JP2009520513A - アイソメトリックエクササイズを用いて仮想現実シナリオを制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明による、アイソメトリックエクササイズシステムの形態のインタフェース（１０）は、少なくとも１つのセンサ（１１５）を有するエフェクタ（１１０）と、プラットフォーム（３０）と、プロセッサ（４１４）を含む制御回路網とを含む。プラットフォーム（３０）は、立っているユーザを収容し、それに付設されたエフェクタ（１１０）を含む。センサ（１１５）は、ユーザの下半身部分によってエフェクタに加えられ、エフェクタに計測可能なひずみを引き起こす、少なくとも１つの力を計測する。さらに、少なくとも１つのセンサおよびゲームコントローラまたはその他の入力デバイスを有するさらなるエフェクタを、プラットフォーム（３０）に付設し得る。センサ（１１５）は、ユーザの上半身部分によってさらなるエフェクタに加えられ、エフェクタに計測可能なひずみを引き起こす、少なくとも１つの力を計測する。

Description

（関連出願の引用）
本出願は、米国特許出願第１１／３５０，２８４号（２００６年２月９日出願、米国特許出願公開第２００６／０２１７２４３号）「Ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇ Ｕｓｅｒ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｄｕｒｉｎｇ Ｖｉｄｅｏ Ｇａｍｅ Ｐｌａｙ」の一部継続出願であり、該出願は、米国特許出願第１０／９７５，１８５号（２００４年１０月２８日出願、米国特許出願公開第２００５／０１３０７４２号）「Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ａｓｓｉｇｎｉｎｇ Ｇａｍｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｔｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｉｎｐｕｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」の一部継続出願であり、該出願は、米国特許出願第１０／８０６，２８０号（２００４年３月２３日出願、米国特許出願公開第２００４／０１８０７１９号）「Ｇａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇ Ｕｓｅｒ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｄｕｒｉｎｇ Ｇａｍｅ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ」の一部継続出願であり、該出願は、米国特許出願第１０／３０９，５６５号（２００２年１２月４日出願、現在の米国特許第７，１２１，９８２号）「Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｖｅｌｙ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ａ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｕｓｅ ａｓ ａ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ」の一部継続出願である。さらに、米国特許出願第１０／９７５，１８５号および第１０／８０６，２８０号は、米国仮特許出願第６０／５１４，８９７号（２００３年１０月２９日出願）「Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ａｓｓｉｇｎｉｎｇ Ｇａｍｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｔｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｉｎｐｕｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ」からの優先権を主張する。さらに、米国特許出願第１１／３５０，２８４号は、米国仮特許出願第６０／６９９，３８４号（２００５年７月１５日出願）「Ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇ Ｕｓｅｒ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｄｕｒｉｎｇ Ｖｉｄｅｏ Ｇａｍｅ Ｐｌａｙ」からの優先権を主張する。また、本出願は、米国仮特許出願第６０／７３９，９２０号（２００５年１１月２８日出願）「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ａ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｓｃｅｎａｒｉｏ Ｗｉｔｈ ａｎ Ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ」からの優先権を主張する。これら上記の特許、特許出願公開および特許出願（仮、仮でない両者）は、それらのすべてが参照として本明細書に引用される。

（技術分野）
本発明は、前述の特許ならびに特許出願公開、米国特許出願公開第２００６／０２２３６３４号（Ｆｅｌｄｍａｎら）、および２００５年５月２０日出願の「Ｆｏｒｃｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａｎ Ｉｓｏｍｅｔｒｉｃ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｄｅｖｉｃｅ」と題した米国特許出願第１１／１３３，４４９号において開示されている種類の、エクササイズシステムの形態のインタフェースに関し、これらの開示は、参照によりその全体が本願に援用される。特に、本発明は、シミュレートされた環境または仮想環境のための、ユーザがシミュレートされた環境と相互作用するために身体的に発揮する活動を実行することを可能にするインタフェースとしての役割を果たす、アイソメトリックエクササイズデバイスに関連する。

学生は、生理的刺激と精神的刺激の組み合わせが学生に加えられた場合に、最適学習を実行する。この要因の組み合わせは、高レベルの覚醒をもたらし、ここで覚醒レベルは、最適な認知機能と関連付けられている。ストレス（例えば、認知的、感情的、生理的なもの等）が増大すると、有効に機能するための個人の能力は低下する。これを一般的に逆Ｕ字理論と称し、このことを最初に主張したのは、ＹｅｒｋｅｓおよびＤｏｄｓｏｎである。

ストレスの多い活動（例えば、軍事行動等）を訓練するために開発されたシミュレーションに関して、これらのシミュレーションは、自動応答に対するユーザ応答を低減させるために利用される。例えば、下車歩兵隊（ｄｉｓｍｏｕｎｔｅｄ ｉｎｆａｎｔｒｙ；ＤＩ）の兵士は、特定の状況に適切な行動を決定し、兵士の反射神経が行動を起こせるようにしなくてはならない。しかしながら、活動の身体的要素が考慮されない環境で兵士が訓練を受けていた場合、兵士は、自身が身体的に実行できない行動方針（例えば、重い荷物を持って全力疾走で屋根へ駆け上がり、落ち着いて狙撃活動に従事すること等）をコミットするおそれがある。この種の認知的不協和は、訓練およびシミュレーションに身体的要素を含むことによって回避され得る。

しかしながら、下車歩兵型のシミュレーションに身体インタフェースを含むことに関しては、問題が存在する。これらの問題は技術とコストに関するものである。特に、人体とインタフェースをとることは、極めて課題のある問題である。例えば、車両シミュレータは、明確に定義され、且つ完全に機械的な兵士とのインタフェースを含むが、下車歩兵隊の兵士のためのシミュレーションでは、兵士と、階段、岩、扉、武器、および他の人々を含む一般的な環境との間の相互作用を考慮しなくてはならない。

関連技術は、この問題を克服しようと試みており、ここでインタフェースは概して、移動インタフェースおよびハンドインタフェースを含む２つの領域に分類され得る。人間はありとあらゆる様式で移動（例えば、前方、後方、または横方向へ歩行する、うずくまる、跳躍する、階段を上る、這う、綱渡りをする、ポールを滑り降りる等）し得るため、アプローチは、平面上を移動する車両として人間を扱うことであった。移動型インタフェースの最も単純なもの（例えば、Ｓａｒｃｏｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．（ユタ州ソルトレイクシティ）製のＵｎｉｐｏｒｔ）は、仮想環境においてユーザがペダリングにより前方または後方へ進むことができる自転車または一輪車に類似しており、一方、インタフェースは操舵を実行するために何らかのさらなる機構を含む。

対照的に、複雑な移動インタフェースは、大規模な全方向トレッドミル（例えば、Ｓａｒｃｏｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐ．（ユタ州ソルトレイクシティ）製のＴｒｅａｄｐｏｒｔ）を含む。これらのトレッドミルは、任意の方向に傾斜または配向され得るモーションプラットフォームに装着される。兵士は、慣性力を正確にモデル化できるようにするテザーを使用して、トレッドミルの中心に位置付けられる。システムは、概して大型スクリーン（例えば、ＣＡＶＥ）または頭装着型ディスプレイの形態の、ディスプレイを含む。

インタフェースの機械的な複雑さは、兵士がそれに沿って移動することができる軸の数に伴って急激に上昇する。Ｕｎｉｐｏｒｔは、比較的安価であるが、本質的に自転車と同様に挙動する。一方、Ｔｒｅａｄｐｏｒｔは、最大３０度までの勾配を伴うＸ軸およびＹ軸における動きに対応することができるが、極めて非実用的且つ不経済である。

ハンドインタフェースデバイスは、市場においてより多くの成功を収めている。例えば、Ｓｅｎｓａｂｌｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（マサチューセッツ州ウォバーン）は、ＣＡＤおよび医療シミュレーションにおいて使用するためのインタフェース（Ｐｈａｎｔｏｍと称する）を提唱している。Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（カリフォルニア州サンノゼ）は、仮想試作用のインタフェース（ＣｙｂｅｒＦｏｒｃｅと称する）を提唱している。これらのシステムはいずれも、小容量の空間の中でユーザの身体の一部を移動させることが可能である。シミュレートされたオブジェクトとユーザが衝突するのをシミュレーションによって検出した地点において、インタフェースは、接触を表す対抗する力を加える。

これらのシステムのコストおよび複雑さに加えて、ロボット力型のフィードバックシステムは限定され、システムによって生み出すことができる対抗する力のごく一部しか加えることができない。ハードウェアおよび／またはソフトウェアのささいな誤動作によって加えられる力が最大となることから、これらのシステムのマシンモーターはユーザの負傷を防止するために制限されている。動作が制限されることにより、システムが仮想環境内の硬質で貫通できない表面をシミュレートするのに十分な力を加えることを防止する。換言すると、仮想環境内のオブジェクトは「スポンジ」である。

また、種々のインタフェースデバイスは、ビデオゲーム等の娯楽シミュレーションで利用される。概して、ビデオゲームおよびコンピュータゲームの動作は、（例えば、長椅子、椅子、床等に）座っている、または凭れ掛かっているユーザによって実行される。したがって、ビデオゲームの使用は、ユーザが実行する運動量を減少させる傾向にある。この十分な運動の不足が、太り過ぎの人の人口増加、ひいては肥満の蔓延の一因となり得る。

娯楽シミュレーションまたはビデオゲームに関連する前述の問題を克服しようとする試みにおいて、関連技術は、仮想環境を有するエクササイズシステムを利用する、種々のシステムを提供している。概して、アイソキネティックおよび／またはアイソトニック形態のエクササイズは、選択された動きの範囲の中での抵抗下においてユーザの筋肉を動かすことを伴う。アイソメトリックエクササイズは、オブジェクトに対するユーザによる力の発揮を伴い、オブジェクトは、力の発揮中にユーザの筋肉の動きが実質的に最小であるか、または無いように、発揮された力の結果としての動きに著しく抵抗する。アイソメトリックエクササイズの単純な形態の例としては、静止表面（例えば、扉枠または壁）を押すこと、堅く握られた手を引き離そうと、または十分に硬い鋼棒を曲げもしくは撓ませようと試みること等が挙げられる。

関連技術のコンピュータ制御のエクササイズシステムについては、特許文献１（Ｂｏｎｄら）において記述されている。コンピュータ制御のエクササイズシステムは、望ましい治療を達成するために、コンピュータが患者と相互作用している間に理学療法士がその他の患者に関心を向けることを可能にするために、アイソキネティック、アイソトニック、およびアイソメトリックエクササイズを連続的且つ自動的に実装する。一実施形態において、患者の手足を持ち上げるまたはねじる等、患者の身体の動きは、別の走者と競争するディスプレイ上の走者に変換される。多数の反復またはエクササイズユニットに加えられたトルク等のエクササイズ目標を患者が満たした場合または上回った場合、患者を表す走者は、目標を表すその他の走者に並ぶかまたは勝つことになる。

さらに、Ｄａｎｇら「Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｖｉｄｅｏ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｐｅｄｉａｔｒｉｃ Ｂｒａｉｎ Ｉｎｊｕｒｙ Ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ」（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＲＥＳＮＡ ２０ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９９８年６月）において、双方向ビデオエクササイズシステム（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｖｉｄｅｏ Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＩＶＥＳ）が開示されている。このシステムは、小児脳損傷患者のための機器搭載型ビデオゲーム増強エクササイズプログラムを提供し、システムは、アイソメトリックテスト装置と、データ処理回路ボックスと、適合するゲームコントローラを有するＳＵＰＥＲ ＮＥＳ（米国版スーパーファミコン）システムとを含む。アイソメトリックテスト装置は、椅子の２本の後脚部をクランプする金属製の横木に強固に装着された第１のロードセルを含む。高張力ケーブルおよび足首バンドによって、椅子に座っている被検体の脛部を第１のロードセルと連結する。床上にある２枚のアルミニウム板の間に、第２のロードセルが装着される。被検体の足部は、ヒールストップ（ｈｅｅｌ ｓｔｏｐ）に立て掛けた頂板上にあり、２本のストラップによって固定される。被検体の膝部の等尺性の伸びを第１のロードセルによって計測し、被検体の等尺性の足首背屈を第２のロードセルによって計測する。いずれのロードセルからの信号もデータ処理ボックスへ送信され、そこで処理され、ポテンショメータによって設定された可変閾値と比較される。トランスデューサの信号が閾値を上回ると、適合するゲームコントローラに電圧が伝えられ、それにより、ゲーム中において選択された動作（例えば、右へ移動する、左へ移動する、上へ移動する、下へ移動する等）が実行される。結果として、被検体はある一定のアイソメトリックエクササイズを実行するだけで、ゲームをすることができる。

しかしながら、関連技術の上記エクササイズシステムは、いくつかの不都合を被る。特に、前述の国際公開におけるエクササイズシステムとコンピュータとの間の相互作用は、設定目標に基づく、ディスプレイ上の単純な表現に限定される。したがって、このエクササイズシステムは、完全に双方向の仮想現実環境（例えば、シナリオに関連するその他の特徴と同様に、シナリオ中のキャラクタまたはオブジェクトの種々の動きを制御すること）を提供しない。さらに、システムは概して、種々のゲームまたはその他のプロセッサ、および関連する「既製の」ゲームまたはその他のアプリケーションと普遍的に互換性があるわけではない。これは、システムが利用され得る用途を限定する。また、システムは巨大であり、動作のために種々のコンポーネントを含み、それによって種々の場所でのエクササイズのための携帯性および使用を難しくしている。

さらに、前述のＩＶＥＳシステムは、システムを動作可能とするように適合されたＳＵＰＥＲ ＮＥＳシステム用のゲームコントローラを必要とする。したがって、システムは概して、種々のゲームまたはその他のプロセッサ、および関連する「既製の」ゲームまたはその他のアプリケーションと普遍的に互換性があるわけではない。これは、システムが利用され得る用途を限定する。さらに、システムは、動作のために組み立てを必要とする種々のコンポーネントを含み、それによって種々の場所でのエクササイズのための携帯性および使用を難しくし、即時（例えば、プラグアンドプレイ型）動作を妨げている。また、ＩＶＥＳシステムは、膝部と足首部のアイソメトリックエクササイズに限定されるため、ユーザの上半身を単独で、または下半身と組み合わせてエクササイズすることが望ましい、種々の異なる状況において利用することができない。
国際公開第９１／１１２２１号パンフレット

よって、本発明の目的は、ユーザの運動またはエクササイズにしたがって仮想現実シナリオを制御することである。

本発明の別の目的は、所望のアクションを実行するためのユーザが発揮する現実的な力に基づいて仮想環境と相互作用することである。

本発明のまた別の目的は、ユーザが実行するアイソメトリックエクササイズにしたがって、仮想現実シナリオを制御することである。

本発明のさらに別の目的は、「既製の」ゲームまたはその他のソフトウェアプログラムを実行することができる多種多様なコンピュータシステムでアイソメトリックエクササイズシステムの形態での、普遍的に互換性があるインタフェースであって、システムの互換性は即時（例えば、プラグアンドプレイ型）動作を可能にする、インタフェースを利用することである。

本発明のさらなる目的は、ユーザが上半身および／または下半身のエクササイズを実行して仮想現実シナリオを制御することができる、アイソメトリックエクササイズシステムの形態のインタフェースを利用することである。

前述の目的は、個別におよび／または組み合わせて実現されることができ、本願に添付の特許請求の範囲によって明白に要求しない限り、２つ以上の目的を組み合わせることが必要なものとして本発明を解釈することを意図するものではない。

本発明によると、ホストコンピュータシステムとのユーザの相互作用を容易にするアイソメトリックエクササイズシステムの形態のインタフェースは、エフェクタと、エフェクタに連結された少なくとも１つのセンサと、ユーザを収容するためのプラットフォームと、プロセッサを含む制御回路とを含む。プラットフォームは、立っているユーザを収容し、それに付設されたエフェクタを含む。センサは、ユーザの下半身によってエフェクタに加えられた少なくとも１つの力を計測し、加えられた力は、エフェクタにひずみを生じさせるか、またはエフェクタをゆがめる。エフェクタは、金属棒の形態であってもよく、この場合ユーザは、その弾性限界内でエフェクタをわずかに且つ計測可能に変形させる力（例えば、曲げ、ねじり、引っ張り、圧縮力等）を加える。プロセッサは、ホストコンピュータシステムへ転送するために、センサによって計測された加えられた力の情報に対応するデータを受信および処理する。ホストコンピュータシステムは、情報を処理して、仮想現実シナリオ（例えば、仮想環境、ゲーム等）内のイベントを更新するか、またはそれに応答する。

さらに、さらなるエフェクタをプラットフォームに付設してもよく、エフェクタは、それに連結された少なくとも１つのセンサと、ゲームコントローラまたはその他の入力デバイスとを含む。センサは、ユーザの上半身部分によってさらなるエフェクタに加えられた少なくとも１つの力を計測し、加えられた力は、エフェクタにひずみを生じさせ、すなわちエフェクタをゆがめる。さらなるエフェクタは、金属棒の形態であってもよく、この場合ユーザは、その弾性限界内でエフェクタをわずかに且つ計測可能に変形させる力（例えば、曲げ、ねじり、引っ張り、圧縮力等）を加える。プロセッサは、ホストコンピュータシステムへ転送するために、センサによって計測された加えられた力の情報に対応するデータを受信および処理する。ホストコンピュータシステムは、情報を処理して、上述したように仮想現実シナリオ（例えば、仮想環境、ゲーム等）内のイベントを更新するか、またはそれに応答する。このように、ユーザの上半身および／または下半身エクササイズを利用して、仮想現実シナリオと相互作用することができる。

