JP2010042085A - 情報処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザーがゴルフ・スウィングしたときのボールの動きを、実際のゴルフ・コースなどの遠隔地で好適に再現する。
【解決手段】情報処理システム１は、ユーザー操作を入力する入力部と、入力されたユーザー操作データを伝送するための伝送部と、伝送部を介して取得したユーザー操作データに基づいて遠隔操作を実現する出力部で構成される。入力部は、ユーザーがその場にいて、クラブを握ってゴルフ・ボールを実際に打撃するためのローカルな作業環境１０に相当する。出力部は、実際のゴルフ・コース上でユーザーによる打撃動作に応じてゴルフ・ボールを射出する遠隔地２０に相当する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ユーザーからの入力操作に応じた情報処理を行なう情報処理システムに係り、特に、ユーザー操作を捕捉してデータ転送し遠隔地でユーザー操作に応じた遠隔操作を行なう情報処理システムに関する。

さらに詳しくは、本発明は、ユーザーが道具を用いて対象物の外力を加える動作を遠隔地で再現する情報処理システムに係り、特に、ユーザーが道具を介して加えた外力による対象物の動作を遠隔地で再現する情報処理システムに関する。

医療やその他の特殊技能の習得、小宇宙や海洋、あるいは原子炉などの特殊若しくは危険な環境での作業において、仮想技術や遠隔技術が適用される。

仮想技術として、ハプティック・デバイスを用いて実際に触手できない環境の物体への３次元の力覚・触覚を提示することが知られている。例えば、シリアル・リンクを用いたペン型のハプティック・デバイスを用いて力覚・触覚を提示することが一般的である。ユーザーはペン型の先端部を把持し、ここに３軸力乃至６軸力のモーメントの提示が行なわれる（例えば、非特許文献１を参照のこと）。あるいは、シリアル・リンクの剛性不足を解消する構造として、パラレル・リンク構造を用いて３軸力乃至６軸力モーメントの提示を行なうハプティック・デバイスも提案されている（例えば、特許文献１を参照のこと）。また、操作者の手首などに軽量でウェアラブルな装置を取り付けて、仮想空間の環境の下で、操作者への力覚提示を可能にする仮想空間システムについて提案がなされている（例えば、特許文献２を参照のこと）。

他方、遠隔技術として、遠隔地にある人型のロボット装置をあたかもユーザーがその場にいるように操作するという、マスター・スレーブ動作方式のものが一般的であり、例えば遠隔医療や遠隔重機などが知られている。

例えば、オペレーター・コントローラーの作業スペース内で可動のハンド入力装置を有するマスター・コントローラーと、手術用エンド・エフェクターを持ったスレーブ・アームを含むマニピュレーターと、エンド・エフェクターに作動可能に連結された少なくとも１つの駆動サーボであって、スレーブ制御信号に応じて手術作業スペース内のエンド・エフェクターを移動させる前記駆動サーボ、手術作業スペース内で可動の視野を持ったイメージ取得装置を含むイメージング・システムであって、視野を示す位置信号を発生する前記イメージング・システム、及びマスター・コントローラーをスレーブ・アームに連結するプロセッサーであって、変換によりオペレーター作業スペース内の入力装置を手術作業スペース内のエンド・エフェクターとマッピングすることにより、スレーブ制御信号を発生し、イメージング・システムの位置信号に応じて該変換を導出する前記プロセッサーを備える手術ロボット・システムについて提案がなされている（例えば、特許文献３を参照のこと）。

ユーザー若しくはオペレーターがロボット装置の遠隔操作を行なうマスター・スレーブ動作方式の遠隔技術において、ユーザーが手に道具を持って所定の対象物に対して外力を加えるような動作を行なう場合、ロボット装置のアームのエンド・エフェクターに同様の道具を把持させ、ユーザーの腕の動きを追従させることになる。しかしながら、ユーザーの道具に対する動作だけでなく、対象物の動きも再現しなければならず、高精度な再現は困難なものである。

例えば、他関節構造体を人間の体に取り付けて、ゴルフ・スウィングなどを行なう際の基準部を中心とした頭部、左右の手、足、腕、脚の位置関係と形状をリアルタイムで把握し、そのデータを有線通信あるいは無線通信により遠隔地など外部に伝達して外部のロボットや機械の制御を行なうシステムについて提案されている（例えば、特許文献４を参照のこと）。同システムによれば、人間が行なったゴルフ・スウィングの動作を遠隔地などの外部のロボットで再現することはできても、ゴルフ・スウィングを行なった結果としてどのようなボールの動きが得られるのか何ら示唆されていない。

また、遠隔制御されるゴルファが小型コースでプレイをする模擬ゴルフ・ゲームについて提案されているが（例えば、特許文献５を参照のこと）、小型コースという仮想環境でゴルファの動作を仮想的に再現するものに他ならず、プレイ中のボールの動きを遠隔のゴルフ・コース上で再現するものではない。

特許第３３２９４４３号公報 特開２００２−３０４２４６号公報 特開２００５−２６１９５６号公報 特開２００８−５５５４４号公報 特表平８−５０９６４３号公報 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｅｎｓａｂｌｅ．ｃｏｍ／ｈａｐｔｉｃ−ｐｈａｎｔｏｍ−ｄｅｓｋｔｏｐ．ｈｔｍ（平成２０年８月４日現在）

本発明の目的は、ユーザー操作を捕捉してデータ転送し遠隔地でユーザー操作に応じた遠隔操作を好適に行なうことができる、優れた情報処理システムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、ユーザーが道具を用いて対象物の外力を加える動作を遠隔地で好適に再現することができる、優れた情報処理システムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、ユーザーが道具を介して加えた外力による対象物の動作を遠隔地で好適に再現することができる、優れた情報処理システムを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、ユーザーがゴルフ・スウィングしたときのボールの動きを、実際のゴルフ・コースなどの遠隔地で好適に再現することができる、優れた情報処理システムを提供することにある。

