JP2004305284A

JP2004305284A - バーチャル遊具

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Publication number: JP2004305284A
Application number: JP2003099798A
Authority: JP
Inventors: Hideo Fukuda; 秀雄福田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】従来にないダイナミックで臨場感のある疑似航行体験が可能な搭乗物であるバーチャル遊具を提供する。
【解決手段】搭乗物より見られる仮想空間の映像を搭乗物内のディスプレーに写すことによる視覚的効果と、揺動等の搭乗物に加えられる力学的効果を併せ持つ疑似航行体験可能なバーチャル遊具において、搭乗物を公転せしめ、公転半径の制御と搭乗物の姿勢の制御を可能ならしめた。これによって、力学的効果であるところの、大きさが十分に大きく、持続時間が十分長く、大きさと方向が自在に変化可能な力の付与が可能となり、非常に豊かな臨場感を有するバーチャル遊具の創成が可能になった。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は遊園地に設置される遊具に関して全く新規な遊具を提供するものであり、ディスプレーに映し出される映像と遊具に加えられる遠心力により、仮想環境中を激しい変化を伴いながら航行するようなダイナミックで臨場感豊かな疑似航行を体感させる遊具を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
遊園地等に設置される遊具で、ディスプレーに映し出される映像と搭乗席の振動や姿勢制御によって、仮想環境中を疑似航行するような錯覚を誘発する遊具には、東京ディズニーランドにある「スター・ツアーズ」や米国カリフォルニア州の遊園地ユニバーサル・スタジオにある「バック・トゥ・ザ・ヒューチャー」などの例がある。
【０００３】
これらの遊具に類する発明は、特開昭５９−３２４８１、特願平２−４３９９、特願平５−１８６、特開平７−２５３７５１等多々出願されている。
【０００４】
これらの発明は、おおよそスクリーンに写し出される画像の動きに合わせて搭乗席を傾斜、揺動、走行、振動させることにより、疑似航行を体感させるシステムとして提案されている。しかし、搭乗者に与える外力が、その持続時間が極めて短いか、十分な大きさを有しないか、変化が少ないか、あるいは負荷パターンが定型的であって、そのために然るべき外力の感覚を充分には与えられず、壮大な空間を動き回り、激しく変化するようなダイナミックで臨場感のある疑似航行を体感させることができない。
【０００５】
このような問題点を解決しようとしたものに特開平４−３１８８８８、特開平４−３１８８８９、あるいは特許番号第２８７４０９８号がある。特に第２８７４０９８号は、回転する円盤状支持体に３軸姿勢制御可能な搭乗席を設け、支持体を回転させて持続的な遠心力を加え、さらに、搭乗席の姿勢を三次元的に制御することにより、搭乗者に対する遠心力のかかる方向を変化させるものである。
【０００６】
当該発明では持続的で強力な外力を得ることができるが、外力の強さや方向を自由に変化させることができない。例えば、加速中に突如急ブレーキをかける場合を想定すると、搭乗者の後方に向いて作用する外力が瞬時に無くなり、次の瞬間に前方に向く外力が作用しなければならない。ところが、当該発明では、支持体の慣性モーメントが膨大であるため、瞬時に回転を停止し、搭乗者の向きを変え、再度瞬時に回転させる事が極めて困難である。
【０００７】
また、支持体の回転を維持したまま、搭乗席の向きを回転させて力の負荷される方向を反転させるときには、上下前後左右何れかの方向を経て回転するように方向を変えなければならないため、想定した場面に必要な力の変化を得ることができない。
【０００８】
さらに、３軸で姿勢制御する装置では、当該装置がイレコの３重の構造をなすため、制御するための軸の方向が互いに垂直になり、内側の構造にねじれの力が強く作用する。このため強固で過大な重量を必要とする構造となり、この種の設備で要求される俊敏な動きを実現することが一層困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
