JP2012226650A - Physical phenomenon representation apparatus and physical phenomenon representation system - Google Patents

Physical phenomenon representation apparatus and physical phenomenon representation system Download PDF

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Emiko Shinohara
笑子 篠原
Seiji Omori
誓治 大森
Masato Mizoguchi
匡人 溝口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To visually represent a physical phenomenon that varies in response to user action.SOLUTION: A physical phenomenon representation apparatus comprises a real position detection section which detects a position in a real space instructed by a user, a virtual position acquisition section which acquires a position in a virtual space on the basis of the detected position, a phenomenon arithmetic section which arithmetically operates a physical phenomenon that may occur in the case where an object or a particle exists at the position acquired by the virtual position acquisition section on the basis of a preset condition within the virtual space, and a video image generation section which generates a video image representing a state of the virtual space where the physical phenomenon occurs on the basis of a result of the arithmetic operation by the phenomenon arithmetic section.

Description

本発明は、物理現象を表す映像を表示する技術に関する。   The present invention relates to a technique for displaying an image representing a physical phenomenon.

従来、電子、陽子、光子、分子などに関わる物理現象を学ぶための道具として、本、アニメーション、ゲームなどがあった。また、古典物理学(万有引力、遠心力、振り子など)に関する物理現象について、ユーザがその現象を体験するための体験装置も提案されている。
また、上述した体験装置とはまた異なる技術分野であるが、遊園地などにおいて監視対象者の現在位置を検出し、監視対象者を確実に表示装置に表示できるようにする技術も提案されている(特許文献1参照)。
Traditionally, there were books, animations, games, etc. as tools for learning physical phenomena related to electrons, protons, photons, molecules, and so on. In addition, regarding a physical phenomenon related to classical physics (such as universal gravitation, centrifugal force, and pendulum), an experience device has been proposed for allowing a user to experience the phenomenon.
In addition, although it is a technical field different from the above-described experience device, a technique has also been proposed in which the current position of the monitoring subject is detected in an amusement park and the like so that the monitoring subject can be reliably displayed on the display device. (See Patent Document 1).

特開2006−115099号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-115099

古典物理学が扱う領域と異なり、近代物理学(現代物理学ともいう:相対性理論、量子力学など)は、視覚的に現象を確認することが難しい。そのため、近代物理学の現象を視覚的に表現することは難しく、ユーザに対してその現象を体験させることは困難であるという問題があった。また、ユーザに対して現象を体験させることの困難さは、古典物理学においても同様に課題となっていた。
上記事情に鑑み、本発明は、ユーザの動作に応じて変化する物理現象を視覚的に表現することを可能とする技術の提供を目的としている。
Unlike the areas handled by classical physics, modern physics (also called contemporary physics: theory of relativity, quantum mechanics, etc.) is difficult to visually confirm phenomena. Therefore, it is difficult to visually represent the phenomenon of modern physics, and it is difficult for the user to experience the phenomenon. In addition, the difficulty of letting a user experience a phenomenon has been a problem in classical physics as well.
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique that enables a visual representation of a physical phenomenon that changes according to a user's operation.

本発明の一態様は、ユーザによって指示された実空間の位置を検出する実位置検出部と、検出された位置に基づいて、仮想空間内の位置を取得する仮想位置取得部と、予め設定された前記仮想空間内の条件に基づいて、前記仮想位置取得部によって取得された位置に物体又は粒子が存在した場合に生じる物理現象を演算する現象演算部と、前記現象演算部による演算結果に基づいて、前記物理現象が生じた仮想空間の状態を表す映像を生成する映像生成部と、を備える物理現象表現装置である。   One aspect of the present invention is set in advance, a real position detection unit that detects a position of a real space instructed by a user, a virtual position acquisition unit that acquires a position in a virtual space based on the detected position, and Based on a condition in the virtual space, a phenomenon calculation unit that calculates a physical phenomenon that occurs when an object or particle is present at the position acquired by the virtual position acquisition unit, and a calculation result by the phenomenon calculation unit And a video generation unit that generates a video representing the state of the virtual space in which the physical phenomenon occurs.

本発明の一態様は、上記の物理現象表現装置であって、前記現象演算部は、前記仮想空間において働く力としてユーザによって指定された力のみが働くものとして前記物理現象を演算する。   One aspect of the present invention is the above-described physical phenomenon expression device, wherein the phenomenon calculation unit calculates the physical phenomenon assuming that only a force specified by a user works as a force working in the virtual space.

本発明の一態様は、上記の物理現象表現装置であって、前記現象演算部は、ユーザによって物理定数の変更が指定された場合、変更後の前記物理定数を用いて前記物理現象を演算する。   One aspect of the present invention is the above-described physical phenomenon expression device, wherein the phenomenon calculation unit calculates the physical phenomenon using the changed physical constant when the change of the physical constant is designated by a user. .

本発明の一態様は、上記の物理現象表現装置であって、前記映像生成部は、ユーザによって選択された可視化対象のみを可視化するように映像を生成する。   One aspect of the present invention is the physical phenomenon expression device described above, wherein the video generation unit generates a video so as to visualize only a visualization target selected by a user.

本発明の一態様は、複数の異なる場所毎に設置された実位置検出部、映像生成部及び映像表示部と、仮想位置取得部及び現象演算部と、を備える物理現象表現システムであって、前記実位置検出部は、自身が設置された場所に位置するユーザによって指示された実空間の位置を検出し、前記仮想位置取得部は、検出された位置に応じた仮想空間内の位置を、実空間の位置毎に取得し、前記現象演算部は、予め設定された前記仮想空間内の条件に基づいて、前記仮想位置取得部によって取得された各位置に物体又は粒子が存在した場合に生じる物理現象を演算し、前記映像生成部は、前記現象演算部による演算結果に基づいて、前記物理現象が生じた仮想空間の状態を表す映像を、自身が設置された場所に応じて生成し、前記映像表示部は、自身が設置された場所と同じ場所に設置された前記映像生成部によって生成された映像を表示する。   One aspect of the present invention is a physical phenomenon expression system including a real position detection unit, a video generation unit, and a video display unit, a virtual position acquisition unit, and a phenomenon calculation unit installed at a plurality of different locations, The real position detection unit detects a position of a real space instructed by a user located at a place where the real position detection unit is installed, and the virtual position acquisition unit calculates a position in the virtual space according to the detected position, Acquired for each position in the real space, and the phenomenon calculation unit occurs when an object or a particle exists at each position acquired by the virtual position acquisition unit based on a preset condition in the virtual space. A physical phenomenon is calculated, and the video generation unit generates a video representing the state of the virtual space in which the physical phenomenon occurs based on a calculation result by the phenomenon calculation unit according to a place where the physical phenomenon is installed, The video display unit There displays an image generated by the image generating unit installed in the same location as the installation location.

本発明の一態様は、異なる場所毎に設置された複数の物理現象表現装置を備える物理現象表現システムであって、前記物理現象表現装置は、自身が設置された場所に位置するユーザによって指示された実空間の位置を検出する実位置検出部と、前記実位置検出部の検出結果を、他の物理現象装置に対して遅延を与えて送信する遅延部と、検出された位置に応じた仮想空間内の位置を、他の物理現象装置から受信した前記検出結果及び自装置における検出結果のそれぞれの実空間の位置毎に取得する仮想位置取得部と、予め設定された前記仮想空間内の条件に基づいて、前記仮想位置取得部によって取得された各位置に物体又は粒子が存在した場合に生じる物理現象を演算する現象演算部と、前記現象演算部による演算結果に基づいて、前記物理現象が生じた仮想空間の状態を表す映像を、自身が設置された場所に応じて生成する映像生成部と、自身が設置された場所と同じ場所に設置された前記映像生成部によって生成された映像を表示する映像表示部と、を備える。   One aspect of the present invention is a physical phenomenon expression system including a plurality of physical phenomenon expression devices installed at different places, and the physical phenomenon expression device is instructed by a user located at a place where the physical phenomenon expression device is installed. A real position detecting unit for detecting the position of the real space, a delay unit for transmitting the detection result of the real position detecting unit with a delay to another physical phenomenon device, and a virtual corresponding to the detected position A virtual position acquisition unit that acquires a position in space for each real space position of the detection result received from another physical phenomenon device and the detection result in the own device; and a preset condition in the virtual space Based on the calculation result of the physical phenomenon that occurs when an object or particle is present at each position acquired by the virtual position acquisition unit, and based on the calculation result of the phenomenon calculation unit, A video representing the state of the virtual space where the phenomenon occurred is generated by the video generation unit that generates the video according to the location where the device is installed, and the video generation unit installed at the same location as the site where the video is installed. A video display unit for displaying video.

本発明の一態様は、上記の物理現象表現システムであって、前記遅延部は、自身が設置された場所と、送信先の前記物理現象表現装置が設置された場所とに応じて決定される遅延を与えて前記検出結果を送信する。   One aspect of the present invention is the above-described physical phenomenon expression system, wherein the delay unit is determined according to a place where the delay unit is installed and a place where the physical phenomenon expression apparatus as a transmission destination is installed. The detection result is transmitted with a delay.

本発明の一態様は、上記の物理現象表現システムであって、一の物理現象表現装置が他の物理現象表現装置に対して前記検出結果を送信する際に与える遅延は、前記他の物理現象装置が前記一の物理現象表現装置に対して前記検出結果を送信する際に与える遅延と等しい。   One aspect of the present invention is the above-described physical phenomenon representation system, wherein a delay given when one physical phenomenon representation device transmits the detection result to another physical phenomenon representation device is the other physical phenomenon This is equal to the delay given when the apparatus transmits the detection result to the one physical phenomenon expression apparatus.

本発明により、ユーザの動作に応じて変化する物理現象を視覚的に表現することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to visually represent a physical phenomenon that changes according to a user's operation.

物理現象表現システムの第一実施形態(物理現象表現システム100)の構成を表す構成図である。It is a block diagram showing the structure of 1st embodiment (physical phenomenon expression system 100) of a physical phenomenon expression system. 物理現象表現システム100の動作を表すフローチャートである。3 is a flowchart showing the operation of the physical phenomenon representation system 100. 物理現象表現システム100の第一実施例を表す図である。1 is a diagram illustrating a first embodiment of a physical phenomenon expression system 100. FIG. 物理現象表現システム100の第一実施例の動作を表すフローチャートである。3 is a flowchart showing the operation of the first embodiment of the physical phenomenon expression system 100. ユーザが移動した場合の映像の変化の例を表す図である。It is a figure showing the example of a change of a picture when a user moves. 物理現象表現システム100の第二実施例を表す図である。It is a figure showing the 2nd Example of the physical phenomenon expression system. 第二実施例における電子の動きの特徴を表す図である。It is a figure showing the characteristic of the movement of the electron in a 2nd Example. 物理現象表現システム100の第二実施例の動作のうち、太陽風に関する動作を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the operation | movement regarding a solar wind among operation | movement of the 2nd Example of the physical phenomenon representation system 100. FIG. 物理現象表現システム100によって表示される映像の例を表す図である。4 is a diagram illustrating an example of an image displayed by the physical phenomenon expression system 100. FIG. 物理現象表現システムの第二実施形態(物理現象表現システム200)の構成を表す構成図である。It is a block diagram showing the structure of 2nd embodiment (physical phenomenon expression system 200) of a physical phenomenon expression system. 物理現象表現システム200の実施例を表す図である。1 is a diagram illustrating an example of a physical phenomenon expression system 200. FIG. 図11とは異なる場所に設置された映像表示部205−nによって表示される映像の具体例を表す図である。It is a figure showing the specific example of the image | video displayed by the image | video display part 205-n installed in the place different from FIG. 物理現象表現システム200の変形例における実施例を表す図である。It is a figure showing the Example in the modification of the physical phenomenon expression system. 物理現象表現システムの第三実施形態(物理現象表現システム300)の構成を表す構成図である。It is a block diagram showing the structure of 3rd embodiment (physical phenomenon expression system 300) of a physical phenomenon expression system.