本願の請求項１に記載の発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、
作業環境においてユーザーが操作を行なった対象物の動き情報を入力する入力部と、
前記作業環境とは離間した遠隔地において同じ対象物を保持し、前記入力部から受信した動き情報を基に、ユーザーが操作を行なった対象物の動きを再現する出力部と、
を具備することを特徴とする情報処理システムである。

但し、ここで言う「システム」とは、複数の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。

本願の請求項２に記載の情報処理システムは、前記入力部が、ユーザーが操作を行なった対象物の動きを撮影するカメラと、前記カメラで撮影した画像信号を処理して対象物の動きを検出して対象物の速度及び角度を含む動き情報を生成する検出器を備えるとともに、前記出力部が、前記入力部から受信した動き情報を速度及び角度を含む制御値に変換する動き制御値変換器と、前記制御値に従って対象物を射出する射出機を備えている。

また、本願の請求項３に記載の情報処理システムは、前記出力部が、前記遠隔地の風景を撮影する投影用カメラを備えるとともに、前記入力部は、投影映像をユーザーに提示する投影スクリーンと、前記投影用カメラの撮影映像を前記投影スクリーン上に投影する投影機を備えている。

また、本願の請求項４に記載の情報処理システムでは、前記射出機は、前記対象物を所望の速度で射出する打ち出し機と、前記打ち出し機を回動可能に搭載する回転雲台で構成されている。ここで、前記打ち出し機は、前記動き制御値変換器が出力する速度制御値に従って前記対象物を射出する。また、前記回転雲台は、前記動き制御値変換器が出力する角度制御値だけ前記打ち出し機の射出方向を回転させる。

本願の請求項５に記載の情報処理システムでは、前記打ち出し機は、前記対象物を導くガイドと、前記ガイドの途上で前記対象物を係止するストッパーと、

モーターによって回転され、前記ストッパーを解除して投入される前記対象物の外周に周速度を与えるゴム・タイヤを備えている。

本願の請求項６に記載の情報処理システムでは、受信した動き情報で指定される速度が前記モーターの回転速度の下限で前記ゴム・タイヤが与える周速度以下となる場合には、前記モーターの駆動電力を停止した後の経過時間に応じた回転余力を用いて前記の指定される速度を前記対象物に与えるようになっている。

本願の請求項７に記載の発明は、
対戦相手と向き合って競うタイプのゲームにおける自陣内で、ユーザーが操作を行なった対象物の動き情報を入力する入力部と、
前記自陣内でユーザーが操作を行なった対象物を回収する対象物回収部と、 前記ゲームにおける相手陣内で、前記入力部から受信した動き情報を基に、ユーザーが操作を行なった対象物の動きを再現する出力部と、
前記ゲームにおける相手陣内で、前記ユーザーの対戦相手操作を行なった対象物の動き情報を入力する第２の入力部と、
前記自陣内で、前記第２の入力部から受信した動き情報を基に、前記対戦相手が操作を行なった対象物の動きを、前記対象物回収部で回収された対象物を用いて再現する第２の出力部と、
を具備することを特徴とする情報処理システムである。

本願の請求項８に記載の情報処理システムは、前記入力部は、ユーザーが操作を行なった対象物の動きを撮影するカメラと、前記カメラで撮影した画像信号を処理して対象物の動きを検出して対象物の速度及び角度を含む動き情報を生成する検出器を備え、前記出力部は、前記入力部から受信した動き情報を速度及び角度を含む制御値に変換する動き制御値変換器と、前記制御値に従って対象物を射出する射出機を備えるとともに、前記第２の入力部は、前記対戦相手が操作を行なった対象物の動きを撮影する第２のカメラと、前記第２のカメラで撮影した画像信号を処理して対象物の動きを検出して対象物の速度及び角度を含む動き情報を生成する第２の検出器を備え、前記第２の出力部は、前記第２の入力部から受信した動き情報を速度及び角度を含む制御値に変換する第２の動き制御値変換器と、前記制御値に従って対象物を射出する第２の射出機を備えている。

また、本願の請求項９に記載の情報処理システムは、前記第２の入力部は、前記相手陣を撮影する投影用カメラをさらに備え、前記第２の出力部は、投影映像をユーザーに提示する投影スクリーンと、前記投影用カメラが撮影した前記相手陣の映像を前記投影スクリーン上に投影する投影機をさらに備えている。

また、本願の請求項１０に記載の情報処理システムでは、前記射出機及び第２の射出機は、前記対象物を所望の速度で射出する打ち出し機と、前記打ち出し機を回動可能に搭載する回転雲台で構成されている。そして、前記打ち出し機、は前記動き制御値変換器又は第２の動き制御値変換器が出力する速度制御値に従って前記対象物を射出し、前記回転雲台は前記動き制御値変換器又は第２の動き制御値変換器が出力する角度制御値だけ前記打ち出し機の射出方向を回転させるようになっている。

本願の請求項１１に記載の情報処理システムでは、前記打ち出し機は、前記対象物を導くガイドと、前記ガイドの途上で前記対象物を係止するストッパーと、

モーターによって回転され、前記ストッパーを解除して投入される前記対象物の外周に周速度を与えるゴム・タイヤを備えている。

本願の請求項１２に記載の情報処理システムでは、受信した動き情報で指定される速度が前記モーターの回転速度の下限で前記ゴム・タイヤが与える周速度以下となる場合には、前記モーターの駆動電力を停止した後の経過時間に応じた回転余力を用いて前記の指定される速度を前記対象物に与えるようになっている。

本発明によれば、ユーザーが道具を用いて対象物の外力を加える動作を遠隔地で好適に再現することができる、優れた情報処理システムを提供することができる。

また、本発明によれば、ユーザーが道具を介して加えた外力による対象物の動作を遠隔地で好適に再現することができる、優れた情報処理システムを提供することができる。

また、本発明によれば、ユーザーがゴルフ・スウィングしたときのボールの動きを、実際のゴルフ・コースなどの遠隔地で好適に再現することができる、優れた情報処理システムを提供することができる。