本発明は、いくつかの利点を提供する。特に、アイソメトリック相互作用は、関連技術のデバイス（ＣｙｂｅｒＦｏｒｃｅおよびＴｒｅａｄｐｏｒｔ等）によって利用されるパラダイムを逆にしたものである。そのパラダイム（例えば、ユーザが自由に移動し、非現実的な力を加えるのを可能にすること）とは対照的に、本発明のアイソメトリック相互作用は、動きを制約しながら、ユーザが現実的な力を発揮するのを可能にする。波及効果も考慮すべきものであり、これは、可動部分ならびに関連する高コストおよび機械的な複雑さを伴わずに、所望の効果に到達することを含む。さらに、何らかの機構がシミュレートされた世界の新たな状態を反映させるために必要な時間差がないため、反応時間が即時である。その上、ユーザは、合成オブジェクトをシミュレーションにおいて移動させるために、現実世界においてユーザが加える力と同等の力を加え得る。本発明は可動部分を用いないため、アイソメトリックインタフェースは極めて単純で、頑丈且つ安価である。これを小型サイズのインタフェースと組み合わせることにより、インタフェースは、従来の訓練環境および前方展開の両方における集団訓練に極めて適したものとなる。したがって、本発明のシステムは、はるかに高いコストがかかるシステムに匹敵する、あるレベルの身体的、認知的に統合された訓練を提供する。また、本発明は、仮想環境またはゲームと相互作用するために、ユーザが上半身および／または下半身のアイソメトリックエクササイズを実行することを可能にし、それによって、ゲームプレイ中におけるエクササイズおよびカロリー量の消費増大を容易にする。

本発明の上記およびまたさらなる目的、特徴、および利点は、その特定の実施形態に関する以下の詳細な説明を考慮することにより、特に、種々の図における類似の参照番号が類似のコンポーネントを指すために利用されている添付の図面と併せて解釈した場合に、明らかとなるであろう。

本発明によるインタフェースデバイスであって、シミュレーションシステムと連結されたデバイスを図１に示す。最初に、本発明によるインタフェースデバイス１０は、好ましくは、インタフェースデバイスからの情報を処理するデバイス制御ユニット２００と連結される。制御ユニットはさらに、ユーザ５０の下半身部分（例えば、脚部等）によるインタフェースデバイスの操作にしたがってシミュレーションまたは仮想環境を提供および更新する、シミュレーションシステム４００と連結される。シミュレーションシステムは、一般に、シミュレーションプロセッサ４１４（図５）とモニタまたはその他の表示デバイス４１６とを含む。例えば、ユーザ５０は、表示デバイス４１６として仮想環境を提供するヘッドセットを用いることができる。シミュレーションプロセッサは基本的に、シミュレーションソフトウェアを実行して表示デバイス上に仮想現実環境を提供するための、処理デバイスを含む。シミュレーションシステムは、Ｓｉｌｉｃｏｎ ＧｒａｐｈｉｃｓまたはＥｖａｎｓ ａｎｄ Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ製のシミュレーションシステムによって、または、任意の従来型またはその他のコンピュータまたは処理システム（例えば、ＩＢＭ互換、マイクロプロセッサシステム、パーソナルコンピュータ、ビデオゲームシステム等）によって実装されてもよい。

シミュレーションは概して、ユーザ５０によって制御されるか、またはユーザと相互作用する、キャラクタまたはオブジェクトを含む。例えば、ユーザは、ユーザの下半身部分によるインタフェースデバイス１０の操作にしたがって、表示デバイス上に表示された仮想環境の中を移動するように、キャラクタの運動またはアクションを制御することができる。さらに、シミュレーションは、インタフェースデバイスのユーザ操作に基づいて、シミュレート環境の異なるビューまたは領域を提供することができる。これらの異なる領域は、種々のオブジェクト（例えば、敵人員、トラップ等）を含み得る。制御ユニット２００は、インタフェースデバイスから、デバイスのユーザ操作を示す信号を受信し処理する。シミュレーションシステムは、制御ユニットから処理された信号を受信し、インタフェースデバイスのユーザ操作にしたがって、ビューおよび／またはキャラクタまたはオブジェクトの運動および／またはアクションを反映させるように表示デバイスを更新する。

一例として、インタフェースデバイス１０は、軍事シミュレーションと共に用いられて「一人称シューティング（Ｆｉｒｓｔ Ｐｅｒｓｏｎ Ｓｈｏｏｔｅｒ；ＦＰＳ）」アタッチメントとして機能してもよく、この場合、インタフェースデバイスはユーザまたは兵士５０の脚部および／またはその他の下半身部分によって係合される。インタフェースデバイスは、兵士５０が自らの脚部によって加える力を追跡し、仮想環境の左右の旋回を決定する。このようにして、兵士５０は、兵士脚部によるインタフェースデバイスの操作に基づいて、仮想環境内で銃器またはその他の武器７５を取り扱い、移動する（例えば、前方へ、後方へ、横方向へ等）ことができる。例えば、兵士５０は、自らの脚部を利用して歩行または向きを変え、それにより、後述のように仮想環境内における速度および／または方向を示すために計測および処理される力をインタフェースデバイス１０に加えることができる。これは、シミュレーションとの殆ど本能的な相互作用を提供する。インタフェースデバイスの抵抗レベルは調整可能であるため、兵士５０はあらゆる種類の条件または環境（例えば、丘、地形等）をシミュレートするために望ましい負荷量に合わせることができる。

図２を参照すると、インタフェースデバイス１０は、基盤２０と、エフェクタバー１１０と、係合部材３７０とを含む。インタフェースデバイス１０は、好ましくは、支持プラットフォーム３０上に装着されている。プラットフォームは略長方形であり、ユーザ５０およびインタフェースデバイス１０をその上に支持するのに十分な寸法を含む。インタフェースデバイスの基盤２０は、一般にプラットフォーム３０の中心位置に付設され、ユーザ５０は、後述するように、インタフェースデバイスを操作し、シミュレーションまたは仮想環境と相互作用するために、ユーザの脚部またはその他の下半身部分でデバイスを跨ぐ様式で、プラットフォームに立つ。インタフェースデバイス１０は、任意の従来型またはその他の固定機構（例えば、ボルト、クランプ等）を介し、任意の適切な位置においてプラットフォームに固定されてもよい。

インタフェースデバイス１０の基盤２０は、床２２と実質的に円筒形のレセプタクル２４とを含む。床２２は略長方形であり、床の向かい合う側縁に画定された略Ｕ字形の凹部２５を含む。床２２は、床２２をプラットフォーム３０の上へ高くするために、床底面に付設された支持部２３を含む。支持部は、略長方形のブロックの形態をとり、床２２の非凹縁に沿って延在する。レセプタクル２４は、床２２の実質的な中心位置から上方へ延び、後述するように、エフェクタバー１１０を、ユーザ５０による操作のために、その中に実質的に直立な姿勢で受けるのに十分な寸法を含む。レセプタクルを支持するために、一連の略三角形の支持部材２６がレセプタクル２４および床２２に付設される。支持部材は、互いに約９０度だけ角度変位され、レセプタクルから床２２の各角の方へ延びる。特に、支持部材２６はそれぞれ、互いに対して垂直で、レセプタクルおよび床それぞれ付設された支持部材側縁を有する直角三角形の形態をとる。床２２に付設された側縁は、レセプタクルから各床角の方へ延び、一方、支持部材の斜辺端は、レセプタクルに付設された側縁の上部から、対応する床角付近の床２２に付設された側縁の端部の方へ延びる。実質的に円形のカラー２８は、エフェクタバー１１０の周囲に設置され、エフェクタバーおよびレセプタクルの寸法をわずかに上回る寸法を含む。カラーは基本的に、レセプタクル２４の上部を係合し、エフェクタバー１１０をレセプタクル内の適切な位置に固定する。

係合部材３７０は、ユーザが、ユーザの脚部および／またはその他の下半身部分によって係合部材を係合し、シミュレーションまたは仮想環境と相互作用するためにエフェクタバーを操作するための力を加えることを可能にするために、エフェクタバー１１０の上部の周囲に設置される。係合部材は、十字型構成で（例えば、互いに約９０度だけ角度変位させて）配置され、エフェクタバー１１０を受けるのに十分な寸法を含む開放中心部を有する実質的に環状のリング３４０に付設された、複数の略直角の接触部材３３０、３３２、３３４、および３３６を含む。係合部材は、エフェクタバーと摺動可能な関係にあり、リング３４０を介し、エフェクタバーに沿っていかなる所望の位置に位置付けられてもよい。リングは、任意の適切な従来型またはその他の固定機構（例えば、Ｏリング、クランプ等）によって実装されるか、またはそれらを含むことができる。接触部材３３０、３３４は、ユーザの脚部および／またはその他の身体部分をそれらの部材の間に設置できるのに十分な距離だけ隔てられる（例えば、少なくとも約９０度だけ角度変位される）。同様に、接触部材３３２、３３６は、ユーザの脚部および／またはその他の身体部分をそれらの部材の間に設置できるのに十分な距離だけ隔てられる（例えば、少なくとも約９０度だけ角度変位される）。接触部材３３０、３３２、３３４、３３６には、好ましくはユーザの快適さのためにパッドが当てられる。

エフェクタバー１１０は、上述したようにエフェクタバー上部へ向けて位置付けられた係合部材３７０により、レセプタクル２４内に実質的に直立姿勢で受けられる。エフェクタバーは、ユーザによってバーに加えられた曲げ、ねじり、引っ張り、および圧縮力の任意の組み合わせを受けて、その弾性限界内でわずかにたわむことが可能な、適度に硬い材料（例えば、金属合金）で構築される。エフェクタバーは略円筒形であるが、エフェクタバーは、適切ないかなる形状（例えば、曲がったまたは湾曲したもの、Ｖ字形等）であってもよく、適切ないかなる外面幾何学形状（例えば、湾曲したもの、多角的なもの等）を有してもよいことに留意されたい。

エフェクタバー１１０は、ユーザによってバーに加えられた少なくとも一種類のひずみを計測するために、少なくとも１つのセンサを含む。センサは、最低でも、前／後（例えば、Ｙ軸）および左／右（例えば、Ｘ軸）の軸で力を計測する。上／下力（例えば、Ｚ軸に沿った）および回転力（例えば、Ｚ軸周囲の）を計測するために、さらなるセンサを用いてもよい。好ましくは、エフェクタバー１１０は、バー上の、好ましくはレセプタクル２４付近のエフェクタバー下部の適切な位置に配置されたひずみゲージセンサ１５０、１６０（図３Ａ）を含む。これらのセンサは、ユーザが押す力、引く力、または横力を係合部材に加えた結果としてバーに加えられたひずみ変形の量を計測する。ほんの一例として、センサ１５０は、Ｘ軸に沿ってエフェクタバーに加えられた力（例えば、横または左／右の力）を計測することができ、一方、センサ１６０は、Ｙ軸に沿ってエフェクタバーに加えられた力（例えば、押す／引くまたは前／後の力）を計測することができる。

センサは、前述の特許、特許出願、および特許出願公開公報において開示されている様式等、力を計測するための適切な任意の様式でエフェクタバーに対して配置されてもよい。例えば、センサは、加えられた力を計測するために、エフェクタバーの外面または内面に直接間接を問わず付設されてもよい。好ましくは、センサ１５０、１６０は、前述の米国特許出願第１１／１３３，４４９号において開示されている様式と同様の様式でエフェクタバー内に設置されたゲージ装着構造体に固定される。図３Ａを参照すると、ゲージ装着構造体１０８は、エフェクタバー１１０の中空内部内に固定され、実質的にエフェクタバーの長さだけ延びている。エフェクタバーは、好ましくは、組み立て中のエフェクタバー内へのゲージ装着構造体の挿入を容易にするために、少なくとも１つの開放端を含む。装着構造体は、好ましくは、細長い中空管であり、エフェクタバーの横断面寸法（例えば、エフェクタバーの内径）未満の横断面寸法（例えば、内部装着構造体の外径）を有する。したがって、エフェクタバー１１０とエフェクタバー内に入れ子になっているゲージ装着構造体１０８との間には、環状間隙１１１が存在する。

ゲージ装着構造体は、好ましくは、エフェクタバーに加えられ、後述するようなゲージ装着構造体に転換される、曲げ、引っ張り、および圧縮力の任意の組み合わせを受けて、その弾性限界内でわずかに変形することができる適切な材料で構築される。この材料は概して、より従順であり、エフェクタバーと比較して優れた柔軟性を装着構造体に提供する。具体的には、エフェクタバー１１０およびゲージ装着構造体１０８のそれぞれに対し、実質的に同様の位置および方向において同じ力が加えられた場合、ゲージ装着構造体のほうが柔軟であり、ゲージ装着構造体の弾性限界を超えることなく、エフェクタバーをわずかに上回る程度まで変形する（例えば、より大きい変形を有する）ことができる。エフェクタバーが鋼またはその他適切な金属合金で構築される例示的な実施形態において、ゲージ装着構造体は、好ましくは、ポリ塩化ビニル（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌ Ｃｈｌｏｒｉｄｅ；ＰＶＣ）、またはエフェクタバーを構築するのに使用された金属材料よりも従順なもしくは柔軟な、その他任意の適切なプラスチックもしくはポリマー材料で構築される。

ゲージ装着構造体は、好ましくはゲージ装着構造体の長手端部に近接して設置された適切なひずみ移行材料を介して、エフェクタバーの内部周囲面部分内に安定させられ、それに沿って間接的に固定される。ひずみ移行材料は、エフェクタバーに加えられた力またはひずみの、後述するようなゲージ装着構造体への移行を容易にする。接続具１１２（例えば、ＰＶＣ連結部）は、エフェクタバー１１０の第１の端部（例えば、レセプタクル２４内に固定されたエフェクタバー端部）と一致するゲージ装着構造体１０８の第１の端部において固定される。あるいは、接続具１１２は、エフェクタバーの第２の自由端部（例えば、係合部材３７０の方を向いたエフェクタバー端部）と一致するゲージ装着構造体の第２の端部において固定されてもよい。

接続具は、ゲージ装着構造体の長手方向の外周辺部の周囲にシースを形成し、エフェクタバーの横断面寸法（例えば、内径）にわずかに満たない横断面寸法を有する。また、接続具の外面部は、エフェクタバーの内面部を摩擦によって係合させ、エフェクタバーとそれらの対応する第１の端部にあるゲージ装着構造体との間に第１の間接接触領域または接触ブリッジを提供する。この接触ブリッジは、エフェクタバーに加えられた力またはひずみがゲージ装着構造体に移行される１つのひずみ移行位置としての役割を果たす。硬化エポキシ樹脂の第１のプラグ１１４は、環状間隙１１１内の接続具１１２に隣接した位置に固定される。第１の樹脂プラグは、エフェクタバーおよびゲージ装着構造体の内部および外部周囲面部分、ならびに接続具の隣接する端部表面に固定され、エフェクタバーとゲージ装着構造体との間に、エフェクタバーからゲージ装着構造体へのひずみ移行を容易にするためのさらなる面接触領域を提供する。

硬化エポキシ樹脂の第２のプラグ１１６は、環状間隙１１１内において、エフェクタバー１１０およびゲージ装着構造体１０８の対応する第２の端部に設置される。第２のプラグは、エフェクタバーおよびゲージ装着構造体の内部および外部周囲面部分に固定され、エフェクタバーとゲージ装着構造体との間に第２の間接接触領域または接触ブリッジを提供する。これは、エフェクタバーに加えられた力またはひずみがゲージ装着構造体に移行される別の位置を提供する。第２のプラグ１１６は、ゲージ装着構造体に沿って選択された位置から構造体の第２の端部まで環状間隙を実質的に充填する。環状間隙内には発泡カラー１１５が設置され、第２のプラグに隣接する選択された位置においてゲージ装着構造体の外部周囲面部分を包囲する。発泡カラーは、エフェクタバーの組み立て中における硬化エポキシ樹脂の第２のプラグの形成を容易にするために設けられる。

上述したひずみ移行材料は接続具および硬化エポキシ樹脂を含むが、エフェクタバーとゲージ装着構造体との間に形成された、エフェクタバーからゲージ装着構造体への加えられた力の移行を容易にする環状間隙内に、適切ないかなる接続材料または架橋材料を提供してもよいことに留意されたい。例えば、接続具および／または硬化エポキシ樹脂のプラグを、ゲージ装着構造体の両（例えば、第１および第２の）端部において、および／またはゲージ装着構造体に沿ったその他任意の位置において固定してもよく、この場合、接続具および／またはプラグは、エフェクタバーおよびゲージ装着構造体の対応する内部および外部周囲面部分の間に接点または接続ブリッジを提供するよう、適切に寸法決定される。ひずみ移行材料は、好ましくは、ひずみ移行材料によるそのような力の吸収度が最小またはゼロとなるよう、エフェクタバーとゲージ装着構造体との間に、実質的に完全な力の移行を生じさせるために、適度に硬い。ひずみ移行材料の好適な位置は、エフェクタバーおよびゲージ装着構造体の向かい合う長手端部またはその付近であるが、特定の用途に応じて、エフェクタバーの長さに沿った任意の１つ以上の適切な位置にひずみ移行材料を設置してもよい。

センサ１５０、１６０は、ひずみ移行材料の位置の間にあるゲージ装着構造体１０８の外面部上の適切な位置に付着される。好ましくは、センサは、特定の設計および／または用途に応じて、エフェクタバーおよび／またはゲージ装着構造体の変形が最も大きく、または最も顕著となり得る、ゲージ装着構造体に沿った適切な位置に設置される。図３Ａの実施形態において、センサ１５０、１６０は、ゲージ装着構造体の第２の（例えば、自由）端部（例えば、係合部材３７０の方を向いたもの）と比較して、ゲージ装着構造体の第１の（例えば、固着された）端部（例えば、レセプタクル２４の方を向いたもの）により近い位置において、ゲージ装着構造体１０８上に固定される。

