JP2009210963A - プラネタリウム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラネタリウム装置におけるポインタの使い勝手、機能を向上させる。
【解決手段】オペレータにより引き起こされるコントローラの運動をコントローラの傾き、回転、加速度として検出するセンサおよび、検出した運動情報を制御装置に送信する手段を設けた手持ち可能なコントローラ１と、ポインタＰをドームスクリーンＤに投映するビデオプロジェクタ３２を有し、受信したコントローラの運動情報をオペレータが意図するポインタの動作命令として解析し、ビデオプロジェクタの制御装置に制御信号を送信することにより、オペレータがコントローラを向けたドームスクリーンの箇所にビデオプロジェクタからポインタを投映する。
【選択図】図１

Description

この発明はドームスクリーンにポインタを投映する機能を有したプラネタリウム装置に関し、より詳細にはオペレータによるポインタ操作手段に改良を加えたプラネタリウム装置に関する。

プラネタリウムにおける演出手法の一つとして、矢印や丸印の像からなるポインタをドームスクリーンの所望の箇所に投映することが広く行われており、主に星座の解説において、説明の対象を指し示すために使用されていた。

ポインタの投映にあたっては原板の像を投映レンズにより投映する光学式のポインタ投映機が使用されており、これには次の２種があった。
(1) 星座解説の際にオペレータが直接手に持って使用するハンドポインタ
このポインタとしては、レーザ光を用いたものもあった。
(2) 自動演出で多用されるオートポインタ
オートポインタはプロジェクタなどからなる補助投映装置の一種であり、投映像がポインタであることが他の投映装置と異なっていた。オートポインタには(A) 恒星投映機上に搭載され、恒星投映機と一緒に回転する本体付オートポインタと、(B) 恒星投映機とは独立してドーム内に設置される分離型オートポインタの２種があった。
特開２００４−３６１８８０公報 特開２００１−３５６６８４公報

前記のうちの、本体付オートポインタは、恒星投映機が回転しても恒星投映機から投映された星野とポインタの相対的な位置は変化しない。したがって、恒星投映機の姿勢に関係なく、常に特定の恒星を指し示し続けることが可能である。
しかし、分離型オートポインタは不動であり、常にドームスクリーン上の一点を指し続けるため、恒星投映機の姿勢に依存する。

一方、ハンドポインタは星座解説の際にオペレータが説明をする星座や天体を指し示すことのみに使用されていた。この場合、オペレータがハンドポインタで指し示した星座絵を投映するためには、一度ハンドポインタをコンソール卓に置いてからコンソールパネルのスイッチに割り付けられた星座絵投映機のスイッチを押すか、あるいは片手でハンドポインタを維持したまま反対側の手でコンソールパネルのスイッチに割り付けられた星座絵投映機のスイッチを押さなければならず操作が煩雑であった。

また、オペレータが星座の形を説明する際には、星座を構成する複数の恒星を順に結んで指し示すのが一般的であるが、ハンドポインタはポインタの残像を残すことができないため、オペレータが指し示した恒星の順番を観客が全て記憶しておくのは難しく、観客が星座の形を認識しにくかった。

この場合、一度に複数の恒星を指し示すためにハンドポインタの代わりにオートポインタが使用されることもあったが、事前にオートポインタの位置合わせをしなければならないことや、自動演出プログラムを作成し実行しなければならないため、オペレータの負担になっていた。

また、恒星投映機上に搭載される関係上、本体付オートポインタの設置可能数には限りがあり、足りない分は分離型オートポインタで代用せざるをえなかったが、この場合は、星座解説する場所や日時が固定されてしまい、投映日の今夜の星空で星座解説をすることが困難だった。

また、オートポインタはプリセット、プリプログラミングが要求されたため、オペレータが観客と対話しながら解説する内容を変更するような柔軟な対応はできなかった。

ところで、前記特許文献２にはオペレータの腕の動きに応じてプラネタリウム装置の制御を行う発明が開示されており、制御の対象にはオートポインタも含まれている。すなわち、前記発明においては、オペレータの体にセンサを予め装着することによりオペレータはコントローラを携帯しなくても腕の動きでポインタを任意の箇所に投映することができる。この場合、オペレータのドーム内の現在位置はＧＰＳや超音波による距離センサを用いて検出することが開示されているが、このような手段では認識できる位置精度に難があった。

また、ポインタは光学式のハンドポインタをオペレータが直接動かして投映するのでなく、オペレータの腕の動きをセンサにより検出して、オートポインタを制御して投映するので、分解能の高いセンサを使用しなければ光学式のハンドポインタを使用した場合に比べてポインタの移動がぎこちなくなり、センサのコストを要した。