本願の請求項１に記載の発明によれば、室内などの作業環境において、ユーザーがゴルフ・スウィングしたときのボールの動きなどユーザーが操作した対象物の動きを、実際のゴルフ・コースなど作業環境から離間した遠隔地において精度よく再現することができる。

本願の請求項２に記載の発明によれば、入力部側では対象物を撮影した画像信号を処理して得られる速度及び角度を含む動き情報を生成し、出力部側では受信した動き情報を変換して得られる速度及び角度に従って対象物を射出するので、ユーザーが操作した対象物の動作を遠隔地において精度よく再現することができる。

本願の請求項３に記載の発明によれば、作業環境下のユーザーは、投影スクリーンに表示された遠隔地の映像を見ながら、遠隔地にいることをイメージしながら対象物への操作を行なうことができる。

本願の請求項４に記載の発明によれば、遠隔地に設置される射出機は、前記対象物を所望の速度で射出する打ち出し機と回転雲台で構成され、これらを受信した動き情報から得られる速度及び角度指令値に従って動作させることで、作業環境化でユーザーの操作による対象物の動きを、遠隔地で精度よく再現することができる。

本願の請求項５に記載の発明によれば、投入される対象物の外周に対し、モーターで回転駆動するゴム・タイヤの周速度を与えることで、動き情報で指定された速度を対象物に与えることができる。

本願の請求項６に記載の発明によれば、受信した動き情報で指定される速度がモーターの回転速度の下限でゴム・タイヤが与える周速度以下となる場合であっても、モーターの駆動電力を停止した後の経過時間に応じた回転余力を用いて下限以下の速度を対象物に与えることができる。

本願の請求項７乃至１２に記載の情報処理システムによれば、エア・ホッケーのように対戦相手と向き合って競うタイプのゲームを、遠隔地を相手陣として、遠隔の対戦相手とプレイすることができる。

本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳解する。

図１には、本発明の一実施形態に係る、ユーザー操作を捕捉してデータ転送し遠隔地でユーザー操作に応じた遠隔操作を行なう情報処理システムの構成を模式的に示している。図示の情報処理システムは、ユーザーが道具を介して加えた外力による対象物の動作を遠隔地で再現する機能を持つものであり、具体的には、ユーザーがパッティングなどゴルフ・スウィングしたときのボールの動きを、実際のゴルフ・コースなどの遠隔地で再現する。

図示の情報処理システム１は、ユーザー操作を入力する入力部と、入力されたユーザー操作データを伝送するための伝送部と、伝送部を介して取得したユーザー操作データに基づいて遠隔操作を実現する出力部で構成される。入力部は、ユーザーがその場にいて、クラブを握ってゴルフ・ボールを実際に打撃するための、ローカルな作業環境１０に相当する。また、出力部は、実際のゴルフ・コース上でユーザーによる打撃動作に応じてゴルフ・ボールを射出する遠隔地２０に相当する。作業環境１０は、多くの場合、室内が想定される。

作業環境１０と遠隔地２０間を結ぶ、ユーザー操作データの伝送部は、有線、無線若しくは有線と無線の組み合わせで構成されるネットワーク３０である。ネットワークの規模は、作業環境１０と遠隔地２０間の距離にも依存する。例えば、インターネットや公衆電話網などの既存の広域伝送媒体をそのままネットワーク３０として利用することができる。

図２には、室内に設置された作業環境１０の構成例を示している。作業環境１０は、床面に敷設されユーザーがゴルフ・ボールを置いてパッティングなどの打撃を行なう人工芝１１と、この人工芝１１上で打撃されほぼ前方に進行するゴルフ・ボールを回収するボール・ストッパー１２と、ユーザーの前方にて遠隔先の風景（ゴルフ・コースなど）を提示するための投影機１６及び投影スクリーン１３と、例えば天井から吊り下げられてユーザーのゴルフ・スウィングにより打撃されたゴルフ・ボールを上方から撮影するカメラ１４と、カメラ１４により撮影した動画像を解析してゴルフ・ボールの動き情報を取得するボール動き検出器１５で構成される。

投影スクリーン１３に投影される映像は、実際のゴルフ・コースの風景であり、より好ましくは遠隔地２０を撮影したカメラ（後述）から供給されるリアルタイムの風景映像である。

また、ボール動き検出器１５は、カメラ１４からの動画像から、ゴルフ・クラブにより打撃されて転がるゴルフ・ボールの速度及び角度（進行方向）からなる動き情報を、ネットワーク経由で遠隔地２０側へ送出する。ボール動き検出器１５は、ネットワーク通信インターフェースを備えているものとする。ボール動き検出器１５の処理内容については後述に譲る。

図３には、現実のゴルフ・コースなどの遠隔地２０の構成例を示している。遠隔地２０は、例えばグリーン上に設置されてゴルフ・ボールを射出するボール射出機２１と、ネットワーク３０経由でボール動き検出器１５から受け取った動き情報をボール射出機２１への制御値に変換する動き制御値変換器２２と、ユーザーがゴルフ・コースに立ったと想定したときの視界に相当する風景画像を撮影するカメラ２３で構成される。動き制御値変換器２２は、ネットワーク通信インターフェースを備えているものとする。

カメラ２３による撮影画像は、作業環境１０側における投影スクリーン１３の映像用の画像情報であり、ネットワーク３０経由で作業環境１０に供給され、投影機１６によって投影スクリーン１３上に投影される。ユーザーは、作業環境１０内で、投影スクリーン１３上の映像を眺めながら、あたかも遠隔地すなわちゴルフ・コースに立っているようにイメージして、ゴルフのプレイに興じることができる。

図４Ａ並びに図４Ｂには、ボール射出機２１の側面図、正面図をそれぞれ示している。図示のように、ボール射出機２１は、ゴルフ・ボール（図示しない）を係止するストッパー２１Ａと、モーター２１Ｂによって作動して、ゴルフ・ボールに対して射出力を加えるゴム・タイヤ２１Ｃからなる打ち出し機を備え、この打ち出し機が回転雲台２１Ｄに載置されて構成される。