センサはさらに、エフェクタバーおよびゲージ装着構造体の両方の長手方向に位置合わせされ、ゲージ装着構造体の外周辺部において約９０度だけ互いに角度をずらされる。特に、センサは、少なくとも２つの独立した軸に沿ってゲージ装着構造体１０８の曲げたわみを計測するように（例えば、ひずみ移行材料を介してゲージ装着構造体に移動されたエフェクタバー１１０の曲げたわみと一致して）位置合わせされる。例えば、２つの独立した軸は、所定のＸ軸および所定のＹ軸であってもよく、この場合、両軸は同じ平面において配向され、約９０度だけ互いに角度をずらされる。しかしながら、エフェクタバーに作用する、およびエフェクタバーから移行される同様の力に基づいてゲージ装着構造体の圧縮、伸長、およびねじりを計測するために、任意の適切な数のセンサ（例えば、１つ以上）を設け、ゲージ装着構造体上に適切に位置合わせしてもよいことに留意されたい。例えば、エフェクタバーの長手方向寸法に対するエフェクタバーのその他のゆがみ（例えば、ねじり、トルク等）を計測するために、ゲージ装着構造体表面に沿って適切に位置合わせして第３のセンサを付着してもよい。これらのゆがみは、センサによって計測するために、エフェクタバーからゲージ装着構造体へ（上述したひずみ移行材料を介して）移動される。

インタフェースデバイス１０は、さらなるセンサを用いて、図３Ｂに示すようにユーザ５０によってエフェクタバー１１０に加えられたねじりまたは回転力（例えば、ヨーイング）を計測する。具体的には、レセプタクル２４は、エフェクタバー１１０が床２２の底面をわずかに超えて延びることを可能にする開放底部を含む。床底面は、プラットフォーム３０と床２２との間にエフェクタバー用の十分な空間を提供するために、上述の支持部２３と支持部２１とを含む。支持部２１は、支持部３０と同様であり、支持部２３に対して実質的に垂直に床底面上に設置され、支持部２１の間にはエフェクタバー１１０が設置される。エフェクタバー１１０の底面には略長方形の停止バー２９が付設され、支持部２３の間に延在する。停止バーは、停止バーに加えられた曲げ、ねじり、引っ張り、および圧縮力の任意の組み合わせを受けて、その弾性限界内でわずかにゆがめることが可能な、適度に硬い材料（例えば、金属合金）で構築される。停止バーは略長方形であるが、停止バーは、適切ないかなる形状（例えば、曲がったまたは湾曲したもの、Ｖ字形等）であってもよく、適切ないかなる外面幾何学形状（例えば、湾曲したもの、多角的なもの等）を有してもよいことに留意されたい。

停止具対２７が各支持部２３に隣接して設置され、各対内の停止具は、その間に停止バー２９の対応する端部部分を受けるために十分な距離だけ隔てられている。停止具は、停止バー２９の動きを防止し、それにより、ユーザ５０によってエフェクタバー１１０に加えられたねじり力が停止バー２９において計測可能なひずみ変形を生み出すことを可能にする。特に、エフェクタバー１１０は、レセプタクル２４に対するエフェクタバーの回転を可能にする様式で、レセプタクル内に設置される。ユーザ５０が係合部材３７０に回転力を加えると、エフェクタバー１１０は対応する方向に回転しようと試みる（例えば、ヨーイング）。停止バー２９はエフェクタバーに付設されているため、停止バーも同様に対応する方向に回転しようと試みる。しかしながら、停止具２７が停止バー２９を係合し、その動きを防止するため、ユーザの加えられた力に対する抵抗を提供し、力が停止バーにおいて計測可能なひずみ変形を生み出すことを可能にする。この配置は基本的に、概ね固着された、または静止した様式で（例えば、最小またはゼロの運動で）基盤にエフェクタバーを付設し、アイソメトリックエクササイズを利用して、現実世界において加えられる力に匹敵する力をユーザがインタフェースデバイスに加えることを可能にする。

停止バー２９は、ユーザによってエフェクタバーに加えられた少なくとも一種類のひずみを計測するために、少なくとも１つのセンサを含む。好ましくは、停止バー２９は、停止バー上の適切な位置で、好ましくは停止具対２７付近の停止バーの向かい合う長手方向側縁に配置されたひずみゲージセンサ１６５、１７５を含む。これらのセンサは、ユーザがねじり力をエフェクタバーに加えた結果として停止バーに加えられたひずみ変形の量を計測する。ほんの一例として、センサ１６５は、第１の回転またはねじり方向に（例えば、時計回りに）エフェクタバーに加えられた力を計測することができ、一方、センサ１７５は、第２の回転またはねじり方向に（例えば、反時計回りに）エフェクタバーに加えられた力を計測することができる。

センサ１５０、１６０、１６５、１７５は、適切な配線を介して制御ユニット２００（図４）に接続され、制御ユニットは適切な情報をシミュレーションシステム４００に提供する。シミュレーションシステムによって受信された情報は、表示デバイス４１６（図５）上に仮想現実シナリオを表示するために処理される。シナリオは、ユーザによってエフェクタバーに加えられたひずみ力にしたがって、更新される。制御ユニットはさらに、仮想現実シナリオにおいて特定の応答を実現するために、ユーザが必要とする力の発揮のレベルを制御するように構成されてもよい。抵抗レベルは、後述のような入力デバイス１５６を介し、ユーザによって制御ユニットへ入力され得る。代替として、またはユーザ入力と組み合わせて、風の状況を変化させる、地形の傾斜を変化させる（例えば、坂を上る）等、仮想現実シナリオ内の条件に基づき、信号プロセッサ１６４（図５）によって抵抗レベルを制御してもよい。

例示的な制御ユニット２００を図４に示す。具体的には、制御ユニットはインタフェースデバイス１０と連結され、上述したようなひずみゲージセンサ１５０、１６０、１６５、１７５から情報を受信する。制御ユニット２００は、後述するように、制御回路２１０（図５）を収納するための筺体内部を共同で画定するための前壁、後壁、側壁、頂壁、および底壁を有する筺体２０２を含む。筺体前壁は、制御盤２０４の形態をとり、入力デバイス１５６、１５７、１５８およびディスプレイ１２４、１２６を含む。入力デバイス１５６は、好ましくは、ＸおよびＹ軸に沿ったユーザの加えられた力に対するゲインまたは感度を、ユーザが増減させることを可能にするためのボタン対を含む。入力デバイス１５７は、好ましくは、ユーザが加えたねじり力に対するゲインまたは感度を、ユーザが増減させることを可能にするためのボタン対を含む。ディスプレイ１２４、１２６は、軸方向の動きおよびねじる動きについてのリアルタイム情報（例えば、軸方向センサ飽和度、ねじりセンサ飽和度、ゲイン設定、動作時間、発揮された力の概算値等）をそれぞれ表示するために、対応する入力デバイス１５６、１５７に隣接して設置される。ディスプレイはそれぞれ、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）によって実装されるのが好ましいが、任意の従来型またはその他のディスプレイ（例えば、ＬＥＤ、モニタ等）によって実装されてもよい。入力デバイス１５８は、ボタンを含み、概してリセット動作を開始する。

制御ユニット２００用の例示的な制御回路を図５に示す。具体的には、制御回路２１０は、センサ１５０、１６０、１６５、１７５と、対応する増幅器１５２、１６２、１６７、１７７と、信号プロセッサ１６４とを含む。従来型の電力供給装置（図示せず）は、回路部品のそれぞれに適切な電力信号を提供する。回路は、電池および／またはその他任意の適切な電源（例えば、シミュレーションシステム）によって電力を供給されてもよい。回路部品を作動させるための電源スイッチ（図示せず）をさらに含んでもよい。さらに回路は、ひずみゲージセンサの、センタリングおよび範囲を調整するためのトリムポテンショメータ１５３を含んでもよい。

センサ１５０、１６０、１６５、１７５は、各増幅器１５２、１６２、１６７、１７７とそれぞれ接続される。センサの電気抵抗は、エフェクタおよび停止バーの圧縮および伸張を受けて変動する。増幅器１５２、１６２、１６７、１７７は基本的に、センサ信号を（例えば、用いられるシミュレーションシステムの種類と互換性がある範囲で）増幅する。増幅された電圧値は、各増幅器によって信号プロセッサ１６４へ送られる。信号プロセッサ１６４は、任意の従来型またはその他のプロセッサによって実装されることができ、一般に回路網を含み、および／または増幅器からのアナログ信号を処理のためにデジタル値に変換する。基本的に、増幅されたセンサ値はユーザによって加えられた力を表し、値が範囲最大値に向かうにつれて、より大きい加えられた力を示す。増幅されたアナログ値は、加えられた力の大きさおよび／または方向を示すために、変換されるデジタル値のビットの数に応じた範囲内（例えば、符号付き８ビットでは−１２７から＋１２７、符号付き１６ビットでは−３２，７６７から＋３２，７６７等）でデジタル化または定量化される。したがって、範囲最大値の方へ向かう増幅された電圧値は、定量化範囲の最大値の方へ向かうデジタル値を生み出す。

信号プロセッサは、上述したような入力デバイス１５６、１５７、１５８を介してユーザから抵抗レベルおよびリセット制御を受信し、ユーザ指定の制御にしたがってインタフェースデバイス抵抗を調整するように、増幅器ゲインパラメータを制御する。特に、信号プロセッサは、ユーザ入力および／または仮想現実シナリオにしたがう抵抗レベルを可能にするために、増幅器のゲイン制御を調整する。ゲイン制御パラメータは基本的に、増幅器入力（またはセンサ計測結果）に対し増幅器によって加えられるゲインの量を制御する。より大きい増幅値はより大きい力に対応するため、増幅器ゲインを増大させることにより、ユーザは特定の増幅された力の値を実現するために発揮する力を小さくすることができ、その結果、ユーザに対するインタフェースデバイスの抵抗を効果的に低下させる。逆に、増幅器ゲインを低下させると、ユーザは特定の増幅された力の値を実現するためにより大きい力を発揮することが必要になり、その結果、ユーザに対するインタフェースデバイスの抵抗を増大させる。信号プロセッサはさらに、増幅器Ａｕｔｏ Ｎｕｌｌパラメータをゼロに、またはひずみゲージセンサの風袋に調整する。

信号プロセッサはさらに、上述したようなあるアクティビティまたはその他関連情報の表示を容易にするために、ディスプレイ１２４、１２６と接続される。信号プロセッサは、増幅されたセンサ値を受信し、ユーザに対して表示するための種々の情報（例えば、所与の時刻においてエフェクタおよび／または停止バーに加えられた力の程度、特定のセッション中にユーザによって実行された作業の量、抵抗レベル、時刻または経過時間、ユーザによって種々の軸（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚおよび回転軸）に加えられた力、加えられた瞬発力、持ち上げられた総重量、燃焼カロリー（例えば、実行された作業量およびユーザの体重に基づく）、抵抗レベル設定、エフェクタおよび／もしくは停止バーの動き、ならびに／またはその他任意のエクササイズの程度、またはその他関連情報）を決定する。また、信号プロセッサは、入力デバイス１５８から受信したリセット制御にしたがって（例えば、情報を記録するための新たなセッションを提供するために）、種々のパラメータ（例えば、抵抗、時刻、作業等）をリセットする。

信号プロセッサは、受信した情報を処理し、処理した情報を、実行中のシミュレーションを更新および／またはそれに応答するシミュレーションプロセッサ４１４へ転送する。基本的に、信号プロセッサは、受信した情報を処理し、シミュレーションシステム４００のシミュレーションプロセッサ４１４への送信のために適切なデータパケットに整える。信号プロセッサは、種々の較正を考慮するため、または定量化範囲内で値を適切に調整するために、任意の方式で生のデジタル値を処理することができる。シミュレーションプロセッサは、情報またはデータパケットを処理して、表示デバイス４１６上に表示されている実行中のシミュレーションを更新し、および／またはそれに応答する。

インタフェースデバイス１０の動作について、図１〜５を参照して説明する。最初に、ユーザはインタフェースデバイスを、制御ユニット２００と（そしてその後、シミュレーションシステム４００と）連結する。ユーザは、ユーザの身体的特徴を収容するように、インタフェースデバイス（例えば、係合部材の高さ等）を調整することができる。インタフェースデバイスは適切な表面に載置され、ユーザは一般に、ユーザの脚部で係合部材３７０を跨いでプラットフォーム３０上に立つ。ユーザは、特定のシミュレーションに応じて、武器、頭装着型ディスプレイ、またはその他のデバイスを用いることができる。シミュレーションが、シミュレーションシステムにおいて選択され、実行され、ユーザはインタフェースデバイス１０を操作して、シミュレーションと相互作用する。ユーザは、ユーザの脚部および／またはその他のユーザの下半身部分によって係合部材３７０（およびエフェクタバー１１０）を操作することにより、インタフェースデバイスを動作させる。ユーザは、直線的および／またはねじり（もしくは回転）力を加え、エフェクタおよび／または停止バーにおいて計測可能なひずみを及ぼす。

ひずみゲージセンサ１５０、１６０、１６５、１７５は、係合部材のユーザ操作による、エフェクタおよび／または停止バーにおけるひずみを計測する。ひずみゲージセンサからの信号は、制御ユニット信号プロセッサへ送信され、シミュレーションシステム４００への転送用のデータパケットが生成される。シミュレーションシステムは、情報またはデータパケットを処理して、実行中のシミュレーションを更新および／またはそれに応答する。したがって、ユーザによってエフェクタバーに加えられた力は、表示デバイス上に表示されているシナリオ内において、対応する協調運動またはアクションをもたらす。換言すると、ユーザの運動（例えば、歩行、向きを変える等と同様のもの）は、ユーザの運動にしたがって、ビューおよび／もしくはシミュレーション内のキャラクタもしくはオブジェクトの運動（例えば、ユーザがシミュレート環境を横断すること）、またはその他のアクションを更新するための、所望のユーザのアクションまたは運動をシミュレーションシステムに示す役割を果たす。例えば、ユーザが前方へ傾くと、シミュレートされたキャラクタが前方へ移動する。さらに、ユーザは、シミュレーションにおいて横方向への動きを誘発するための横力、シミュレートされたキャラクタをうずくまらせる、または立たせるための鉛直力、およびシミュレートされたキャラクタを旋回させるための回転力を及ぼすことができる。シミュレーション内における動きの速さは、ユーザによって加えられる力の量に由来する（例えば、より大量の加えられた力からはより速い動きが生み出される）。

インタフェースデバイスは、現実的なシミュレーションおよび訓練を提供するために、現実世界において加えられる力と同じ順序で（例えば、歩行、向きを変える等をするために）、ユーザが力を加えることを可能にする。例えば、兵士５０は、インタフェースデバイスを利用して武器を取り扱いながら仮想領域を横断することができ、それによって、訓練増強のための身体的要素をシミュレーションに与えることができる。

本発明によるインタフェースデバイスの代替的な実施形態を図６に示す。最初に、インタフェースデバイス１５は、好ましくは、ユーザ５０による、上述したのと同様の様式でのインタフェースデバイス１５の操作にしたがってシミュレーションまたは仮想環境を提供および更新する、シミュレーションシステム４００（図７）と連結される。シミュレーションシステムは一般に、シミュレーションプロセッサ４１４（図７）と、上述したようなモニタまたはその他の表示デバイス４１６とを含む。

インタフェースデバイス１５は、基盤プラットフォーム３０１と、インタフェースデバイス１０と、コントローラアセンブリ３５０とを含む。基盤プラットフォームは、実質的に長方形であり、ユーザの足用のグリップ面（例えば、ゴムまたはゴム型材料等）を含む。コントローラアセンブリ３５０は、基盤プラットフォーム３０１の前方部に固定またはボルト留めされ、一方、インタフェースデバイス１０は、基盤プラットフォームの後方部に固定される。インタフェースデバイス１０は、上述したインタフェースデバイスと実質的に同様であり、加えられた力を計測するために、センサ１５０、１６０、１６５、１７５を含む。インタフェースデバイス１０のセンサは、適切な配線を介してコントローラアセンブリ３５０内の制御回路２２５（図７）に接続され、制御回路は、シミュレーションシステム４００に適切な情報を提供する。インタフェースデバイス１０は、ユーザ５０が後述のようにインタフェースデバイス１０およびコントローラアセンブリを同時に操作するのを可能にするために、コントローラアセンブリから十分な距離の所に位置付けられる。インタフェースデバイス１０の基盤２０は、インタフェースデバイス１０をプラットフォーム３０に固定するために上述したのと実質的に同じ様式および配置で、基盤プラットフォーム３０１に固定される。

コントローラアセンブリ３５０は、フレーム３９０と、コントローラエフェクタ６１０と、コントローラ１２０とを含む。フレーム３９０は、基盤プラットフォーム３０１の前方部に固定またはボルト留めされた装着部材３４４を含む。装着部材は、実質的に円筒形のエフェクタレセプタクル３４５を含む。コントローラエフェクタ６１０は、エフェクタレセプタクル３４５内に挿入するためにレセプタクルの寸法に満たない寸法を含み、コントローラエフェクタとレセプタクルは嵌め込み配置を形成する。レセプタクルは、基盤から上方へ延び、コントローラエフェクタ６１０を受けるのに十分な寸法を含む。コントローラエフェクタは、上述したエフェクタバー１１０と実質的に同様であり、ユーザによってコントローラエフェクタに加えられた曲げ、ねじり、引っ張り、および圧縮力の任意の組み合わせを受けて、その弾性限界内でわずかにゆがめることが可能な、適度に硬い材料（例えば、金属合金）で構成される。コントローラエフェクタは略円筒形であるが、コントローラエフェクタは、適切ないかなる形状（例えば、曲がったまたは湾曲したもの、Ｖ字形等）であってもよく、適切ないかなる外面幾何学形状（例えば、湾曲したもの、多角的なもの等）を有してもよいことに留意されたい。コントローラエフェクタは、後述するように、ユーザによる操作のために、レセプタクル３４５内に実質的に直立姿勢で、摺動可能に受けられる。ユーザの特徴（例えば、身長、リーチ等）に応じてレセプタクル３４５内におけるコントローラエフェクタの位置を調整するために、係止機構３４８を用いてもよい。適切な位置に係止されると、コントローラエフェクタは基本的に、固着された、または静止した様式で（例えば、最小またはゼロの運動で）基盤プラットフォームに付設され、後述するようにシミュレーションと相互作用するために、ユーザが力を加え、アイソメトリックエクササイズを実行することを可能にする。