また、オペレータの腕の動きに応じてプラネタリウム装置の制御を行うことから、制御に応じた腕の動きを予め決めておかなければならないが、実際のプラネタリウム装置において想定される動作は多種多様であり、腕の動きの種類もこれらに応じて多種多様なものとならざるを得ず、オペレータにおいてこれらを覚えておくことは大変な負担となった。。一方、人間の習性として無意識に腕を動かすことがあり、この無意識の動きによりプラネタリウム装置に誤った制御指示を出すおそれもある。

次に、前記特許文献１にはオペレータがハンドポインタでドームスクリーンに投映したポインタの位置を検出して、その位置に対応した補助画像を投映する発明が開示されている。この場合、前記文献にはポインタの位置の検出手段としてドームスクリーンにポインタの投映像を検出するセンサを設ける他に、ハンドポインタにその投映角度を検出する装置を設けることも開示されている。

しかしながら、後者の場合、オペレータが定位置に止まっている場合はポインタの位置を正確に検出できるが、オペレータがドーム内を移動した場合は正確に検出できない問題があった。

この発明のプラネタリウム装置は以上の従来技術の問題点に鑑みて創作されたものであり、オペレータにより引き起こされるコントローラの運動をコントローラの傾き、回転、加速度として検出するセンサおよび、検出した運動情報を制御装置に送信する手段を設けた手持ち可能なコントローラと、ポインタをドームスクリーンに投映するビデオプロジェクタを有し、受信したコントローラの運動情報をオペレータが意図するポインタの動作命令として解析し、ビデオプロジェクタの制御装置に制御信号を送信することにより、オペレータがコントローラを向けたドームスクリーンの箇所にビデオプロジェクタからポインタを投映することを特徴とする。

また、ここでは第２発明として、前記第１発明において、オペレータにより引き起こされるコントローラの運動情報のうちの任意のもののみをオペレータの選択により有効とする手段および、運動情報をオペレータが意図する種類の装置に対する命令として選択する手段を設けたプラネタリウム装置も開示する。

また、第３発明として、前記第１または第２発明において、ドーム内におけるオペレータの基準位置をコントローラを使用して測定して制御装置に記憶させ、上記基準位置からオペレータが移動した際にコントローラにより検出した加速度を積分して移動量を求めてドーム内のオペレータの位置を推測することにより、オペレータがドーム内を移動しても、オペレータがコントローラを向けたドームスクリーンの箇所にポインタを投映可能とした偏心補正機能を備えたプラネタリウム装置も開示する。

また、第４発明として、前記第１または第２発明において、コントローラの運動を低分解能のセンサにより検出するとき、センサの分解能を擬似的にＮ倍にすることにより、ポインタがドームスクリーンを滑らかに移動することを可能としたプラネタリウム装置も開示する。

また、第５発明として、前記第４発明において、コントローラの運動を低分解能のセンサにより検出するとき、移動前のポインタの位置から移動後のポインタの位置までの間のセンサの分解能以下の検出不能な動きを連続的に補完することにより、ポインタがドームスクリーンを滑らかに移動すると共に、移動の途中でもセンサの分解能では存在しない中間位置で微振動せずに静止させることを可能としたプラネタリウム装置も開示する。

この発明においては、オペレータは手に持ったコントローラをもってポインタをドームスクリーンに投映するが、実際に投映光束を照射するのはこのポインタでなく、離隔した位置にあるビデオプロジェクタである。つまり、この発明におけるコントローラはヴァーチャルなハンドポインタともいえる存在であり、こうすることにより従来のハンドポインタでは奏し得ない次の特有の効果を奏する。
(1) コントローラはポインタを投映するための照明、原板、投映レンズ、それに大容量のバッテリーを必要としないので、全体をコンパクト、かつ軽量化でき、オペレータが負担なく携帯することが可能となる。
(2) 上記のように、コントローラは投映のための光学系を内蔵することが不要となり、その代わりに、オペレータにより引き起こされるコントローラの運動をコントローラの傾き、回転、加速度として検出するセンサおよび、検出した運動情報を制御装置に送信する手段を内蔵している。そこで、実施例で記載するように、これらの手段を利用してポインタを投映するためのビデオプロジェクタの他にプラネタリウムの各投映機および演出装置を制御することが可能となる。よって、オペレータがコントローラのみの操作により、例えば星座絵や星座線、星座や天体の名前を表示したり消したりすることができるので、星座解説におけるオペレータの負荷を軽減することが可能となる。
(3) ビデオプロジェクタからポインタを投映することにより、従来の光学式ハンドポインタでは不可能であった、
(A) 直線や曲線、多角形を描画したり、
(B) 複数のポインタを残して指し示したり、
(C) 手書き入力による文字を表示したり、
〜することができるようになり、ライブ投映において、オペレータが観客により分かりやすく星座解説できるようになる。
(4) 第２発明によれば、オペレータにより引き起こされるコントローラの運動情報の内の任意のもののみをオペレータの選択により有効とするので、無意識の動きによりプラネタリウム装置に誤った制御指示を出すことがない。また、運動情報をオペレータが意図する種類の装置に対する命令として選択する手段を有するので、オペレータにより引き起こされるコントローラの運動の種類は最小限とすることが可能となり、オペレータに過度の負担をかけることがない。
(5) 第３発明によれば、オペレータがドーム内を移動しても、オペレータがコントローラを向けたドームスクリーンの箇所にポインタを投映可能となり、オペレータはドーム内を自由に歩き回って観客に解説を行うことが可能となる。
(6) 第４発明および第５発明によれば、ビデオプロジェクタからドームスクリーンに投映したポインタを滑らかに移動させることができるので、オペレータは光学式ハンドポインタと変わらない感覚でこの発明のコントローラを使用することができる。

