場合はそれを利用し、それら所持物等に風圧を与え
ることで、所持している操作者に圧力を提示するように
してもよい。その場合の送風受信手段の位置は、既に備
わっているその部分の位置等になる。
【００２６】（Ｓ２）送風受信部検出手段３Ｃは、送風
受信手段３の位置、向きを検出する。この送風受信部検
出手段３Ｃとしては、磁気センサーや赤外線を利用した
検出手段、マーキングによる映像解析を利用する検出手
段などがある。また、送風受信部検出手段より検出する
位置情報、向き情報を使用して、移動速度、移動方向、
加速度などを算出し送風受信部３Ａの状態値として利用
することもできる。
【００２７】（Ｓ３）送風受信部投影手段３Ｄは、送風
受信部検出手段３Ｃで検出した送風受信手段の位置情
報、向き情報に応じて、送風受信手段３を取り付けた又
はそれを一部とする物体を仮想空間に接触判定オブジェ
クトとして投影する。
【００２８】（Ｓ４）仮想接触力計算手段４は、仮想空
間における接触判定オブジェクトと仮想空間に生成され
た仮想オブジェクトとの状態に応じて、仮想空間内での
両者の接触状態である接触力を計算する。すなわち、仮
想空間における接触判定オブジェクトと仮想オブジェク
トとのそれぞれの位置または時間に対する位置の変化、
移動軌道、移動速度、移動方向、加速度から接触を予測
算出し、またあらかじめ与えられた両者オブジェクトの
属性（大きさ、形、重さ、材質、跳ね返り係数）、また
は両者オブジェクトの属性などから決められた衝突時の
属性（接触力の大きさ、または時間に対する接触力の変
化または衝突時間、衝突時の硬さ・やわらかさ、弾力性
等の衝突感覚など、衝突時に発生する力に関する係数）
より、現在の接触判定、接触した時の力の向き、大き
さ、強さ、硬さまたは柔らかさ、弾力さなどの衝突感覚
等、接触状態を予測または計算する。
【００２９】（Ｓ５）視覚的接触タイミング計算手段５
は、仮想空間内での接触判定オブジェクトと仮想オブジ
ェクトの位置および時間に対する位置の変化に応じて、
仮想空間内での両者の仮想空間内における接触タイミン
グを計算する。すなわち、仮想空間における接触判定オ
ブジェクトと仮想オブジェクトそれぞれの位置または時
間に対する位置の変化、移動軌道、移動速度、移動方
向、加速度から接触タイミングを予測算出する。また、
予測した接触タイミングに対して、その際過去の情報を
フィードバックし計算することもある。
【００３０】（Ｓ６）送風噴出計算手段６は、仮想接触
力計算手段４の計算結果と、視覚的接触タイミング計算
手段５の計算結果に応じて、送風噴出手段２が噴出する
風を計算する。すなわち、送風噴出手段２が噴出する風
の位置、向き、強さ、噴出タイミング、噴出時間などを
計算する。さらにその際、装置自体の特質を考慮して計
算する。例えば、噴出開始遅れや、噴出の立ち上がりが
遅いとき、噴出したいタイミングに噴出したい力になる
ように計算する。
【００３１】（Ｓ７）送風噴出制御手段７は、送風噴出
計算手段６の計算結果に応じて、送風噴出手段２が噴出
する風を制御する。すなわち、送風噴出手段２が噴出す
る風の位置、向き、強さ、噴出タイミング、噴出時間な
どを制御するため、送風の強さや、一つ以上の送風噴出
部分の切り替え、角度・位置などの制御による送風の位
置・向きの制御を行う。送風の強さ制御の具体的方法と
しては、その送風噴出手段２に供給する電圧や周波数を
制御することで送風のオン／オフや単位時間あたりの風
量を変化させて送風の強さを制御したり、また送風噴出
手段２の送風噴出口の面積を制御することで単位面積あ
たりの風量を変化させ送風の強さを制御する方法等があ
る。
【００３２】送風噴出手段２は送風受信部に対し風を噴
出する。具体的方法としては、ファンやエアーポンプ、
エアーコンプレッサーによる送風がある。
【００３３】（Ｓ８）仮想空間システム８は、仮想オブ
ジェクトと接触判定オブジェクトを仮想空間に表現する
画像表示端末装置１、および仮想オブジェクトと接触判
定オブジェクトの状態に応じて仮想空間を制御する仮想
空間制御手段８Ａを有する。画像表示端末装置１として
は、標準的大きさのまたは等身大のディスプレイや、Ｈ
ＭＤ等に映し出すものが利用でき、単眼視や多眼視（立
体視）するものも利用できる。
【００３４】仮想空間制御手段８Ａは、仮想空間システ