人間の感覚では視覚の影響が最も強く、視覚的な疑似環境を準備すればその環境をかなりの程度に実感することができる。しかし、曲芸飛行、戦闘機の空中戦、自動車レースのような強大な加速度が加わる搭乗物への擬似搭乗体験、あるいは宇宙飛行に象徴される特撮映画やアニメーションの世界におけるスピーディーで強大な加速度が想像される場面での疑似搭乗体験では、視覚的な擬似環境のみでは充分な臨場感は得られない。
【００１０】
本発明は、視覚的環境のみならず、従来技術より格段に優れた自由自在で強力な外力を負荷することにより、圧倒的に優れた臨場感を与える遊具を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
スピーディーで強大な外力が加わる場面での疑似航行体験においては、視覚的な擬似環境に加えて、視覚的環境と同調もしくは非同調する外力が、充分に大きく、持続時間が長く、自在な変化が可能と言う３要素を必要とする。本発明者は、これらの必要な要件に対し、充分に大きく持続時間が長く変化可能な力を負荷し、かつ制御する方法を検討し、直線加速度運動による力、回転加速度運動による力、重力場による力等を遠心力で代替する仕組みを見出し、本発明の遊具を発明するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の遊具は、回転可能な遠心力付与機構と、当該遠心力付与機構に支持され、当該遠心力付与機構の回転軸中心線に対して異なる距離にある２つの位置の間、好ましくは、回転軸中心線に対して対称の方向にある２つの位置の間で、搭乗体を支持するとともに移動せして、搭乗体の回転半径を調節する回転径調節機構と、当該回転径調節機構に支持される搭乗体と、当該搭乗体の内部にあって搭乗者を支持する搭乗席、及び、当該搭乗体の内部にあって当該搭乗席の前方に位置するディスプレーとを有するものである。
【００１３】
更に、搭乗体が仮想環境中に存在し、ディスプレーを搭乗体の窓と想定したときに、搭乗席より当該窓を通して視認されるべき仮想の映像を当該ディスプレーに映し出し、同時に遠心力付与機構と回転径調節機構を制御して、当該搭乗体の搭乗席に着座する搭乗者に対し充分に大きく持続時間が長く、大きさ及び方向の変化が可能な力を負荷し、スピーディーで強大な外力が加わる疑似航行を強く体感させるものである。
【００１４】
また、好ましい態様として、搭乗体を当該回転径調節機構が支持したまま姿勢制御機構によって姿勢制御することにより、搭乗者に負荷される遠心力の方向を、搭乗体に固定した座標軸を基準にして２次元ないし３次元的に変化させ、なお一層機動的な疑似航行の体感を可能にするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は具体的説明の例及び本発明で示される図に限定されるものではない。また、各部分の寸法、方向、角度や位置関係は、実質的に本発明の効果がある範囲に広がりを有するものである。
【００１６】
更に、交差しない「ねじれの位置」にある軸の位置関係を垂直とする場合は、軸を平行移動して交差するときに直交することを言う。
【００１７】
本発明ではまた、力学的に、慣性系において遠心力付与機構が回転して発生した向心力について、搭乗体に固定される回転座標系で説明される遠心力と呼ぶ。さらに、この遠心力が搭乗者に対して方向を変化すると言う場合には、搭乗体に固定された座標軸を基準とする。
【００１８】
本発明の遊具では、内部に搭乗席と外界を望む窓に相当するディスプレーを有して搭乗室を模擬する搭乗体を、遠心力付与機構の回転軸を中心に回転せしめ、搭乗席に遠心力を与える。この搭乗体と遠心力付与機構、回転径調節機構及び姿勢制御機構との関係を図１の概略図をもって説明する。
【００１９】
図１は本発明における遊具の一例を鳥瞰する図である。図中の番号は、１が遠心力付与機構の主構造体、２が遠心力付与機構の回転軸、３が同回転軸の中心線、４及び５が遠心力付与機構の制御駆動装置、６が搭乗体を支持し移動させる回転径調節機構の誘導レール、７が誘導レールの溝、８が回転径調節機構の遊動体、９、１０が回転径調節機構の制御駆動装置、１１がバランス錘を支持し移動させる回転径調節機構の誘導レール、１２がバランス錘、１３及び１４がバランス錘用回転径調節機構の制御駆動装置、１５が搭乗体、１６及び１７が搭乗体を姿勢制御する２軸姿勢制御機構、１８及び１９が２軸姿勢制御機構の回転軸の中心線、２０が回転径調節機構の遊動体８の移動方向を示す。