コントローラエフェクタ６１０は一般に、上述のようにユーザによってエフェクタに加えられた少なくとも一種類のひずみを計測するために、少なくとも１つのセンサを含む。センサは、最低でも、前／後（例えば、Ｙ軸）および左／右（例えば、Ｘ軸）の軸で力を計測する。上／下力（例えば、Ｚ軸）および回転力（例えば、Ｚ軸周囲の）を計測するために、さらなるセンサを用いてもよい。好ましくは、コントローラエフェクタは、ユーザが押す力、引く力、または横力をエフェクタに加えた結果としてコントローラエフェクタに加えられたひずみ変形の量を計測するために、センサ１８５、１９５（図７）および（概して図３Ｂのセンサ配置ではなく）図３Ａに関して上述したセンサ配置を含む。これらのセンサは、適切な配線を介してコントローラ１２０内の制御回路２２５と接続され、コントローラは適切な情報をシミュレーションシステム４００に提供する。ひずみゲージ計測結果は、シミュレーションシステム上に仮想現実シナリオを表示するために処理される。シナリオは、後述するように、ユーザによってコントローラエフェクタ６１０およびエフェクタバー１１０に加えられた押し引きの力にしたがって更新される。

コントローラ１２０は、コントローラエフェクタ上部に付設または固定される。一例として、コントローラは、米国特許第６，２３１，４４４号において開示されているデバイス等、従来型のビデオゲーム（例えば、Ｓｏｎｙ社から市販されているＰＳ２、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社から市販されているＸＢＯＸ、Ｎｉｎｔｅｎｄｏ社から市販されているＧＡＭＥＣＵＢＥ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）およびＡｐｐｌｅ Ｍａｃ ＯＳ Ｘ等のパーソナルコンピュータオペレーティングシステムで使用するように構成されたビデオゲームアプリケーション等）に利用可能な種類のものであってもよく、前述の特許出願および特許出願公開公報において開示されているコントローラと同様である。コントローラは一般に、コントローラ上部に設置された一連のボタン１２３およびジョイスティック１２１を含む。コントローラは概して、Ｘ（例えば、左／右の動き）およびＹ（例えば、前／後の動き）軸に沿ったジョイスティックの動きを示す信号を提供するために、各信号源（例えば、可変抵抗器またはポテンショメータ）を含む。例えば、ジョイスティック１２１（図７）は、ＸおよびＹ軸に沿ったジョイスティックの動きを示す信号を提供するために、信号源１２５（例えば、可変抵抗器またはポテンショメータ）と関連付けられてもよい。しかしながら、コントローラは、任意の数量の、任意の種類の入力デバイス（例えば、ボタン、スイッチ、キーパッド、ジョイスティック等）、および、任意の位置に設置され、コントローラに任意の方式で配置された信号源を含んでもよい。ボタンおよびジョイスティックを利用して、あらゆる所望の情報を入力する（例えば、シミュレーション用の所望のユーザアクションを入力する等）ことができる。

さらに、コントローラは、抵抗制御を入力およびリセットし、クロックまたはその他の機能をリセットするために、入力デバイス２５６（図７）を含み得る。デバイス２５６は、任意の従来型またはその他の入力デバイス（例えば、ボタン、スライド、スイッチ等）によって実装され得る。コントローラ下部は、ユーザによる係合のための、略「Ｕ」字形のハンドルまたは把持部１２２を含む。

コントローラ上部にはさらにディスプレイ１２７が設置され、種々の情報をユーザに対し表示することができる（例えば、所与の時刻においてコントローラエフェクタおよび／またはエフェクタバーに加えられた力の程度、特定のセッション中にユーザによって実行された作業の量、抵抗レベル、時刻または経過時間、種々の軸（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚおよび／または回転軸）に加えられた力、加えられた瞬発力、持ち上げられた総重量、燃焼カロリー（例えば、実行された作業量およびユーザの体重に基づく）、抵抗レベル設定、コントローラエフェクタおよび／もしくはエフェクタバーの動きならびに／またはその他任意のエクササイズの程度、またはその他関連情報）。ディスプレイは、好ましくは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）によって実装されるが、いかなる種類のディスプレイであってもよい（例えば、ＬＥＤ等）。

コントローラ１２０は、特定のシミュレーションに応じて、種々のデバイスによって実装され得る。例えば、コントローラは、種々のオブジェクト（例えば、武器、医療またはその他の機器等）をシミュレートするための、上述したような汎用コントローラによって、または、武器または医療キット等、特定のシミュレーションに適用し得るアイテムの形態のコントローラによって、実装され得る。

コントローラ１２０内のインタフェースデバイス１５用の例示的な制御回路を図７に示す。具体的には、制御回路２２５は、インタフェースデバイス１０のセンサ１５０、１６０、１６５、１７５およびコントローラアセンブリ３５０のセンサ１８５、１９５と、対応する増幅器１５２、１６２、１６７、１７７、１８７、１９７と、エクササイズプロセッサ１５４と、信号プロセッサ１６４とを含む。従来型の電力供給装置（図示せず）が、回路部品のそれぞれに適切な電力信号を提供する。回路は、電池および／またはその他任意の適切な電源（例えば、シミュレーションシステム）によって電力を供給されてもよい。回路部品を作動させるための電源スイッチ（図示せず）をさらに含んでもよい。さらに回路は、ひずみゲージセンサの、センタリングおよび範囲を調整するためのトリムポテンショメータ１５３を含んでもよい。

センサ１５０、１６０、１６５、１７５、１８５、１９５は、各増幅器１５２、１６２、１６７、１７７、１８７、１９７とそれぞれ接続される。センサの電気抵抗は、コントローラエフェクタ６１０およびエフェクタバー１１０の圧縮および伸張を受けて変動する。増幅器１５２、１６２、１６７、１７７、１８７、１９７は基本的に、センサ信号を（例えば、用いられるコントローラの種類と互換性がある範囲で）増幅する。増幅された電圧値は、各増幅器によってエクササイズプロセッサ１５４へ送られる。エクササイズプロセッサは、任意の従来型またはその他のプロセッサによって実装されることができ、一般に回路網を含み、および／または増幅器からのアナログ信号を処理のためにデジタル値に変換する。基本的に、増幅されたセンサ値はユーザによって加えられた力を表し、値が範囲最大値に向かうにつれて、より大きい加えられた力を示す。増幅されたアナログ値は、加えられた力の大きさおよび／または方向を示すために、変換されたデジタル値のビットの数に応じた範囲内（例えば、符号付き８ビットには−１２７から＋１２７、符号付き１６ビットには−３２，７６７から＋３２，７６７等）でデジタル化または定量化される。したがって、範囲最大値の方へ向かう増幅された電圧値は、定量化範囲の最大値の方へ向かうデジタル値を生み出す。

エクササイズプロセッサは、上述したような入力デバイス２５６を介してユーザから抵抗レベルおよびリセット制御を受信し、ユーザ指定の制御にしたがってインタフェースデバイス抵抗を調整するように、増幅器ゲインパラメータを制御する。特に、エクササイズプロセッサは、ユーザ入力および／または仮想現実シナリオにしたがう抵抗レベルを可能にするために、増幅器のゲイン制御を調整する。ゲイン制御パラメータは基本的に、増幅器入力（またはセンサ計測結果）に対し増幅器によって加えられるゲインの量を制御する。より大きい増幅値はより大きい力に対応するため、増幅器ゲインを増大させることにより、ユーザは特定の増幅された力の値を実現するために発揮する力を小さくすることができ、その結果、ユーザに対するインタフェースデバイスの抵抗を効果的に低下させる。逆に、増幅器ゲインを低下させると、ユーザは特定の増幅された力の値を実現するためにより大きい力を発揮することが必要になり、その結果、ユーザに対するインタフェースデバイスの抵抗を増大させる。エクササイズプロセッサはさらに、増幅器Ａｕｔｏ Ｎｕｌｌパラメータをゼロに、またはひずみゲージセンサの風袋に調整する。

エクササイズプロセッサはさらに、エクササイズまたはその他関連情報の表示を容易にするために、ディスプレイ１２７と接続される。エクササイズプロセッサは、増幅されたセンサ値を受信し、ユーザに対して表示するための種々の情報（例えば、所与の時刻においてコントローラエフェクタおよび／またはエフェクタバーに加えられた力の程度、特定のセッション中にユーザによって実行された作業の量、抵抗レベル、時刻または経過時間、種々の軸（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚおよび／または回転軸）に加えられた力、加えられた瞬発力、持ち上げられた総重量、燃焼カロリー（例えば、実行された作業量およびユーザの体重に基づく）、抵抗レベル設定、コントローラエフェクタおよび／もしくはエフェクタバーの動きならびに／またはその他任意のエクササイズの程度、またはその他関連情報）を決定する。また、エクササイズプロセッサは、入力デバイス２５６から受信したリセット制御にしたがって（例えば、情報を記録するための新たなセッションを提供するために）、種々のパラメータ（例えば、抵抗、時刻、作業等）をリセットし、センサ情報を信号プロセッサ１６４に提供する。

信号プロセッサ１６４は、センサおよびコントローラ入力デバイスの情報を処理し、この情報をシミュレーションプロセッサ４１４へ転送して、実行中のシミュレーションを更新および／またはそれに応答する。基本的に、信号プロセッサは、受信した情報を処理し、シミュレーションシステム４００のシミュレーションプロセッサ４１４への送信のために適切なデータパケットに整える。信号プロセッサは、種々の較正を考慮するため、または定量化範囲内で値を適切に調整するために、任意の方式で生のデジタル値を処理することができる。シミュレーションプロセッサは、情報またはデータパケットを処理して、表示デバイス４１６上に表示されている実行中のシミュレーションを更新および／またはそれに応答する。

インタフェースデバイス１５のシミュレーションに関連する動作について、図６〜７を参照して説明する。最初に、ユーザは、適切な配線またはケーブルを利用して、インタフェースデバイスをシミュレーションシステム４００と連結する。ユーザは、ユーザの身体的特徴を収容するように、インタフェースデバイス（例えば、コントローラの高さ、係合部材等）を調整することができる。インタフェースデバイスは適切な表面（例えば、床等）に載置され、ユーザは一般に、ユーザの脚部で係合部材３７０を跨いで基盤プラットフォーム３０１上に立っている。シミュレーションが、シミュレーションシステムにおいて選択され、実行され、ユーザはシミュレーションと相互作用するために、エクササイズ活動に従事する。ユーザは、基盤プラットフォーム３０１によって支持され係合部材３７０を跨いでいるユーザの脚部と、コントローラハンドル１２２上に載置されたユーザの手とによって、インタフェースデバイスを動作させる。ユーザは、コントローラハンドルを把持し、シミュレーションにおいて（例えば、シミュレーションプロセッサによって表示されたシナリオ中のキャラクタまたはオブジェクトの）対応する運動を生み出すために、コントローラおよび／または係合部材に力を加えて、それぞれコントローラエフェクタおよび／またはエフェクタバーにおいてひずみを加える。例えば、ユーザが前方へ傾き、係合部材を操作すると、キャラクタは前方へ移動する。さらに、ユーザは、シミュレーションにおいて横方向への動きを誘発するための横力を係合部材に対して及ぼし、キャラクタをうずくまらせるか、または立たせるための鉛直力を係合部材に対して及ぼし、キャラクタを旋回させるための回転力を係合部材に対して及ぼすことができる。コントローラを利用して、武器等、シミュレーション用の特定のオブジェクトをシミュレートすることができる。この場合、ユーザは、シミュレーションにおけるビューポイントおよび手の位置（例えば、武器上の）を制御するために、コントローラにさらに力を加えることができる。ＸＹ平面においてコントローラに加えられる力は、アイポイント（ｅｙｅ−ｐｏｉｎｔ）および／または武器の方向を制御することができ、一方、垂直軸に沿ってコントローラに加えられる力は、シミュレーションにおけるオブジェクトの持ち上げおよび運搬を制御することができる。コントローラに加えられるねじり力は、アイポイントおよび／または武器を操作するために使用されることができ、さらに、その他のシミュレーションタスクのために利用されることもできる。シミュレーション内における動きの速さは、ユーザによって加えられる力の量に由来する（例えば、より大量の加えられた力からはより速い動きが生み出される）。また、ユーザは、特定のシミュレーションに応じて、さらなるアクションのためにジョイスティック１２１および／またはその他のコントローラ入力デバイスを操作してもよい。

ひずみゲージセンサ１５０、１６０、１６５、１７５、１８５、１９５およびコントローラ入力デバイス（例えば、ジョイスティック１２１、ボタン１２３等）からの信号は、信号プロセッサ１６４へ送信され、シミュレーションシステム４００への転送用のデータパケットを生成する。シミュレーションシステムは、情報またはデータパケットを処理して、実行中のシミュレーションを更新および／またはそれに応答する。したがって、ユーザによってコントローラエフェクタおよびエフェクタバーに加えられた力は、シミュレーションシステムによって表示されているシナリオにおいて、対応する協調運動またはアクションをもたらす。換言すると、ユーザの活動は、シミュレーション内の景色ならびに／またはキャラクタもしくはオブジェクトの運動もしくはアクションを更新するために、望ましいユーザアクションまたは運動をシミュレーションシステムに示す役割を果たす。これは、シミュレーション中に、現実世界においてユーザが加える力と同じ順序でユーザが力を加えることを可能にし、それによって、訓練増強のための身体的要素をシミュレーションに与えることができる。

インタフェースデバイス１５はさらに、図８に示すように、多種多様なビデオゲーム、またはＰＳ２、ＸＢＯＸ、およびＧＡＭＥＣＵＢＥシステム、ならびに種々のパーソナルコンピュータもしくはその他のコンピュータ（例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標） およびＡｐｐｌｅ Ｍａｃ ＯＳ Ｘオペレーティングシステムを有するパーソナルコンピュータ）を含むその他のシステムで動作可能な、ゲームコントローラとしての役割を果たすこともできる。この場合のインタフェースデバイスは、ユーザの上半身および／または下半身部分がビデオゲームと相互作用するために、アイソメトリックエクササイズを実行するようユーザに要求する、エクササイズデバイスとしての役割を果たす。

特に、エクササイズデバイス１５は、ゲームシステムの形態でシミュレーションシステム４００と連結され、ユーザがアイソメトリックエクササイズを実行してゲームシナリオを制御することができるようにするためのゲームコントローラとして機能することが好ましい。ゲームシステムは一般に、ゲームプロセッサの形態のシミュレーションプロセッサ４１４（図９）と、モニタまたはディスプレイ４１６とを含む。ゲームプロセッサは、種々のゲーム用のソフトウェアを収納するコンピュータ可読媒体（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ等）を受けるためのストレージドライブおよび／またはユニットと、ソフトウェアを実行してモニタ上にゲームを提供するための処理デバイスとを含む。ゲームシステムは、任意の従来型またはその他の処理システムもしくはゲームシステム（例えば、マイクロプロセッサシステム、パーソナルコンピュータ、ビデオゲームシステム等）によって実装され得る。例えば、ゲームシステムは、Ｓｏｎｙ社から市販されているＰＳ２、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社から市販されているＸＢＯＸ、またはＮｉｎｔｅｎｄｏ社から市販されているＧＡＭＥＣＵＢＥ等、従来型のビデオゲームによって実装され得る。

ゲームは概して、インタフェースデバイスの操作を介し、ユーザによって制御されるキャラクタまたはオブジェクトを含む。例えば、ユーザは、モニタ上に表示された仮想環境の中を移動するように、キャラクタまたは車両（例えば、自動車、飛行機、船等）の動きまたはアクションを制御することができる。インタフェースデバイスは、ユーザがゲームと相互作用することを可能にするために、複数の入力デバイス（例えば、ジョイスティック、ボタン等）を含む。ゲームシステムは、インタフェースデバイスからの信号を受信し、後述するように、インタフェースデバイス１５のユーザ操作にしたがって、キャラクタまたはオブジェクトの動きおよび／またはアクションを反映させるようにディスプレイを更新する。

インタフェースデバイス１５は、コントローラ１２０と複数の（例えば、２つ以上の）ビデオゲームシステムとの間の接続および通信を容易にするケーブルシステム２２０を含む。特に、ケーブルシステム２２０は、コントローラ１２０の裏面（例えば、ジョイスティック１２１、ボタン１２３、およびディスプレイ１２７を含むコントローラ表面とは反対側のコントローラ表面）と、コントローラハンドル１２２より上の位置において接続され、そこから延びる。ケーブルシステム２２０は、前述の米国特許出願公開公報第２００６／０２２３６３４号（Ｆｅｌｄｍａｎら）において記述されているケーブルシステムと実質的に同様であり、コントローラ内の信号プロセッサ１６４（図９）と接続された配線を受け、それを保持するために、アクセスパネルまたは扉（図示せず）を介してコントローラ１２０へ延びる柔軟な中空体２２４を含む。あるいは、ケーブルは、その他任意の適切な位置において、および／またはその他任意の適切な様式で、コントローラと接続してもよい。多数の別個に独立して延びるワイヤがケーブル体２２４内に収められ、その長さだけ延びる。ワイヤは、後述するように、コントローラ１２０の信号プロセッサ１６４と特定のビデオゲームシステムとの間に電気的接触またはリンクを提供するように構成される。