ムにより表現された仮想オブジェクトまたは投影した接
触判定オブジェクトの状態に応じて、仮想空間システム
８が表現する仮想空間の変化や仮想オブジェクトなどの
変化を制御する。さらに、仮想空間システム８は表現さ
れた仮想空間に応じて、再度イベントを処理するなら
ば、再びそれらが繰り返される。
【００３５】（実施形態２）図４は本実施形態の力覚提
示装置のシステム構成図である。また、図５は図４の各
部に対応した処理（Ｓ１〜Ｓ１１）の流れを示す図であ
る。なお、図４および図５のうち、図２および図３と同
等の構成および処理は同一符号で示す。
【００３６】（Ｓ９）視覚的接触位置計算手段９は、仮
想空間内での接触判定オブジェクトと前記仮想オブジェ
クトの位置および時間に対する位置の変化に応じて、仮
想空間内での前記両者の仮想空間内における仮想接触位
置を計算する。すなわち、仮想空間における接触判定オ
ブジェクトと仮想オブジェクトそれぞれの位置または時
間に対する位置の変化、移動軌道、移動速度、移動方
向、加速度から仮想空間内の接触位置を予測算出する。
また、予測した接触位置に対して、その際過去の情報を
フィードバックし計算することもある。
【００３７】（Ｓ１０）力覚提示位置計算手段１０は、
視覚的接触位置計算手段９の計算結果に応じて、送風受
信手段３が風を受ける現実空間の力覚提示位置を計算す
る。つまり、視覚的接触位置計算手段９で計算した仮想
空間内の接触位置に対応する現実の位置を計算すること
で、現実空間で接触判定オブジェクトの投影元である送
風受信手段が風圧からの力を受けるであろう位置を予測
計算する。また、予測した接触位置に対して、その際過
去の情報をフィードバックし計算することもある。
【００３８】（Ｓ１１）送風到達時間計算手段１１は、
力覚提示位置計算手段１０の計算結果に応じて、送風噴
出手段２から噴出した送風が力覚提示位置に到達するま
での時間を計算する。すなわち、力覚提示位置計算手段
１０の計算結果に対し、送風噴出手段２の位置から、送
風噴出手段からの送風の速度に応じて、送風噴出手段か
ら噴出した送風が力覚提示位置に到達するまでの時間を
計算する。
【００３９】本実施形態においては、送風噴出計算手段
６は、仮想接触力計算手段４の計算結果と、視覚的接触
タイミング計算手段５の計算結果と、送風到達時間計算
手段１１の計算結果に応じて、送風噴出手段２が噴出す
る風を計算する。すなわち、送風噴出手段が噴出する風
の位置、向き、強さ、噴出タイミング、噴出時間などを
計算する。
【００４０】このとき、装置自体の特質を考慮して計算
する。その際、噴出開始遅れや、噴出の立ち上がりが遅
いとき、噴出したいタイミングに噴出したい力になるよ
うに計算する。また、噴出タイミングに関しては、視覚
的接触タイミング計算手段５の計算結果に対して、送風
到達時間計算手段１１の計算結果を考慮したタイミング
値を算出する。例えば、視覚的接触タイミング計算手段
の計算結果から送風到達時間計算手段の計算結果を引い
た値、またはその値の近似値とすることで、視覚的接触
タイミングに同期して、またはある程度送れないように
送風噴出手段から噴出した送風が力覚提示位置に到達さ
せることが考えられる。
【００４１】（実施形態３）図６は本実施形態の力覚提
示装置のシステム構成図である。また、図７は図６の各
部に対応した処理（Ｓ１〜Ｓ１３）の流れを示す図であ
る。なお、図６および図７のうち、図４および図５と同
等の構成および処理は同一符号で示す。
【００４２】（Ｓ１２）力覚提示タイミングシフト計算
手段１２は、仮想接触力計算手段４の計算結果に応じ
て、送風受信手段３が風を受ける力覚提示タイミングを
シフトさせる時間を計算する。すなわち、仮想接触力計
算結果である接触した時の力の向き、大きさ、強さ、硬
さまたは柔らかさ、弾力さなどの衝突感覚などに応じ
て、視覚的接触タイミングに対して実際に力覚を提示す
るタイミングを変える。
【００４３】視覚的に接触しているタイミングに対し
て、現実に接触したと感じる力覚提示のタイミングを早
めたり遅くすることで、衝突の速さや、やわらかさ等に
ついて異なる衝突感覚として錯覚させる。
【００４４】（Ｓ１３）力覚提示タイミング計算手段１
３は、力覚提示タイミングシフト計算手段１２の計算結