[概略]
物理現象表現システムでは、予め条件が設定された仮想の空間(以下、「仮想空間」という。)における物理現象が演算され、演算結果に基づいて仮想空間の状態を表す映像が表示される。仮想空間には、ユーザの位置に対応してその位置が変化する移動体が存在する。移動体とは、物理現象を引き起こす要因となる物体や粒子を表す。物体とは、例えば地球、月、太陽、磁石などである。粒子とは、例えば分子、原子、原子核、中性子、陽子、電子などである。
[Outline]
In the physical phenomenon representation system, a physical phenomenon in a virtual space (hereinafter referred to as “virtual space”) in which conditions are set in advance is calculated, and an image representing the state of the virtual space is displayed based on the calculation result. In the virtual space, there is a moving body whose position changes corresponding to the position of the user. A moving object represents an object or particle that causes a physical phenomenon. Examples of the object include the earth, the moon, the sun, and a magnet. The particles are, for example, molecules, atoms, nuclei, neutrons, protons, electrons, and the like.

仮想空間における物理法則は、実世界における物理法則と同じである。そのため、仮想空間で生じる物理現象を演算するための数式は、実世界で生じる物理現象を表した数式と同じである。一方、仮想空間では、例えば地球が太陽に近付いたり、月が地球から離れたり、月が複数存在したりするように、実世界では起こりえない状況が作り出されても良い。この場合、作り出された状況に基づいて物理現象が演算され、その演算結果が映像として表示されても良い。また、仮想空間では、各種の物理定数(光の速度、ボルツマン係数、電子半径、陽子半径、万有引力定数など)の値をユーザが自由に変更できても良い。また、仮想空間における時間の流れの速さと、実世界における時間の流れの速さとは同じであっても良いし異なっても良い。また、実世界において生じる複数の力(分子間力、クーロン力、万有引力、ローレンツ力等)のうち、仮想空間において生じる力を選択できても良い。
仮想空間には、移動体以外の物体や粒子が存在しても良い。仮想空間には、物体や粒子によって生じる場(例えば、磁場、電場、重力場など)が予め設定されていても良い。
The physical laws in the virtual space are the same as the physical laws in the real world. Therefore, the mathematical formula for calculating the physical phenomenon that occurs in the virtual space is the same as the mathematical expression that represents the physical phenomenon that occurs in the real world. On the other hand, in the virtual space, for example, a situation that cannot occur in the real world may be created such that the earth approaches the sun, the moon leaves the earth, or there are multiple moons. In this case, a physical phenomenon may be calculated based on the created situation, and the calculation result may be displayed as an image. In the virtual space, the user may freely change the values of various physical constants (light speed, Boltzmann coefficient, electron radius, proton radius, universal gravitational constant, etc.). The speed of time flow in the virtual space may be the same as or different from the speed of time flow in the real world. In addition, a force generated in the virtual space may be selected from a plurality of forces (intermolecular force, Coulomb force, universal gravitational force, Lorentz force, etc.) generated in the real world.
In the virtual space, objects and particles other than moving objects may exist. In the virtual space, a field (for example, a magnetic field, an electric field, or a gravitational field) generated by an object or particles may be set in advance.

物理現象表現システムでは、仮想空間における移動体の位置(以下、「仮想位置」という。)は、ユーザによって指示された実際の空間座標系の位置(以下、「実位置」という。)に基づいて決定される。すなわち、物理現象表現システムは、実位置を検出し、仮想位置を決定する。そして、物理現象表現システムは、仮想位置に基づいて仮想空間における物理現象を演算し、演算結果に基づいて仮想空間の状況を表す映像を表示する。   In the physical phenomenon representation system, the position of the moving object in the virtual space (hereinafter referred to as “virtual position”) is based on the position in the actual space coordinate system (hereinafter referred to as “real position”) designated by the user. It is determined. That is, the physical phenomenon representation system detects a real position and determines a virtual position. Then, the physical phenomenon representation system calculates a physical phenomenon in the virtual space based on the virtual position, and displays an image representing the state of the virtual space based on the calculation result.

[第一実施形態]
図1は、物理現象表現システムの第一実施形態(物理現象表現システム100)の構成を表す構成図である。物理現象表現システム100は、物理現象表現装置110及び映像表示部106を備える。物理現象表現装置110は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置などを備え、物理現象表現プログラムを実行する。物理現象表現装置110は、物理現象表現プログラムの実行により、実位置検出部101、仮想位置取得部102、現象演算部103、映像生成部104、入力部105を備える装置として機能する。なお、物理現象表現装置110の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されても良い。物理現象表現プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。物理現象表現プログラムは、電気通信回線を介して提供されても良い。
[First embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the first embodiment (physical phenomenon expression system 100) of the physical phenomenon expression system. The physical phenomenon representation system 100 includes a physical phenomenon representation device 110 and a video display unit 106. The physical phenomenon expression device 110 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, an auxiliary storage device, and the like connected by a bus, and executes a physical phenomenon expression program. The physical phenomenon expression device 110 functions as a device including a real position detection unit 101, a virtual position acquisition unit 102, a phenomenon calculation unit 103, a video generation unit 104, and an input unit 105 by executing a physical phenomenon expression program. Note that all or part of the functions of the physical phenomenon expression device 110 may be realized using hardware such as an application specific integrated circuit (ASIC), a programmable logic device (PLD), or a field programmable gate array (FPGA). good. The physical phenomenon expression program may be recorded on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium is, for example, a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in the computer system. The physical phenomenon expression program may be provided via a telecommunication line.

実位置検出部101は、実際の空間座標系におけるユーザの位置(実位置)を検出する。すなわち、ユーザは自身が移動することによって実空間における位置を指示する。実位置検出部101が実位置を検出するための具体的な方法には、既存のどのような方法が適用されても良い。例えば、実位置検出部101は撮像装置を備え、撮像装置によって撮影されたユーザの画像に基づいてユーザの実位置が検出されても良い。例えば、実位置検出部101は距離センサを備え、距離センサによってユーザの実位置を検出しても良い。例えば、実位置検出部101は、ユーザが携帯するGPS(Global Positioning System)端末から、GPS端末によって算出されたユーザの実位置の座標を無線通信によって受信しても良い。例えば、実位置検出部101は1又は複数のRFID(Radio Frequency Identification)リーダを備え、ユーザが携帯するRFIDタグから受信した信号に基づいてユーザの実位置を検出しても良い。実位置検出部101には、上述した方法以外の方法が適用されても良い。   The actual position detection unit 101 detects the position (actual position) of the user in the actual space coordinate system. That is, the user indicates the position in the real space by moving. Any existing method may be applied as a specific method for the actual position detection unit 101 to detect the actual position. For example, the actual position detection unit 101 may include an imaging device, and the user's actual position may be detected based on the user's image captured by the imaging device. For example, the actual position detection unit 101 may include a distance sensor, and the actual position of the user may be detected by the distance sensor. For example, the real position detection unit 101 may receive the coordinates of the real position of the user calculated by the GPS terminal from a GPS (Global Positioning System) terminal carried by the user by wireless communication. For example, the actual position detection unit 101 may include one or a plurality of RFID (Radio Frequency Identification) readers and detect the actual position of the user based on a signal received from an RFID tag carried by the user. A method other than the method described above may be applied to the actual position detection unit 101.

仮想位置取得部102は、ユーザの位置に対応してその位置が変化する移動体の位置(仮想位置)を取得する。仮想位置は、実際の空間座標系とは異なる仮想空間における座標系(以下、「仮想座標系」という。)における位置を表す。仮想座標系は、移動体の種類や、物理現象表現システム100で表現する物理現象の内容などに応じて、予め設計者によって設定される。例えば、複数の電子によって生じる物理現象を表す場合には、実際の空間座標系における1メートルが仮想座標系における1ピコメートル(10の−15乗)に相当する座標系として定義されても良い。また、地球の地磁気が電子に与える物理現象を表す場合には、実際の空間座標系における1メートルが仮想座標系における1万メートルに相当する座標系として定義されても良い。   The virtual position acquisition unit 102 acquires the position (virtual position) of a moving body whose position changes corresponding to the position of the user. The virtual position represents a position in a coordinate system (hereinafter referred to as “virtual coordinate system”) in a virtual space different from the actual space coordinate system. The virtual coordinate system is set in advance by the designer according to the type of the moving object, the contents of the physical phenomenon represented by the physical phenomenon representation system 100, and the like. For example, in the case of representing a physical phenomenon caused by a plurality of electrons, 1 meter in an actual spatial coordinate system may be defined as a coordinate system corresponding to 1 picometer (10-15) in the virtual coordinate system. Further, when a physical phenomenon given to electrons by the earth's geomagnetism is represented, one meter in the actual spatial coordinate system may be defined as a coordinate system corresponding to 10,000 meters in the virtual coordinate system.

仮想位置取得部102が、ユーザの実位置に基づいて仮想位置を取得する具体的な方法には、どのような方法が適用されても良い。例えば、仮想位置取得部102は、実位置と仮想位置とを対応付けた変換テーブルを予め記憶し、この変換テーブルに基づいて実位置に応じた仮想位置を取得しても良い。例えば、仮想位置取得部102は、実際の空間座標系の座標を仮想座標系の座標に変換するための変換式を予め記憶し、実位置の座標に基づいて仮想位置の座標を算出しても良い。仮想位置取得部102には、上述した方法以外の方法が適用されても良い。変換式の例については後述する。   Any method may be applied to the specific method in which the virtual position acquisition unit 102 acquires the virtual position based on the real position of the user. For example, the virtual position acquisition unit 102 may store in advance a conversion table in which a real position and a virtual position are associated, and acquire a virtual position corresponding to the real position based on the conversion table. For example, the virtual position acquisition unit 102 stores in advance a conversion formula for converting the coordinates of the actual space coordinate system into the coordinates of the virtual coordinate system, and calculates the coordinates of the virtual position based on the coordinates of the actual position. good. A method other than the method described above may be applied to the virtual position acquisition unit 102. An example of the conversion formula will be described later.

現象演算部103は、仮想位置取得部102によって取得された各移動体の位置に基づいて、仮想空間において生じる物理現象を演算する。現象演算部103は、例えば各移動体の位置に応じて各移動体に対して生じる力に基づいて、各移動体の動きを演算する。例えば、移動体が電子である場合には、現象演算部103は、仮想空間に存在する他の物体や粒子や場から電子(移動体)が受ける力を演算し、その力に基づいて電子(移動体)の動きを演算する。移動体が複数存在する場合には、移動体同士に働く力、すなわち一の移動体が他の移動体から受ける力も現象演算部103は演算する。   The phenomenon calculation unit 103 calculates a physical phenomenon that occurs in the virtual space based on the position of each moving body acquired by the virtual position acquisition unit 102. The phenomenon calculation unit 103 calculates the movement of each moving body based on, for example, the force generated on each moving body according to the position of each moving body. For example, when the moving body is an electron, the phenomenon calculation unit 103 calculates the force that the electron (moving body) receives from another object, particle, or field existing in the virtual space, and the electron ( The movement of the moving object is calculated. When there are a plurality of moving bodies, the phenomenon calculating unit 103 also calculates a force acting between the moving bodies, that is, a force that one moving body receives from another moving body.