【００２０】
図１に示すように、誘導レール６、遊動体８、及び制御駆動装置９及び１０で具体化される回転径調節機構は遠心力付与機構１に固定され、回転軸２を中心に自転する。このため遊動体８に設置された搭乗体１５に遠心力が作用する。
【００２１】
遊動体８及び搭乗体１５は、遠心力付与機構の回転軸２の中心線３からの異なる距離の２つの位置の間で遊動レール６によって支持されるとともに同レール上を移動する。図１においては、該２つの位置、すなわち遊動体８の遊動可能範囲の両端は、回転軸２の中心線３に対して対称の方向にある。
【００２２】
ただし、この場合の対称の方向とは、回転径調節機構に座標軸を固定した場合の位置関係であり、１つの位置の距離に対して他の１つの位置の距離が負の距離となること、又は、異なる距離の２つの位置のうち１つが中心線３上にあることを意味する。
【００２３】
回転径調節機構の遊動体８を回転径調節機構の末端まで移動させると、搭乗体１５の回転半径が最大となり加わる遠心力は最大になる。遊動体８を遠心力付与機構の回転軸２の中心線３付近まで移動させると回転半径がほぼ０となり遠心力もほぼ無くなる。さらに、反対側、すなわち、遠心力付与機構の回転軸中心線３に対して対称の方向の位置まで移動させると、搭乗体に対して逆方向の遠心力が作用する。
【００２４】
なお、該２つの位置についての請求項１の一般的な解釈では、回転軸２の中心線３に対して同一の方向にある場合が想定される。この場合でも、回転半径を変えることで、遠心力付与機構の回転数を一定に維持したまま負荷される遠心力の大きさを変えることができる。
【００２５】
更に、遠心力付与機構の回転数を一定に維持したままで遠心力を速やかに反転することについても、遊動体８の回転半径が大きい状態から小さい状態に移動した時点で、後述する軸制御機構により、搭乗体１５の向きを反転させ、再度回転半径を大きくすることで概ね実現される。この場合、搭乗体を反転させるとき、負荷される遠心力が小くなっているので、実際には１８０度回転して反転させたことを搭乗者は気づき難い。
【００２６】
このように、本発明では、慣性モーメントの大きい遠心力付与機構の回転数を一定に維持したまま、遠心力の大きさの制御及び方向の逆転を可能ならしめる。
【００２７】
本発明では、遊動体の動きによる慣性モーメントを相殺するバランス錘を有すると好ましい。遊動体８を移動させると慣性モーメントが変化し、遠心力付与機構の回転が変化しようとする。遊動体が回転軸の中心線３に近づけば回転は速まり、回転径調節機構の末端に移動すれば回転は遅くなろうとする。しかし、末端では十分な遠心力を得るために大きな角速度を必要とし、逆に回転軸付近で回転が早まると搭乗者が回転していることを感じ取り、場合によれば三半規管の変調を来してしまうことになり、好ましくない。
【００２８】
バランス錘１２は、遊動体８が移動することによる慣性モーメントの変化を相殺（不完全な相殺としての緩和を含む）するものである。慣性モーメントを相殺するためには回転半径が制御できればよく、従って、バランス錘は、該遠心力付与機構の回転軸２の中心線３に対して距離の異なる２つの位置の間を移動するものであればよい。
【００２９】
バランス錘の回転半径を制御する仕組みは、図１の１１より１４に示すように、遊動体８の回転径調節機構（６より１０）と同様の機構でも実現可能であるが、機構、構造が限定される必要はない。また、図１の場合、バランス錘１２は、中心線３を越えて移動するが、中心線３の片側だけで移動するものであっても十分機能を達成できる。
【００３０】
バランス錘１２の回転半径の制御の方法は、回転負荷の変化を測定して変化をキャンセルするようなフィードバック制御であってもよく、あらかじめ計算によりバランス錘の時々刻々の位置を算出してコントロールするフィードフォワード制御であってもよい。
【００３１】
１つの誘導体もしくは１組の遊動体とバランス錘の組しかないと、回転軸２の片側に重心が偏って偏心した状態になるので、複数の誘導体と複数のバランス錘を組合せるとよい。この場合、例えば、回転軸の中心線３の方向に投影したときに、中心線３の投影された点に対して、点対称もしくは回転対称の配置ように、重心が常に回転軸中心線３の近辺にあるように配置することが好ましい。