以下、この発明の具体的実施例を添付図面に基づいて説明する。ここでは、コントローラによりポインタを投映するためのビデオプロジェクタを制御する他、プラネタリウムの各投映機および演出装置を制御すること可能なプラネタリウム装置を例示している。図１はこの発明におけるコントローラとビデオプロジェクタの関係を示す図である。すなわち、この発明のプラネタリウム装置においては、オペレータが持つコントローラ１の運動情報をオペレータが意図するポインタの動作命令として解析し、オペレータがコントローラを向けたドームスクリーンＤの箇所にビデオプロジェクタ３２からポインタＰを投映する。

図２はこの発明のプラネタリウム装置のコントローラ１を示す図、図３はその電気回路を示すブロック図である。このコントローラ１は筐体内にセンサが収容され、オペレータにより引き起こされるコントローラの運動をコントローラの傾き、回転、加速度として検出する。ここではセンサとしてジャイロセンサ２Ａと加速度センサ２Ｂを例示しているが、コントローラの傾きと方向を検出するために傾斜センサを利用してもよく、また、複数のセンサを組み合わせてもよい。センサからの信号は処理装置３により運動情報として処理され、送受信機６によりホストコンピュータ１０の送受信機１１に送信される。一方、コントローラ１はホストコンピュータ１０からボタン照明の状態や表示器に表示する文字列を受信して表示装置に表示したり、音声データを受信して再生装置により再生する。

図４はこの発明のプラネタリウム装置の全体のブロック図である。図中符号１０は送受信機１１により受信したコントローラの運動情報をオペレータが意図するポインタやプラネタリウム装置の動作命令として解析し、ポインタを投映するビデオプロジェクタの他、各投映機および演出装置に制御信号を送信するホストコンピュータ（制御装置）である。

この制御装置は通常の操作卓（コンソールパネル）１２も備える。このホストコンピュータ１０は受信したコントローラの傾きと方向の情報および、保持する観測地の経度や緯度、標高、時間、タイムゾーンからポインタの座標を計算し、スクリーンに投映されたポインタを移動させるよう、ビデオ制御コンピュータ３０に命令を送信する。この場合、センサにより加速度のみ検出される場合は、積分して傾きと方位を求める。ポインタの座標として、ドーム座標または地平座標、赤道座標、黄道座標のいずれを用いてもよく、さらに、これらの座標の直交座標または極座標のどちらでもよい。

図中符号２０はプラネタリウム装置の光学式恒星投映機２２、光学式惑星投映機２３、アクセサリー２１を制御するためのプラネタリウム制御コンピュータである。図中符号３０はポインタを投映するビデオプロジェクタ３２を制御するためのビデオ制御コンピュータである。なお、ポインタを投映するビデオプロジェクタの構成は１台でも複数台でもかまわない。

ビデオ制御コンピュータ３０はホストコンピュータ１０からのポインタ移動命令に従い、ドームスクリーンに投映されたポインタを移動させる。ビデオ制御コンピュータ３０は複数台のビデオ生成コンピュータ３１を管理する。各ビデオ生成コンピュータ３１によりポインタの映像が生成され、各ビデオ生成コンピュータの映像出力に接続されたビデオプロジェクタ３２からドームスクリーンに投映される。なお、ホストコンピュータ１０とビデオ制御コンピュータ３０は同一のコンピュータでもよい。また、ビデオ制御コンピュータ３０とビデオ生成コンピュータ３１は同一のコンピュータでもよい。

前記のコントローラ１はディスプレイ５１などの表示装置５と、スピーカ５２、イヤホーンジャック５３などの再生装置７と、押しボタン４１、回転ボリウム４２、スライドボリウム４４などの入力装置を有する。なお、ボタンとスイッチは同義とし、ボリウムはスライダでもよい。また、コントローラの先端にはレーザポインタ５５を備えレーザボタン５４により点灯したり消灯したりできる。

入力装置４１はオペレータにより引き起こされるコントローラの運動情報のうちの任意のもののみをオペレータの選択により有効としたり、運動情報をオペレータが意図する種類の装置に対する命令として選択するために使用される。