ケーブル体２２４は、コントローラ１２０から選択された距離だけ延び、略長方形の筺体２２６と接続する。多数の柔軟な中空ケーブル２２７、２３０、２４０、２５０が筺体２２６から延びる。ケーブル体２２４内の配線は、筺体２２６内に延び、該筺体は、出力ケーブル２２７、２３０、２４０、２５０のそれぞれ１つへ導かれ、それを通る配線セットへ信号を転送する。このように、筺体２２６は、ケーブル体２２４内の配線と出力ケーブルの各配線セットとの間における信号の転送のための接合位置としての役割を果たし、ここで各出力ケーブルは、対応するビデオゲームシステムのゲームコントローラポートへの接続用に構成された配線セットを含む。

各出力ケーブル２２７、２３０、２４０、２５０は、各接続プラグ２２８、２３１、２４１、２５１において終端する。接続プラグは、各ビデオゲームシステムの対応するゲームコントローラポートと接続するようにそれぞれ構成される。接続プラグは、雌雄嵌合関係でゲームコントローラポートと接続する。特に、各接続プラグは、関連する金属ピン、および／または、各コントローラポートの対応する雌型部品への挿入用に構成されたその他の接触構造体を有する雄型部品を含む。これらの接続により、接続プラグに関連付けられた配線セットと、適切な様式でビデオゲームシステムのゲームプロセッサに接続する対応する配線との間に、電気的接触を確立する。ほんの一例として、接続プラグ２５１はＧＡＭＥＣＵＢＥシステムのゲームコントローラポートと接続するように構成され、接続プラグ２４１はＸＢＯＸシステムのゲームコントローラポートと接続するように構成され、接続プラグ２３１はＰＳ２システムのゲームコントローラポートと接続するように構成され、接続プラグ２２８は（例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＷＩＮＤＯＷＳ（登録商標）またはＡｐｐｌｅ Ｍａｃ ＯＳ Ｘベースのゲームまたはその他のアプリケーションの制御を容易にするために）任意の適切なゲームシステムまたはパーソナルもしくはその他のコンピュータのユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートと接続するように構成される。しかしながら、ケーブルシステムはこの例示的な構成に限定されるものではなく、むしろ、あらゆる種類のビデオゲームまたはその他のシステムとの接続を容易にするために、任意の適切な種類および構成の、任意の適切な数（例えば、２つ以上）の接続プラグを含み得る。

ケーブルシステム２２０は、インタフェースデバイス１５とビデオゲームシステム４００との間の比較的簡単な接続を容易にするために、適切な長さ（例えば、８フィート以上）のものである。エクササイズシステムがビデオゲームシステムからかなりの距離（例えば、８フィート超）の所に位置する状況において、インタフェースデバイスは、延長ケーブルデバイス３００を用いてもよい。ケーブルデバイス３００は、前述の米国特許出願公開公報第２００６／０２２３６３４号（Ｆｅｌｄｍａｎら）において開示されているケーブルデバイスと実質的に同様であり、ケーブルシステム２２０をビデオゲームシステムと接続するために、ケーブルシステムと連結される。特に、延長ケーブルデバイス３００は、適切な長さ（例えば、約８フィート以上）だけ延び、ケーブルの第１の端部に第１の筺体３１６を、ケーブルの第２の端部に第２の筺体３２８を含む、柔軟な中空ケーブル３０２を含む。ケーブル３０２は、構成および設計がケーブルシステム２２０のケーブル２２４と実質的に同様であり、同じまたは実質的に同様の配線がケーブルを通って延びる。さらに、ケーブル３０２は、２つ以上の配線セットに共通または共有信号を転送する１本以上のワイヤを含み得る。

各筺体３１６、３２８は、構成および設計がケーブルシステム２２０の筺体２２６と実質的に同様である。各筺体は、ケーブル３０２内の配線と複数の配線セットのそれぞれとの間において、筺体２２６について上述したのと同様の様式で信号を転送するための接合位置としての役割を果たす。特に、多数の柔軟な中空ケーブル３０４、３０６、３０８、３１０が筺体３１６から延びる。筺体は、接続を容易にするために、ケーブル３０２とこれらのケーブルとの間に設置される。各ケーブル３０４、３０６、３０８、３１０は、その中の各配線セットを筺体３１６と連結し、各接続プラグ３０５、３０７、３０９、３１１において終端する。筺体は、配線セットとケーブル３０２内の適切な配線との間において信号を転送し、ケーブル３０２のワイヤの１本以上は、ケーブルによって用いられるワイヤの数量を低減させるために、ゲームシステムに共通する信号を伝達することができる。

接続プラグ３０５、３０７、３０９、３１１は、ケーブルシステム２２０の対応する接続プラグ２２７、２３１、２４１、２５１と相補的であり、それらとの接続用に構成される。また、延長ケーブルデバイス３００の接続プラグ内に設置される配線セットは、ケーブルシステム２２０の対応する接続プラグ内に設置される配線セットと同じ、または実質的に同様の配線を含む。ケーブルシステムの接続プラグと延長デバイスとは、雌雄嵌合関係で互いに接続し、ケーブルシステム２２０の各接続プラグの雄型部品は、延長ケーブルデバイス３００の対応する接続プラグの雌型部品に挿入される。これにより、ケーブルシステム内で延びる対応する配線セット対と延長ケーブルデバイスとの間における電気的接続をさらに容易にする、プラグの金属素子間（例えば、ピンと対応する受け入れレセプタクルおよび／またはその他の相補型金属接触構造体）における電気的接続が実現される。しかしながら、対応する配線セット対の間における電気的接触を容易にするために、接続プラグ間にその他任意の適切な接続を設けてもよい。

多数の柔軟な中空ケーブル３２０、３２２、３２４、３２６が筺体３２８から延びる。筺体は、接続を容易にするために、ケーブル３０２とこれらのケーブルとの間に設置される。各ケーブル３２０、３２２、３２４、３２６は、その中の各配線セットを筺体３２８と連結し、各接続プラグ３２１、３２３、３２５、３２７において終端する。筺体は、配線セットとケーブル３０２内の適切な配線との間において信号を転送し、ケーブル３０２のワイヤの１本以上は、上述したように、ケーブル３０２によって用いられるワイヤの数量を低減させるために、ゲームシステムに共通する信号を伝達することができる。接続プラグ３２１、３２３、３２５、３２７は、構成および設計がケーブルシステム２２０の対応する接続プラグ２２７、２３１、２４１、２５１と同一である。したがって、延長ケーブルデバイスの各接続プラグ３２１、３２３、３２５、３２７は、接続プラグに関連付けられた配線セットと、接続プラグが接続されるビデオゲームシステムの対応する配線との間に電気的接続を確立するために、関連する金属ピン、および／または、各コントローラポートの対応する雌型部品への挿入用に構成されたその他の接触構造体を有する雄型部品を含む。

延長ケーブルデバイスの各接続プラグ３２１、３２３、３２５、３２７へ導かれる配線のセットはさらに、ケーブルシステム２２０の対応する接続プラグの配線セットと同じまたは実質的に同様である。したがって、ケーブルシステム２２０を介する種々の接続プラグへの配線セットのマッピングは、コントローラ１２０とビデオゲームシステム４００との間における通信を提供するための、種々の配線セットの適切な距離の延長を容易にするように、延長ケーブルデバイス３００によって維持される。また、延長ケーブルデバイス３００は、延長ケーブルデバイスに設けられた接続プラグセットのいずれかと一致する接続部品を含む、任意のビデオゲームシステムおよび対応するゲームコントローラにも利用され得ることに留意されたい。これにより、延長ケーブルデバイスが、異なるビデオゲームシステムおよびゲームコントローラに存在する種々の異なる接続プラグおよび／またはポート設計用の汎用延長ケーブルとしての役割を果たすことが可能になる。

入力デバイスへの機能の選択的割り当てを可能にする、インタフェースデバイス１５用の例示的な制御回路を図９に示す。具体的には、制御回路２７５は、センサ１５０、１６０、１６５、１７５、１８５、１９５および対応する増幅器１５２、１６２、１６７、１７７、１８７、１９７と、エクササイズプロセッサ１５４と、スイッチングデバイスまたはマトリクス２５８と、信号プロセッサ１６４とを含む。従来型の電力供給装置（図示せず）が、回路部品のそれぞれに適切な電力信号を提供する。回路は、電池および／またはその他任意の適切な電源（例えば、ゲームシステム）によって電力を供給されてもよい。回路部品を作動させるための電源スイッチ（図示せず）をさらに含んでもよい。さらに回路は、ひずみゲージセンサの、センタリングおよび範囲を調整するためのトリムポテンショメータ１５３を含んでもよい。スイッチングデバイスまたはマトリクス２５８は、後述するように、コントローラ入力デバイス、コントローラエフェクタ６１０、およびエフェクタバー１１０にゲーム機能を割り当てる。

センサ１５０、１６０、１６５、１７５、１８５、１９５は、各増幅器１５２、１６２、１６７、１７７、１８７、１９７とそれぞれ接続される。センサの電気抵抗は、コントローラエフェクタ６１０およびエフェクタバー１１０の圧縮および伸張を受けて変動する。増幅器１５２、１６２、１６７、１７７、１８７、１９７は基本的に、センサ信号を（例えば、用いられるコントローラの種類と互換性がある範囲で）増幅する。増幅された電圧値は、各増幅器によってエクササイズプロセッサ１５４およびスイッチングデバイス２５８へ送られる。エクササイズプロセッサ１５４は、任意の従来型またはその他のプロセッサによって実装されることができ、一般に回路網を含み、および／または増幅器からのアナログ信号を処理のためにデジタル値に変換する。基本的に、増幅されたセンサ値はユーザによって加えられた力を表し、値が範囲最大値に向かうにつれて、より大きい加えられた力を示す。増幅されたアナログ値は、加えられた力の大きさおよび／または方向を示すために、変換されたデジタル値のビットの数に応じた範囲内（例えば、符号付き８ビットには−１２７から＋１２７、符号付き１６ビットには−３２，７６７から＋３２，７６７等）でデジタル化または定量化される。したがって、範囲最大値の方へ向かう増幅された電圧値は、定量化範囲の最大値の方へ向かうデジタル値を生み出す。

エクササイズプロセッサは、上述したような入力デバイス２５６を介してユーザから抵抗レベルおよびリセット制御を受信し、ユーザ指定の制御にしたがってインタフェースデバイス抵抗を調整するように、増幅器ゲインパラメータを制御する。特に、エクササイズプロセッサは、ユーザ入力および／またはビデオゲームシナリオにしたがう抵抗レベルを可能にするために、増幅器のゲイン制御を調整する。ゲイン制御パラメータは基本的に、増幅器入力（またはセンサ計測結果）に対し増幅器によって加えられるゲインの量を制御する。より大きい増幅値はより大きい力に対応するため、増幅器ゲインを増大させることにより、ユーザは特定の増幅された力の値を実現するために発揮する力を小さくすることができ、その結果、ユーザに対するインタフェースデバイスの抵抗を効果的に低下させる。逆に、増幅器ゲインを低減させると、ユーザは特定の増幅された力の値を実現するためにより大きい力を発揮することが必要になり、その結果、ユーザに対するインタフェースデバイスの抵抗を増大させる。エクササイズプロセッサはさらに、増幅器Ａｕｔｏ Ｎｕｌｌパラメータをゼロに、またはひずみゲージセンサの風袋に調整する。

エクササイズプロセッサはさらに、あるエクササイズまたはその他関連情報の表示を容易にするために、ディスプレイ１２７と接続される。エクササイズプロセッサは、増幅されたセンサ値を受信し、ユーザに対して表示するための種々の情報（例えば、所与の時刻において特定のエフェクタに加えられた力の程度、特定のセッション中にユーザによって実行された作業の量、抵抗レベル、時刻または経過時間、種々の軸（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚおよび／または回転軸）に加えられた力、加えられた瞬発力、持ち上げられた総重量、燃焼カロリー（例えば、実行された作業量およびユーザの体重に基づく）、抵抗レベル設定、コントローラエフェクタおよび／もしくはエフェクタバーの動きおよび／もしくはその他任意のエクササイズの程度、またはその他関連情報）を決定する。また、エクササイズプロセッサは、入力デバイス２５６から受信したリセット制御にしたがって（例えば、情報を記録するための新たなセッションを提供するために）、種々のパラメータ（例えば、抵抗、時刻、作業等）をリセットする。

スイッチングデバイス２５８は、ユーザが、後述のようなゲーム機能用に、コントローラ１２０、コントローラエフェクタ６１０、およびエフェクタバー１１０を選択的に構成することを可能にするために、制御回路２７５によって用いられ得る。スイッチングデバイス２５８は、増幅器１５２、１６２、１６７、１７７、１８７、１９７からの信号を受信し、入力デバイス、スイッチ制御ユニット２５７、ジョイスティック１２１、および信号プロセッサ１６４と連結する。ほんの一例として、エフェクタバー１１０は右コントローラジョイスティックとしての役割を果たすことができる一方で、コントローラエフェクタ６１０は左コントローラジョイスティックとしての役割を果たすことができ、ゲームに関するジョイスティックの機能は、後述のように、ユーザによって選択的に割り当てられ得る。しかしながら、コントローラエフェクタおよびエフェクタバーは、任意のジョイスティックまたはその他の入力デバイスとしての役割を果たすこともできる。

スイッチングデバイスは、増幅器１５２、１６２、１６７、１７７、１８７、１９７から情報を受信し、信号プロセッサ１６４の入力と連結される。信号プロセッサ１６４の入力は、従来、固定された様式で特定のコントローラ信号源と連結される（例えば、対応するコントローラ入力デバイスの操作を計測すること）。したがって、信号プロセッサまたはゲームプロセッサは、各入力と関連付けられたコントローラ入力デバイスが分かるので、ゲームソフトウェア内における割り当てにしたがってそれらの入力（すなわちコントローラ入力デバイス）にゲーム機能をマッピングする。スイッチングデバイスは基本的に、コントローラ入力デバイス、コントローラエフェクタ６１０、およびエフェクタバー１１０用の情報を、所望のゲーム機能に対応する信号プロセッサ入力に選択的に与えることを可能にする。例えば、ゲームソフトウェアは、自動車の加速器機能をコントローラ左ジョイスティックに割り当てることができ、左ジョイスティックからの信号を予期している特定の信号プロセッサ入力に機能をマッピングする。しかしながら、スイッチングデバイスは、コントローラエフェクタを信号プロセッサ入力に連結することができ、ゲームプロセッサは、加速器機能を表すコントローラエフェクタ情報を処理し、それによってコントローラエフェクタが機能を実行することが可能になる。したがって、種々の入力デバイス（例えば、コントローラ入力デバイス、コントローラエフェクタ、エフェクタバー等）が、ゲームソフトウェアの関与なしにゲーム機能に選択的に割り当てられ得る。

スイッチングデバイスは、エクササイズプロセッサおよびジョイスティック信号源１２５から情報を受信し、信号プロセッサ１６４の入力と連結される。スイッチングデバイスは、信号を切り替えることができる任意の従来型またはその他のデバイス（例えば、スイッチ、マルチプレクサ、プロセッサ、クロスバースイッチ、スイッチングマトリクス、ゲートアレイ、ロジック、リレー等）により、ハードウェアおよび／またはソフトウェアにおいて実装され得る。利用される特定のスイッチングデバイス実施形態は、入力デバイスの数および所望の機能の割り当てまたは混成のレベルに基づくものであってもよい。例えば、それぞれ軸に沿った動きを有するジョイスティック間で機能を交換するため（例えば、操舵機能に対応する左右のジョイスティックの動き、または加速器機能に対応する前後のジョイスティックの動きを入れ替えるため）に、２つの双極双投スイッチを利用してもよい。スイッチは基本的に、ジョイスティックの信号源１２５（例えば、軸に沿った動きを計測するポテンショメータ）を、所望の機能に対応する信号プロセッサ入力に連結する。したがって、各ジョイスティックの機能は、他方（例えば、入れ替えられたもの）によって実行されてもよいし、接続に応じて１つのジョイスティックが両方の機能（例えば、操舵および加速）を実行してもよい。混成機能に関するより複雑性の高い用途では、さらなるセレクタスイッチおよびセレクタスイッチ設定の種々の組み合わせを必要とする場合がある。

スイッチングデバイスは、アナログまたはデジタルドメインにおいて信号を切り替えることができるデバイスによって実装され得る。例えば、スイッチングデバイスは、エクササイズプロセッサから信号を受信し、信号を所望の機能に対応する信号プロセッサ入力へ導くプロセッサまたはルータによって実装され得る。これらのタスクは、ソフトウェアにおいて達成され得る。スイッチングデバイスは、スイッチ制御ユニット２５７からの制御にしたがって信号を切り替える。スイッチ制御ユニットは、コントローラ１２０上に設置された１つ以上の制御機器を含んでよく、制御機器は、スイッチングデバイスを直接的に構成するために、ユーザによって操作可能である。あるいは、スイッチ制御ユニットは、所望の機能割り当てを実現するための制御にしたがってスイッチングデバイスを制御するために、制御プロセッサを含んでもよい。制御機器は、スイッチングデバイスまたは制御プロセッサに制御信号を提供するための、任意の従来型またはその他の入力デバイス（例えば、ボタン、キー、スライド等）によって実装され得る。