【００３２】
本発明における遠心力付与機構は、図１のように回転軸で全体を支持するもの以外に、装置の回転部分の最外周部分を、車輪等を介して円筒状の構造物の内面や円周状のレールにより支持するものであってもよい。また、これらの支持方法と軸による支持方法を組合せてもよいし、両者の中間的な構造であってもよく、さらに任意の方法でよい。また、遠心力付与機構と回転径調節機構が歴然と区分されず、渾然一体としていても両機構の機能を有すればよい。
【００３３】
このようにして、本発明は、駆動負荷の大きい装置全体の回転を変化させなくとも、回転径調節機構によって俊敏に遠心力の大きさを変え、瞬時に遠心力の方向を変化させることができるので、実際的に初めて俊敏な加速度変化のある疑似航行を模擬することが可能となった。
【００３４】
図２に搭乗体の構造の概略例を示す。図２は搭乗体の水平断面図であり、８が回転径調節機構の遊動体、３１が搭乗席、３２が搭乗席に着座した搭乗者、３３がディスプレー、３４が２軸姿勢制御機構の外側の軸姿勢制御機構の固定側、３５が同回転側と内側の軸姿勢制御機構の固定側の一体構造体、３６がロールベアリング様に外側の軸姿勢制御機構の固定側と回転側のすべりを確保するためのロール（断面）、３７が内側の軸姿勢制御機構の回転側と搭乗体の外殻の一体構造体、３８が内側の軸姿勢制御機構のすべりを確保するためのロール（側面）、３９が搭乗席・ディスプレー軸を示す。
【００３５】
搭乗席・ディスプレー軸３９は、搭乗席の中心部分とディスプレーの中心部分を結ぶ方向のおおよそを示す軸であって、搭乗者がディスプレーを見る視線の代表的方向を示すものである。従って、厳密に角度を規定されるものではない。
【００３６】
図２のように、搭乗体はその内部に搭乗者を支持する搭乗席、及び搭乗体より外界を望む窓に相当するディスプレーを有している。また、搭乗体は、搭乗者から実際の外部が実質的に見えないように視覚的に外部と遮断されたものであることが好ましい。
【００３７】
本発明の遊具の搭乗席は、ディスプレーを見るために搭乗者の位置と姿勢を定めるとともに、遠心力のかかる搭乗者の身体を保持するものであって、特にその形態は規定されない。搭乗席は自動車の運転席か飛行機の操縦席のような座席であってもよく、寄り掛かる壁とつかまる手摺りからなるような座席の形をなさないものであってもよい。また、搭乗席前後方向、上下方向もしくは左右方向に向けて力がかかる場合に身体を固定する等の目的で安全ベルトのような固定器具を具備することが好ましい。
【００３８】
本発明の遊具のディスプレーは、搭乗体の窓と想定されるものであって、当該搭乗席に搭乗者が着座したときに、見易い前方に展開される。ディスプレーは搭乗者が映像を見て錯覚するものであるため、なるべく広い視野をカバーできることがよく、そのためには大型のディスプレー、搭乗席を包み込むように凹型に設置されたディスプレー、あるいは複数の窓に相当する複数のディスプレーの組み合わせを採用することが好ましい。また立体映像ディスプレーも好ましい。
【００３９】
ディスプレーは映写機やプロジェクターで映写する仕組みのスクリーンであってもよく、ＣＲＴ、プラズマディスプレー、液晶ディスプレー、あるいは発光素子ディスプレーでもよい。
【００４０】
更に、本発明の遊具では、搭乗体を、回転径調節機構に支持される姿勢制御機構によって支持しながら姿勢制御することにより、搭乗者に負荷される遠心力の方向を自由に変化させ、なおいっそう機動的な疑似航行の体感を可能にする。
【００４１】
本発明における姿勢制御機構は１軸、２軸及び３軸姿勢制御機構が採用され得る。本発明で言う軸姿勢制御機構とは、一般的に軸姿勢制御装置と呼ばれるものであるが、一例を説明する。
【００４２】
１軸姿勢制御機構は、回転すべき本体と軸からなる独楽のような構造体の軸の両端を回転可能なように固定し、本体を任意の角度で回転制御する機構である。２軸姿勢制御機構は、上記の本体内部に、イレコ状に同様の構造体の軸の両端を固定し、両構造体の軸の中心線が概ね直交し、内側の構造体の本体の姿勢を制御する機構である。３軸姿勢制御機構は、同様にして更に内側に構造体を設け、各構造体の軸と、その外側の構造体の軸が概ね直交し、最も内側の構造体の本体の姿勢を制御する機構である。
【００４３】