すなわち、コントローラには複数個の押しボタンやスイッチが配置され、これらの押しボタンやスイッチは、オペレータが意図的に操作することにより
(1) コントローラの回転情報の送信を禁止したり、再び許可したり
(2）検出した加速度のうち、特定の方向だけの回転情報の送信を禁止したり、再び許可したり、
(3）回転情報のモードを切り替え、オペレータの同じ手の動きに対して、異なる種類の装置に対する回転命令を与えたり、
(4) ポインタの明るさを調光したり、
(5) プロジェクタから投映された映像の明るさを変化させること、
〜ができるようにするために使用する。

この実施例においては、押しボタン４１は１０個備えられ、切り換えスイッチ４３によりこれらをＢ１からＢ２０の押しボタンに振り分けて使用可能としている。

−ポインタの偏心補正−
この実施例のプラネタリウム装置においては、ドーム内におけるオペレータの基準位置をコントローラを使用して測定して制御装置に記憶させ、上記基準位置からオペレータが移動した際にコントローラにより検出した加速度を積分して移動量を求めてドーム内のオペレータの位置を推測するようにしている。こうすることにより、オペレータがドーム内を移動しても、オペレータがコントローラを向けたドームスクリーンの箇所にポインタを投映可能とする偏心補正機能が生ずる。前記の基準位置の測定のために、ここではコントローラから照射させるレーザポイントとドームスクリーンに設けられた目印を利用している。以下、その手順を図５および６に沿って説明する。

コントローラの傾きからオペレータのドーム内における位置を測定するために、ドームスクリーンＤの東、西、南、天頂に目印を付ける。目印はドームスクリーンに埋め込まれたＬＥＤでもよいし、ドームスクリーンに貼られた反射テープでもよい。ドーム座標を方位と高度の極座標で表したとき、南は方位0 °高度0 °、東は方位90°高度0 °、西は方位270 °高度0 °、天頂は方位0 °高度90°とする。記号は東をE 、西をW 、南をS 、天頂をZ とする。

オペレータはドーム内の任意の位置P に立ち、コントローラのレーザポインタを点灯させる。その位置から、オペレータはレーザが南の目印の上に重なるようにコントローラを動かし、重なったら南ボタンを押す。

続いて、オペレータはレーザが東の目印の上に重なるようにコントローラを動かし、重なったら東ボタンを押す。

東ボタンが押されたとき、南の目印から東の目印までのコントローラの方向の変化量を角度で表したものをθ_e とする。

再び、オペレータはレーザが南の目印の上に重なるようにコントローラを動かし、重なったら南ボタンを押す。

続いて、オペレータはレーザが西の目印の上に重なるようにコントローラを動かし、重なったら西ボタンを押す。

西ボタンが押されたとき、南の目印から西の目印までのコントローラの方向の変化量を角度で表したものをθ_w とする。θ_w は負の角度で表す。

南の目印は弧ZS上の任意の天長距離の点S'でもよい。
東の目印は弧ZE上の任意の天頂距離の点E'でもよい。
西の目印は弧ZW上の任意の天頂距離の点W'でもよい。
天長距離は天頂からある点までの距離を角度で測ったものであり、 Z では0 °、一方S 、E 、W ではそれぞれ90°となる。
オペレータの位置によりS 、E 、W の何れか、あるいは全てが見えなくても、代わりにS'、E'、W'を使用することによりθ_e とθ_w を測ることができる。
南の代わりに北を使用してもよい。

オペレータはレーザが天頂の目印の上に重なるようにコントローラを動かし、重なったら天頂ボタンを押す。天頂ボタンが押されたとき、コントローラの水平面からの傾きを角度で表したものをφ_z とする。

ホストPCはコントローラから受信したセンサとボタンの状態から、θ_e 、θ_w 、φ_z を求め、内部に記憶する。

−オペレータの位置を求める方法−
このとき、距離と、ＰＳとＰＥ、ＰＷ、ＰＺは分からない。
測定したθ_e とθ_w 、φ_z からオペレータの位置P の直交座標(x_p ,y_p ,z_p ) を求める方法の一例を以下に示す。

まず、ドームのＸＹ平面上における座標(x_p ,y_p ) を二分探索により求める。
X 軸の探索範囲下限をx _mi＝-r、探索範囲上限をx _ma＝r とする。
同様にY 軸の探索範囲下限をy _mi＝-r、探索範囲上限をy _ma＝r とする。
最初の探索位置P₀を(x_p0,y_p0) ＝(0,0) とする。
このとき、∠SPE ＝θ_e0＝90°、∠SPW ＝θ_w0＝90°となる。