このとき、予め仮想空間において働かない力として設定されている力がある場合には、その力が働かないものとして現象演算部103は演算を行う。逆に、予め仮想空間において働く力が設定されている場合には、設定された力のみが働くものとして現象演算部103は演算を行う。また、予め仮想空間において各種の物理定数の値がユーザによって変更されている場合には、演算部103は変更後の値を用いて演算を行う。   At this time, if there is a force that is set in advance as a force that does not work in the virtual space, the phenomenon calculation unit 103 performs a calculation assuming that the force does not work. Conversely, when a force that works in the virtual space is set in advance, the phenomenon calculation unit 103 performs a calculation assuming that only the set force works. Further, when the values of various physical constants are changed in advance in the virtual space, the calculation unit 103 performs calculations using the changed values.

映像生成部104は、現象演算部103の演算結果に基づいて、演算された物理現象を表す映像を生成する。例えば、上述したように移動体が電子である場合には、各電子の動きを表す動画像を生成する。映像生成部104は、生成した映像の信号を映像表示部106へ出力する。   The video generation unit 104 generates a video representing the calculated physical phenomenon based on the calculation result of the phenomenon calculation unit 103. For example, when the moving body is an electron as described above, a moving image representing the movement of each electron is generated. The video generation unit 104 outputs the generated video signal to the video display unit 106.

入力部105は、キーボード、ポインティングデバイス(マウス、タブレット等)、ボタン、タッチパネル等の既存の入力装置を用いて構成される。入力部105は、種々の指示を物理現象表現装置110に入力する際に操作者によって操作される。例えば、何を移動体とするか選択した結果を表す指示や、何を映像表示部106に表示するかの指示(磁力線、重力場、光、電磁波、プラズマ、個体などの表示)や、各種の物理定数を変更する指示や、仮想空間に存在する物体や粒子に関する情報などが入力部105を介して物理現象表現装置110に入力される。   The input unit 105 is configured using an existing input device such as a keyboard, a pointing device (such as a mouse or a tablet), a button, or a touch panel. The input unit 105 is operated by an operator when inputting various instructions to the physical phenomenon expression device 110. For example, an instruction indicating a result of selecting what is a moving object, an instruction of what is displayed on the video display unit 106 (display of magnetic field lines, gravitational field, light, electromagnetic wave, plasma, individual, etc.) An instruction to change a physical constant, information on an object or particle existing in the virtual space, and the like are input to the physical phenomenon expression device 110 via the input unit 105.

映像表示部106は、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、プロジェクター等の画像表示装置を用いて構成される。映像表示部106は、物理現象表現装置110の映像生成部104から出力された映像の信号に基づいて、物理現象を表す映像を表示する。   The video display unit 106 is configured using an image display device such as a CRT (Cathode Ray Tube) display, a liquid crystal display, an organic EL (Electro Luminescence) display, or a projector. The video display unit 106 displays a video representing a physical phenomenon based on the video signal output from the video generation unit 104 of the physical phenomenon expression device 110.

実位置と仮想位置の変換については、以下のように行う。以下の例では、実位置検出部101は実位置を二次元空間上の位置(x,y)として行う。すなわち、実位置検出部101は、ユーザ、または対象となる物体の位置を二次元空間座標(x,y)で認識する。次に、仮想位置取得部102が、ユーザの実位置に対応する仮想空間における位置の座標(仮想空間座標)を取得する。仮想空間座標を(a,b,c)と表現すると、変換行列Gにより仮想空間座標と実位置との関係は以下の式1のように表される。   The conversion between the real position and the virtual position is performed as follows. In the following example, the actual position detection unit 101 performs the actual position as the position (x, y) in the two-dimensional space. That is, the real position detection unit 101 recognizes the position of the user or the target object with the two-dimensional space coordinates (x, y). Next, the virtual position acquisition unit 102 acquires position coordinates (virtual space coordinates) in the virtual space corresponding to the real position of the user. When the virtual space coordinates are expressed as (a, b, c), the relationship between the virtual space coordinates and the actual position is expressed by the transformation matrix G as shown in the following Expression 1.

Figure 2012226650
Figure 2012226650

仮想位置取得部102は、式1によって仮想空間座標を取得する。   The virtual position acquisition unit 102 acquires virtual space coordinates according to Equation 1.

次に、現象演算部103の処理について説明する。現象演算部103は、仮想位置取得部102によって得られた仮想空間座標に基づいて、移動体に作用する力を演算し、映像生成部104に出力するための座標や、表示座標などを計算する。ここで、ユーザ1とユーザ2がそれぞれ仮想空間座標(a,b,c)、(a,b,c)に位置する時の、ユーザ1に対応する移動体1とユーザ2に対応する移動体2の表示座標(u,v,w)、(u,v,w)の算出の例を示す。まず、各移動体には、ユーザの位置に対応する仮想空間座標にとどまろうとする力Fが定義される。これは、各移動体に定義したり、任意に変更したりすることもできるし、共通パラメータとすることもできる。ここでは、移動体1と移動体2がそれぞれユーザ1とユーザ2の仮想空間座標にとどまろうとする力(以下残留力)をFとする。残留力は、表示座標から、仮想空間座標へのベクトル方向に対し作用している。よって表示座標が、仮想空間座標から離れれば、表示上の移動体(電子)は、ユーザの仮想空間座標に戻ろうと動作する。移動体1と移動体2がいずれも電子であると仮定し、クーロン力が作用していることを考えると、以下の式2で表される力を、互いの座標に対する斥力として受けることになる。 Next, processing of the phenomenon calculation unit 103 will be described. The phenomenon calculation unit 103 calculates a force acting on the moving body based on the virtual space coordinates obtained by the virtual position acquisition unit 102, and calculates coordinates to be output to the video generation unit 104, display coordinates, and the like. . Here, the mobile body 1 and the user corresponding to the user 1 when the user 1 and the user 2 are located at the virtual space coordinates (a 1 , b 1 , c 1 ) and (a 2 , b 2 , c 2 ), respectively. An example of calculation of display coordinates (u 1 , v 1 , w 1 ) and (u 2 , v 2 , w 2 ) of the moving body 2 corresponding to 2 is shown. First, for each moving body, a force F is defined that tries to stay in virtual space coordinates corresponding to the position of the user. This can be defined for each moving body, can be arbitrarily changed, or can be a common parameter. Here, the force (hereinafter referred to as residual force) that the moving body 1 and the moving body 2 try to stay at the virtual space coordinates of the user 1 and the user 2 is defined as F, respectively. The residual force acts on the vector direction from the display coordinates to the virtual space coordinates. Therefore, if the display coordinates are separated from the virtual space coordinates, the moving object (electronics) on the display operates to return to the user's virtual space coordinates. Assuming that both the moving body 1 and the moving body 2 are electrons, and considering that the Coulomb force is acting, the force expressed by the following formula 2 is received as a repulsive force with respect to each other's coordinates. .

Figure 2012226650
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ここで、kはボルツマン係数であり、qとqは荷電粒子の電荷量である。式2から分かるように、個の力は、ユーザ1とユーザ2の仮想空間座標が同じであれば無限大に発散してしまう。そこで、表示座標(u,v,w)、(u,v,w)は、残留力Fとクーロン力Fが釣り合う位置として、以下の式3のように算出できる。 Here, k is a Boltzmann coefficient, and q 1 and q 2 are charge amounts of charged particles. As can be seen from Equation 2, if the virtual space coordinates of the user 1 and the user 2 are the same, the individual force diverges infinitely. Therefore, the display coordinates (u 1 , v 1 , w 1 ) and (u 2 , v 2 , w 2 ) can be calculated as the following equation 3 as a position where the residual force F and the Coulomb force F are balanced.

Figure 2012226650
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式3を満たし、且つ仮想空間座標からの距離が最小となる、表示座標(u,v,w)、(u,v,w)に移動体(電子)の映像を生成することになる。また、その他の力が移動体(電子)に働いたり、ユーザが何らかの動作により運動エネルギーを生じさせた場合などには、それらの力とクーロン力、残留力を考慮して表示座標が決定される。また、予め定められた残留力Fを上回る力でユーザから遠ざかる力を作用させると、移動体の表示座標とユーザの仮想空間座標とは永遠に遠ざかることとなる。このような状態を移動体の制御不能状態と定義する。ユーザに対応する移動体が制御不能状態となると、ユーザの位置情報を考慮した動作は不可能となるため、このような移動体はユーザから切り離され、最後の状態情報(位置や、速度、加速度の情報)を初期値として、仮想空間のパラメータに従い一定時間Tだけ運動を続けた後、現象演算部103の処理の対象から排除しても良い。このように制御することで、無用な移動体の運動について演算を続けることを防ぐことができる。また、移動体が制御不能状態になると、ユーザが操作可能な移動体が消失するため、時間T後にユーザの仮想空間座標に、新たな移動体を再生成しても良い。このように設定することで、ユーザは移動体が制御不能状態に陥ることを気にする必要がなく、様々な動きを試みることができる。また、式1はユーザの位置を二次元空間で把握した例であるが、無線による位置検出により三次元空間でユーザ位置(x,y,z)を検出しても良い。この場合には、以下の式4のように仮想空間座標への変換を行っても良い。 A moving body (electronic) image is generated at display coordinates (u 1 , v 1 , w 1 ) and (u 2 , v 2 , w 2 ) that satisfy Equation 3 and have the smallest distance from the virtual space coordinates. Will do. In addition, when other forces act on the moving body (electrons), or when the user generates kinetic energy by some action, the display coordinates are determined in consideration of those forces, Coulomb force, and residual force. . In addition, when a force that moves away from the user with a force that exceeds a predetermined residual force F is applied, the display coordinates of the moving object and the virtual space coordinates of the user are moved away forever. Such a state is defined as an uncontrollable state of the moving body. When the moving body corresponding to the user becomes in an uncontrollable state, an operation in consideration of the user's position information becomes impossible. Therefore, such a moving body is separated from the user and the last state information (position, speed, acceleration, etc. The information may be excluded from the processing target of the phenomenon calculation unit 103 after continuing the movement for a certain time T 0 according to the parameters of the virtual space. By controlling in this way, it can prevent continuing a calculation about the motion of an unnecessary moving body. In addition, when the moving body becomes uncontrollable, the moving body that can be operated by the user disappears. Therefore, a new moving body may be regenerated in the virtual space coordinates of the user after time Tr . By setting in this way, the user does not need to worry that the moving body falls into an uncontrollable state, and can try various movements. Moreover, although Formula 1 is an example which grasped | ascertained the user's position in two-dimensional space, you may detect user position (x, y, z) in three-dimensional space by the position detection by radio | wireless. In this case, conversion to virtual space coordinates may be performed as shown in Equation 4 below.

Figure 2012226650
Figure 2012226650

また、映像として表示するために、この表示座標を映像を表示する画面上の座標に映像平面座標として更に変換することができる。映像平面座標(α,β)は、以下の式5のように変換行列Qを用いて表される。   Further, in order to display as an image, the display coordinates can be further converted as image plane coordinates into coordinates on a screen on which the image is displayed. Video plane coordinates (α, β) are expressed using a transformation matrix Q as shown in Equation 5 below.