１軸の場合、遠心力を負荷させる方向を三次元的に変化させることができないが、本発明の効果が無くなるものではない。姿勢制御機構が２軸姿勢制御機構であると、特許番号第２８７４０９８号のような３軸の場合と比較して構造が簡素になり、駆動に対する負荷が大幅に低減するので俊敏な制御が可能となる等のメリットがある。
【００４４】
本発明の遊具の姿勢制御が２軸姿勢制御機構のときは、１つのケースでは、２軸姿勢制御機構の外側の軸姿勢制御機構の回転軸の方向が遠心力付与機構の回転軸と平行であり、かつ内側の軸姿勢制御機構の回転軸の方向が外側の軸姿勢制御機構の回転軸及び搭乗席・ディスプレー軸と各々垂直である。
【００４５】
他のケースでは、外側の軸姿勢制御機構の回転軸の方向が遠心力付与機構の回転軸及び回転径調節機構の移動方向と垂直であり、かつ内側の軸姿勢制御機構の回転軸の方向が外側の軸姿勢制御機構の回転軸及び搭乗席・ディスプレー軸と各々垂直である。
【００４６】
図１における姿勢制御機構は、前者すなわち請求項５の２軸姿勢制御機構を例示しており、外側の軸姿勢制御機構１６及び内側の軸姿勢制御機構１７の２重の構造が示される。この場合、外側の軸姿勢制御機構１６は、遊動体８に対して内側の軸姿勢制御機構１７を、回転軸の中心線３と平行な回転軸１８を中心に回転可能なように軸支持し、内側の軸姿勢制御機構１７は搭乗体１５を、回転軸の中心線３及び図２の搭乗席・ディスプレー軸３９と各々垂直な回転軸を中心に回転可能なように軸支持する。この回転軸は、軸３９が図１の回転径調節機構の移動方向２０と平行となるときに、図１における回転軸１９として示される。
【００４７】
後者すなわち請求項６の２軸姿勢制御機構を図１を用いて示すと、外側の軸制御機構が１７となり、内側の軸制御機構が同１６となる。また、外側の軸制御機構の回転軸は、回転軸の中心線３及び回転径調節機構の移動方向２０と各々垂直であり、図１に描かれた回転軸１９となる。内側の軸制御機構の回転軸は、外側の軸制御機構の回転軸及び図２の搭乗席・ディスプレー軸３９と各々垂直であり、軸３９が図１の回転径調節機構の移動方向２０と平行となるときに、図１における回転軸１８となる。
【００４８】
両方の２軸姿勢制御機構の機能は実質的に等しく、３軸支持機構より自由度が小さいにも拘わらず、以下の説明のように３次元空間において必要な一次元及び二次元の遠心力の方向の制御機能を有する。
【００４９】
次に遠心力の方向を自由に変化させる方法を説明するが、図３は任意の搭乗者または搭乗体に固定された座標軸を模式的に示す。３２が搭乗者、５０は、図２における搭乗席・ディスプレーの方向軸３９と平行な方向軸、５１は搭乗者の左右の方向を示す方向軸、５２は搭乗者の上下の方向を示す方向軸であり、３軸はおおよそそれぞれ垂直である。５３が搭乗者の上下左右を含む仮想の面を示す。
【００５０】
本発明の遊具で実現される搭乗者に対する遠心力の方向の変化は、一次元的に前後反転、上下反転、左右反転、また二次元的に前後上下方向回転、前後左右方向回転、上下左右方向回転である。ここで、前後上下方向回転とは、遠心力のかかる方向が搭乗者の前方より上方、後方、下方、さらに前方へ、またはこの逆に回り込むように変わる回転を言う。前後左右方向回転、上下左右方向回転も同様である。三次元的変化は、これらの変化の組合せで実現可能である。
【００５１】
この他に、力のかかる方向が変わらない回転が３軸にそれぞれ一態様づつ存在する。遠心力のかかる方向を回転軸とする回転であって、例えば、回転軸が搭乗席・ディスプレーの方向軸と平行ならば、飛行機のキリモミと言われる回転態様となる。しかし、このような回転では力の方向の変化を必要とせず、キリモミ回転が起きているときの外界の映像をディスプレーに写すことで、キリモミ回転を錯覚させることができる。すなわち、力のかかる方向が変わらない回転は映像的・ソフト的にシミュレートし、力学的に回転を実現する機能は不要である。
【００５２】
一次元的な前後反転、上下反転、左右反転は、図１における遠心力付与機構１を回転したまま、遊動体８を回転径調節機構の一端から他端までスライドさせる方法等により可能である。このとき図３における軸５０が、図１における遊動体の移動方向２０と平行であれば、遠心力は搭乗者に対して前後反転する。図３において軸５１と平行な回転軸を中心に９０度回転して、軸５２が同移動方向２０と平行になれば、遠心力は搭乗者に対して上下反転する。また、同様に軸５２と平行な回転軸を中心に９０度回転して、軸５１が同移動方向２０と平行になれば、遠心力は搭乗者に対して左右反転する。