ボール射出機２１は、動き制御値変換器２２から与えられる制御値に従って動作し、回転雲台２１Ｄで打ち出し方向を設定するとともに、ゴルフ・ボールの球速に応じてゴム・タイヤ２１Ｃの回転速度を制御する。そして、ストッパー２１Ａがゴルフ・ボールを解き放つと、モーター２１Ｂがゴム・タイヤ２１Ｃを回転してゴルフ・ボールの外周に周速度を与えることにより打ち出す。これによって、作業環境１０下においてユーザーの打撃に応じて動くゴルフ・ボールとほぼ同じ速度及び角度を以って、ゴルフ・ボールを現実のゴルフ・コース（例えば、グリーン）上で射出する。

図５には、遠隔地に設置されたボール射出機２１及び動き制御値変換器２２の機能的構成を示している。

動き制御値変換器２２は、受信器２２Ａと制御器２２Ｂからなる。受信器２２Ａがネットワーク経由でゴルフ・ボールの動き情報を受信すると、制御器２２Ｂは、動き情報を解析して、回転雲台２１Ｄに対する角度指令値と、モーター２１Ｂに対する回転速度指令値を発するとともに、所定のタイミングでストッパー２１Ａに対するゴルフ・ボールの解放指令を発する。

また、図６には、打ち出し機内のゴルフ・ボールを外界に打ち出す機構の主要部の構造を示している。図示の例では、ゴルフ・ボールは、円筒からなるガイドの内周に沿って転がり落ちるが、途中のストッパー２１Ａにより係止されている。作業環境１０からゴルフ・ボールの動き情報が到来すると、モーター２１Ｂが動作してゴム・タイヤ２１Ｃは回転を開始する。ゴルフ・ボールの球速に応じてゴム・タイヤ２１Ｃの回転速度を制御することができる。また、回転雲台２１Ｄ（図６には図示しない）が回転して、円筒からなるガイドの軸方向が動き情報に含まれる角度と一致する向きに設定する。そして、ゴム・タイヤ２１Ｃの回転が安定したタイミングでストッパー２１Ａがゴルフ・ボールを解き放つと、モーター２１Ｂがゴム・タイヤ２１Ｃを回転してゴルフ・ボールの外周に周速度を与えることにより打ち出す。これによって、作業環境１０下においてユーザーの打撃に応じて動くゴルフ・ボールとほぼ同じ速度及び角度を以って、ゴルフ・ボールを現実のゴルフ・コース（例えば、グリーン）上で射出することができる。ゴム・タイヤ２１Ｃの回転によるゴルフ・ボールの球速制御は、回転雲台２１Ｄによるゴルフ・ボールの射出方向制御と平行して行なわれる。

上述したように、ゴルフ・ボールの球速に応じてゴム・タイヤ２１Ｃの回転速度を制御する。ところが、モーター２１Ｂの回転速度の下限よりある速度以下の球速でゴルフ・ボールを射出できないという問題がある。例えば、パッティングの際には、ユーザーが打ったゴルフ・ボールの球速が下限以下となることも想定される。

このような場合、モーター２１Ｂの回転余力で回転中のゴム・タイヤ２１Ｃに対してストッパー２１Ａがゴルフ・ボールを解放するタイミングを制御することによって、下限以下の球速を実現することができる。まずモーター２１Ｂを一定速度で回転させてから、モーター２１Ｂへの駆動電力を遮断し、ストッパー２１Ａがゴルフ・ボールを解き放つまでの経過時刻に応じた回転余力でゴルフ・ボールを打ち出すことにより、下限速度以下となる球速でゴルフ・ボールを射出することができる。

図７には、モーター２１Ｂの回転駆動を停止してからストッパー２１Ａがゴルフ・ボールを解き放つまでの経過時刻と、射出されたゴルフ・ボールの球速との関係を示している。同図から、モーター２１Ｂを停止してからの経過時間とゴルフ・ボールの球速の間にはほぼ線形的な関係があることが分かる。したがって、これを最小自乗近似して、打ち出したい球速を入力することで、ストッパー２１Ａを解放するまでの時間を得ることができる。

続いて、作業環境１０において、ボール動き検出器１５が実施する処理動作について説明する。

既に述べたように、室内などの作業環境１０の床面には人工芝１１が敷設されており、ユーザーは、この人工芝１１の上にゴルフ・ボールを置いてパッティングなどの打撃を行なう。また、天井には床面を見下ろすようにカメラ１４が設置されており、ユーザーのゴルフ・スウィングにより打撃されたゴルフ・ボールを上方から撮影する。そして、ボール動き検出器１５は、カメラ１４により撮影した動画像を画像信号処理して、ゴルフ・ボールの速度と角度を抽出する。

図８には、ボール動き検出器１５がゴルフ・ボールの速度と角度を、画像信号処理を通じて抽出するための処理手順をフローチャートの形式で示している。

まず、ある時刻における背景画像（すなわち、床面に敷設された人工芝１１のみが映る撮影画像）を取得する（ステップＳ１）。

次いで、上記の背景画像（図９Ａを参照のこと）と現時刻の撮影画像（図９Ｂを参照のこと）との差分信号を算出することを通じて（ステップＳ２）、ゴルフ・ボールの位置の検出を試みる。

ここでは、ゴルフ・ボールの位置の誤検出対策として、以下のような処理を行なっている。

（２−１）ゴルフ・ボールは一般に白いことから、差分値が明るくなる方向である閾値以上となる部分を検出する。
（２−２）その部分で、空間的に繋がっている領域毎に分割する。
（２−３）分割した領域のうち、外周を覆う矩形が正方形に近いもの、面積的にゴルフ・ボールの大きさと思われる領域があれば、ゴルフ・ボールの画像として抽出する。

ここで、ゴルフ・ボール大の物体が撮影画像内に存在すると判定された場合には（ステップＳ３のＹｅｓ）、以降は、連続する３フレームの撮影画像（図１０を参照のこと）を用いて、ゴルフ・ボールの動作の検出処理を開始する。

検出処理として、まず各フレームに含まれるボールの重心位置を検出する（ステップＳ４）。重心位置は、直前のフレームの背景差分が連続する領域を塗り潰した矩形の中央とする。