Figure 2012226650
Figure 2012226650

図2は、物理現象表現システム100の動作を表すフローチャートである。まず、実位置検出部101が、実位置を検出する(ステップS101)。次に、仮想位置取得部102が、実位置検出部101によって検出された実位置に基づいて仮想位置を取得する(ステップS102)。次に、現象演算部103が、仮想位置取得部102によって取得された仮想位置に基づいて、仮想空間において生じる物理現象を演算で求める(ステップS103)。次に、映像生成部104が、現象演算部103の演算結果に基づいて、演算された物理現象を表す映像を生成する(ステップS104)。そして、映像表示部106が、映像生成部104によって生成された映像を表示する(ステップS105)。図2に示される動作は、所定の間隔で繰り返し実行される。また、図2に示される処理は、パイプライン処理のように複数のステップが同時に並行して実行されても良い。   FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the physical phenomenon representation system 100. First, the actual position detection unit 101 detects an actual position (step S101). Next, the virtual position acquisition unit 102 acquires a virtual position based on the real position detected by the real position detection unit 101 (step S102). Next, the phenomenon calculation unit 103 calculates a physical phenomenon that occurs in the virtual space based on the virtual position acquired by the virtual position acquisition unit 102 (step S103). Next, the video generation unit 104 generates a video representing the calculated physical phenomenon based on the calculation result of the phenomenon calculation unit 103 (step S104). Then, the video display unit 106 displays the video generated by the video generation unit 104 (step S105). The operation shown in FIG. 2 is repeatedly executed at predetermined intervals. Further, in the process shown in FIG. 2, a plurality of steps may be executed simultaneously in parallel as in the pipeline process.

<第一実施例>
図3は、物理現象表現システム100の第一実施例を表す図である。図3に示される物理現象表現システム100は、ユーザの位置(実位置)に対応付けて電子(移動体)の位置(仮想位置)を取得し、位置に応じた電子の挙動を演算し表示する。図3には、天井から吊されたプロジェクター106−1と、プロジェクター106−1から投影される映像を映し出すスクリーン106−2が示されている。プロジェクター106−1及びスクリーン106−2は映像表示部106の具体例である。スクリーン106−2の前には、二人のユーザ601−1及び601−2が立っている。プロジェクター106−1及びスクリーン106−2は、ユーザ601−1及び601−2のそれぞれの位置に対応付けて、電子501−1及び501−2を表示する。なお、説明の便宜のため、以下の説明において用いる図面では、プロジェクター106−1の図及び符号と、スクリーン106−2の符号とを省略する。
<First Example>
FIG. 3 is a diagram illustrating a first embodiment of the physical phenomenon representation system 100. The physical phenomenon representation system 100 shown in FIG. 3 acquires the position (virtual position) of an electron (moving body) in association with the position (actual position) of the user, and calculates and displays the behavior of the electron according to the position. . FIG. 3 shows a projector 106-1 suspended from the ceiling and a screen 106-2 for displaying an image projected from the projector 106-1. The projector 106-1 and the screen 106-2 are specific examples of the video display unit 106. Two users 601-1 and 601-2 are standing in front of the screen 106-2. The projector 106-1 and the screen 106-2 display the electrons 501-1 and 501-2 in association with the positions of the users 601-1 and 601-2. For convenience of explanation, the drawings and symbols of the projector 106-1 and the symbols of the screen 106-2 are omitted in the drawings used in the following explanation.

図4は、図3に示された物理現象表現システム100の第一実施例の動作を表すフローチャートである。まず、実位置検出部101が、ユーザ601−1の位置と、ユーザ601−2の位置とを検出する(ステップS201)。次に、仮想位置取得部102が、実位置検出部101によって検出された各実位置に基づいて、各ユーザに対応する仮想位置を取得する(ステップS202)。図3の場合は、ユーザが二人存在しているため、二つの仮想位置が取得される。   FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the first embodiment of the physical phenomenon representation system 100 shown in FIG. First, the actual position detection unit 101 detects the position of the user 601-1 and the position of the user 601-2 (step S201). Next, the virtual position acquisition unit 102 acquires a virtual position corresponding to each user based on each real position detected by the real position detection unit 101 (step S202). In the case of FIG. 3, since there are two users, two virtual positions are acquired.

現象演算部103は、まず、制御不能状態になって時間Tが経過していないユーザの位置情報についてはこれを用いない(ステップS203)。現象演算部103が、仮想位置取得部102によって取得された実空間における座標から、制御不能状態でない、または制御不能状態後T経過したユーザの各仮想空間座標を計算し、設定する(ステップS204)。次に、制御不能状態になってT経過した移動体を仮想空間から消去する(ステップS205)。次に、現象演算部103が、各ユーザに対応する電子の仮想空間座標と動きに基づいて、表示座標における電子の位置と動きを演算する(ステップS206)。このとき、例えばユーザ601−1に対応する電子501−1と、ユーザ601−2に対応する電子501−2との間に生じる力や、予め仮想空間に設定されている場によって生じる力などを現象演算部103が演算する。 First, the phenomenon calculation unit 103 does not use the position information of the user who has become uncontrollable and has not passed the time Tr (step S203). The phenomenon calculation unit 103 calculates and sets each virtual space coordinate of the user who is not in the uncontrollable state or has passed Tr after the uncontrollable state from the coordinates in the real space acquired by the virtual position acquisition unit 102 (step S204). ). Next, the moving body that has become T0 and has passed T 0 is erased from the virtual space (step S205). Next, the phenomenon calculation unit 103 calculates the position and movement of the electrons in the display coordinates based on the virtual space coordinates and movement of the electrons corresponding to each user (step S206). At this time, for example, a force generated between the electron 501-1 corresponding to the user 601-1 and the electron 501-2 corresponding to the user 601-2, a force generated by a field set in advance in a virtual space, or the like. The phenomenon calculation unit 103 calculates.

また、制御不能状態になってT以内の移動体についても、ユーザに対応する移動体と同様に演算される。次に、新規に制御不能状態になった移動体が検出される。移動体は、表示座標がユーザの仮想空間座標から距離R以内の領域まで戻ってこられなくなったり、仮想空間座標から距離R以内の領域から離れて一定時間が経過したり、ある表示座標の条件を満たした場合に制御不能状態と認定される。制御不能状態と認定されると、移動体にはユーザの仮想空間座標にむけた残留力が働かなくなり、移動体は自由運動を行う。このとき、制御不能状態になった移動体の表示を条件によって消去することができる。消去する場合の例は後述するが、特定の座標に入った場合に指定できる。そして、現象演算部103は、演算結果として得られた力に基づいてユーザに対応する移動体(電子)、および制御不能状態の移動体(電子)の動きを演算し、表示座標を出力する。次に、映像生成部104が、現象演算部103の演算結果に基づいて、各ユーザに対応する電子の動きを表す映像を生成する(ステップS208)。そして、映像表示部106が、映像生成部104によって生成された映像を表示する(ステップS209)。 Further, the calculation is also performed for a moving body that is in an uncontrollable state and within T 0 in the same manner as the moving body corresponding to the user. Next, a moving body that has newly become uncontrollable is detected. The mobile object cannot return to the area within the distance R 0 from the user's virtual space coordinates, or a certain time elapses from the area within the distance R 0 from the virtual space coordinates. When the condition is met, it is recognized as an uncontrollable state. If it is determined that the state is not controllable, the moving body does not act on the user's virtual space coordinates, and the moving body moves freely. At this time, the display of the movable body that has become uncontrollable can be erased depending on conditions. An example of erasing will be described later, but can be specified when entering a specific coordinate. Then, the phenomenon calculation unit 103 calculates the movements of the moving body (electrons) corresponding to the user and the uncontrollable moving body (electrons) based on the force obtained as the calculation result, and outputs the display coordinates. Next, the video generation unit 104 generates a video representing the movement of electrons corresponding to each user based on the calculation result of the phenomenon calculation unit 103 (step S208). Then, the video display unit 106 displays the video generated by the video generation unit 104 (step S209).

図5は、ユーザが移動した場合の映像の変化の例を表す図である。図3に示される位置から、ユーザ601−1及びユーザ601−2が互いに近付いた場合、各ユーザの位置の変化に応じて仮想位置も変化する。その結果、各ユーザに対応する電子の位置も一度は近付く。しかしながら、電子501−1及び電子501−2は同じ負の電荷を有しているため、式2で示される反発する力が生じる。そのため、ユーザ601−1及びユーザ601−2の実位置の距離に比べて、スクリーン106−2に映し出された電子501−1及び電子501−2の距離は離れている。このとき、スクリーン106−2には、ユーザ601−1及びユーザ601−2の移動につられて、一度は電子501−1及び電子501−2の距離が図5に示されるよりも近付く状態が映し出される。しかし、上述したような力が生じるため、その後に映し出される映像(例えば図5に示される映像)では、段階的に電子501−1及び電子501−2が互いに離れる方向に移動する。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a change in video when the user moves. When the user 601-1 and the user 601-2 approach each other from the position shown in FIG. 3, the virtual position also changes according to the change in the position of each user. As a result, the position of the electron corresponding to each user also approaches once. However, since the electron 501-1 and the electron 501-2 have the same negative charge, the repulsive force shown by Formula 2 arises. Therefore, the distance between the electron 501-1 and the electron 501-2 displayed on the screen 106-2 is larger than the distance between the actual positions of the user 601-1 and the user 601-2. At this time, as the user 601-1 and the user 601-2 move, the screen 106-2 shows a state where the distance between the electrons 501-1 and the electrons 501-2 is closer than that shown in FIG. It is. However, since the force as described above is generated, in the image projected thereafter (for example, the image shown in FIG. 5), the electrons 501-1 and 501-2 move stepwise away from each other.

運動エネルギーを考慮することで、初めに近づく際に生じた互いに近づこうとする運動エネルギーが存在するため、ユーザ位置に厳密に従おうとする残留力と運動エネルギーにより、クーロン力により表せる反発力との釣り合う点が、残留力との釣り合いの距離より小さくなり、一度大きく近づいた後、運動エネルギーが無くなり、クーロン力による反発力が大きくなり、跳ね返り、再び残留力によりユーザの仮想空間位置に近づこうと運動を開始することを繰り返し、収束するまで振り子のような運動をさせることもできる。   Considering the kinetic energy, there is kinetic energy that comes closer to each other when approaching the beginning, so the residual force that strictly follows the user's position and the kinetic energy balance the repulsive force that can be expressed by the Coulomb force. The point becomes smaller than the distance of balance with the residual force, and once it approaches a large distance, the kinetic energy disappears, the repulsive force due to the Coulomb force increases, rebounds, and moves again to approach the user's virtual space position by the residual force. You can repeat the start and make it move like a pendulum until it converges.