【００５３】
二次元的な前後上下方向回転、前後左右方向回転、上下左右方向回転は、図１における遠心力付与機構を回転したまま、姿勢制御機構、特に２軸姿勢制御機構により搭乗体１５の姿勢を制御することにより実現される。
【００５４】
このとき図３における軸５１が、図１における遠心力付与機構の回転軸の中心線３及び回転径調節機構の移動方向２０と垂直のとき、すなわち図１の回転軸１９と方向が一致するときに搭乗体を回転軸１９を中心に回転させれば、遠心力のかかる方向は搭乗者に対して前後上下方向に回転する。
【００５５】
また、軸５２が遠心力付与機構の回転軸の中心線３と平行のとき、すなわち図１の回転軸１８と方向が一致するときに搭乗体を回転軸１８を中心に回転させれば、遠心力のかかる方向は搭乗者に対して前後左右方向に回転する。
【００５６】
図４及び図５は、遠心力のかかる方向が搭乗者に対して上下左右方向に回転する場合の原理を説明する。図４において、５４が、外側の軸姿勢制御機構の回転軸の方向が遠心力付与機構の回転軸の中心線３と平行であるとき、すなわち請求項５における当該軸を中心とする仮想回転平面、図５において、５５が、外側の軸姿勢制御機構の回転軸の方向が遠心力付与機構の回転軸の中心線３及び回転径調節機構の移動方向２０と各々垂直のとき、すなわち請求項６における当該軸を中心とする仮想回転平面を示し、両図において、５６が遠心力の方向を表す矢印を示す。両図とも他の番号は図３と同様であり、また、搭乗者に関しては右半身のみを描いてある。
【００５７】
図４において、静止状態で方向軸５０方向に向いて搭乗者が着座し、続いて遠心力付与機構が回転を始めて遠心力５６が負荷された状態がＡである。まずＡで方向軸５１と平行な軸によって矢印方向に９０度回転し、Ｂのように方向軸５０が遠心力５６と垂直の方向に向く。続いて、方向軸５０の新たな方向と平行な回転軸を中心に回転すると、仮想の面５３が仮想回転平面５４と平行に回転し、順次Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｂの順番に回転することにより、遠心力５６の上方向に搭乗者の上半身、右体側、下半身、左体側、そして上半身の順に向く。
【００５８】
図５において、Ａは図４と同様の状態を示す。方向軸５２と平行な軸によって矢印方向に９０度回転し、Ｂのように方向軸５０が遠心力の方向５６と垂直の方向に向く。続いて、方向軸５０の新たな方向と平行な回転軸を中心に回転すると、仮想の面５３が仮想回転平面５５と平行に回転し、順次Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｂの順番に回転することにより、遠心力５６の方向に搭乗者の左体側、下半身、右体側、上半身、左体側の順に向く。
【００５９】
このようにして、２軸姿勢制御機構では上下左右方向回転を含む全ての一次元的及び二次元的な遠心力の方向の変化が可能であり、実際にはこれらの方向の変化と遠心力の大きさの変化を組み合わて、無重力以外のほぼ全ての力の状況を作り出すことが可能になり、これにキリモミ等の錯覚を与える映像を加えることで自由自在のシミュレーションが可能になった。
【００６０】
なお、図１における各制御駆動装置は、駆動用モーターと駆動力を伝達するワイヤ等として描かれている。しかし、本発明の遊具では、コントロールプログラムに従って支持機構を制御駆動するものであり、その構造や仕組みは限定されるものではない。また、姿勢制御機構の制御駆動装置は図示していないが同様の機能を有し、構造や仕組みも限定されるものではない。
【００６１】
本発明の遊具のディスプレーに映し出される仮想環境の映像とは、一般的には搭乗物が仮想環境中に存在すると想定し、ディスプレーを搭乗物より外部の仮想環境を見る窓と想定したときに、搭乗席に着座している搭乗者から当該仮想窓を通して仮想環境の一部の光景として見る光景の映像である。
【００６２】
本発明に用いられる映像は、搭乗物が存在すると想定する空間の映像であって、宇宙、空中、陸上、水上、水中等の映像、天国、地獄、空想世界のような仮想空間の映像、抽象的デザインの映像、あるいは錯視、錯覚を誘発する心理ないしは生理学的デザインの映像であってもよい。映像を得る手段は実写映像、特撮映像、アニメーション、ＣＧ等、或いは実写映像をデフォルメしたり速度を変化させたりしたもの等であり、手段は限定されない。