オペレータの位置P をX 軸の正方向へ移動させるとθ_e とθ_w は大きくなり、逆に負方向へ移動させるとθ_e とθ_w は小さくなる。
また、オペレータの位置P をY 軸の正方向へ移動させると｜θ_e ÷θ_w ｜は大きくなり、
逆に負方向へ移動させると｜θ_e ÷θ_w ｜は小さくなる。
｜n ｜はn の絶対値を表す。

−ＸＹ平面における二分探索ルール−
測定したθ_e とθ_w から求まる｜θ_e ÷θ_w ｜と｜θ_{e n} ÷θ_{w n} ｜を比較し、
｜θ_e ÷θ_w ｜＞｜θ_{e n} ÷θ_{w n} ｜ならy _mi＝y _{p n} とし、
｜θ_e ÷θ_w ｜＜｜θ_{e n} ÷θ_{w n} ｜ならy _ma＝y _{p n} とする。
さらに、
｜θ_e ｜＞｜θ_{e n} ｜かつ｜θ_w ｜＞｜θ_{w n} ｜ならx _mi＝x _{p n} とし、
｜θ_e ｜＜｜θ_{e n} ｜かつ｜θ_w ｜＜｜θ_{w n} ｜ならx _ma＝x _{p n} とする。
次に探索する位置P _n+1 の座標(x_{p n+1},y _{p n+1})を、

と定義する。

n ＝0 についてＸＹ平面における二分探索ルールを用いP₁の座標を求める。
オペレータが位置P₁に居ると仮定し、P₁におけるθ_e1とθ_w1を求める。
同様にn ＝2, ..., N についてθ_{e n} とθ_{w n} を求め、
Δθ_e ＝｜θ_e −θ_{e n} ｜
Δθ_w ＝｜θ_w −θ_{w n} ｜
とするとき、誤差 θ_e と θ_w が必要な精度を満たすまで、繰り返しＸＹ平面における二分探索ルールを用いP _N を求める。
こうして求まったP _N (x_{p N} ,y_{p N} ) が、ＸＹ平面上におけるオペレータの座標となる。

同様に二分探索によりz _p を求める。
Z 軸の探索範囲下限をz _mi＝-r、探索範囲上限をz _ma＝r とする。
探索開始位置をz _p0＝0 とする。

x _pNとy _pNを固定したとき、
オペレータの位置P をZ 軸上の正方向へ移動させるとφ_z は小さくなり、
逆に負方向へ移動させるとφ_z は大きくなる。

−Ｚ軸における二分探索ルール−
測定したφ_z と比較して、
φ_z ＞φ_{z n} ならz _ma＝z _{p n} とし、
φ_z ＜φ_{z n} ならz _mi＝z _{p n} とする。
次に探索するZ 軸の値を、

と定義する。

n ＝0 についてＺ軸における二分探索ルールを用いz _p1を求める。
オペレータがz _p1に居ると仮定し、φ_z1を求める。
同様にn ＝2, ..., M についてφ_{z n} を求め、
Δφ_z ＝｜φ_z −φ_{z n} ｜
とするとき、誤差 φ_z が必要な精度を満たすまで、 繰り返しＺ軸における二分探索ルールを用いz _{p M} を求める。
こうして求まった座標(x_{p N} y _{p N} z _{p M} ) が、 ドーム空間内におけるオペレータの位置となる。

上記の二分探索において、ドーム半径を長さが1 として計算し、最後に各成分にドーム半径r を乗算して求めることもできる。
また、θ_e とθ_w 、φ_z から導かれる近似式により、できるだけ(x_p y _p z _p ) に近い値をP₀ (x _p0,y_p0,z_p0) に使用することで、探索回数を減らし探索時間を短縮するとなおよい。
象限を絞り込むだけでも探索回数は減らせる。

オペレータの位置が求まれば、コントローラの傾きと方向からコントローラの向きを直線の式で表すことができる。
この直線と半径r の球の式から交点のドーム座標を計算することができ、この交点の極座標がポインタを投映すべき位置となる。
三次元における球と直線の交点は2 つ存在するが、コントローラが上向きか下向きかを判定することにより、交点は一意に求まる。

オペレータの位置を測定後、オペレータがコントローラを持って移動したとき、コントローラで検出した加速度を積分して移動量を求め、オペレータの位置に加算する。これにより、オペレータがドーム内を移動しても、コントローラが向けられたスクリーンにポインタを投映できる。上記の演算はホストコンピュータにより処理される。

−ポインタを滑らかに動かす方法−
ビデオプロジェクタからドームスクリーンに投映されたポインタを滑らかに動かすためには、高分解能のセンサが必要となる。
例えば、ポインタの位置をドームの水平方向に0.1 °の精度で投映するためには、コントローラの方向を検出するセンサの分解能は360 °÷0.1 °＝3600である。
同様に、ポインタの位置をドームの高度方向に0.1 °の精度で投映するためには、コントローラの傾きを検出するセンサの分解能は（90°−（−90°））÷0.1 °＝1800である。
しかし、0.1 °の精度ではポインタを滑らかに動かすことはできない。より高い分解能のセンサが必要となり高価なものが必要となる。