また、図5において、501−3は電磁波を表す波の表示である。電子やイオン、プラズマなど荷電子が運動をする場合、その周囲にはマクスウェルの方程式で示される電磁界の変化が生じる。この電磁界の変化は波として周囲の空間に伝搬する。図5は電子が左右方向に動作しているため、左右方向と直角の方向に電磁波が放射されていることを表している。電子が動作する周期により放射される電波の周波数が異なる。このため、電磁波の周波数により、表示される電磁波の色を変化させることもできる。例えば、周波数が高いほど青くし、低いほど赤くすることができる。ユーザ、もしくはユーザが持つ位置検出される物体を周期運動(上下に振ったり、左右に動いたり)させることにより、対応する電磁波を放射する表示を出すことができる。   In FIG. 5, reference numeral 501-3 denotes a wave representing an electromagnetic wave. When valence electrons such as electrons, ions, and plasma move, an electromagnetic field change expressed by Maxwell's equations occurs around them. This change in the electromagnetic field propagates as a wave to the surrounding space. FIG. 5 shows that electromagnetic waves are radiated in a direction perpendicular to the left-right direction because electrons move in the left-right direction. The frequency of the radiated radio wave varies depending on the cycle in which the electrons operate. For this reason, the color of the displayed electromagnetic wave can be changed according to the frequency of the electromagnetic wave. For example, the higher the frequency, the more blue, and the lower the frequency, the more red. By periodically moving the user or an object whose position is held by the user (waving up and down or moving left and right), a display that emits a corresponding electromagnetic wave can be provided.

<第二実施例>
図6は、物理現象表現システム100の第二実施例を表す図である。図6に示される物理現象表現システム100は、ユーザの実位置に対応付けて電子の仮想位置を取得し、仮想位置に基づいて電子の挙動を演算し表示する。第二実施例の仮想空間には、地球502及び太陽504が存在する。地球502は、北極と南極とを結ぶ磁力線503を有する。第二実施例の仮想空間では、各ユーザに対応する電子501(501−1及び501−2)には、地球502の磁力線503や、地球502の万有引力などが作用する。
<Second Example>
FIG. 6 is a diagram illustrating a second embodiment of the physical phenomenon representation system 100. The physical phenomenon representation system 100 shown in FIG. 6 acquires the electron virtual position in association with the real position of the user, and calculates and displays the behavior of the electron based on the virtual position. The earth 502 and the sun 504 exist in the virtual space of the second embodiment. The earth 502 has magnetic field lines 503 connecting the north pole and the south pole. In the virtual space of the second embodiment, the magnetic force lines 503 of the earth 502, the universal attractive force of the earth 502, and the like act on the electrons 501 (501-1 and 501-2) corresponding to each user.

図6に示される第二実施例では、スクリーン106−2の前には、二人のユーザ601−1及び601−2が立っている。プロジェクター106−1及びスクリーン106−2は、ユーザ601−1及び601−2のそれぞれの位置に対応付けて、電子501−1及び電子501−2を表示する。また、プロジェクター106−1及びスクリーン106−2は、仮想空間に配置されている地球502、地球502の磁力線503、太陽504を表示する。   In the second embodiment shown in FIG. 6, two users 601-1 and 601-2 are standing in front of the screen 106-2. The projector 106-1 and the screen 106-2 display the electronic 501-1 and the electronic 501-2 in association with the positions of the users 601-1 and 601-2. Further, the projector 106-1 and the screen 106-2 display the earth 502, the magnetic lines of force 503 of the earth 502, and the sun 504 arranged in the virtual space.

第二実施例では、図6に示されるように仮想空間に磁力線503が生じており、各電子は一定速度vで動き続けるように設定されている。そのため、電子501−1及び電子501−2は磁力線503にフレミングの右手の法則による力を受け、その動きは磁力線503の回りを回転する動きに限定されてしまう。磁力線に沿った動きに運動エネルギーを持っていても、地球に近づくほど磁力が大きくなるように設定されており、磁力線に対し垂直方向の運動エネルギーが磁力の増大により大きくなるため、ある程度地球に近づいても、磁力線に水平方向の運動エネルギーはいずれ0になり、跳ね返ってもどってくる。図7は、第二実施例における電子の動きの特徴を表す図である。図7は、図6に示される位置からユーザ601−1及びユーザ601−2が矢印の方向に移動した場合の映像の例を表す図である。 In the second embodiment, the magnetic field lines 503 are generated in the virtual space, as shown in FIG. 6, each electron is set to continue to move at a constant speed v 0. Therefore, the electron 501-1 and the electron 501-2 receive a force according to Fleming's right-hand rule at the magnetic force line 503, and the movement is limited to the movement rotating around the magnetic force line 503. Even if it has kinetic energy in the movement along the magnetic field lines, it is set so that the magnetic force increases as it approaches the earth, and the kinetic energy in the direction perpendicular to the magnetic field lines increases as the magnetic force increases. However, the kinetic energy in the horizontal direction will eventually become 0 and return to the magnetic field lines. FIG. 7 is a diagram illustrating the characteristics of the movement of electrons in the second embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an image when the user 601-1 and the user 601-2 move in the direction of the arrow from the position illustrated in FIG.

ユーザ601−1が磁力線503に沿わない動きをした場合、電子501−1の動きは以下のようになる。ユーザ601−1の位置(実位置)に応じて電子501−1の位置(仮想位置)が取得される。仮想位置は、ユーザ601−1の移動に伴って図6の電子501−1の位置から右方向に移動した位置となる。しかし、現象演算部103による演算の結果、電子501−1は磁力線503から離れようとしても、フレミングの右手の法則により、磁力線503の回りを回転する力に変換されてしまうため、仮想位置には移動することが出来ず磁力線503の回りを回転し続ける。もしユーザ601−1の移動に伴って電子501−1が磁力線503を離れたとしても、電子501−1はすぐに磁力線503上に戻る。この電子501−1はこの時点でユーザの制御を離れてしまうため制御不能状態となる。よって、時間T後にユーザ601−1に対応する位置で電子が再生成され、電子501−1は時間Tだけ運動を続けた後、消去される。 When the user 601-1 moves not along the magnetic field lines 503, the movement of the electrons 501-1 is as follows. The position (virtual position) of the electron 501-1 is acquired according to the position (real position) of the user 601-1. The virtual position is a position moved rightward from the position of the electron 501-1 in FIG. 6 in accordance with the movement of the user 601-1. However, as a result of the calculation by the phenomenon calculation unit 103, even if the electron 501-1 tries to move away from the magnetic field line 503, it is converted into a force rotating around the magnetic field line 503 by Fleming's right hand rule. It cannot move and continues to rotate around the magnetic field line 503. Even if the electron 501-1 leaves the magnetic field line 503 as the user 601-1 moves, the electron 501-1 immediately returns to the magnetic field line 503. Since the electronic 501-1 leaves the user's control at this time, the electronic 501-1 is in a control impossible state. Thus, electrons are regenerated at a position corresponding to the user 601-1 after a time T r, after electronic 501-1 was continued motion only time T 0, is erased.

ユーザ601−2が磁力線503に沿った動きをした場合、電子501−2の動きは以下のようになる。ユーザ601−2の位置(実位置)に応じて電子501−2の位置(仮想位置)が取得される。仮想位置は、ユーザ601−2の移動(ジャンプ)に伴って図6の電子501−2の位置から上方向に移動した位置となる。現象演算部103による演算の結果、電子501−2は磁力線503による力を受けるものの、ユーザ601−2の移動が磁力線503に沿った移動であったため、仮想位置に移動する。その後、ユーザ601−2が着地するのに伴って電子501−2は図6に示される位置に戻る。   When the user 601-2 moves along the magnetic field lines 503, the movement of the electrons 501-2 is as follows. The position (virtual position) of the electron 501-2 is acquired according to the position (real position) of the user 601-2. The virtual position is a position moved upward from the position of the electron 501-2 in FIG. 6 in accordance with the movement (jump) of the user 601-2. As a result of the calculation by the phenomenon calculation unit 103, although the electron 501-2 receives a force by the magnetic force line 503, the movement of the user 601-2 is a movement along the magnetic force line 503, and thus moves to a virtual position. Thereafter, as the user 601-2 lands, the electron 501-2 returns to the position shown in FIG.

図8は、ユーザが磁力線503に沿った方向に大きく動くことで、磁力線503方向に運動エネルギーFを与えた場合の電子の動きを示している。電子は磁力線503の回りを回転しながら、磁力線503沿いに運動を行うが、地球502に近づくと磁力が増大することで、近づくことができず、跳ね返ってくる様子が示されている。 8, the user is to move significantly in the direction along the magnetic field lines 503, shows an electronic movement when the magnetic field lines 503 direction impart kinetic energy F m. The electron moves along the magnetic force line 503 while rotating around the magnetic force line 503, but as it approaches the earth 502, the magnetic force increases, so that it cannot be approached and bounces back.

図9は太陽風505が地球502に到来し、磁気圏が擾乱を受けていることが映像表示されている状態を示している。太陽504から、太陽風505が放射され、高エネルギーのプラズマが地球502に到来していることが表示される。この太陽風505の影響により、磁力線503は縮こまるなどの変化をし、電子が地球502により近づくことができるようになる。このような状態で図8と同様に磁力線503方向に電子を投下すると、今度は跳ね返らずに地球502にぶつかることとなる。現象演算部103は、電子の表示位置(u,v,w)が地球502の大気座標の条件を表す存在位置に侵入したことを検出すると、電子の表示を消去し、代わりに地球502にオーロラ506を発生させるように映像生成部104に指定する。この場合も、電子は制御不能状態になったものとして、映像生成部104はユーザの仮想空間座標に一定時間後に電子を再生させる。このようにしてユーザは再生成された電子を次々に地球502に向けて投下することができ、オーロラ発生のメカニズムについて体験することができる。   FIG. 9 shows a state in which an image is displayed that the solar wind 505 has arrived at the earth 502 and the magnetosphere is disturbed. A solar wind 505 is emitted from the sun 504, and it is displayed that high-energy plasma has arrived at the earth 502. Under the influence of the solar wind 505, the lines of magnetic force 503 change, such as contraction, so that electrons can approach the earth 502. In this state, if electrons are dropped in the direction of the magnetic field lines 503 in the same manner as in FIG. 8, they will hit the earth 502 without rebounding. When the phenomenon calculation unit 103 detects that the display position (u, v, w) of the electron has entered the existence position representing the atmospheric coordinate condition of the earth 502, the phenomenon calculation unit 103 deletes the display of the electron and instead causes the earth 502 to aurora. The video generation unit 104 is designated to generate 506. Also in this case, assuming that the electrons are in an uncontrollable state, the video generation unit 104 reproduces the electrons after a predetermined time in the virtual space coordinates of the user. In this way, the user can drop the regenerated electrons one after another toward the earth 502 and can experience the mechanism of aurora generation.

図4におけるフローチャートでは、ステップS307において電子の位置が、地球大気座標の条件に電子の表示座標が含まれることを検出し、電子の表示を消去し、制御不能状態とし、地球上でオーロラを光らせる映像を作成し(S208)、映像を表示させる(S209)。   In the flowchart in FIG. 4, in step S307, it is detected that the display position of the electron is included in the conditions of the earth atmosphere coordinates, the display of the electron is erased, the control is disabled, and the aurora is illuminated on the earth. A video is created (S208), and the video is displayed (S209).

このように構成された第一実施形態では、ユーザの位置に基づいて物体や粒子などの移動体の位置が特定され、移動体の位置に応じて他の物体や粒子との相互作用が演算される。そして、その演算結果に基づいて、物理現象を表す映像が生成され表示される。そのため、ユーザは、自身が移動することによって、物体や粒子などの移動体の位置を変化させ、その変化によって生じる物理現象を視覚的に確認することが可能となる。したがって、ユーザは、物理現象をより感覚的に把握することが可能となる。   In the first embodiment configured as described above, the position of a moving body such as an object or particle is specified based on the position of the user, and the interaction with another object or particle is calculated according to the position of the moving body. The Based on the calculation result, an image representing a physical phenomenon is generated and displayed. Therefore, the user can change the position of a moving body such as an object or a particle by moving, and visually check a physical phenomenon caused by the change. Therefore, the user can grasp the physical phenomenon more sensibly.