果と、視覚的接触タイミング計算手段５の計算結果に応
じて、力覚提示するタイミングを計算する。力覚提示タ
イミングシフト計算手段１２の計算結果、タイミングを
早めるとしたとき、予測した視覚的接触タイミングに対
して、利用者が風による力を受ける力覚提示するタイミ
ングを算出する。
【００４５】本実施形態においては、送風噴出計算手段
６は、仮想接触力計算手段４の計算結果と、力覚提示タ
イミング計算手段１３の計算結果と、送風到達時間計算
手段１１の計算結果に応じて、送風噴出手段２が噴出す
る風を計算する。
【００４６】（実施形態４）図８は本実施形態の力覚提
示装置のシステム構成図である。また、図９は図８の各
部に対応した処理（Ｓ１〜Ｓ８、Ｓ１４，Ｓ１５）の流
れを示す図である。なお、図８および図９のうち、図２
および図３と同等の構成および処理は同一符号で示す。
【００４７】（Ｓ１４）視覚的接触時間計算手段１４
は、仮想空間内での接触判定オブジェクトと仮想オブジ
ェクトの位置および時間に対する位置の変化に応じて、
仮想空間内での両者の仮想空間内における接触している
時間の長さを計算する。すなわち、仮想空間における接
触判定オブジェクトと仮想オブジェクトそれぞれの位置
または時間に対する位置の変化、移動軌道、移動速度、
移動方向、加速度から接触している間の時間を予測算出
する。また、あらかじめ与えられた両者オブジェクトの
属性（大きさ、形、重さ、材質、跳ね返り係数）、また
は両者オブジェクトの属性などから決められた衝突時の
衝突時間に関する属性より算出する。
【００４８】（Ｓ１５）力覚提示時間計算手段１５は、
視覚的接触時間計算手段１４の計算結果と、仮想接触力
計算手段４の計算結果に応じて、送風噴出手段２からの
風を受ける現実空間の力覚提示する間の時間を計算す
る。すなわち、仮想接触力計算結果である接触した時の
力の向き、大きさ、強さ、硬さまたは柔らかさ、弾力さ
などの衝突感覚などに応じて、視覚的接触時間に対し
て、実際に力覚を提示している間の時間を変えることで
ある。視覚的に接触している時間に対して、現実に接触
していると感じる力覚提示時間を長くしたり短くするこ
とで、衝突の速さや、やわらかさ等について異なる衝突
感覚として錯覚させる。
【００４９】本実施形態において、送風噴出計算手段６
は、力覚提示時間計算手段１５の計算結果と、仮想接触
力計算手段４の計算結果と、視覚的接触タイミング計算
手段５または力覚提示タイミング計算手段１３の計算結
果に応じて、送風噴出手段が噴出する風を制御する。
【００５０】（実施形態５）図１０は本実施形態の力覚
提示装置のシステム構成図である。また、図１１は図１
０の各部に対応した処理（Ｓ１〜Ｓ８、Ｓ１６、Ｓ１
７）の流れを示す図である。なお、図１０および図１１
のうち、図２および図３などと同等の構成および処理は
同一符号で示す。
【００５１】（Ｓ１６）遠隔仮想空間反映手段８Ｂは、
通信ネットワークを介して他の仮想空間システムから送
られてくる仮想オブジェクトを仮想空間に表現すると共
に、仮想オブジェクトまたは接触判定オブジェクトを通
信ネットワークを介して他の仮想空間システムに送信す
る。
【００５２】（Ｓ１７）対向する他の遠隔仮想空間反映
手段８Ｂは、遠隔から送信されてきた仮想オブジェクト
の位置情報、向き情報を、仮想空間システムに反映させ
る。
【００５３】本実施形態において、ネットワーク上でや
り取りされる仮想空間オブジェクトの状態にも応じて
も、実施形態１から４までの計算手段を適用することが
考えられる。
【００５４】
【発明の効果】以上から、本発明によれば、視覚的イベ
ントに対して、現実の送風噴出による力覚提示タイミン
グの遅れが生じても、視覚的イベントに同期させて力覚
イベントを発生させることができる。さらに、風圧提示
の発生のタイミング制御や噴出時間の制御を行うこと
で、衝突の速さや、やわらかさ等について異なる衝突感
覚として錯覚させる等、力覚表現の制御を行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における力覚提示装置の外観構成図。
【図２】実施形態１における力覚提示装置のシステム構
成図。
【図３】実施形態１における力覚提示装置の処理手順
図。
【図４】実施形態２における力覚提示装置のシステム構