そこで、コントローラの傾きと方向の検出に低分解能のセンサを用いたとき、擬似的に分解能を高める。
問題を簡単にするために、分解能が2 のセンサについて考える。
分解能が2 のセンサは0 と1 の2 つの状態で表される。
例えば、過去10回分の0 と1 の出現回数に着目すると、
0000000000
と
1111111111
と
0101010101
は状態が異なることが分かる。
0 か1 のいずれかしか出現しない状態は安定しているが、
0 と1 が交互に出現する状態は不安定である。
この不安定な状態をセンサが分解能上検出不能な中間の状態であるとし、1 つの状態と考える。
1 の出現確率に注目して、以下の3 つの状態を定義する。
(A)1 の出現確率が0%以上33.3% 未満の状態を00
(B)1 の出現確率が33.3% 以上66.6% 未満の状態を01
(C)1 の出現確率が66.6% 以上100%以下の状態を10

さらに出現確率を細分化すると、以下の4 つの状態が定義できる。
(A)1 の出現確率が0%以上25% 未満の状態を00
(B)1 の出現確率が25% 以上50% 未満の状態を01
(C)1 の出現確率が50% 以上75% 未満の状態を10
(D)1 の出現確率が75% 以上100%以下の状態を11

例題では分解能を２倍にできた。同様にして、出現確率をＮ分割することにより、分解能を約Ｎ倍にできる。

分解能を擬似的に高めることはできたが、確率の細分化はセンサ検出精度の誤差の影響を受けるため分割数には限界があり、これだけではドームスクリーンのポインタは滑らかに動かすことはできない。

分解能の低いセンサの状態から求まるポインタの位置は飛び飛びになる。
そこで、時間t-1 における位置P _t-1 から時間t における位置P _t まで、時間 t だけかけてポインタを直線補完しながら移動させる。

さらに時間t-N から時間t-2 までの位置P _t-N から位置P _t-2 およびP _t-1 、P _t の軌跡から推測される曲線補完によりポインタを移動させるとなおよい。

ポインタの位置を補完することによりポインタを滑らかに移動させることができる。

−ポインタを静止させる方法−
オペレータがコントローラのポインタボタンを押したまま、コントローラをドームスクリーンに向けると、ポインタを動かすことができる。
オペレータがコントローラのポインタボタンを離すと、ポインタは補完移動中であっても、その位置で停止する。

また、位置変化量ΔP ＝P _t −P _t-1 が閾値以下となったとき、オペレータがコントローラを静止させたと判断し、ポインタは補完移動中であっても、即座にその位置で停止させるとなおよい。
これにより、オペレータは位置P _t-1 と位置P _t の間のセンサの分解能では存在しない間の位置に、自由にポインタを停止させることができる。

後者はオペレータが手にもつコントローラの手ぶれ補正も兼ねており、ドームスクリーン上をポインタが微振動するのを軽減する。
また、オペレータがコントローラの手ぶれ補正ボタンを押すことにより、ポインタの位置計算を止め、ポインタをドームスクリーン上に静止させてもよい。

次にこの発明のプラネタリウム装置における操作を説明する。
ポインタの座標からポインタがどの星座領域に属するかを自動的に判定し、オペレータがコントローラの星座ボタンを押すと、ドームスクリーンにポインタが属する、
(1) 星座の画像や名前を表示したり非表示にしたり、
(2) 星座の画像を切り替えたり、
(3) 星座に関連する動画を再生したり停止したり、
(4) 上記の(1) 〜(3) について拡大したり縮小したりする。
なお、星座ボタンの種類には、星座絵ボタン、星座線ボタン、星座名ボタン、星座境界ボタン、星座動画ボタン、拡大ボタン、縮小ボタンがある。
上記の画像や名前は光学式星座絵投映機から投映してもよい。

オペレータがコントローラのヘルプボタンを押すと、オペレータにポインタの属する星座の名前や情報を音声により知らせる。

オペレータがコントローラのヘルプボタンを押すと、コントローラの表示器にポインタの属する星座の名前や情報を表示する。

ポインタの座標からポインタ付近の天体を自動的に検索し、オペレータがコントローラの天体ボタンを押すと、ドームスクリーンにポインタからの距離が最も近い
(1) 天体の画像や名前を表示したり非表示にしたり、
(2) 天体の画像を切り替えたり、
(3) 天体に関連する動画を再生したり停止したり、
(4) 上記(1) 〜(3) について拡大したり縮小したりする。
なお、天体ボタンの種類には、天体点像ボタン、天体画像ボタン、天体名ボタン、天体動画ボタン、拡大ボタン、縮小ボタンがある。
上記の画像は光学式惑星投映機から投映してもよい。