また、各種の物理定数の値をユーザが自由に変更できるように構成された場合、ユーザが物理定数を変化させることによって、各物理定数によってどのように物理現象に変化が生じるか実感することが可能となる。そのため、それぞれの物理定数についての理解を深めることが可能となる。
さらに、光の速度を20km/hのように現実よりも小さく設定した場合に、現象演算部103は、電子を動かしたときのそれぞれの電子から見た経過時間の違いを演算しても良い。この場合、映像生成部104は、演算結果の経過時間を映像に表示しても良い。また、電子半径や光子半径が現実よりも大きく設定された場合、現象演算部103は電子の存在確率のもやを演算しても良い。この場合、映像生成部104は、演算結果のもやを視覚的に映像として表現しても良い。この場合、下記のようにクーロン力が働かないように設定されることによって、二つの電子の存在確率を近づけることで、干渉縞が生じる様子を観察できる。
In addition, when configured so that the user can freely change the values of various physical constants, the user can feel how the physical phenomenon is changed by each physical constant by changing the physical constant. It becomes possible. Therefore, it becomes possible to deepen understanding about each physical constant.
Furthermore, when the speed of light is set to be smaller than the actual value, such as 20 km / h, the phenomenon calculation unit 103 may calculate the difference in elapsed time seen from each electron when the electron is moved. In this case, the video generation unit 104 may display the elapsed time of the calculation result on the video. When the electron radius or photon radius is set larger than the actual radius, the phenomenon calculation unit 103 may calculate the haze of the existence probability of electrons. In this case, the video generation unit 104 may visually express the haze of the calculation result as a video. In this case, it is possible to observe the appearance of interference fringes by making the existence probability of two electrons close by setting so that the Coulomb force does not work as described below.

実世界において生じる複数の力のうち、仮想空間において生じる力を選択できるように構成された場合、クーロン力だけが働くように選択することや、ローレンツ力だけが働くように選択すること等によって、それぞれの力が物理現象に与える影響について視覚的に理解を深めることが可能となる。
また、ユーザは物理現象表現システム100の入力部105を操作し太陽風の発生を指示することによって、オーロラという神秘的な物理現象が発生する過程を視覚的に確認することが可能となる。
When configured to be able to select the force that occurs in the virtual space among the multiple forces that occur in the real world, by selecting so that only the Coulomb force works, selecting so that only the Lorentz force works, etc. It is possible to deepen the visual understanding of the influence of each force on physical phenomena.
In addition, the user can visually check the process of generating a mysterious physical phenomenon called aurora by operating the input unit 105 of the physical phenomenon expression system 100 and instructing the generation of solar wind.

<変形例>
実位置検出部101は、実位置としてユーザの位置を検出するのではなく、予め設定された物体の位置を検出しても良い。物体の例としては、例えばユーザが身につける物(例えばリストバンド、帽子、モーションキャプチャー用のマーカー等)や、ユーザが携帯する物(携帯電話機、カバンなど)や、ユーザがその位置を操作できる物(ラジオコントロールカー、ラジオコントロールヘリコプター、移動型ロボット等)等がある。
<Modification>
The actual position detection unit 101 may detect the position of a preset object instead of detecting the position of the user as the actual position. Examples of objects include things that the user wears (for example, wristbands, hats, motion capture markers, etc.), things that the user carries (cell phones, bags, etc.), and the user can operate the position. (Radio control car, radio control helicopter, mobile robot, etc.).

物理現象表現システム100は、携帯装置を備える様に構成されても良い。この場合、物理現象表現装置110は、携帯装置に対して所定の信号を送信する送信部を備える。送信部は、現象演算部103における演算結果が所定の条件を満たした場合、満たされた条件に応じた信号を携帯装置に対して送信する。携帯装置は、ユーザに携帯される装置である。携帯装置は、物理現象表現装置110から信号を受信すると、受信した信号に応じて動作する。例えば、携帯装置はジャイロを備えており、所定の信号を受信するとジャイロを動作させることによってユーザに対して体が引っ張られる感覚を体感させる。より具体的には、現象演算部103が移動体に対して生じる力が所定以上であると演算した場合に、送信部は力が生じる方向を表す信号を送信する。携帯装置は、信号が表す方向に力が生じるようにジャイロを制御しても良い。   The physical phenomenon expression system 100 may be configured to include a portable device. In this case, the physical phenomenon representation device 110 includes a transmission unit that transmits a predetermined signal to the mobile device. When the calculation result in the phenomenon calculation unit 103 satisfies a predetermined condition, the transmission unit transmits a signal corresponding to the satisfied condition to the portable device. A portable device is a device carried by a user. When the portable device receives a signal from the physical phenomenon representation device 110, the portable device operates in accordance with the received signal. For example, the portable device includes a gyro, and when a predetermined signal is received, the gyro is operated to cause the user to feel the body being pulled. More specifically, when the phenomenon calculation unit 103 calculates that the force generated on the moving body is greater than or equal to a predetermined value, the transmission unit transmits a signal indicating the direction in which the force is generated. The portable device may control the gyro so that a force is generated in the direction indicated by the signal.

映像生成部104は、物理現象、物体、粒子、力、場のうち、ユーザによって指定されたもののみを可視化するように映像を生成しても良い。可視化の指定は、入力部105を介して行われる。例えば、磁場の動きだけを可視化したり、電磁波のみを可視化したりしても良い。このように構成されることによって、見たい現象のみに着目することが可能となる。また、電磁波のうち、可視化される周波数帯域を指定出来るように構成されても良い。このように構成されることによって、電磁波の伝搬の様子を容易に確認することが可能となる。   The image generation unit 104 may generate an image so as to visualize only a physical phenomenon, an object, a particle, a force, and a field specified by the user. The designation of visualization is performed via the input unit 105. For example, only the movement of the magnetic field may be visualized or only the electromagnetic wave may be visualized. With this configuration, it is possible to focus only on the phenomenon that you want to see. Moreover, you may comprise so that the frequency band visualized among electromagnetic waves can be designated. With this configuration, it is possible to easily confirm the state of propagation of electromagnetic waves.

[第二実施形態]
図10は、物理現象表現システムの第二実施形態(物理現象表現システム200)の構成を表す構成図である。物理現象表現システム200は、複数の実位置検出部201−1〜201−N、物理現象表現装置210、複数の映像生成部204−1〜201−N、複数の映像表示部205−1〜205−Nを備える。実位置検出部201−n、映像生成部204−n、映像表示部205−n(nは1〜Nの整数)は、同じ場所に設置されている。すなわち、実位置検出部201−nが位置を検出するユーザは、映像生成部204−nによって生成された映像を、映像表示部205−n上で見ることが可能である。同じ場所に設置された実位置検出部201−n、映像生成部204−n、映像表示部205−nには同一の識別情報が割り当てられる。
[Second Embodiment]
FIG. 10 is a configuration diagram showing the configuration of the second embodiment (physical phenomenon expression system 200) of the physical phenomenon expression system. The physical phenomenon expression system 200 includes a plurality of real position detection units 201-1 to 201-N, a physical phenomenon expression device 210, a plurality of video generation units 204-1 to 201-N, and a plurality of video display units 205-1 to 205. -N. The real position detection unit 201-n, the video generation unit 204-n, and the video display unit 205-n (n is an integer from 1 to N) are installed at the same place. That is, the user whose actual position detection unit 201-n detects the position can view the video generated by the video generation unit 204-n on the video display unit 205-n. The same identification information is assigned to the real position detection unit 201-n, the video generation unit 204-n, and the video display unit 205-n installed in the same place.

実位置検出部201−n及び映像生成部204−nは、有線又は無線の通信で物理現象表現装置210に接続される。
実位置検出部201−nは、それぞれが設置された付近を移動するユーザの位置を検出する。実位置検出部201−nは、検出した実位置を、自身に割り当てられた識別情報とともに物理現象表現装置210へ送信する。各実位置検出部201−nの構成は、物理現象表現装置210への送信処理を除けば、第一実施形態における実位置検出部101と同じである。
The actual position detection unit 201-n and the video generation unit 204-n are connected to the physical phenomenon expression device 210 by wired or wireless communication.
The actual position detection unit 201-n detects the position of the user who moves in the vicinity where each is installed. The actual position detection unit 201-n transmits the detected actual position to the physical phenomenon expression device 210 together with the identification information assigned to itself. The configuration of each real position detection unit 201-n is the same as that of the real position detection unit 101 in the first embodiment, except for transmission processing to the physical phenomenon expression device 210.

物理現象表示装置210は、バスで接続されたCPUやメモリや補助記憶装置などを備え、物理現象表現プログラムを実行する。物理現象表現装置210は、物理現象表現プログラムの実行により、仮想位置取得部202、現象演算部203を備える装置として機能する。なお、物理現象表現装置210の各機能の全て又は一部は、ASICやPLDやFPGA等のハードウェアを用いて実現されても良い。   The physical phenomenon display device 210 includes a CPU, a memory, an auxiliary storage device, and the like connected by a bus, and executes a physical phenomenon expression program. The physical phenomenon expression device 210 functions as a device including the virtual position acquisition unit 202 and the phenomenon calculation unit 203 by executing the physical phenomenon expression program. Note that all or some of the functions of the physical phenomenon representation device 210 may be realized using hardware such as an ASIC, PLD, or FPGA.

仮想位置取得部202は、物理現象表示装置210に接続された複数の実位置検出部201−nによって検出された各実位置について仮想位置を取得する。仮想位置取得部202には、全ての実位置検出部201−nに共通した仮想座標系が設定されていても良いし、実位置検出部201−n毎に異なる仮想座標系が設定されていても良い。仮想位置取得部202は、各位置検出部201−nから受信した識別情報と仮想位置とを対応付けて現象演算部203に出力する。仮想位置取得部202が仮想位置を取得する処理は、第一実施形態における仮想位置取得部102と同じである。   The virtual position acquisition unit 202 acquires a virtual position for each real position detected by a plurality of real position detection units 201-n connected to the physical phenomenon display device 210. In the virtual position acquisition unit 202, a virtual coordinate system common to all the real position detection units 201-n may be set, or a different virtual coordinate system is set for each real position detection unit 201-n. Also good. The virtual position acquisition unit 202 associates the identification information received from each position detection unit 201-n and the virtual position, and outputs them to the phenomenon calculation unit 203. The process in which the virtual position acquisition unit 202 acquires the virtual position is the same as the virtual position acquisition unit 102 in the first embodiment.

現象演算部203は、仮想位置取得部202から出力された各仮想位置に基づいて、仮想空間において生じる物理現象を演算する。現象演算部203が行う演算は、第一実施形態における現象演算部103と同じである。現象演算部203は、演算の結果を各映像生成部204−nに送信する。送信される演算の結果には、各移動体の動きと、その移動体に対応する識別情報との組み合わせが含まれる。   The phenomenon calculation unit 203 calculates a physical phenomenon that occurs in the virtual space based on each virtual position output from the virtual position acquisition unit 202. The calculation performed by the phenomenon calculation unit 203 is the same as the phenomenon calculation unit 103 in the first embodiment. The phenomenon calculation unit 203 transmits the calculation result to each video generation unit 204-n. The result of the calculation to be transmitted includes a combination of the movement of each moving body and identification information corresponding to the moving body.