スイッチングデバイスまたはスイッチ制御ユニットは、ユーザが所望の様式でコントローラを構成するための情報を入力できるようにするために、代替としてユーザインタフェースを提供することができる。インタフェースは、コントローラディスプレイ上の画面、もしくはコントローラ光、またはその他のインジケータの形態をとってもよい。さらに、インタフェースは、ディスプレイ４１６上に示されてもよいし、ゲームプロセッサ４１４によって実装されることもできる。スイッチ制御ユニットは、ユーザによって入力された構成情報を受信し、所望の構成または機能割り当てを達成するために、適切な信号を信号プロセッサ１６４に提供するよう、スイッチングデバイス２５８を制御する。

スイッチングデバイス出力およびコントローラ入力デバイス（例えば、ボタン１２３等）からの信号は、信号プロセッサ１６４内の各所定の記憶位置へ送信される。信号プロセッサは、任意の従来型またはその他のプロセッサによって実装されることができ、一般に回路網を含み、および／またはアナログ信号を処理のためにデジタル値に変換する。信号プロセッサは、情報を連続的に処理し、ゲームプロセッサへ送って実行中のゲームアプリケーションを更新および／またはそれに応答するために、所定の時間間隔（例えば、好ましくは約１０ミリ秒以下）で記憶位置をサンプリングする。

基本的に、信号プロセッサは、サンプリングされた情報を処理し、ゲームシステム４００のゲームプロセッサ４１４への送信のために適切なデータパケットに整える。信号プロセッサは、種々の較正を考慮するため、または定量化範囲内で値を適切に調整するために、任意の方式で生のデジタル値を処理することができる。データパケットは、標準的な周辺デバイス（例えば、ゲームコントローラ等）からのデータ入力に類似した形式である。例えば、プロセッサは、すべてのコントローラ入力デバイス（例えば、ジョイスティック１２１、ボタン１２３等）のステータスおよび各センサの値を含むデータパケットを構築することができる。ほんの一例として、データパケットは、ヘッダ情報、Ｘ軸に沿った対応するセンサ力およびジョイスティックの量を示すＸ軸情報、Ｙ軸に沿った対応するセンサ力およびジョイスティックの量を示すＹ軸情報、方向舵または操舵情報、スロットルまたは速度情報、ならびに入力デバイス（例えば、ボタン等）のステータスに関するさらなる情報を含み得る。さらなるパケット位置は、コントローラ、または信号プロセッサと連結されたその他の入力および／もしくはエクササイズデバイスから受信したデータと関連付けられてもよく、入力デバイスは、シナリオ用のさらなる動作基準（例えば、ユーザが入力ボタン、スロットル等を押下した際の、シナリオ内における武器の発砲）を表すことができる。ゲームプロセッサは、従来型の周辺機器（例えば、ゲームコントローラ等）から受信した情報と実質的に同じ様式で情報またはデータパケットを処理して、ゲームシステムのディスプレイ４１６上に表示された実行中のゲームアプリケーション（例えば、ゲーム等）を更新および／またはそれに応答する。

インタフェースデバイスコントローラの制御回路２７５（図９）は、ゲームコントローラとして、それぞれがケーブルシステムの配線セットおよびケーブルコネクタと関連付けられたビデオゲームシステムと効果的に通信し動作するように構成される。特に、ケーブルシステム２２０（任意で、延長ケーブルデバイス３００を含む）が上述の様式でビデオゲームシステムと接続されている場合、コントローラ信号プロセッサ１６４は、ビデオゲームシステムから１つ以上の初期電気信号（例えば、１つ以上の「ウェイクアップ」信号）を受信した際に、制御ユニット１２０が接続されている特定のビデオゲームシステムを識別する。特定のビデオゲームシステムが識別されると、コントローラ信号プロセッサは、信号を処理し、上述したようなゲームアプリケーション中におけるビデオゲームシステムへの送信およびそれによる認識のために適切なデータパケットに整える。

インタフェースデバイス１５のゲームアプリケーションに関連する動作について、図８〜９を参照して説明する。最初に、ユーザは、ケーブルシステム２２０および／または延長ケーブルデバイス３００の適切な接続プラグ（例えば、ゲームシステムと互換性がある特定の接続プラグ）を利用して、インタフェースデバイスをビデオゲームシステム４００と連結する。利用されるビデオゲームシステムおよび／または実行される特定のゲームアプリケーションに基づいて、ユーザは、上述したように、ジョイスティック、コントローラエフェクタ、エフェクタバー、および／またはその他の入力デバイスにゲーム機能を選択的に割り当てることができる。ユーザは、ユーザの身体的特徴を収容するように、インタフェースデバイス（例えば、コントローラの高さ、係合部材等）を調整することができる。インタフェースデバイスは適切な表面（例えば、床等）に載置され、ユーザは一般に、ユーザの脚部で係合部材３７０を跨ぎ、ユーザの手でコントローラハンドル１２２を把持して、基盤プラットフォーム３０１上に立つ。

初期設定シーケンス中（例えば、ビデオゲームシステムに電源が投入された際）、コントローラ１２０の信号プロセッサ１６４（図９）は、ビデオゲームシステム４００から１つ以上の初期信号を受信する。信号プロセッサは、それらの初期信号に基づいて特定のビデオゲームシステムを識別し、識別されたシステムによる認識のために適切なデータパケットにデータを整える。ゲームシステムにおいてゲームが選択および実行され、ユーザはゲームと相互作用するために、エクササイズに従事する。ユーザは、基盤プラットフォーム３０１によって支持され係合部材３７０を跨いでいるユーザの脚部と、コントローラハンドル１２２上に載せられたユーザの手とによって、インタフェースデバイスを動作させる。ユーザは、コントローラハンドルを把持し、（例えば、ゲームプロセッサによって表示されたシナリオ中のキャラクタまたはオブジェクトの）対応するゲームの動きを生み出すために、コントローラおよび／または係合部材に力を加えて、それぞれコントローラエフェクタおよび／またはエフェクタバーにひずみを与える。例えば、ユーザが前方へ傾き、係合部材を操作すると、キャラクタは前方へ移動する。さらに、ユーザは、ゲームにおいて横方向への動きを誘発するための横力を係合部材に対して及ぼし、キャラクタをうずくまらせ、または立たせるための鉛直力を係合部材に対して及ぼし、キャラクタを旋回させるための回転力を係合部材に対して及ぼすことができる。ユーザはさらに、ゲームにおけるビューポイントを制御するための力をコントローラに対して加えることができる。ＸＹ平面においてコントローラに加えられる力は、ビューおよび／または方向を制御することができ、一方、コントローラに加えられる垂直軸力は、ゲームにおけるオブジェクトの持ち上げおよび運搬を制御することができる。コントローラに加えられるねじり力は、その他のタスクのために使用され得る。ゲーム内における動きの速さは、ユーザによって加えられる力の量に由来する（例えば、より大量の加えられた力からはより早い動きが生み出される）。また、ユーザは、特定のゲームおよびユーザ機能割り当てに応じて、さらなるアクションのためにジョイスティック１２１および／またはその他のコントローラ入力デバイスを操作してもよい。

ひずみゲージセンサ１５０、１６０、１６５、１７５、１８５、１９５およびコントローラ入力デバイス（例えば、ジョイスティック、ボタン等）からの信号は、コントローラ信号プロセッサへ送信され、ビデオゲームシステム４００への転送用のデータパケットを生成する。ゲームシステムは、従来型の周辺機器（例えば、ゲームコントローラ等）から受信した情報と実質的に同じ様式で情報またはデータパケットを処理して、実行中のゲームアプリケーションを更新および／またはそれに応答する。したがって、ユーザによってコントローラエフェクタおよびエフェクタバーに加えられた力は、ユーザによってそれらのアイテムに割り当てられた機能にしたがってビデオゲームディスプレイに表示されているシナリオにおいて、対応する協調運動またはアクションをもたらす。換言すると、ユーザのエクササイズは、コントローラエフェクタおよびエフェクタバーに割り当てられた機能にしたがって、ゲーム内のキャラクタまたはオブジェクトの動きまたはアクションを更新するために、望ましいユーザアクションまたは動きをゲームシステムに示す役割を果たす。例えば、ユーザがコントローラエフェクタに加速器機能を、エフェクタバーに操舵機能を割り当てている場合、コントローラに対する前方への力の適用は加速器としての役割を果たすことができ、一方、係合部材に加えられたねじり力は、操舵機能としての役割を果たすことができる。

上述のように、インタフェースデバイス１５の制御回路２７５においては単一の信号プロセッサが実装され、信号プロセッサは、上述したような様式で、多数の異なるビデオゲームシステムと通信を行うことができる。しかしながら、本発明は、単一プロセッサの使用に限定されるものではない。むしろ、インタフェースデバイス１５は、複数のプロセッサ（例えば、２つ以上）を含んでよく、各プロセッサは、前述の特許出願および特許出願公開公報において開示されているように、インタフェースデバイスと少なくとも１つの対応するビデオゲームシステムとの間における信号の通信を可能にするように構成される。

また、インタフェースデバイス１０、１５の１つ以上のプロセッサとセンサおよび／またはシミュレーションもしくはゲームシステムとの間の電気的接続および／または通信は、上述のようなケーブルもしくは配線システムおよび／または延長ケーブルデバイスに限定されるものではない。むしろ、通信（例えば、インタフェースデバイスの１つ以上のプロセッサとゲームまたはシミュレーションシステムとの間、センサと制御回路との間等）を容易にする、任意の適切な有線および／または無線通信リンクを設けてもよい。

上記で説明し図面に示した実施形態は、アイソメトリックエクササイズシステムによる仮想現実シナリオを動作可能に制御するための方法および装置を実装する多くの手法のうち、ほんの一部のみを表していることが十分に理解されるであろう。

インタフェースデバイス１０および対応するコンポーネント（例えば、エフェクタバー、基盤、支持プラットフォーム、係合部材、カラー、接触部材、停止バー、停止具、支持部等）は、いかなる数量、サイズ、または形状のものであってもよく、いかなる方式で配置されてもよく、また、適切ないかなる材料で構築されてもよい。基盤はいかなるサイズまたは形状のものであってもよい。凹部は、いかなる数量、サイズ、または形状のものであってもよく、基盤内の任意の適切な位置に画定されてもよい。基盤は、適切ないかなる材料で構築されてもよく、任意の従来型またはその他の固定機構（例えば、ボルト、ネジ、ピン、クランプ等）を介してプラットフォームに固定されてもよい。レセプタクルは、いかなる数量、形状、またはサイズのものであってもよく、エフェクタバーを受けるために、基盤上の任意の適切な位置に設置されてもよい。係止機構は、ユーザを収容するために望ましい位置または配向でインタフェースデバイスコンポーネントを解放可能に維持するために、いかなる種類の係止デバイス（例えば、摩擦デバイス、クランプ、軸穴挿入配置等）を含んでもよい。

支持部材は、いかなる数量、形状、サイズ、または適切な材料のものであってもよく、基盤上の任意の適切な位置に、所望のいかなる配置で設置されてもよい。接触部材は、いかなる数量、形状、またはサイズのものであってもよく、適切ないかなる材料で構築されてもよく、任意の方式（例えば、「Ｔ」「Ｘ」または「Ｙ」型構成、十字またはプラス型構成、星型構成、任意の角度のずれ等）で配置されてもよい。接触部材は、ユーザの快適さのための任意の所望の発泡体またはパッドを含んでもよい。リングは、いかなる数量、形状、またはサイズのものであってもよく、適切ないかなる材料で構築されてもよく、エフェクタバーを受けるのに十分な任意の形状またはサイズの開口部を有する任意の適切なデバイスによって実装され得る。リングは、任意の従来型またはその他の固定機構（例えば、クランプ、Ｏリング等）を介してエフェクタバーに固定されてもよい。係合部材およびプラットフォームは、任意の所望のユーザの身体部分（例えば、脚部、腕部、胴体部等）を収容することができ、ユーザは、任意の適切な姿勢で（例えば、座って、立って、横たわって等）デバイスを利用することができる。

停止バーは、いかなる数量、形状、またはサイズのものであってもよく、エフェクタバーの回転またはその他の動きに対抗するために、任意の方式でエフェクタバーまたはその他のインタフェースデバイスコンポーネントに固定されてもよい。停止具は、いかなる数量、形状、またはサイズのものであってもよく、適切ないかなる材料で構築されてもよく、停止バーを制限するために、任意の適切な位置に設置されてもよい。停止具は、任意の所望の動きの範囲（例えば、停止バーの動きなしまたは静止から任意の動きの程度までの範囲）を提供するために、停止バーから任意の適切な距離の所に設置されてもよい。支持部およびカラーは、いかなる数量、形状、またはサイズのものであってもよく、適切ないかなる材料で構築されてもよく、任意の適切な位置に設置されてもよい。支持部は省略されてもよいし、任意の方式で配置され、支持プラットフォームより上の任意の適切な距離まで基盤を上げるために利用されてもよい。支持プラットフォームは、いかなる数量、サイズ、または形状のものであってもよく、適切ないかなる材料で構築されてもよい。基盤は、プラットフォーム上の任意の適切な位置に配置されてもよい。

インタフェースデバイス１５および対応するコンポーネント（例えば、コントローラエフェクタ、フレーム、基盤プラットフォーム、コントローラ等）は、いかなる数量、サイズ、または形状のものであってもよく、いかなる方式で配置されてもよく、適切ないかなる材料で構築されてもよい。基盤プラットフォームは、いかなるサイズまたは形状のものであってもよく、適切ないかなる材料で構築されてもよい。インタフェースデバイス１０の基盤は、任意の従来型またはその他の固定機構（例えば、ボルト、ネジ、ピン、クランプ等）を介して任意の適切な位置においてプラットフォームに固定されてもよい。フレームおよび装着部材は、いかなる数量、形状、またはサイズのものであってもよく、適切ないかなる材料で構築されてもよく、基盤プラットフォーム上の任意の適切な位置に設置されてもよい。レセプタクルは、コントローラエフェクタを受けるために、いかなる数量、形状、またはサイズのものであってもよい。係止機構は、ユーザを収容するために望ましい位置または配向でインタフェースデバイスコンポーネントを解放可能に維持するために、いかなる種類の係止デバイス（例えば、摩擦デバイス、クランプ、軸穴挿入配置等）を含んでもよい。コントローラアセンブリおよびインタフェースデバイス１０は、ユーザによる同時使用を可能にする、基盤プラットフォーム上の任意の適切な位置に設置されてもよい。

インタフェースデバイスのエフェクタバー、コントローラエフェクタ、および停止バーは、好ましくは、ユーザによる１つ以上のひずみまたはその他の力を受けた際に、材料の弾性限界内で計測可能なゆがみを受ける、適切ないかなる材料で構築されてもよい。エフェクタバー、コントローラエフェクタ、および停止バーは、任意の適切な幾何学的構成を有してもよく、この場合、ユーザの特定の用途のための所望の設計に適合するデバイスとなるように、２つ以上のエフェクタ（例えば、コントローラエフェクタおよび／またはエフェクタバー）が任意の適切な様式で組み合わせられてもよい。エフェクタバーおよびコントローラエフェクタは、任意の所望の配向または角度で位置付けられてもよい（例えば、レセプタクルは角度を成していてもよく、エフェクタバーおよび／またはコントローラエフェクタはレセプタクル内に斜めに設置されてもよく、エフェクタバーおよび／またはコントローラエフェクタはユーザによって任意の所望の角度に調整可能であってもよい、等）。インタフェースデバイスはさらに、シミュレーションまたはビデオゲームを制御し、ユーザにさらなるエクササイズ（例えば、サイクリング、階段機構等）を提供するために、種々のエクササイズ機構を含んでもよい。

ユーザによって加えられたひずみまたはその他の力（例えば、曲げ力、ねじり力、圧縮力、および／または引っ張り力）のうち任意の一種類以上の計測を容易にするために、任意の適切な数の任意の種類のセンサ（例えば、ひずみゲージ等）を、コントローラエフェクタ、エフェクタバー、停止バー、および／またはゲージ装着構造体に適用してもよい。インタフェースデバイスは、任意の適切な表面（例えば、床、プラットフォーム、地面等）上で利用されてもよく、ユーザの身体的特徴を収容するために、任意の種類のコンポーネントの配置（例えば、嵌め込み配置、重複配置、拡張コンポーネント等）を介して、任意の方式（例えば、任意の寸法、コントローラおよび／または係合部材の高さ等）で調整可能であってもよい。

センサは、適切ないかなる材料で構築されてもよく、エフェクタバー、コントローラエフェクタ、停止バー、および／またはゲージ装着構造体上の任意の位置に設置されてもよく、任意の適切な種類（例えば、ひずみゲージ等）のものであってもよい。さらに、センサは、オブジェクトに加えられた力を計測するために、加えられた力を受けて計測可能な様式で変動する任意の電気的、機械的、または化学的特性を含んでもよい。センサは、任意の所望の配置を含んでもよい。インタフェースデバイスは、任意の適切な数のコントローラエフェクタ、エフェクタバー、ならびに対応するコントローラエフェクタおよびエフェクタバー内に固定されたゲージ装着構造体を含んでもよい。ゲージ装着構造体は、好ましくは、曲げ、ねじり、圧縮、および／またはトルク力が、対応するコントローラエフェクタおよびエフェクタバーに加えられた結果として、弾性限界内でのそれらの変形を可能にする適切ないかなる材料で構築されてもよい。好ましくは、ゲージ装着構造体は、それぞれが同じ量および／または種類の力を受けた際に、それらが固定されているコントローラエフェクタおよびエフェクタバーよりも優れた、より従順であり、柔軟性を有する材料で構築される。ゲージ装着構造体は、好ましくは、対応するコントローラエフェクタおよび／またはエフェクタバー内における１つ以上のゲージ装着構造体の固定を容易にする、任意の適切な幾何学的構成を有してもよい。