オペレータがコントローラのヘルプボタンを押すと、ポインタに最も近い天体の名前や情報を音声により再生したり、表示器に表示する。この場合、音声はオペレータが装着した有線または無線のヘッドセットのスピーカ、コントローラに内蔵のスピーカ、コントローラのイヤホンジャックに接続されたオペレータが装着したイヤホンのスピーカなどから再生される。

−線の描画−
オペレータがコントローラの直線ボタンを押した後、コントローラによりポインタを直線の始点まで移動させ、コントローラの始点ボタンを押すとポインタの座標を記憶する。
続いて、オペレータがコントローラによりポインタを直線の終点まで移動させ、コントローラの終点ボタンを押すと、ビデオプロジェクタからドームスクリーンに始点と終点の間に直線を描画する。

オペレータがコントローラの終点ボタンを押した際に、次の直線の始点としてポインタの位置を記憶すると、オペレータはコントローラにより直線の終点まで移動させ、コントローラの終点ボタンを押すだけで連続する直線を繰り返し描画できる。

直線は、一瞬で始点と終点まで描画されても、あるいは、時間をかけて始点から終点に伸びるように描画されてもよい。

オペレータがコントローラの曲線ボタンを押した後、コントローラによりポインタを曲線の始点まで移動させ、コントローラの始点ボタンを押すとポインタの座標を記憶する。続いて、オペレータがコントローラによりポインタを曲線の中間点まで移動させ、コントローラの中間点ボタンを押すとポインタの座標を記憶する。上記の操作を繰り返し、複数の中間点を記憶させる。最後に、オペレータがコントローラによりポインタを曲線の終点まで移動させ、コントローラの終点ボタンを押すと、ビデオプロジェクタからドームスクリーンに、始点から中間点を経由して終点を結ぶ曲線が描画される。

曲線はスプライン補完により描画する。中間点の数が0 個のときは直線を描画する。曲線を複数の直線に分割して描画してもよく、この場合は曲線の分割数はあらかじめ決めておく。曲線を複数の直線に分割する際は、中間点間の距離が長い直線ほど総分割数に占める割合が大きくなるように分割すると滑らかな曲線を描画できる。

曲線は、一瞬で始点から中間点を経由し終点まで描画されても、時間をかけて始点から中間点を経由し終点に伸びるように順次描画されても、時間をかけて各点から次点まで一斉に伸びるように描画されてもよい。

オペレータがコントローラの多角形ボタンを押した後、コントローラによりポインタを多角形の始点まで移動させ、コントローラの始点ボタンを押すとポインタの位置を記憶する。続いて、コントローラによりポインタを多角形の頂点まで移動させ、コントローラの頂点ボタンを押すとポインタの位置を記憶する。上記の操作を繰り返し行い、複数の頂点を記憶する。最後に、コントローラによりポインタを多角形の終点まで移動させ、コントローラの終点ボタンを押すと、ビデオプロジェクタからドームスクリーンに始点から複数の頂点を通り終点を結ぶ複数の直線と、終点と始点を結ぶ直線が描画される。この場合、頂点ボタンに、前記の中間点ボタンを併用してもよい。多角形の頂点の数が0 個のときは、直線を描画する。

多角形は、一瞬で始点から頂点と終点を経由し始点まで描画されても、時間をかけて始点から頂点と終点を経由し始点に伸びるように順次描画されても、時間をかけて各点から次点まで一斉に伸びるように描画されてもよい。

上記実施例によりドームスクリーンに描画される直線や曲線、多角形の色は予め決めておいてもよい。また、描画の際に任意の色に変えられるとなおよい。

−線の消去−
オペレータがコントローラの全消去ボタンを押すと、上記実施例によりドームスクリーンに描画された全ての直線や曲線、多角形を消去する。
オペレータがコントローラの円消去ボタンを押した後、コントローラによりポインタを円の中心まで移動させ、コントローラの始点ボタンを押すとポインタの座標を記憶する。続いて、コントローラによりポインタを円周上の点まで移動させ、コントローラの終点ボタンを押すと、中心から円周上の点までの距離を半径とする円に属する直線や曲線、多角形を消去する。

オペレータがコントローラの矩形消去ボタンを押した後、コントローラによりポインタを始点まで移動させ、コントローラの始点ボタンを押すとポインタの座標を記憶する。続いて、コントローラによりポインタを終点まで移動させ、コントローラの終点ボタンを押すと、始点と終点を対角の頂点とする四角形内に属する直線や曲線、多角形のみを消去する。

オペレータがコントローラの線消去ボタンを押した後、コントローラによりポインタを始点まで移動させ、コントローラの始点ボタンを押すとポインタの座標を記憶する。続いて、コントローラによりポインタを終点まで移動させ、コントローラの終点ボタンを押すと、始点と終点を結ぶ直線と交点を有する直線や曲線、多角形のみを消去する。この方法は矩形消去よりもポインタの少ない移動量で、目的の直線や曲線、多角形を消去できる。