但し、ゴルフ・ボール大の物体が存在する撮影画像が３フレーム以上連続しない場合には（ステップＳ５のＮｏ）、検出不能であるから、ステップＳ２に戻って、改めてゴルフ・ボールの検出を試みる。

他方、ゴルフ・ボール大の物体が存在する撮影画像が３フレーム以上連続する場合には（ステップＳ５のＹｅｓ）、後続のフレーム間で、ゴルフ・ボールの重心位置の移動量（速度）と方向を求める（ステップＳ６）。

そして、時刻ｔ−１とｔ−１のフレーム間でのゴルフ・ボールの重心位置の移動量並びに角度と、時刻ｔ−１とｔのフレーム間でのゴルフ・ボールの重心位置の移動量並びに角度がほぼ一定となる場合、パッティングなどの打撃によって移動するゴルフ・ボールを正常に検出することができたと判断する（ステップＳ７のＹｅｓ）。言い換えれば、連続する３フレームにわたって検出したゴルフ・ボールが等速直線運動の場合のみ許可する。この場合、ボール動き検出器１５は、検出したゴルフ・ボールの移動速度と角度からなる動き情報を算出して、ネットワーク３０経由で遠隔地２０の動き制御値変換器２２に向けて送信する（ステップＳ８）。

ここで、ゴルフ・ボールの速度は、１フレーム毎に進む長さを、画素数単位から、ゴルフ・ボールの直径の相対換算によりｃｍ単位に変換する。すなわち、フレーム当たりの移動量（ｃｍ／ｆｒａｍｅ）など、ゴルフ・ボールの大きさから求めた実際の距離を単位として扱う。これによって、天井に設置したカメラ１４の位置に依存しない単位となる。

また、連続する３フレームから検出したゴルフ・ボールが等速直線運動していない場合には（ステップＳ７のＮｏ）、検出不能であるから、ステップＳ２に戻って、改めてゴルフ・ボールの検出を試みる。

続いて、遠隔地２０において、ボール射出機２１が実施する処理動作について説明する。

既に述べたように、ゴルフ・ボールに射出方向を与える回転雲台２１Ｄ上には、ゴルフ・ボールを係止するストッパー２１Ａと、モーター２１Ｂによって回転してゴルフ・ボールの外周に周速度を与えて外界に打ち出すゴム・タイヤ２１Ｃからなる打ち出し機が載置されている。

図１１には、動き制御値変換器２２が、動き情報に従ってボール射出機２１の動作を制御するための処理手順をフローチャートの形式で示している。

動き制御値変換器２２は、ネットワーク経由で動き情報を受信すると、これを解析して、ゴルフ・ボールを射出する速度と角度の情報を取得する。そして、回転雲台２１Ｄに対して角度指令値を発する（ステップＳ１１）。

また、動き制御値変換器２２は、ゴルフ・ボールの射出速度に相当するモーター２１Ｂの回転速度と、モーター２１Ｂの回転速度の下限値とを大小比較する（ステップＳ１２）。

なお、ステップＳ１１とステップＳ１２は同時平行して実行されるものとする。

ここで、ゴルフ・ボールの射出速度に相当するモーター２１Ｂの回転速度がモーター２１Ｂの回転速度の下限値以上であれば（ステップＳ１２のＮｏ）、動き制御値変換器２２は、動き情報を解析して得られた回転速度指令をそのままモーター２１Ｂに発するとともに（ステップＳ１３）、その回転速度が安定するタイミングで、ストッパー２１Ａに対してゴルフ・ボールの解放指令を発する（ステップＳ１４）。この結果、作業環境１０下においてユーザーの打撃に応じて動くゴルフ・ボールとほぼ同じ速度及び角度を以って、ゴルフ・ボールが現実のゴルフ・コース（例えば、グリーン）上で射出される。

一方、ゴルフ・ボールの射出速度に相当するモーター２１Ｂの回転速度がモーター２１Ｂの回転速度の下限値を下回る場合には（ステップＳ１２のＹｅｓ）、動き制御値変換器２２は、モーター２１Ｂに回転指令を発した後で回転停止を指令する（ステップＳ１５）。そして、動き制御値変換器２２は、モーター２１Ｂの回転余力がゴルフ・ボールの所望の球速に相当するまで低下する経過時刻を以って、ストッパー２１Ａにゴルフ・ボールの解放指令を発する（ステップＳ１６）。この結果、ゴルフ・ボールを投下するまでの経過時刻に応じた回転余力でゴルフ・ボールを打ち出すことにより、作業環境１０下においてユーザーの打撃に応じて動くゴルフ・ボールとほぼ同じ速度及び角度を以って、ゴルフ・ボールが現実のゴルフ・コース（例えば、グリーン）上で射出される。

ここまでは、ユーザーが室内などの作業環境１０下で行なったゴルフ・スウィングによるゴルフ・ボールの動作を、現実のゴルフ・コース上などの遠隔地２０で再現する実施形態について説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。

例えば、アーケード・ゲーム機の１つとして、「マレット」（若しくは「スマッシャー」）と呼ばれる器具を用いて、盤上でプラスチックの円盤（パック）を打ち合い、相手ゴールに入れて得点を競う遊戯である「エア・ホッケー」が知られている。盤上には無数の小穴が穿設され、各小穴から噴出す空気の力でパックを浮き上がらせており、パックをマレットで打ち込むと、パックは盤上を低摩擦で滑走し、盤周縁の外枠に当たると反射する。エア・ホッケーは字義通りホッケーをモチーフとしたゲームであり、盤は長辺方向中央から自陣と相手陣に分けられる。また、両端となる各短辺にはゴールとなる比較的大きな開口が設けられ、相手陣側のゴールにパックが入ると自軍の得点となる。

本発明に係る遠隔技術を、このようなエア・ホッケーにも適用することができる。このように対戦相手と向き合って競うタイプのゲームに関しては、自陣がローカルな作業環境に相当し、対戦相手がいる遠隔地が相手陣に相当する。また、各人の陣内には、自分の入力部と対戦相手の出力部がそれぞれ配設され、対称的なシステム構成となる。