成図。
【図５】実施形態２における力覚提示装置の処理手順
図。
【図６】実施形態３における力覚提示装置のシステム構
成図。
【図７】実施形態３における力覚提示装置の処理手順
図。
【図８】実施形態４における力覚提示装置のシステム構
成図。
【図９】実施形態４における力覚提示装置の処理手順
図。
【図１０】実施形態５における力覚提示装置のシステム
構成図。
【図１１】実施形態５における力覚提示装置の処理手順
図。
【符号の説明】
１…画像表示端末装置 ２…送風噴出手段 ３…送風受信手段 ４…仮想接触力計算手段 ５…視覚的接触タイミング計算手段 ６…送風噴出計算手段 ７…送風噴出制御手段 ８…仮想システム ８Ａ…仮想空間制御手段 ８Ｂ…遠隔仮想空間反映手段 ９…視覚的接触位置計算手段 １０…力覚提示位置計算手段 １１…送風到達時間計算手段 １２…力覚提示タイミングシフト計算手段 １３…力覚提示タイミング計算手段 １４…視覚的接触時間計算手段 １５…力覚提示時間計算手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 聡 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5E501 AC37 CA02 CC20 FA14 FA36

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 仮想オブジェクトと接触判定オブジェク
    トを仮想空間に表現する画像表示端末装置、および前記
    仮想オブジェクトと前記接触判定オブジェクトの状態に
    応じて前記仮想空間を制御する仮想空間制御手段を有す
    る仮想空間システムにおいて、 風を受け止める送風受信部、および前記送風受信部が受
    けた風圧を操作者に圧力として提示する圧力提示部を有
    する送風受信手段と、 前記送風受信部に対し風を噴出する送風噴出手段と、 前記送風受信手段の位置や向き等を検出する送風受信部
    検出手段と、 前記送風受信部検出手段により検出された前記送風受信
    手段の位置や向き等の情報に応じて、前記送風受信手段
    を取り付けた又はそれを一部とする物体を前記仮想空間
    に前記接触判定オブジェクトとして投影する送風受信部
    投影手段と、 前記仮想空間内での前記接触判定オブジェクトと仮想オ
    ブジェクトとの状態に応じて、前記仮想空間での両者の
    接触力を計算する仮想接触力計算手段と、 前記仮想空間内での前記接触判定オブジェクトと前記仮
    想オブジェクトの位置および時間に対する位置の変化に
    応じて、前記仮想空間内での前記両者の仮想空間内にお
    ける接触タイミングを計算する視覚的接触タイミング計
    算手段と、 前記仮想接触力計算手段の計算結果と、前記視覚的接触
    タイミング計算手段の計算結果に応じて、前記送風噴出
    手段が噴出する風を計算する送風噴出計算手段と、 前記送風噴出計算手段の計算結果に応じて、前記送風噴
    出手段が噴出する風を制御する送風噴出制御手段と、を
    備えたことを特徴とする力覚提示装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 前記仮想空間内での前記接触判定オブジェクトと前記仮
    想オブジェクトの位置および時間に対する位置の変化に
    応じて、前記仮想空間内での前記両者の仮想空間内にお
    ける仮想接触位置を計算する視覚的接触位置計算手段
    と、 前記視覚的接触位置計算手段の計算結果に応じて、前記
    送風受信手段が風を受ける現実空間の力覚提示位置を計
    算する力覚提示位置計算手段と、 前記力覚提示位置計算手段の計算結果に応じて、前記送
    風噴出手段から噴出した送風が前記力覚提示位置に到達
    するまでの時間を計算する送風到達時間計算手段とを備
    え、 前記送風噴出計算手段が、前記仮想接触力計算手段の計
    算結果と、前記視覚的接触タイミング計算手段の計算結
    果と、前記送風到達時間計算手段の計算結果に応じて、
    前記送風噴出手段が噴出する風を計算することを特徴と
    する力覚提示装置。