ゲージ装着構造体は、中空であってもよいし、中実であってもよい。例えば、ゲージ装着構造体が中空である実施形態において、ひずみゲージセンサは、ゲージ装着構造体と対応するコントローラエフェクタまたはエフェクタバーとの間にある環状間隙内に延びる関連付けられた配線を有するゲージ装着構造体上の外面部に、適切な位置で固定されてもよい。あるいは、ゲージ装着構造体は中実構造体であってもよく、この場合、ひずみゲージと配線とは固定され、および／またはゲージ装着構造体の外面部から延びる。

コントローラエフェクタおよび／またはエフェクタバーからその中に設置された１つ以上のゲージ装着構造体への加えられた力の移行を容易にするために、任意の適切な種類、サイズ、および構成のひずみ移行材料が提供され得る。ひずみ移行材料は、コントローラエフェクタおよび／またはエフェクタバーからゲージ装着構造体への、加えられた力の少なくとも一部の移行を生じさせる、適切ないかなる材料で形成されてもよい。ひずみ移行材料は、それらのアイテムとゲージ装着構造体との間の選択された表面位置に接続を提供するために、対応するコントローラエフェクタおよび／またはエフェクタバー内の任意の１つ以上の適切な位置に設置されてもよい。あるいは、ゲージ装着構造体は、ゲージ装着構造体と対応するエフェクタとの間の１つ以上のひずみ移行接触面を可能-にするように、対応するコントローラエフェクタおよび／またはエフェクタバーの内部周囲面部分と摩擦によって係合する、適切なサイズおよび構成の１つ以上の外部周囲セクションを含むように設計されてもよい。

インタフェースデバイス１５用のコントローラは、いかなる形状またはサイズであってもよく、適切ないかなる材料で構築されてもよく、いかなる市販のまたはその他のゲームコントローラ（例えば、ＰＳ２、ＸＢＯＸ、ＧＡＭＥＣＵＢＥ等で使用するもの）の種類のものであってもよい。コントローラは、任意の位置に設置され、任意の方式で配置された、任意の数量の任意の種類の入力デバイス（例えば、ボタン、スライド、ジョイスティック、トラックボール等）を含んでもよい。コントローラは、入力デバイス操作にしたがって信号を生成するために、任意の数量の任意の種類の信号源デバイス（例えば、可変抵抗器またはポテンショメータ、スイッチ、接点、リレー、センサ、ひずみゲージ等）を含んでもよい。信号源は、入力デバイス用の任意の数量の軸と対応してもよい。いかなるコントローラ入力デバイスも、力感知デバイスまたはアイソメトリックデバイスとして実装されることができ、一方、コントローラ入力デバイスは、任意の適切なゲームまたはシミュレーション機能に割り当てられてもよい。コントローラは、任意の数量または組み合わせの力感知入力デバイスおよび動き入力デバイスを含んでもよい。コントローラハンドルは、いかなる数量、形状、またはサイズのものであってもよく、ユーザによって加えられた力を受けるために、任意の位置に設置されてもよい。あるいは、ユーザは、コントローラエフェクタおよび／またはエフェクタバーに直接的に力を加えることができる。コントローラはまた、特定のシミュレーションに応じて、任意のオブジェクトの形状（例えば、武器、医療またはその他の機器等）であってもよい。

コントローラエフェクタ、エフェクタバー、および／またはその他の入力デバイスには、任意の所望の入力デバイスのゲームまたはシミュレーション機能が割り当てられ得る。スイッチングデバイスは、任意の数量の、信号を切り替えることができる任意の従来型またはその他のデバイス（例えば、スイッチ、マルチプレクサ、クロスバースイッチ、アナログスイッチ、デジタルスイッチ、ルータ、ロジック、ゲートアレイ、ロジックアレイ、プロセッサ等）によって実装され得る。スイッチ制御器は、所望の機能割り当てを実現するための制御にしたがってスイッチングデバイスを制御する制御プロセッサを含んでもよい。スイッチ制御器は、スイッチングデバイスまたは制御プロセッサに制御信号を提供するために、任意の従来型またはその他の入力デバイス（例えば、プロセッサ、スライド、スイッチ、ボタン等）によって実装され得る。スイッチングデバイスまたはスイッチ制御機器は、ユーザが所望の様式でコントローラを構成するための情報を入力できるようにするために、代替としてユーザインタフェースを提供することができる。インタフェースは、コントローラディスプレイ上の画面、もしくはコントローラ光、またはその他のインジケータの形態をとってもよい。さらに、インタフェースは、ゲームまたはシミュレーションシステムディスプレイ上に示されてもよいし、シミュレーションシステムのシミュレーションまたはゲームプロセッサによって実装されることもできる。制御プロセッサは、任意の従来型またはその他のプロセッサまたは回路（例えば、マイクロプロセッサ、コントローラ等）によって実装され得る。スイッチングデバイスは、ユーザ指定の、またはその他の制御にしたがって、任意の数量の入力から任意の数量の出力へ信号を導くことができ、任意の入力デバイスおよび／またはエクササイズ機構を任意の適切なシミュレーションまたはゲーム機能にマッピングすることができる。スイッチングデバイスは、コントローラまたは制御ユニットの内部または外部に設置され得る。

シミュレーションシステムは、任意の数量の、任意のパーソナルまたはその他の種類のコンピュータまたは処理システム（例えば、ＩＢＭ互換、Ａｐｐｌｅ、Ｍａｃｉｎｔｏｓｈ、ラップトップ、パームパイロット、マイクロプロセッサ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＸＢＯＸシステム、Ｓｏｎｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＰＬＡＹ ＳＴＡＴＩＯＮ２システム、Ｎｉｎｔｅｎｄｏ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．製のＧＡＭＥＣＵＢＥシステム等のゲーム機等）によって実装され得る。シミュレーションシステムは、任意の市販のオペレーティングシステム（例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、ＯＳ／２、Ｕｎｉｘ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ等）ならびに／または市販および／もしくは特注ソフトウェア（例えば、通信ソフトウェア、アプリケーションソフトウェア等）、ならびに任意の種類の入力デバイス（例えば、キーボード、マウス、マイクロホン等）を有する専用プロセッサまたは汎用コンピュータシステム（例えば、パーソナルコンピュータ等）であってもよい。シミュレーションまたはゲームシステムは、追記型媒体（例えば、ハードディスク、メモリデバイス、ＣＤ、ＤＶＤ、またはその他のディスク等）から、またはネットワークもしくはその他の接続から（例えば、インターネットまたはその他のネットワークから）、ソフトウェアを実行することができる。

コントローラまたは制御ユニットは、センサによる力の計測結果およびその他の情報を表すデータを、コントローラまたは制御ユニットからデータパケットを受信するゲームシステムまたはホストコンピュータシステムによって認識可能な、任意の適切なデータパケット形式に整えることができる。データパケットは、任意の所望の長さのものであってもよく、任意の所望の情報を含んでもよく、任意の所望の形式で整えられてもよい。特定のセッションに関する任意の種類の情報を提供するために、任意の適切な数の、任意の種類の従来型またはその他のディスプレイを、コントローラ、制御ユニット、およびシミュレーションまたはゲームシステムに接続してもよい。ディスプレイは、制御ユニット、コントローラ、およびシミュレーションまたはゲームシステム上の、またはそれらから離れた、任意の適切な位置にあってもよい。

インタフェースデバイスのそれぞれは、ユーザの身体的特徴を収容するために、任意の種類のコンポーネントの配置（例えば、嵌め込み配置、重複配置、拡張コンポーネント等）を介して、任意の方式（例えば、任意の寸法、コントローラおよび／または係合部材の高さ、コントローラおよび／または係合部材の配向またはユーザまでの距離等）で調節可能であってもよい。

プロセッサ（例えば、制御、エクササイズ、信号、ゲームまたはシミュレーション、スイッチングデバイス等）は、任意の数量の、任意の種類のマイクロプロセッサ、処理システム、またはその他の回路網によって実装されることができ、一方、制御回路は、インタフェースデバイス上の、コントローラまたは制御ユニット内の、あるいは、インタフェースデバイスから離れた、任意の適切な位置に配置されてもよい。制御回路および／または信号プロセッサは、任意の適切な周辺機器、通信媒体、またはそれらのシステムのその他のポートを介して、１つ以上のゲームプロセッサまたはホストコンピュータシステムと接続されてもよい。信号プロセッサはさらに、デジタルデータ（例えば、センサによる力またはその他の計測結果、コントローラ情報等）を、信号プロセッサからデータパケットを受信するゲームプロセッサまたはホストコンピュータシステムによって認識可能な、任意の適切なデータパケット形式に整えることができる。データパケットは、任意の所望の長さのものであってもよく、任意の所望の情報を含んでもよく、任意の所望の形式で整えられてもよい。また、信号プロセッサは、選択された入力デバイスからのデータを、それらのデバイスのための所望の機能と関連付けられたパケット位置に置くことにより、ゲームまたはシミュレーション機能の選択的割り当てのためのパケットを整えることができる。

信号プロセッサは、任意の所望のサンプリングレート（例えば、秒、ミリ秒、マイクロ秒等）で情報をサンプリングすること、または、割り込みを受けて計測値もしくはその他の情報を受信することができる。アナログ値は、任意の所望の数量のビットまたは解像度を有するデジタル値へ変換され得る。プロセッサ（例えば、制御、信号、エクササイズ等）は、ディスプレイ、ゲームプロセッサ、またはホストコンピュータシステムへ転送するための情報を生み出すために、生のデジタル値を任意の所望の方式で処理することができる。この情報は一般に、特定のアプリケーションに依存する。計測された力またはエクササイズの動きと、力または動きを表す提供される値との間の相関関係は、任意の所望の方式で決定され得る。一例として、増幅された計測範囲は、デジタル値の解像度に対応するユニットに分割され得る。８ビットの符号なしデジタル値の場合（例えば、値が力の大きさを示す場合）、各インクリメントは、１／２５６の電圧範囲を表す。５ボルトの範囲については、各インクリメントは５／２５６ボルト、つまり約０．０２ボルトである。したがって、増幅された力の計測結果が３ボルトの場合、デジタル値は約１５０（例えば、３．０／０．２）に相当し得る。

制御回路、増幅器、センサ、トリムポテンショメータ、スイッチングデバイス、およびプロセッサ（例えば、エクササイズ、制御、信号等）を実装するために、任意の適切な数の、任意の種類の従来型またはその他の回路網を利用してもよい。増幅器は任意の所望の電圧範囲で増幅された値を生み出すことができ、一方、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換は任意の所望の解像度またはビットの数量を有するデジタル値（例えば、符号付きまたは符号なし）を生み出すことができる。制御回路は、任意の方式で配置された、任意の数量の上記またはその他のコンポーネントを含んでもよい。センサの抵抗変化は、任意の適切な従来型またはその他の回路網を介し、任意の様式で測定され得る。増幅器およびプロセッサ（例えば、エクササイズ、信号等）は、回路内において独立していてもよいし、単一ユニットとして統合されてもよい。任意の数の、任意の種類の従来型またはその他のディスプレイをプロセッサ（例えば、エクササイズ、信号、制御、シミュレーション、またはゲーム等）に接続してもよく、これらのプロセッサは、特定のセッション（例えば、力および作業を含むアイソメトリックエクササイズに起因するもの、移動した速度および距離、燃焼カロリー、持ち上げられた重量を含む運動エクササイズに起因するもの等）に関するあらゆる種類の情報を提供することができる。

制御ユニットは、いかなる数量、形状、またはサイズのものであってもよい。制御盤は、任意の適切な位置に設置された、任意の数量の任意の種類の入力デバイス（例えば、ボタン、キーパッド等）を含んでもよい。ディスプレイは、任意の数量であってもよく、制御盤上の任意の適切な位置に設置されてもよい。ディスプレイは、任意の従来型またはその他のディスプレイ（例えば、ＬＣＤ、ＬＥＤ、モニタ等）によって実装されることができ、任意の所望の情報を表示することができ、一方、入力デバイスは、任意の所望の情報またはパラメータ（例えば、ゲイン等）を入力または修正するために利用され得る。制御ユニットは、任意の所望の方式（例えば、有線、無線等）でインタフェースデバイスおよびシミュレーションシステムと通信を行い、任意の所望の形式またはプロトコルで任意の適切な情報を転送することができる。

コントローラおよび／または制御ユニットの制御回路および／または信号プロセッサは、任意の適切な周辺機器、通信媒体、またはそれらのシステムのその他のポートを介して、ビデオゲームまたはホストコンピュータシステムの１つ以上のゲームまたはシミュレーションプロセッサと接続され得る。インタフェースデバイスと制御ユニットとの間、およびインタフェースデバイス（または制御ユニット）とビデオゲームまたはシミュレーションシステムとの間の通信を容易にするために、任意の適切な数および種類の、有線および／または無線デバイスが設けられ得る。例えば、２つ以上のビデオゲームシステムとの接続を容易にするために、各ケーブルが１本以上のワイヤを有する１つ以上の適切な配線セットを含む、任意の適切な数のケーブルを設け、互いに接続するように構成することができる。ケーブルシステムと延長ケーブルデバイスとのケーブル接合は、ケーブル内のワイヤと配線セットとの間において、任意の方式（例えば、ワイヤの直接接続、端子との接続等）で信号を転送することができる。ケーブルの配線は、任意の数量の配線セットと接続されてもよく、ケーブル配線は、１本以上のワイヤを利用して、ケーブルにおいて用いられるワイヤの数量を低減させるために、任意の数量の配線セットワイヤに共通するゲーム信号を転送することができる。あるいは、ケーブルは、各配線セットワイヤ用の専用ワイヤを含んでもよい。ケーブル内に延びる配線と別個のケーブルへの転送用の配線セットとの間における信号の転送を容易にするために、任意の適切な数および種類の筺体またはその他の構造体を、１本以上のケーブルと接続してもよい。ゲームコントローラと１つ以上の異なるビデオゲームシステムとの間の接続および通信リンクを容易にするために、任意の適切な数および種類のコネクタ（例えば、雄型および／または雌型接続プラグ）を設けてもよい。ケーブルシステムおよび延長ケーブルデバイスは、任意の適切な長さのケーブルを含み得る。ウェイクアップ信号は、ゲームシステムを識別するために、任意の信号または所望の情報（例えば、電圧または電流レベル、ゲームシステム識別子等）を含み得る。

コントローラまたは制御ユニットおよび／または１つ以上のビデオゲームまたはシミュレーションシステムとの、ならびにインタフェースデバイスおよび制御ユニットとの接続のために、任意の適切な種類の信号（例えば、ＲＦおよび／またはＩＲ）の送信および／または受信を行う、任意の適切な数および種類の無線通信リンク（例えば、送信機、受信機、および／または送受信機）を設けてもよい。コントローラまたは制御ユニットと１つ以上のビデオゲームまたはシミュレーションシステムとの間における通信を容易にするために、１つ以上の信号プロセッサを１つ以上の無線通信リンクと接続してもよい。また、通信デバイス（例えば、送受信機）、接続プラグ、および／または１つ以上のビデオゲームもしくはシミュレーションシステムと接続するその他の接続構造体内に、１つ以上の信号プロセッサを設けてもよく、信号プロセッサは、それらが接続されているビデオゲームまたはシミュレーションシステムを識別し、互いにリンクされたコントローラおよび／またはビデオゲームもしくはシミュレーションシステムによる認識用に、データ送信を変換するように構成される。

さらに、業界標準の部品を使って組み立てられ、任意の選択された種類のコントローラおよびビデオゲームまたはシミュレーションシステムと接続するように構成されたユニバーサルアダプタを設けてもよく、ユニバーサルアダプタは、特定のビデオゲームまたはシミュレーションシステムを識別するため、ならびに、コントローラおよびユニバーサルアダプタを介してコントローラと接続された特定のゲームシステムまたはシミュレーションシステムのそれぞれによる認識用にデータ送信を効果的に変換するために、１つ以上の適切な信号プロセッサを含む。ユニバーサルアダプタは、無線通信を容易にするために、１つ以上の配線セットを収めるための、１本以上のケーブルおよび／または１つ以上の適切な無線通信デバイス（例えば、送信機、受信機、および／または送受信機等）を含んでもよい。

ビデオゲームまたはシミュレーションシナリオを増強するために、インタフェースデバイスに任意の適切な数のさらなる入力デバイスを設けてもよい。入力デバイスは、システム動作中にユーザによってアクセス可能な任意の適切な数の制御盤上に設けられてもよく、任意の適切な構成（例えば、ボタン、スイッチ、キーパッド等）を有してもよい。エクササイズ機構（例えば、フットペダル、階段、スキー型エクササイズ器具、トレッドミル等）は、コントローラエフェクタおよびエフェクタバーによって提供されるアイソメトリックエクササイズ機能に加えて、またはそれらの代わりに、任意のアイソキネティックおよび／またはアイソトニックエクササイズ機能を提供することができる。エクササイズ機構は、上述した様式で、任意の所望のゲームまたはシミュレーション機能に割り当てられることができ、さらにエクササイズプロセッサによって抵抗制御されてもよく、この場合、制御信号が抵抗もしくは制動デバイスに送信され得るか、またはユーザに必要な力の量が修正され得る。

コントローラエフェクタ、エフェクタバー、および／またはエクササイズ機構の抵抗レベルは、増幅器またはその他のパラメータを調整することによって制御され得る。あるいは、抵抗レベルは、ユーザによって入力された閾値に基づいて制御され得る。例えば、プロセッサ（例えば、エクササイズおよび／または信号プロセッサ）は、ゲームプロセッサまたはホストコンピュータへ送られるデータパケットに適切なデータ値を割り当てる前に、閾値抵抗レベルの実現を必要とするように構成されてもよく、レベルは、ユーザによって１つ以上のエフェクタに加えられたひずみ力の量、または、エクササイズ機構に加えられた動きまたは力の量（例えば、階段上りまたはペダリングの割合）に比例する。抵抗の変化に対する閾値の値は、適切な入力デバイス（例えば、キーパッド）を介し、ユーザによってプロセッサに入力され得る。