図１２には、本発明をエア・ホッケーに適用した情報処理システムの構成を模式的に示している。上述したように自陣と相手陣は対称的な構成となるので、同図では入力部に相当する自陣４０のみを描いている。

図示の自陣４０のみとなるハーフ・サイズの盤４１上には、無数の小穴（図示しない）が穿設され、各小穴から噴出す空気の力でパックを浮き上がらせる。自陣４０となる盤４１の自分側の端縁には、通常のエア・ホッケー台と同様に自陣ゴールとなる開口（図示しない）が設けられている。また、自陣４０となる盤４１の反対側には、マレット（図示しない）で打ち込まれ、相手陣へ向かうパックを収容するパック・ストッパー４２が配設されている。また、本実施形態では、パック・ストッパー４２内にはパック射出機（後述）が配設されている。

また、自陣となる盤４１の反対側には、投影スクリーン４３が設けられており、遠隔地にある相手陣側に設置されたカメラで撮影した相手陣内の映像が投影機４６によって投影スクリーン４３上に表示される。勿論、自陣４０内を撮影するカメラ５３が設置されており、その映像信号をネットワーク経由で相手側の投影機に供給して、自陣４０が遠隔地となる相手陣側でも同様に投影スクリーン上に投影する。

天井から吊り下げられたカメラ４４は、自陣４０内の盤４１を見下ろすように撮影する。そして、ユーザーがマレットで打ち込んだパックを含んだ撮影画像を信号処理することによって、速度及び方向（角度）からなるパックの動き情報を取得することができる。そして、パックの動き情報はネットワーク経由で相手陣側のパック射出機に転送される。

パック・ストッパー４２内では、自陣４０から打ち込まれたパックを回収すると、これをパック射出機に供給する。そして、パック射出機は、対戦相手側から送られてきたパックの動き情報に基づいて、相手陣において対戦相手がマレットで打ち込んだときの速度及び角度とほぼ一致するように、自陣４０内にパックを射出し返す。

図１３には、パック射出機の主要部の構成を示している。回転雲台に載置したゴルフ・ボールの打ち出し機（前述並びに図４を参照のこと）をｘステージに乗せてｘ方向に移動可能とした構成であり、パックの打ち出し機がパックの射出速度及び角度を制御することに加えて、射出位置をｘ方向で設定できるようになっている。ｘステージは、相手陣側のパック・ストッパーでパックが吸い込まれた位置にパック打ち出し機を移動させる。そして、パック打ち出し機は、相手陣側のパック・ストッパーでパックを吸い込んだ速度及び角度を以ってパックを射出する。

ここでは、パック打ち出し機の構成について図示を省略するが、図６に示したゴルフ・ボールの打ち出し機と同様の構成でよい。すなわち、自陣側から回収したパックをストッパーで係止しておき、パックの速度に応じてゴム・タイヤをモーターで回転させ、回転が安定したタイミングでストッパーを解除してパックを投下すると、回転雲台で設定された角度から、所望する速度でパックが外界すなわち自陣内に射出される。

また、図１４には、パック射出機の機能的構成を示している。

パック射出機は、受信器と、制御器と、ゴム・タイヤを回転駆動するモーター及びパックを係止するストッパーからなるパック打ち出し機と、パック打ち出し機を回動可能に載置する回転雲台と、回転雲台をｘ方向に移動可能に搭載するｘステージからなる。

受信器がネットワーク経由で相手陣内のパック・ストッパーで吸い込まれたパックの動き情報を受信すると、制御器は、この動き情報を解析して、ｘステージに対する位置指令値と、回転雲台に対する角度指令値と、モーターに対する回転速度指令値を発するとともに、所定のタイミングでストッパーに対するパックの解放指令を発する。

モーターの回転によるパックの射出速度制御は、ｘステージの位置制御並びに回転運台によるパックの射出方向制御と平行して行なわれる。

相手陣側で対戦相手がパックを打ちし損じた場合などのように、パックの速度がモーターの回転速度の下限で与えられる最低速度を下回ることも想定される。このような場合、上述のように、モーターの回転余力を利用して下限以下のパック速度を実現するようにすれば良い。すなわち、まずモーターを一定速度で回転させてから、モーターへの駆動電力を遮断し、ストッパーがパックを解き放ってゴム・タイヤに投下するまでの経過時刻に応じた回転余力でパックを打ち出すことにより、下限速度以下となる速度でパックを射出することができる。

続いて、作業環境となる自陣内において、自軍がマレットで打ち込んだパックの動きを検出する処理動作について説明する。図１５には、自陣のパック・ストッパーに吸い込まれるパックの位置、速度、及び角度を、画像信号処理を通じて抽出するための処理手順をフローチャートの形式で示している。

まず、ある時刻における背景画像（すなわち、盤のみが映る撮影画像）を取得する（ステップＳ２１）。そして、上記の背景画像とパックが映った現時刻の撮影画像との差分信号を算出することを通じて（ステップＳ２２）、パックの位置の検出を試みる。

ここで、パック大の物体が撮影画像内に存在すると判定された場合には（ステップＳ２３のＹｅｓ）、以降は、連続する３フレームの撮影画像を用いて、パックの動作の検出処理を開始する。

検出処理として、まず各フレームに含まれるパックの重心位置を検出する（ステップＳ２４）。重心位置は、直前のフレームの背景差分が連続する領域を塗り潰した矩形の中央とする。

但し、パック大の物体が存在する撮影画像が３フレーム以上連続しない場合には（ステップＳ２５のＮｏ）、検出不能であるから、ステップＳ２２に戻って、改めてパックの検出を試みる。

他方、パック大の物体が存在する撮影画像が３フレーム以上連続する場合には（ステップＳ２５のＹｅｓ）、後続のフレーム間で、パックの重心位置の移動量（速度）と方向を求める（ステップＳ２６）。