  3. 【請求項３】 請求項２において、 前記仮想接触力計算手段の計算結果に応じて、前記送風
    受信手段が風を受ける力覚提示タイミングをシフトさせ
    る時間を計算する力覚提示タイミングシフト計算手段
    と、 前記力覚提示タイミングシフト計算手段の計算結果と、
    前記視覚的接触タイミング計算手段の計算結果に応じ
    て、前記送風噴出手段から力覚提示するタイミングを計
    算する力覚提示タイミング計算手段とを備え、 前記送風噴出計算手段が、前記仮想接触力計算手段の計
    算結果と、前記力覚提示タイミング計算手段の計算結果
    と、前記送風到達時間計算手段の計算結果に応じて、前
    記送風噴出手段が噴出する風を計算することを特徴とす
    る力覚提示装置。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項において、 前記仮想空間内での前記接触判定オブジェクトと前記仮
    想オブジェクトの位置および時間に対する位置の変化に
    応じて、前記仮想空間内での前記両者の仮想空間内にお
    ける接触している時間の長さを計算する視覚的接触時間
    計算手段と、 前記視覚的接触時間計算手段の計算結果と、前記仮想接
    触力計算手段の計算結果に応じて、前記送風噴出手段か
    らの風を受ける現実空間の力覚提示する間の時間を計算
    する力覚提示時間計算手段を備え、 前記送風噴出計算手段が、前記力覚提示時間計算手段の
    計算結果と、前記仮想接触力計算手段の計算結果と、前
    記視覚的接触タイミング計算手段または前記力覚提示タ
    イミング計算手段の計算結果に応じて、前記送風噴出手
    段が噴出する風を計算することを特徴とする力覚提示装
    置。
  5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項において、 前記仮想空間は遠隔仮想空間反映手段を備え、 前記遠隔仮想空間反映手段が通信ネットワークを介して
    他の仮想空間システムから送られてくる前記仮想オブジ
    ェクトを前記仮想空間に表現すると共に、仮想オブジェ
    クトを前記通信ネットワークを介して前記他の仮想空間
    システムに送信することを特徴とする力覚提示装置。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項において、 前記仮想空間は遠隔仮想空間反映手段を備え、 前記遠隔仮想空間反映手段が通信ネットワークを介して
    他の仮想空間システムから送られてくる前記仮想オブジ
    ェクトを前記仮想空間に表現すると共に、前記接触判定
    オブジェクトを前記通信ネットワークを介して前記他の
    仮想空間システムに仮想オブジェクトとして送信するこ
    とを特徴とする力覚提示装置。
  7. 【請求項７】 仮想オブジェクトと接触判定オブジェク
    トを仮想空間に表現する画像表示端末装置、および前記
    仮想オブジェクトと前記接触判定オブジェクトの状態に
    応じて前記仮想空間を制御する仮想空間制御手段を有す
    る仮想空間システムにおいて、 風を受け止める送風受信部、および前記送風受信部が受
    けた風圧を操作者に圧力として提示する圧力提示部を有
    する送風受信手順と、 前記送風受信部に対し風を噴出する送風噴出手順と、 前記送風受信手順の位置や向き等を検出する送風受信部
    検出手順と、 前記送風受信部検出手順により検出された前記送風受信
    手順の位置や向き等の情報に応じて、前記送風受信手順
    を取り付けた又はそれを一部とする物体を前記仮想空間
    に前記接触判定オブジェクトとして投影する送風受信部
    投影手順と、 前記仮想空間内での前記接触判定オブジェクトと仮想オ
    ブジェクトとの状態に応じて、前記仮想空間での両者の
    接触力を計算する仮想接触力計算手順と、 前記仮想空間内での前記接触判定オブジェクトと前記仮
    想オブジェクトの位置および時間に対する位置の変化に
    応じて、前記仮想空間内での前記両者の仮想空間内にお
    ける接触タイミングを計算する視覚的接触タイミング計