オペレータがコントローラの領域消去ボタンを押しながら、コントローラによりポインタを閉じた領域を描くように移動させる。このとき、ポインタの軌跡を記録する。オペレータがコントローラの領域消去ボタンを離したら、ポインタの軌跡が閉じていると判定できる場合は、その閉じた領域に属する直線や曲線、多角形のみを消去する。

−星野の回転−
オペレータがコントローラによりポインタを移動させ、ポインタの位置するスクリーンに投映された星野をドラッグした後、ポインタを移動させた先でドロップすることによって星野を回転させる。星野は光学式プラネタリウム投映機から投映されても、ビデオプロジェクタから投映されてもどちらでもよい。ここでは、ドラッグはコントローラの回転ボタンを押し続けたままポインタを動かす操作であり、ドロップはドラッグによるポインタの移動先で回転ボタンを離す操作とする。

−マルチポインタ機能−
オペレータがコントローラによりポインタを移動させ、コントローラの残すボタンを押したとき、ポインタの位置に不動の新しいポインタを表示する。この場合、残した不動のポインタの添え字として、残したポインタの通し番号を表示すると、順序を示せるのでなおよい。残した不動のポインタは、直線や曲線、多角形の消去と同様の方法を用いて、消去する。

−文字の描画−
オペレータがコントローラの手書き入力ボタンを押しながら、コントローラによりポインタを移動させたときの軌跡をサンプリングし、リアルタイムにドームスクリーンにビデオプロジェクタから描画させることで手書きの文字を表示させてもよい。オペレータがコントローラの手書き認識ボタンを押しながら、コントローラによりポインタを移動させたときの軌跡から文字認識を行い、フォントにより整形された文字をビデオプロジェクタからドームスクリーンに投映するとなおよい。

−その他の機能−
コントローラのセンサで検出したロールの回転により、ポインタの矢印を回転させる。
オペレータがコントローラの調光ボリウムを操作すると、ビデオプロジェクタから投映されるポインタの明るさが変化する。
オペレータがコントローラの色ボリウムを操作すると、ビデオプロジェクタから投映されるポインタの色が変化する。

この発明のプラネタリウム装置におけるコントローラとビデオプロジェクタの関係を示す斜視図。 同上、コントローラの斜視図。 同上、コントローラの電気回路を示すブロック図。 この発明のプラネタリウム装置のブロック図。 ドーム内におけるオペレータの基準位置を検出する手順を示す説明図。 ドーム内におけるオペレータの基準位置を検出する手順を示す説明図。 ポインタの座標を計算する手順を示すフローチャート。

符号の説明

Ｄ ドームスクリーン
Ｐ ポインタ
１ コントローラ
３２ ビデオプロジェクタ

Claims (5)

1. オペレータにより引き起こされるコントローラの運動をコントローラの傾き、回転、加速度として検出するセンサおよび、検出した運動情報を制御装置に送信する手段を設けた手持ち可能なコントローラと、ポインタをドームスクリーンに投映するビデオプロジェクタを有し、受信したコントローラの運動情報をオペレータが意図するポインタの動作命令として解析し、ビデオプロジェクタの制御装置に制御信号を送信することにより、オペレータがコントローラを向けたドームスクリーンの箇所にビデオプロジェクタからポインタを投映することを特徴とするプラネタリウム装置。
2. オペレータにより引き起こされるコントローラの運動情報のうちの任意のもののみをオペレータの選択により有効とする手段および、運動情報をオペレータが意図する種類の装置に対する命令として選択する手段を設けた請求項１記載のプラネタリウム装置。
3. ドーム内におけるオペレータの基準位置をコントローラを使用して測定して制御装置に記憶させ、上記基準位置からオペレータが移動した際にコントローラにより検出した加速度を積分して移動量を求めてドーム内のオペレータの位置を推測することにより、オペレータがドーム内を移動しても、オペレータがコントローラを向けたドームスクリーンの箇所にポインタを投映可能とした偏心補正機能を備えた請求項１または２記載のプラネタリウム装置。
4. コントローラの運動を低分解能のセンサにより検出するとき、センサの分解能を擬似的にＮ倍にすることにより、ポインタがドームスクリーンを滑らかに移動することを可能とした請求項１から３のいずれかに記載のプラネタリウム装置。
5. コントローラの運動を低分解能のセンサにより検出するとき、移動前のポインタの位置から移動後のポインタの位置までの間のセンサの分解能以下の検出不能な動きを連続的に補完することにより、ポインタがドームスクリーンを滑らかに移動すると共に、移動の途中でもセンサの分解能では存在しない中間位置で微振動せずに静止させることを可能とした請求項４記載のプラネタリウム装置。

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