【００６３】
本発明の遊具では、搭乗物は仮想環境中を疑似航行すると想定するが、航行とは位置が移動する場合のみでなく停止している場合も含まれる。すなわち、本発明の遊具において想定される搭乗物にかかる力とは、搭乗物が直線的加減速をするときに生じる加速度による力、あるいは旋回、方向変更、回転するときに生じる回転運動の加速度による力のみならず、恒星などの重力場より受ける重力、あるいは念力、魔力などの空想的力等も含む。
【００６４】
本発明の遊具において搭乗者に付与する遠心力の大きさと予定される搭乗席にかかる力の大きさは一致することも、比例関係を保つことも必要としない。なぜならば、地球の重力圏を離脱する想定では、約１０Ｇ（Ｇは地球表面上における重力加速度を１Ｇとする加速度の単位）の加速度が生ずるし、光速まで速やかに加速するような想定、或いはブラックホール近傍を航行するような想定では加速度は１０Ｇをはるかに越す。しかし、人間は、加速時の映像を見ても、想定する加速度の大きさを推測できないし、巨大な加速度を経験したことがないので想像もできない。また、人間の身体自体が高々数Ｇ程度しか耐えられないので、その範囲内でしか加速度の大きさを設定し得ない。
【００６５】
このため、支持体に与える遠心力の大きさと、航行が予定する力の大きさが一致する必要はなく、遠心力は高々１０Ｇ、普通には３Ｇ以下の範囲で効果的に付与すれば、搭乗者に肉体的及び心理的に満足感を与えることが可能である。
【００６６】
また、支持体に与える遠心力の方向と、航行が予定する力の方向が一致する必要はない。力のかかる方向についての人間の感覚はそれほど鋭敏ではなく、また、力の方向の判断では視覚や先入観が優先するので、視覚や先入観から得られる方向の感覚と遠心力の方向が一致する必要はない。両者の方向が感覚的に齟齬をきたすほど乖離してなければ、搭乗者は疑似航行を体感できるし、さらに、両者の方向が明確に不一致であるか更には逆方向であると、搭乗者は幻惑することになり、本発明の遊具に予想し得ない効果を発揮させることも可能である。
【００６７】
本発明の遊具は臨場感をなお一層高めるために、音響、衝撃、振動、揺動、搭乗席の姿勢制御による効果を組み合わせることが好ましい。あるいは、先入観が錯覚を誘発する大きな効果を持つため、航行の状況を説明するようなパイロットの会話やナレーションなどを組み合わせることも好ましい。
【００６８】
本発明の遊具においては、力は十分強く長続きすることが可能である。ジェットコースターのように直線加速の場合、高々３Ｇの加速度を３秒程度与えるために、約１４０メートルの直線軌道を必要とし、軌道の末端での速度は時速約３００キロメートルとなる。これは事実上不可能である。
【００６９】
これに対し、本発明の遊具の場合、回転半径が１０メートルであれば、３．５秒で１回転程度の角速度で３Ｇの遠心力を永続的に得ることが可能であり、十分強く長続きする力を得ることが可能である。ただし、強い遠心力を得るために速く回転すると搭乗者の三半規管に影響し気分を悪くする場合もあるので、回転半径を可及的に大きくするべきである。
【００７０】
本発明の遊具は多大なメリットを有する。以上の説明のように、本発明の遊具は方向と強さを自在に制御した遠心力と、ディスプレーに映し出される映像とによって、仮想環境中を激しい変化を伴いながら航行するようなダイナミックで臨場感豊かな疑似航行を体感させることができる。
【００７１】
既存の遊園地の遊具では、例えばメリーゴーランドやジェットコースターなどのように単機能であり、客に飽きられたら設備全体を更新しなければならない。しかるに、本発明の遊具は、映像と機械部分の運転を含むプログラムが任意に交換可能なので、一台の設備で種々の体験ができ、飽きられることがない。特に映画やゲーム等とタイアップしたテーマは、マーケッティング上の新しい可能性を提示するものである。
【００７２】
さらに、本発明では、搭乗席からの操縦信号を発する装置と、操縦信号に対応して遠心力のかかり方とディスプレー映像を制御する機能を付与すると、戦闘機パイロット訓練シミュレーター、旅客機等航空機の異常飛行対応訓練シミュレーター、アクロバット飛行シュミレーター、あるいはカーレーサー訓練シミュレーターとして広範に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における遊具の一例の鳥瞰図である。