そして、時刻ｔ−１とｔ−１のフレーム間でのパックの重心位置の移動量並びに角度と、時刻ｔ−１とｔのフレーム間でのパックの重心位置の移動量並びに角度がほぼ一定となる場合、マレットで打撃されたことによって移動するパックを正常に検出することができたと判断する（ステップＳ２７のＹｅｓ）。言い換えれば、連続する３フレームにわたって検出したパックが等速直線運動の場合のみ許可する。この場合、パック・ストッパーに吸い込まれるパックのｘ方向位置と移動速度、及び角度からなる動き情報を算出して、ネットワーク経由で遠隔地の相手陣に向けて送信する（ステップＳ２８）。

ここで、パックの速度は、１フレーム毎に進む長さを、画素数単位から、ゴルフ・ボールの直径の相対換算によりｃｍ単位に変換する。すなわち、フレーム当たりの移動量（ｃｍ／ｆｒａｍｅ）など、パックの大きさから求めた実際の距離を単位として扱う。これによって、天井に設置したカメラ４３の位置に依存しない単位となる。

また、連続する３フレームから検出したゴルフ・ボールが等速直線運動していない場合には（ステップＳ２７のＮｏ）、検出不能であるから、ステップＳ２２に戻って、改めてパックの検出を試みる。

続いて、自陣４０からは遠隔地となる相手陣において、パックを射出するための処理動作について説明する。当該処理動作は、自陣において、パック・ストッパーで回収したパックを相手陣からの動き情報に基づいて自陣内に打ち返す処理動作として読み替えることができる。図１６には、相手陣側から受信したパックの動き情報に従ってパック射出機の動作を制御するための処理手順をフローチャートの形式で示している。

ネットワーク経由で相手陣側からパックの動き情報を受信器で受信すると、制御器はこれを解析して、パック・ストッパー内のパック射出機からパックを射出するｘ方向位置と射出速度、及び射出角度の情報を取得する。そして、回転雲台に対して角度指令を発するとともに（ステップＳ３１）、ｘステージに対してｘ方向位置指令値を発する（ステップＳ３２）。

また、制御器は、パックの射出速度に相当するモーターの回転速度と、モーターの回転速度の下限値とを大小比較する（ステップＳ３３）。

なお、ステップＳ３１〜Ｓ３３は同時平行して実行されるものとする。

ここで、パックの射出速度に相当するモーターの回転速度がモーターの回転速度の下限値以上であれば（ステップＳ３３のＮｏ）、制御器は、動き情報を解析して得られた回転速度指令をそのままモーターに発するとともに（ステップＳ３４）、その回転速度が安定するタイミングで、ストッパーに対してパックの解放指令を発する（ステップＳ３５）。この結果、遠隔地の相手陣において対戦相手のマレットによる打撃に応じて動くパックとほぼ同じ位置、速度及び角度を以って、パックが自陣内に射出される。

一方、パックの射出速度に相当するモーターの回転速度がモーターの回転速度の下限値を下回る場合には（ステップＳ３３のＹｅｓ）、制御器は、モーターに回転指令を発した後で回転停止を指令する（ステップＳ３６）。そして、制御器は、モーターの回転余力がパックの所望の射出速度に相当するまで低下する経過時刻を以って、ストッパーにパックの解放指令を発する（ステップＳ３７）。この結果、パックを投下するまでの経過時刻に応じた回転余力でパックを打ち出すことにより、遠隔地の相手陣内で対戦相手の打撃に応じて動くパックとほぼ同じ位置、速度及び角度を以って、パックが自陣内で射出される。

以上、特定の実施形態を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。

本明細書では、室内に敷設された人工芝の上でユーザーがパッティングを行なったゴルフ・ボールの動作を現実のゴルフ・コース（グリーン）で高精度に再現する実施形態を中心に説明してきたが、本発明の要旨はこれに限定されるものではない。例えば、ユーザーが室内で行なったドライバーやアイアンなどのクラブを用いたショッティングについても同様に、現実のゴルフ・コース上でボールの動きを再現することができる。

また、本発明に係る情報処理システムの、室内のローカル環境でユーザーが打撃したボールなどの対象物の動き情報を伝送して遠隔環境で再現するという仕組みは、エア・ホッケーをはじめとして他のさまざまな競技種目にも適用することが可能である。

要するに、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。

図１は、本発明の一実施形態に係る、ユーザー操作を捕捉してデータ転送し遠隔地でユーザー操作に応じた遠隔操作を行なう情報処理システムの構成を模式的に示した図である。 図２は、室内に設置された作業環境１０の構成例を示した図である。 図３は、室内に設置された作業環境１０の構成例を示した図である。 図４Ａは、ボール射出機２１の側面図である。 図４Ｂは、ボール射出機２１の正面図である。 図５は、遠隔地に設置されたボール射出機２１及び動き制御値変換器２２の機能的構成を示したブロック図である。 図６は、打ち出し機内のゴルフ・ボールを外界に打ち出す機構の主要部の構造を示した図である。 図７は、モーター２１Ｂの回転駆動を停止してからストッパー２１Ａがゴルフ・ボールを解き放つまでの経過時刻と、射出されたゴルフ・ボールの球速との関係を示した図である。 図８は、ボール動き検出器１５がゴルフ・ボールの速度と角度を抽出するための処理手順を示したフローチャートである。 図９Ａは、カメラ１４がある時刻に床面（人工芝１１）を撮影した背景画像を例示した図である。 図９Ｂは、カメラ１４が現時刻に床面（人工芝１１）を撮影した画像を例示した図である。 図１０は、ゴルフ・ボール大の物体が存在すると判定された、連続する３フレームの撮影画像を示した図である。 図１１は、動き制御値変換器２２が動き情報に従ってボール射出機２１の動作を制御するための処理手順を示したフローチャートである。 図１２は、本発明をエア・ホッケーに適用した情報処理システムの構成を模式的に示した図である。 図１３は、パック射出機の主要部の構成を示した図である。 図１４は、パック射出機の主要部の構成を示した図である。 図１５は、自陣のパック・ストッパーに吸い込まれるパックの位置、速度、及び角度を、画像信号処理を通じて抽出するための処理手順を示したフローチャートである。 図１６は、相手陣側から受信したパックの動き情報に従ってパック射出機の動作を制御するための処理手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１…情報処理システム
１０…作業環境
１１…人工芝
１２…ボール・ストッパー
１３…投影スクリーン
１４…カメラ
１５…ボール動き検出器
１６…投影機
２０…遠隔地
２１…ボール射出機
２１Ａ…ストッパー
２１Ｂ…モーター
２１Ｃ…ゴム・タイヤ
２１Ｄ…回転雲台
２２…動き制御値変換器
２２Ａ…受信器
２２Ｂ…制御器
２３…カメラ
３０…ネットワーク
４０…自陣
４１…盤
４２…パック・ストッパー
４３…投影スクリーン
４４…カメラ
４６…投影機
５３…カメラ