映像生成部204−nは、物理現象表示装置210から演算結果を受信する。映像生成部204−nは、演算結果に基づいて映像を生成する。映像生成部204−nには固有の座標系が予め設定されている。この座標系は、仮想位置取得部202において用いられる仮想座標系に対応する座標系である。映像生成部204−nは、受信した演算結果が表す仮想空間の映像を、予め設定された座標系に従って映像にする。このように予め設定された座標系で映像が生成されることによって、実位置検出部201−nによって検出されたユーザの位置に対応した位置に、正確に移動体を表示することが可能となる。   The video generation unit 204-n receives the calculation result from the physical phenomenon display device 210. The video generation unit 204-n generates a video based on the calculation result. A unique coordinate system is preset in the video generation unit 204-n. This coordinate system is a coordinate system corresponding to the virtual coordinate system used in the virtual position acquisition unit 202. The video generation unit 204-n converts the video in the virtual space represented by the received calculation result into a video according to a preset coordinate system. Thus, by generating a video in a preset coordinate system, it is possible to accurately display the moving body at a position corresponding to the position of the user detected by the actual position detection unit 201-n. .

映像生成部204−nは、自身の識別情報に対応する移動体を、他の移動体とは異なる態様で表示しても良い。例えば映像生成部204−nは、自身の識別情報に対応する移動体を、他の移動体よりも大きく表示しても良いし、他の移動体と異なる色で表示しても良いし、他の移動体と異なるパターンで点滅するように表示しても良い。
映像表示部205−nは、映像生成部204−nによって生成された映像を表示する。
The video generation unit 204-n may display a moving object corresponding to its own identification information in a mode different from other moving objects. For example, the video generation unit 204-n may display a moving object corresponding to its own identification information larger than other moving objects, may be displayed in a color different from other moving objects, It may be displayed so as to blink in a pattern different from that of the moving body.
The video display unit 205-n displays the video generated by the video generation unit 204-n.

図11は、物理現象表現システム200の実施例を表す図である。図11では、二人のユーザ601−1及び601−2の位置に応じて、電子501−1及び電子501−2が表示されている。ユーザ601−1及びユーザ601−2とは異なる場所に設置された実位置検出部201−nも、他のユーザの位置を検出している。そのため、他のユーザに対応する移動体として、電子501−3、電子501−4、電子501−5が表示される。電子501−3、電子501−4、電子501−5は、それぞれに対応するユーザの位置に応じてその位置が変化する。   FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the physical phenomenon representation system 200. In FIG. 11, the electronic 501-1 and the electronic 501-2 are displayed according to the positions of the two users 601-1 and 601-2. The actual position detection unit 201-n installed at a location different from the user 601-1 and the user 601-2 also detects the positions of other users. Therefore, the electrons 501-3, 501-4, and 501-5 are displayed as moving bodies corresponding to other users. The positions of the electrons 501-3, the electrons 501-4, and the electrons 501-5 change according to the positions of the corresponding users.

図12は、図11とは異なる場所に設置された映像表示部205−nによって表示される映像の具体例を表す図である。図12には、図11に示されたユーザとは異なるユーザ601−3と、ユーザ601−3に対応する電子(移動体)501−5の映像が図示されている。図11の映像を生成する映像生成部204−nと、図12に映像を生成する映像生成部204−n’(n’は1〜Nの整数、nとn’とは異なる値)とには、異なる座標系が設定されている。そのため、生成される映像において、地球や磁力線などが表示される位置が、図11と図12とで異なる。したがって、図11の場合は、ユーザ601−1及びユーザ601−2の側に、電子501−1及び電子501−2を表示することが可能となる。同様に、図12の場合は、ユーザ601−3の側に、電子501−5を表示することが可能となる。なお、図11及び図12の例では、座標系の原点の位置が異なるのみであるが、各座標系において尺度(倍率)が異なっても良いし、回転しても良い。   FIG. 12 is a diagram illustrating a specific example of an image displayed by the image display unit 205-n installed in a place different from that in FIG. FIG. 12 shows images of a user 601-3 different from the user shown in FIG. 11 and an electronic (mobile body) 501-5 corresponding to the user 601-3. The video generation unit 204-n that generates the video in FIG. 11 and the video generation unit 204-n ′ (n ′ is an integer of 1 to N, a value different from n and n ′) in FIG. Has a different coordinate system. Therefore, in the generated image, the positions where the earth and the lines of magnetic force are displayed are different between FIG. 11 and FIG. Therefore, in the case of FIG. 11, the electronic 501-1 and the electronic 501-2 can be displayed on the user 601-1 and user 601-2 sides. Similarly, in the case of FIG. 12, it is possible to display the electrons 501-5 on the user 601-3 side. 11 and 12, only the position of the origin of the coordinate system is different, but the scale (magnification) may be different or rotated in each coordinate system.

第二実施形態では、多地点に設置された位置検出部201−nが物理現象表現装置210に通信可能に接続され、多地点で検出された実位置に基づいて仮想空間における物理現象が演算される。そのため、ユーザは仮想空間における世界の広がりを体験することが可能となる。また、異なる地点から異なる仮想空間上の位置を体験することが可能となり、物理現象への理解をより一層深めることが可能となる。例えば、各ユーザの場所における座標系を変えることによって、各ユーザの仮想空間における場所を、地球の夜明け側、日没側、磁気圏尾部などのように様々な固有の場所に設定することができる。そのため、様々な固有の場所とのつながりを作成することが可能となる。すなわち、様々な固有の場所における物理現象を体験でき、ユーザの理解を深めることが可能となる。
また、第二実施形態では、第一実施形態と同様の効果を得ることも可能である。
In the second embodiment, the position detection unit 201-n installed at multiple points is communicably connected to the physical phenomenon expression device 210, and the physical phenomenon in the virtual space is calculated based on the actual positions detected at the multiple points. The Therefore, the user can experience the world expanse in the virtual space. In addition, it is possible to experience positions in different virtual spaces from different points, and it is possible to further deepen the understanding of physical phenomena. For example, by changing the coordinate system in each user's location, the location in each user's virtual space can be set to various unique locations such as the dawn side of the earth, the sunset side, and the magnetotail. Therefore, it is possible to create connections with various unique places. That is, it is possible to experience physical phenomena in various unique places and deepen the understanding of the user.
In the second embodiment, it is also possible to obtain the same effect as in the first embodiment.

<変形例>
図13は、物理現象表現システム200の変形例における実施例を表す図である。物理現象表現システム200の変形例では、実位置検出部201−nが位置検出の対象としているユーザの画像を撮像する撮像装置が備えられる。各撮像装置は、撮像した映像を物理現象表現装置210に対して送信する。物理現象表現装置210は、現象演算部203による演算結果とともに、各撮像装置から受信した映像を各映像生成部104−nに送信する。映像生成部204−nは、他の場所のユーザに対応する移動体の映像とともに、そのユーザの映像(以下、「サブ映像」という。)を重ね合わせる。図13では、他の場所のユーザに対応する映像として、サブ映像602−1と、サブ映像602−2が表示されている。また、サブ映像のみを表示し、移動体の映像を表示しなくとも良い。
また、物理現象表現システム200は、第一実施形態における物理現象表現システム100と同様に変形して構成されても良い。
<Modification>
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a modification of the physical phenomenon representation system 200. In a modification of the physical phenomenon expression system 200, an imaging device that captures an image of a user whose real position detection unit 201-n is a position detection target is provided. Each imaging device transmits the captured image to the physical phenomenon expression device 210. The physical phenomenon expression device 210 transmits the video received from each imaging device together with the calculation result by the phenomenon calculation unit 203 to each video generation unit 104-n. The video generation unit 204-n superimposes the video of the moving object corresponding to the user at another location (hereinafter referred to as “sub video”). In FIG. 13, a sub video 602-1 and a sub video 602-2 are displayed as videos corresponding to users in other places. Further, only the sub video may be displayed, and the moving body video may not be displayed.
Further, the physical phenomenon representation system 200 may be configured by being modified in the same manner as the physical phenomenon representation system 100 in the first embodiment.

[第三実施形態]
図14は、物理現象表現システムの第三実施形態(物理現象表現システム300)の構成を表す構成図である。物理現象表現システム300は、複数の物理現象表現装置310−1〜310−Nと、映像表示部305−1〜305−Nを備える。物理現象表現装置310−n及び映像表示部305−n(nは1〜Nの整数)は、同じ場所に設置されている。各物理現象表現装置310−1〜310−Nは、それぞれ異なる場所に設置されており、互いに通信可能に接続されている。
[Third embodiment]
FIG. 14 is a configuration diagram showing the configuration of the third embodiment (physical phenomenon expression system 300) of the physical phenomenon expression system. The physical phenomenon expression system 300 includes a plurality of physical phenomenon expression devices 310-1 to 310-N and video display units 305-1 to 305-N. The physical phenomenon expression device 310-n and the video display unit 305-n (n is an integer of 1 to N) are installed in the same place. Each of the physical phenomenon expression devices 310-1 to 310-N is installed in a different place and is connected to be communicable with each other.

物理現象表示装置310−n(nは1〜Nの整数)は、バスで接続されたCPUやメモリや補助記憶装置などを備え、物理現象表現プログラムを実行する。物理現象表現装置310−nは、物理現象表現プログラムの実行により、実位置検出部301−n、遅延部306−n、仮想位置取得部302−n、現象演算部303−n、映像生成部304−nを備える装置として機能する。なお、物理現象表現装置310−nの各機能の全て又は一部は、ASICやPLDやFPGA等のハードウェアを用いて実現されても良い。   The physical phenomenon display device 310-n (n is an integer from 1 to N) includes a CPU, a memory, an auxiliary storage device, and the like connected by a bus, and executes a physical phenomenon expression program. The physical phenomenon expression device 310-n is configured to execute a physical phenomenon expression program to detect a real position detection unit 301-n, a delay unit 306-n, a virtual position acquisition unit 302-n, a phenomenon calculation unit 303-n, and a video generation unit 304. Functions as a device with -n. Note that all or some of the functions of the physical phenomenon representation device 310-n may be realized using hardware such as an ASIC, PLD, or FPGA.

実位置検出部301−n、現象演算部303−n、映像生成部304−n、映像表示部305−nは、それぞれ第一実施形態における実位置検出部101、現象演算部103、映像生成部104、映像表示部106と同じ構成である。   The actual position detection unit 301-n, the phenomenon calculation unit 303-n, the image generation unit 304-n, and the image display unit 305-n are respectively the actual position detection unit 101, the phenomenon calculation unit 103, and the image generation unit in the first embodiment. 104 and the same configuration as the video display unit 106.