    算手順と、 前記仮想接触力計算手順の計算結果と、前記視覚的接触
    タイミング計算手順の計算結果に応じて、前記送風噴出
    手順が噴出する風を計算する送風噴出計算手順と、 前記送風噴出計算手順の計算結果に応じて、前記送風噴
    出手順が噴出する風を制御する送風噴出制御手順と、を
    備えたことを特徴とする力覚提示方法。
  8. 【請求項８】 請求項７において、 前記仮想空間内での前記接触判定オブジェクトと前記仮
    想オブジェクトの位置および時間に対する位置の変化に
    応じて、前記仮想空間内での前記両者の仮想空間内にお
    ける仮想接触位置を計算する視覚的接触位置計算手順
    と、 前記視覚的接触位置計算手順の計算結果に応じて、前記
    送風受信手順が風を受ける現実空間の力覚提示位置を計
    算する力覚提示位置計算手順と、 前記力覚提示位置計算手順の計算結果に応じて、前記送
    風噴出手順から噴出した送風が前記力覚提示位置に到達
    するまでの時間を計算する送風到達時間計算手順とを備
    え、 前記送風噴出計算手順が、前記仮想接触力計算手順の計
    算結果と、前記視覚的接触タイミング計算手順の計算結
    果と、前記送風到達時間計算手順の計算結果に応じて、
    前記送風噴出手順が噴出する風を計算することを特徴と
    する力覚提示方法。
  9. 【請求項９】 請求項８において、 前記仮想接触力計算手順の計算結果に応じて、前記送風
    受信手順が風を受ける力覚提示タイミングをシフトさせ
    る時間を計算する力覚提示タイミングシフト計算手順
    と、 前記力覚提示タイミングシフト計算手順の計算結果と、
    前記視覚的接触タイミング計算手順の計算結果に応じ
    て、前記送風噴出手順から力覚提示するタイミングを計
    算する力覚提示タイミング計算手順とを備え、 前記送風噴出計算手順が、前記仮想接触力計算手順の計
    算結果と、前記力覚提示タイミング計算手順の計算結果
    と、前記送風到達時間計算手順の計算結果に応じて、前
    記送風噴出手順が噴出する風を計算することを特徴とす
    る力覚提示方法。
  10. 【請求項１０】 請求項７〜９のいずれか１項におい
    て、 前記仮想空間内での前記接触判定オブジェクトと前記仮
    想オブジェクトの位置および時間に対する位置の変化に
    応じて、前記仮想空間内での前記両者の仮想空間内にお
    ける接触している時間の長さを計算する視覚的接触時間
    計算手順と、 前記視覚的接触時間計算手順の計算結果と、前記仮想接
    触力計算手順の計算結果に応じて、前記送風噴出手順か
    らの風を受ける現実空間の力覚提示する間の時間を計算
    する力覚提示時間計算手順を備え、 前記送風噴出計算手順が、前記力覚提示時間計算手順の
    計算結果と、前記仮想接触力計算手順の計算結果と、前
    記視覚的接触タイミング計算手順または前記力覚提示タ
    イミング計算手順の計算結果に応じて、前記送風噴出手
    順が噴出する風を計算することを特徴とする力覚提示方
    法。
  11. 【請求項１１】 請求項７〜１０のいずれか１項におい
    て、 前記仮想空間は遠隔仮想空間反映手順を備え、 前記遠隔仮想空間反映手順が通信ネットワークを介して
    他の仮想空間システムから送られてくる前記仮想オブジ
    ェクトを前記仮想空間に表現すると共に、仮想オブジェ
    クトを前記通信ネットワークを介して前記他の仮想空間
    システムに送信することを特徴とする力覚提示方法。
  12. 【請求項１２】 請求項７〜１１のいずれか１項におい
    て、 前記仮想空間は遠隔仮想空間反映手順を備え、 前記遠隔仮想空間反映手順が通信ネットワークを介して
    他の仮想空間システムから送られてくる前記仮想オブジ
    ェクトを前記仮想空間に表現すると共に、前記接触判定
    オブジェクトを前記通信ネットワークを介して前記他の
    仮想空間システムに仮想オブジェクトとして送信するこ
    とを特徴とする力覚提示方法。
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