Claims (12)

1. 作業環境においてユーザーが操作を行なった対象物の動き情報を入力する入力部と、
   前記作業環境とは離間した遠隔地において同じ対象物を保持し、前記入力部から受信した動き情報を基に、ユーザーが操作を行なった対象物の動きを再現する出力部と、
   を具備することを特徴とする情報処理システム。
2. 前記入力部は、ユーザーが操作を行なった対象物の動きを撮影するカメラと、前記カメラで撮影した画像信号を処理して対象物の動きを検出して対象物の速度及び角度を含む動き情報を生成する検出器を備え、
   前記出力部は、前記入力部から受信した動き情報を速度及び角度を含む制御値に変換する動き制御値変換器と、前記制御値に従って対象物を射出する射出機を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理システム。
3. 前記出力部は、前記遠隔地の風景を撮影する投影用カメラを備え、
   前記入力部は、投影映像をユーザーに提示する投影スクリーンと、前記投影用カメラの撮影映像を前記投影スクリーン上に投影する投影機を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理システム。
4. 前記射出機は、前記対象物を所望の速度で射出する打ち出し機と、前記打ち出し機を回動可能に搭載する回転雲台で構成され、
   前記打ち出し機は前記動き制御値変換器が出力する速度制御値に従って前記対象物を射出し、前記回転雲台は前記動き制御値変換器が出力する角度制御値だけ前記打ち出し機の射出方向を回転させる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の情報処理システム。
5. 前記打ち出し機は、
   前記対象物を導くガイドと、
   前記ガイドの途上で前記対象物を係止するストッパーと、
   モーターによって回転され、前記ストッパーを解除して投入される前記対象物の外周に周速度を与えるゴム・タイヤと、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の情報処理システム。
6. 受信した動き情報で指定される速度が前記モーターの回転速度の下限で前記ゴム・タイヤが与える周速度以下となる場合には、前記モーターの駆動電力を停止した後の経過時間に応じた回転余力を用いて前記の指定される速度を前記対象物に与える、
   ことを特徴とする請求項５に記載の情報処理システム。
7. 対戦相手と向き合って競うタイプのゲームにおける自陣内で、ユーザーが操作を行なった対象物の動き情報を入力する入力部と、
   前記自陣内でユーザーが操作を行なった対象物を回収する対象物回収部と、
   前記ゲームにおける相手陣内で、前記入力部から受信した動き情報を基に、ユーザーが操作を行なった対象物の動きを再現する出力部と、
   前記ゲームにおける相手陣内で、前記ユーザーの対戦相手操作を行なった対象物の動き情報を入力する第２の入力部と、
   前記自陣内で、前記第２の入力部から受信した動き情報を基に、前記対戦相手が操作を行なった対象物の動きを、前記対象物回収部で回収された対象物を用いて再現する第２の出力部と、
   を具備することを特徴とする情報処理システム。
8. 前記入力部は、ユーザーが操作を行なった対象物の動きを撮影するカメラと、前記カメラで撮影した画像信号を処理して対象物の動きを検出して対象物の速度及び角度を含む動き情報を生成する検出器を備え、
   前記出力部は、前記入力部から受信した動き情報を速度及び角度を含む制御値に変換する動き制御値変換器と、前記制御値に従って対象物を射出する射出機を備え、
   前記第２の入力部は、前記対戦相手が操作を行なった対象物の動きを撮影する第２のカメラと、前記第２のカメラで撮影した画像信号を処理して対象物の動きを検出して対象物の速度及び角度を含む動き情報を生成する第２の検出器を備え、
   前記第２の出力部は、前記第２の入力部から受信した動き情報を速度及び角度を含む制御値に変換する第２の動き制御値変換器と、前記制御値に従って対象物を射出する第２の射出機を備える、
   ことを特徴とする請求項７に記載の情報処理システム。
9. 前記第２の入力部は、前記相手陣を撮影する投影用カメラをさらに備え、
   前記第２の出力部は、投影映像をユーザーに提示する投影スクリーンと、前記投影用カメラが撮影した前記相手陣の映像を前記投影スクリーン上に投影する投影機をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項７に記載の情報処理システム。
10. 前記射出機及び第２の射出機は、前記対象物を所望の速度で射出する打ち出し機と、前記打ち出し機を回動可能に搭載する回転雲台で構成され、
    前記打ち出し機は、前記動き制御値変換器又は第２の動き制御値変換器が出力する速度制御値に従って前記対象物を射出し、前記回転雲台は前記動き制御値変換器又は第２の動き制御値変換器が出力する角度制御値だけ前記打ち出し機の射出方向を回転させる、
    ことを特徴とする請求項８に記載の情報処理システム。
11. 前記打ち出し機は、
    前記対象物を導くガイドと、
    前記ガイドの途上で前記対象物を係止するストッパーと、
    モーターによって回転され、前記ストッパーを解除して投入される前記対象物の外周に周速度を与えるゴム・タイヤと、
    を備えることを特徴とする請求項１０に記載の情報処理システム。
12. 受信した動き情報で指定される速度が前記モーターの回転速度の下限で前記ゴム・タイヤが与える周速度以下となる場合には、前記モーターの駆動電力を停止した後の経過時間に応じた回転余力を用いて前記の指定される速度を前記対象物に与える、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の情報処理システム。