【図２】搭乗体の概略例を示す水平断面図であり、搭乗体の内部の概略、及び搭乗者とディスプレーの位置関係を示す。
【図３】搭乗体に固定された座標系の方向軸と搭乗者の関係を示す模式図である。
【図４】外側の軸姿勢制御機構の回転軸の方向が、遠心力付与機構の回転軸の中心線と平行である場合の、二次元的な上下左右方向回転の原理を説明するための図である。
【図５】外側の軸姿勢制御機構の回転軸の方向が、遠心力付与機構の回転軸の中心線及び回転径調節機構の遊動体の移動方向と各々垂直である場合の、二次元的な上下左右方向回転の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
１遠心力付与機構の主構造体
２遠心力付与機構の回転軸
３同回転軸２の中心線
４、５遠心力付与機構の制御駆動装置
６搭乗体用の回転径調節機構の誘導レール
７同誘導レール６の溝
８回転径調節機構の遊動体
９、１０回転径調節機構の制御駆動装置
１１バランス錘用の回転径調節機構の誘導レール
１２バランス錘
１３、１４バランス錘用の回転径調節機構の制御駆動装置
１５搭乗体
１６、１７搭乗体を姿勢制御する２軸姿勢制御機構
１８、１９同２軸姿勢制御機構１６、１７の軸回転の中心線
２０回転径調節機構の遊動体８の移動方向
３１搭乗席
３２搭乗席に着座した搭乗者
３３ディスプレー
３４２軸姿勢制御機構の外側の軸姿勢制御機構の固定側
３５同回転側と内側の軸姿勢制御機構の固定側の一体構造体
３６外側の軸姿勢制御機構のロール（断面）
３７内側の軸姿勢制御機構の回転側と搭乗体外殻の一体構造体
３８内側の軸姿勢制御機構のロール（側面）
３９搭乗席・ディスプレー軸
５０搭乗席・ディスプレー軸３９と平方な方向軸
５１搭乗者の左右の方向を示す方向軸
５２搭乗者の上下の方向を示す方向軸
５３搭乗者の上下左右を含む仮想の面
５４、５５各２軸姿勢制御機構の外側の軸姿勢制御機構の回転軸を中心とする仮想回転平面
５６遠心力の方向を示す矢印

Claims

回転可能な遠心力付与機構と、当該遠心力付与機構に支持され、当該遠心力付与機構の回転軸中心線からの異なる距離の２つの位置の間で搭乗体を支持するとともに移動せしめて、搭乗体の回転半径を調節する回転径調節機構と、当該回転径調節機構に支持される搭乗体と、当該搭乗体の内部にあって搭乗者を支持する搭乗席、及び、当該搭乗体の内部にあって当該搭乗席の前方に位置するディスプレーとを有することを特徴とするバーチャル遊具。
回転径調節機構の、遠心力付与機構の回転軸中心線からの異なる距離の２つの位置が、当該遠心力付与機構の回転軸中心線に対して対称の方向にあることを特徴とする請求項１に記載のバーチャル遊具。
遠心力付与機構に支持され、当該遠心力付与機構の回転軸中心線からの距離の異なる２つの位置の間でバランス錘を移動せしめる回転径調節機構とバランス錘を有し、遠心力付与機構が回転し、搭乗体の回転半径が変化するときに生じる慣性モーメントの変化を相殺するように、回転径調節機構がバランス錘の位置を移動せしめるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバーチャル遊具。
搭乗体が姿勢制御機構に支持され、当該姿勢制御機構が回転径調節機構に支持されることにより、搭乗体が間接的に回転径調節機構に支持され、かつ、姿勢制御機構をもって搭乗体の姿勢を制御することによって、搭乗体に対して負荷される遠心力の方向を変化させるものであることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載のバーチャル遊具。
姿勢制御機構が２軸姿勢制御機構であって、当該２軸姿勢制御機構の外側の軸姿勢制御機構の軸の方向が遠心力付与機構の回転軸中心線と平行であり、内側の軸姿勢制御機構の軸の方向が外側の軸姿勢制御機構の軸及び搭乗席・ディスプレー軸とそれぞれ垂直であることを特徴とする請求項４に記載のバーチャル遊具。
姿勢制御機構が２軸姿勢制御機構であって、当該２軸姿勢制御機構の外側の軸姿勢制御機構の軸の方向が遠心力付与機構の回転軸中心線及び回転径調節機構の搭乗体の移動方向とそれぞれ垂直であり、内側の軸姿勢制御機構の軸の方向が外側の軸姿勢制御機構の軸及び搭乗席・ディスプレー軸とそれぞれ垂直であることを特徴とする請求項４に記載のバーチャル遊具。