遅延部306−nは、実位置検出部301−nから出力された実位置の情報に遅延を付与して各物理現象表現装置310−nへ送信する。例えば、遅延部306−i(iは1〜Nの整数)が物理現象表現装置310−j(jは1〜Nの整数)へ実位置の情報を送信する場合、予め設定された遅延時間Tijを付与して送信する。具体的には、遅延部306−iは、実位置検出部301−iから出力された実位置の情報を一時的に記憶し、遅延時間Tijの時間が経過してから物理現象表現装置310−jへ実位置の情報を送信する。遅延時間Tijは、物理現象表現装置310−iが設置された場所と、物理現象表現装置310−jが設置された場所との実際の距離に応じて設定されても良い。すなわち、この距離が短いほど小さい遅延時間Tijが設定され、この距離が大きいほど大きい遅延時間Tijが設定されても良い。また、TijとTjiとは同じ値が設定されても良いし、異なる値が設定されても良い。また、全ての遅延時間に同じ値が設定されても良い。   The delay unit 306-n adds a delay to the information on the actual position output from the actual position detection unit 301-n and transmits the information to each physical phenomenon expression device 310-n. For example, when the delay unit 306-i (i is an integer from 1 to N) transmits information on the actual position to the physical phenomenon expression device 310-j (j is an integer from 1 to N), a preset delay time Tij And send. Specifically, the delay unit 306-i temporarily stores the information on the real position output from the real position detection unit 301-i, and the physical phenomenon expression device 310-i after the delay time Tij has elapsed. The actual position information is transmitted to j. The delay time Tij may be set according to the actual distance between the place where the physical phenomenon expression device 310-i is installed and the place where the physical phenomenon expression device 310-j is installed. That is, the shorter the distance, the smaller the delay time Tij may be set, and the larger the distance, the larger the delay time Tij may be set. Further, the same value may be set for Tij and Tji, or different values may be set. The same value may be set for all delay times.

仮想位置取得部302−nは、各遅延部306−1〜306−Nから実位置の情報を受信し、各時点において受信している実位置に対応する仮想位置を取得する。仮想位置取得部302−nが実位置に対応する仮想位置を取得する処理は、第一実施形態における仮想位置取得部102と同じである。   The virtual position acquisition unit 302-n receives information on the real position from each of the delay units 306-1 to 306-N, and acquires a virtual position corresponding to the real position received at each time point. The process in which the virtual position acquisition unit 302-n acquires the virtual position corresponding to the actual position is the same as the virtual position acquisition unit 102 in the first embodiment.

このように構成された第三実施形態では、各地点におけるユーザの移動は、所定の遅延時間が経過した後に、他の地点に設置された物理現象表現装置310に入力される。そのため、映像表示部305によって表示される映像では、他の地点におけるユーザの移動が所定の遅延時間経過後に反映される。したがって、仮想空間上での距離感をユーザが体感することが可能となる。例えば、地点iと地点jとの間の遅延時間Tijとして24時間が設定されると、地点iのユーザは1日前の地点jの情報を見ることとなる。このようにして、仮想空間内での地点jから地点iまでの光の伝搬距離を模擬することが可能であり、広大な仮想空間をユーザが体感することが可能となる。このとき、遅延時間の設定を、光の速度の設定値と連動させることで、光の速度が遅いほど、仮想空間中で遠くに設定した映像が昔の映像になることを確認することも可能となる。   In the third embodiment configured as described above, the movement of the user at each point is input to the physical phenomenon expression device 310 installed at another point after a predetermined delay time has elapsed. Therefore, in the video displayed by the video display unit 305, the movement of the user at another point is reflected after a predetermined delay time has elapsed. Therefore, the user can experience a sense of distance in the virtual space. For example, if 24 hours is set as the delay time Tij between the point i and the point j, the user at the point i will see the information of the point j one day ago. In this way, it is possible to simulate the light propagation distance from the point j to the point i in the virtual space, and the user can experience a vast virtual space. At this time, by linking the delay time setting with the light speed setting value, it is also possible to confirm that the image set far away in the virtual space becomes the old image as the light speed decreases. It becomes.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention.

100,200,300…物理現象表現システム, 110,210,310…物理現象表現装置, 101,201−1〜201−N,301−1〜301−N…実位置検出部, 102,202,302−1〜302−N…仮想位置取得部, 103,203,303−1〜303−N…現象演算部, 104,204−1〜204−N,304−1〜304−N…映像生成部, 105…入力部, 106,205−1〜205−N,305−1〜305−N…映像表示部, 106−1…プロジェクター, 106−2…スクリーン, 501−1〜501−5…電子, 502…地球, 503…磁力線, 504…太陽, 505…太陽風, 506…オーロラ 100, 200, 300 ... Physical phenomenon expression system, 110, 210, 310 ... Physical phenomenon expression device, 101, 201-1 to 201-N, 301-1 to 301-N ... Real position detection unit, 102, 202, 302 -1 to 302-N ... virtual position acquisition unit, 103, 203, 303-1 to 303-N ... phenomenon calculation unit, 104, 204-1 to 204-N, 304-1 to 304-N ... video generation unit, 105: input unit, 106, 205-1 to 205-N, 305-1 to 305-N ... video display unit, 106-1 ... projector, 106-2 ... screen, 501-1 to 501-5 ... electronic, 502 ... Earth, 503 ... Magnetic field lines, 504 ... Sun, 505 ... Solar wind, 506 ... Aurora

Claims (8)

ユーザによって指示された実空間の位置を検出する実位置検出部と、
検出された位置に基づいて、仮想空間内の位置を取得する仮想位置取得部と、
予め設定された前記仮想空間内の条件に基づいて、前記仮想位置取得部によって取得された位置に物体又は粒子が存在した場合に生じる物理現象を演算する現象演算部と、
前記現象演算部による演算結果に基づいて、前記物理現象が生じた仮想空間の状態を表す映像を生成する映像生成部と、
を備える物理現象表現装置。
A real position detector for detecting the position of the real space designated by the user;
A virtual position acquisition unit for acquiring a position in the virtual space based on the detected position;
A phenomenon calculation unit that calculates a physical phenomenon that occurs when an object or particle is present at a position acquired by the virtual position acquisition unit, based on a preset condition in the virtual space;
A video generation unit that generates a video representing a state of the virtual space in which the physical phenomenon occurs, based on a calculation result by the phenomenon calculation unit;
A physical phenomenon expression device comprising:
前記現象演算部は、前記仮想空間において働く力としてユーザによって指定された力のみが働くものとして前記物理現象を演算する、請求項1に記載の物理現象表現装置。   The physical phenomenon expression device according to claim 1, wherein the phenomenon calculation unit calculates the physical phenomenon as a force that is designated by a user as a force that acts in the virtual space. 前記現象演算部は、ユーザによって物理定数の変更が指定された場合、変更後の前記物理定数を用いて前記物理現象を演算する、請求項1又は2に記載の物理現象表現装置。   3. The physical phenomenon expression device according to claim 1, wherein, when a change of a physical constant is designated by a user, the phenomenon calculation unit calculates the physical phenomenon using the changed physical constant. 前記映像生成部は、ユーザによって選択された可視化対象のみを可視化するように映像を生成する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の物理現象表現装置。   The physical phenomenon expression device according to claim 1, wherein the video generation unit generates a video so as to visualize only a visualization target selected by a user. 複数の異なる場所毎に設置された実位置検出部、映像生成部及び映像表示部と、仮想位置取得部及び現象演算部と、を備える物理現象表現システムであって、
前記実位置検出部は、自身が設置された場所に位置するユーザによって指示された実空間の位置を検出し、
前記仮想位置取得部は、検出された位置に応じた仮想空間内の位置を、実空間の位置毎に取得し、
前記現象演算部は、予め設定された前記仮想空間内の条件に基づいて、前記仮想位置取得部によって取得された各位置に物体又は粒子が存在した場合に生じる物理現象を演算し、
前記映像生成部は、前記現象演算部による演算結果に基づいて、前記物理現象が生じた仮想空間の状態を表す映像を、自身が設置された場所に応じて生成し、
前記映像表示部は、自身が設置された場所と同じ場所に設置された前記映像生成部によって生成された映像を表示する、物理現象表現システム。
A physical phenomenon expression system comprising a real position detection unit, a video generation unit and a video display unit, a virtual position acquisition unit and a phenomenon calculation unit installed in a plurality of different places,
The real position detection unit detects the position of the real space designated by the user located at the place where the real position detection unit is installed,
The virtual position acquisition unit acquires a position in the virtual space corresponding to the detected position for each position in the real space,
The phenomenon calculation unit calculates a physical phenomenon that occurs when an object or particle is present at each position acquired by the virtual position acquisition unit based on a preset condition in the virtual space,
The video generation unit generates a video representing a state of the virtual space in which the physical phenomenon occurs based on a calculation result by the phenomenon calculation unit according to a place where the physical phenomenon is installed,
The physical phenomenon expression system, wherein the video display unit displays a video generated by the video generation unit installed in the same place as the video display unit.
異なる場所毎に設置された複数の物理現象表現装置を備える物理現象表現システムであって、
前記物理現象表現装置は、
自身が設置された場所に位置するユーザによって指示された実空間の位置を検出する実位置検出部と、
前記実位置検出部の検出結果を、他の物理現象装置に対して遅延を与えて送信する遅延部と、
検出された位置に応じた仮想空間内の位置を、他の物理現象装置から受信した前記検出結果及び自装置における検出結果のそれぞれの実空間の位置毎に取得する仮想位置取得部と、
予め設定された前記仮想空間内の条件に基づいて、前記仮想位置取得部によって取得された各位置に物体又は粒子が存在した場合に生じる物理現象を演算する現象演算部と、
前記現象演算部による演算結果に基づいて、前記物理現象が生じた仮想空間の状態を表す映像を、自身が設置された場所に応じて生成する映像生成部と、
自身が設置された場所と同じ場所に設置された前記映像生成部によって生成された映像を表示する映像表示部と、
を備える物理現象表現システム。
A physical phenomenon expression system comprising a plurality of physical phenomenon expression devices installed at different locations,
The physical phenomenon expression device includes:
A real position detector that detects the position of the real space instructed by the user located at the place where the machine is installed;
A delay unit that transmits the detection result of the real position detection unit with a delay to another physical phenomenon device; and
A virtual position acquisition unit that acquires the position in the virtual space according to the detected position for each position in the real space of the detection result received from another physical phenomenon device and the detection result in the own device;
A phenomenon calculation unit that calculates a physical phenomenon that occurs when an object or a particle is present at each position acquired by the virtual position acquisition unit, based on a preset condition in the virtual space;
Based on the calculation result by the phenomenon calculation unit, a video generation unit that generates a video representing the state of the virtual space in which the physical phenomenon has occurred, according to the location where the device is installed;
A video display unit for displaying the video generated by the video generation unit installed in the same location as the site where the device is installed;
Physical phenomenon expression system with
前記遅延部は、自身が設置された場所と、送信先の前記物理現象表現装置が設置された場所とに応じて決定される遅延を与えて前記検出結果を送信する、請求項6に記載の物理現象表現システム。   7. The delay unit according to claim 6, wherein the delay unit transmits the detection result with a delay determined according to a place where the delay unit is installed and a place where the transmission destination physical phenomenon expression device is installed. Physical phenomenon expression system. 一の物理現象表現装置が他の物理現象表現装置に対して前記検出結果を送信する際に与える遅延は、前記他の物理現象装置が前記一の物理現象表現装置に対して前記検出結果を送信する際に与える遅延と等しい、請求項6又は請求項7に記載の物理現象表現システム。   The delay given when one physical phenomenon expression apparatus transmits the detection result to another physical phenomenon expression apparatus is that the other physical phenomenon apparatus transmits the detection result to the one physical phenomenon expression apparatus. The physical phenomenon expression system according to claim 6, wherein the physical phenomenon expression system is equal to a delay given in performing.
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JP6982207B1 (en) * 2021-03-19 2021-12-17 達郎 植田 Magnetic field visualization system

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