インタフェースデバイスおよび／またはプロセッサ（例えば、制御、エクササイズ、ゲームまたはシミュレーション、信号、スイッチングデバイス等）のソフトウェアは、任意の所望のコンピュータ言語で実装されることができ、本願に包含される機能記述に基づいて、コンピュータおよび／またはプログラミング分野の当業者によって開発され得ることを理解されたい。さらに、本願において種々の機能を実行するソフトウェアについて言及する場合には概して、ソフトウェア制御下においてそれらの機能を実行するコンピュータシステムまたはプロセッサをいう。プロセッサ（例えば、制御、エクササイズ、信号、スイッチングデバイス等）は、代替として、ハードウェアまたはその他の処理回路網によって実装されてもよいし、ゲームプロセッサまたはホストシステムにおいて、センサおよび／または入力デバイスの情報または信号を受信するソフトウェアおよび／またはハードウェアモジュールとして実装されてもよい。プロセッサ（例えば、制御、エクササイズ、信号、ゲームまたはシミュレーション、スイッチングデバイス等）の種々の機能は、任意の数量（例えば、１つ以上）のハードウェアおよび／またはソフトウェアモジュールまたはユニット、プロセッサ、コンピュータまたは処理システムまたは回路網の間において任意の様式で分配されることができ、それらのプロセッサ、コンピュータまたは処理システムまたは回路網は、互いにローカルまたはリモートに設置され、任意の適切な通信媒体（例えば、ＬＡＮ、ＷＡＮ、イントラネット、インターネット、ハードワイヤ、モデム接続、無線等）を介して通信を行うことができる。上述したソフトウェアおよび／またはアルゴリズムは、本願に記載の機能を達成する任意の様式で修正され得る。

「上方へ」「下方へ」「頂」「底」「側」「前」「後」「上」「下」「垂直」「水平」「高さ」「幅」「長さ」「前方へ」「後方へ」「左」「右」等の用語は、本願においては、単に基準点を説明するためにのみ使用されるものであり、本発明を何ら特定の配向または構成に限定するものではない。

本発明のインタフェースデバイスは、上述したゲームまたはシミュレーションアプリケーションに限定されるものではなく、あらゆる処理システム、ソフトウェア、またはアプリケーション用の周辺機器として利用され得る。コントローラエフェクタおよびエフェクタバーは、個別に、任意の組み合わせで（例えば、インタフェースデバイスにおいて、任意の数量のエフェクタバーおよびコントローラエフェクタが利用され得る）、または、任意のその他のエクササイズもしくは入力デバイスとの任意の組み合わせで利用されてもよく、これらのエフェクタおよび／またはエクササイズデバイスは、任意の所望のシミュレーションまたはゲーム機能を（例えば、スイッチングデバイス等を使用することによって）制御するために割り当てられてもよい。さらに、インタフェースデバイス１０は、シミュレーションまたはゲームシステムと直接的にインタフェースをとるために、任意の所望の情報の入力が可能なコントローラを含み得る。さらに、インタフェースデバイス１０およびコントローラアセンブリは、シミュレーションまたはゲームのために、それぞれ任意の適切な表面（例えば、プラットフォーム、地面、床、壁等）に装着されてもよい。また、集団参加を提供するために、複数のインタフェースデバイス１０、１５を、シミュレーションまたはゲームのために（例えば、ローカルまたはワイドエリアネットワークを介してローカルまたはリモートに通信を行う、インタフェースデバイスまたは対応するシミュレーションもしくはゲームシステムを介して）ローカルまたはリモートで利用してもよい。

前述の説明から、本発明は、アイソメトリックエクササイズシステムによって仮想現実シナリオを動作可能に制御するための新規の方法および装置を利用可能にするものであり、アイソメトリックエクササイズシステムは、身体訓練シミュレーションまたはビデオゲームプレイに身体的要素を与えるための、シミュレーションまたはビデオゲーム用のコントローラとしての役割を果たすことが十分に理解されるであろう。

仮想現実シナリオをアイソメトリックエクササイズシステムによって動作可能に制御するための、新しい、および改良された方法および装置の好適な実施形態について説明したが、本願に記述の教示を考慮して、当業者はその他の修正形態、変形形態、および変更に想到すると考えられる。したがって、そのような変形形態、修正形態、および変更はすべて、添付の特許請求の範囲によって定義されるような、本発明の範囲内にあると考えられることを理解されたい。

図１は、シミュレーションシステムと連結された、本発明によるインタフェースデバイスの斜視図である。 図２は、図１のインタフェースデバイスの斜視図である。 図３Ａは、図１のインタフェースデバイスのエフェクタバーの、断面における側面図である。 図３Ｂは、図１のインタフェースデバイスの底面斜視図である。 図４は、図１のインタフェースデバイス用の制御ユニットの正面平面図である。 図５は、図１のインタフェースデバイス用の例示的な制御回路の略ブロック図である。 図６は、本発明による図１のインタフェースデバイスの、代替的な実施形態の斜視図である。 図７は、図６のインタフェースデバイス用の例示的な制御回路の略ブロック図である。 図８は、ビデオゲームシステムとの接続用に構成された、図６のインタフェースデバイスの斜視図である。 図９は、図８のインタフェースデバイス用の例示的な制御回路の略ブロック図である。

Claims (46)

1. ユーザの身体的活動にしたがって、ホスト処理システムの仮想現実シナリオを操作するための周辺機器としての役割を果たすアイソメトリックエクササイズシステムであって、
   基盤と、
   ユーザの下半身部分と接触し、ユーザの下半身部分に等尺性の抵抗を提供するための第１のエフェクタであって、該基盤に固定され、該ユーザの下半身部分によって加えられた力を受ける第１のエフェクタと、
   該ユーザによって該システムに加えられた少なくとも１つの力を計測するために、該システムの選択された位置と連結された少なくとも１つのセンサであって、該第１のエフェクタに加えられた該力は、少なくとも１つのセンサによって計測される計測可能な変形を生じさせる、センサと、
   該仮想現実シナリオの操作を容易にするための制御ユニットであって、該制御ユニットは、該少なくとも１つのセンサと連結され、かつプロセッサを含み、該プセッサは、該少なくとも１つのセンサによって計測された加えられた力の情報に対応するデータを受信し、処理し、該ユーザによる該システムの操作にしたがって該仮想現実シナリオを制御するために、情報を該ホスト処理システムへ転送する、制御ユニットと
   を備える、システム。
2. 前記第１のエフェクタは、前記ユーザの下半身部分を係合させるために複数の接触部材を含み、該接触部材は、互いに角度変位され、該第１のエフェクタを受け取るための開放中心部を形成するように配置される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記制御ユニットは、前記第１のエフェクタのユーザ操作に関する情報を表示するために、少なくとも１つのディスプレイをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記プロセッサはさらに、前記計測された加えられた力に基づいて、前記ユーザによって適用された作業量と該ユーザによって燃焼されたカロリー量とのうちの少なくとも１つに関する情報を決定し、該決定された情報を表示するように少なくとも１つのディスプレイを制御する、請求項３に記載のシステム。
5. 前記プロセッサはさらに、前記仮想現実シナリオとのユーザの相互作用を容易にするために、前記ユーザによって前記第１のエフェクタに加えられなければならない前記少なくとも１つの力の量を選択的に調整する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記制御ユニットは、前記ユーザによって前記第１のエフェクタに加えられなければならない前記少なくとも１つの力の前記量を入力するために、抵抗入力デバイスをさらに含む、請求項５に記載のシステム。
7. 前記ホスト処理システムは、ゲームシステムを含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記ホスト処理システムは、シミュレーションシステムを含む、請求項１に記載のシステム。
9. 前記シミュレーションシステムは、軍事訓練シミュレーションを提供する、請求項８に記載のシステム。
10. 前記仮想現実シナリオを表示するためのディスプレイをさらに含み、前記ユーザは、前記第１のエフェクタを操作し、武器を取り扱い、該仮想現実シナリオと相互作用して前記軍事訓練を実行する、請求項９に記載のシステム。
11. 前記ディスプレイは、頭装着型ディスプレイを含む、請求項１０に記載のシステム。
12. ユーザの上半身部分と接触し、それに等尺性の抵抗を提供するための第２のエフェクタであって、前記基盤に固定され、該ユーザの上半身部分によって加えられた力を受ける第２のエフェクタをさらに含み、該第２のエフェクタに加えられた該力は、少なくとも１つのセンサによって計測される計測可能な変形を生じさせる、請求項１に記載のシステム。
13. 前記制御ユニットは、前記第２のエフェクタに装着され、かつ前記仮想現実シナリオを操作するために少なくとも１つの入力デバイスをさらに含み、前記プロセッサは、前記ユーザによる該少なくとも１つの入力デバイスの操作にしたがって前記仮想現実シナリオを制御するために、情報を前記ホスト処理システムへ転送する、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記制御ユニットは、前記ユーザにより前記第２のエフェクタに加えられた前記少なくとも１つの力を直接的に受けるために、ハンドルを含む、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記制御ユニットは、前記第１および第２のエフェクタのうちの少なくとも１つのユーザ操作に関する情報を表示するために、ディスプレイをさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
16. 前記プロセッサはさらに、前記計測された加えられた力に基づいて、前記ユーザによって適用された作業量、該ユーザによって持ち上げられた重さの量、および該ユーザによって燃焼されたカロリー量のうちの少なくとも１つに関する情報を決定し、該決定された情報を表示するように前記ディスプレイを制御する、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記プロセッサはさらに、前記仮想現実シナリオとのユーザの相互作用を容易にするために、前記ユーザによって前記第１および第２のエフェクタのうちの少なくとも１つに加えられなければならない前記少なくとも１つの力の量を選択的に調整する、請求項１２に記載のシステム。
18. 前記制御ユニットは、前記ユーザによって前記第１および第２のエフェクタのうちの少なくとも１つに加えられなければならない前記少なくとも１つの力の量を入力するために、抵抗入力デバイスをさらに含む、請求項１２に記載のシステム。
19. 前記ホスト処理システムはシミュレーションシステムを含み、前記制御ユニットは、該シミュレーションのオブジェクトの動作をシミュレートする、請求項１３に記載のシステム。
20. 前記シミュレーションシステムは軍事訓練シミュレーションを提供し、前記制御ユニットは武器の動作をシミュレートする、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記仮想現実シナリオは該シナリオの操作を可能にする複数の機能を含み、前記制御ユニットは、該操作機能をそれぞれ制御するために、前記第１のエフェクタ、前記第２のエフェクタ、および少なくとも１つの入力デバイスのうちの少なくとも１つを該操作機能に割り当てる、割り当てモジュールをさらに含む、請求項１３に記載のシステム。
22. 前記ホスト処理システムはゲームシステムを含む、請求項１３に記載のシステム。
23. 前記制御ユニットはゲームコントローラを含む、請求項２２に記載のシステム。
24. ホスト処理システムの仮想現実シナリオを操作するための周辺機器としての役割を果たすエクササイズシステムを利用して、身体的活動を実行する方法であって、
    該エクササイズシステムは、基盤と、該基盤に固定された第１のエフェクタと、該エクササイズシステムの選択された位置と連結された少なくとも１つのセンサと、該仮想現実シナリオの操作を容易にするための制御ユニットであって、プロセッサを含む制御ユニットとを含み、
    該方法は、
    （ａ）ユーザによって該エクササイズシステムに加えられた少なくとも１つの力を計測するステップであって、該第１のエフェクタはユーザの下半身部分に等尺性の抵抗を提供し、該ユーザの下半身部分によって加えられた力を受け、該ユーザによって該第１のエフェクタに加えられた該力は、少なくとも１つのセンサによって計測できる計測可能な変形を生じさせる、ステップと、
    （ｂ）該少なくとも１つのセンサによって計測された加えられた力の情報に対応するデータを該プロセッサによって処理するステップと、
    （ｃ）該ユーザによる該エクササイズシステムの操作にしたがって該仮想現実シナリオを制御するために、情報を該制御ユニットから該ホスト処理システムへ転送するステップと
    を含む、方法。
25. 前記第１のエフェクタは、互いに角度変位され、開放中心部を形成するように配置された複数の接触部材を含み、ステップ（ａ）は、
    （ａ．１．１）ユーザの下半身部分を該接触部材と係合させるステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記制御ユニットは、少なくとも１つのディスプレイをさらに含み、ステップ（ｂ）は、
    （ｂ．１）前記第１のエフェクタのユーザ操作に関する情報を表示するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
27. ステップ（ｂ．１）は、
    （ｂ．１．１）前記計測された加えられた力に基づいて、前記ユーザによって適用された作業量と該ユーザによって燃焼されたカロリー量とのうちの少なくとも１つに関する情報を決定し、該決定された情報を表示するように少なくとも１つのディスプレイを制御するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
28. ステップ（ａ）は、
    （ａ．１）前記仮想現実シナリオとのユーザの相互作用を容易にするために、前記ユーザによって前記第１のエフェクタに加えられなければならない前記少なくとも１つの力の量を選択的に調整するステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
29. 前記制御ユニットは、抵抗入力デバイスをさらに含み、ステップ（ａ．１）は、
    （ａ．１．１）前記ユーザによって前記第１のエフェクタに加えられなければならない前記少なくとも１つの力の前記量を、該抵抗入力デバイスから受け取るステップをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
30. 前記ホスト処理システムは、ゲームシステムを含む、請求項２４に記載の方法。
31. 前記ホスト処理システムは、シミュレーションシステムを含む、請求項２４に記載の方法。
32. 前記シミュレーションシステムは、軍事訓練シミュレーションを提供する、請求項３１に記載の方法。
33. 前記シミュレーションシステムは、前記仮想現実シナリオを表示するためのディスプレイをさらに含み、ステップ（ａ）は、
    （ａ．１）武器を取り扱う前記ユーザによって前記第１のエフェクタに加えられた力を受け、前記表示された仮想現実シナリオと相互作用し、前記軍事訓練を実行するステップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
34. 前記ディスプレイは、頭装着型ディスプレイを含む、請求項３３に記載の方法。
35. 前記エクササイズシステムは、前記基盤に固定された第２のエフェクタをさらに含み、ステップ（ａ）は、
    （ａ．１）前記ユーザによって前記第１および該第２のエフェクタのうちの少なくとも１つに加えられた少なくとも１つの力を計測するステップであって、該第２のエフェクタはユーザの上半身部分に等尺性の抵抗を提供し、該ユーザの上半身部分によって加えられた力を受け、該ユーザによって該第２のエフェクタに加えられた該力は、少なくとも１つのセンサによって計測できる計測可能な変形を生じさせる、ステップをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
36. 前記制御ユニットは、前記第２のエフェクタに装着され、前記仮想現実シナリオを操作するために少なくとも１つの入力デバイスをさらに含み、ステップ（ｃ）は、
    （ｃ．１）前記ユーザによる前記少なくとも１つの入力デバイスの操作にしたがって前記仮想現実シナリオを制御するために、情報を前記ホスト処理システムへ転送するステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
37. 前記制御ユニットは、前記ユーザにより前記第２のエフェクタに加えられた少なくとも１つの力を直接的に受けるためにハンドルを含み、ステップ（ａ．１）は、
    （ａ．１．１）該ユーザによって該ハンドルに加えられた少なくとも１つの力によって引き起こされた、該第２のエフェクタの前記変形を計測するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
38. 前記制御ユニットはディスプレイをさらに含み、ステップ（ｂ）は、
    （ｂ．１）前記第１および第２のエフェクタのうちの少なくとも１つのユーザ操作に関する情報を表示するステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
39. ステップ（ｂ．１）は、
    （ｂ．１．１）前記計測された加えられた力に基づいて、前記ユーザによって適用された作業量、該ユーザによって持ち上げられた重さの量、および該ユーザによって燃焼されたカロリー量のうちの少なくとも１つに関する情報を決定し、該決定された情報を表示するように前記ディスプレイを制御するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
40. ステップ（ａ．１）は、
    （ａ．１．１）前記仮想現実シナリオとのユーザの相互作用を容易にするために、前記ユーザによって前記第１および第２のエフェクタのうちの少なくとも１つに加えられなければならない前記少なくとも１つの力の量を選択的に調整するステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
41. 前記制御ユニットは、抵抗入力デバイスをさらに含み、ステップ（ａ．１．１）は、
    （ａ．１．１．１）前記ユーザによって前記第１および第２のエフェクタのうちの少なくとも１つに加えられなければならない前記少なくとも１つの力の前記量を、該抵抗入力デバイスから受け取るステップをさらに含む、請求項４０に記載の方法。
42. 前記ホスト処理システムはシミュレーションシステムを含み、前記制御ユニットは、該シミュレーションのオブジェクトの動作をシミュレートする、請求項３６に記載の方法。
43. 前記シミュレーションシステムは軍事訓練シミュレーションを提供し、前記制御ユニットは武器をシミュレートする、請求項４２に記載の方法。
44. 前記仮想現実シナリオは該シナリオの操作を可能にする複数の機能を含み、ステップ（ｂ）は、
    （ｂ．１）該操作機能をそれぞれ制御するために、前記第１のエフェクタ、前記第２のエフェクタ、および少なくとも１つの入力デバイスのうちの少なくとも１つを該操作機能に選択的に割り当てるステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
45. 前記ホスト処理システムはゲームシステムを含む、請求項３６に記載の方法。
46. 前記制御ユニットはゲームコントローラを含む、請求項４５に記載の方法。

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