JP2013145589A - バーチャルリアリティ環境生成装置及びコントローラ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】各種センサ108〜111からの情報及びコンテンツデータ104をもとにコンテンツを作成するコンテンツ作成装置102、コンテンツに合わせた錯触力覚誘起関数1713を錯触力覚データ106を用いて生成する錯触力覚誘起装置103、錯触力覚デバイス107を備える錯触力覚インタフェース装置101、錯触力覚デバイスを駆動制御する錯触力覚デバイス駆動制御装置112を備え、錯触力覚を利用し指及び体の動きに合わせて錯触力覚による抗力を制御することにより、立体映像や立体音像に加えて、バーチャル物体の存在及び形状、質感である摩擦感覚や粗さ感覚を表現する。
【選択図】図1
Description
f12 =−k×(‖p2−p1‖−L0)×(p2−p1)/‖p2−p1‖−c×(v2−v1) (1)
と表わされる。ただし、
pi:格子点piの位置ベクトル
vi:格子点piの速度ベクトル
k:バネの弾性係数、
c:ダンパの粘性係数、
L0:平衡状態のバネの長さ
質量m1の格子点p1が周囲の格子点p2〜格子点p4から受けた力の合力をf1とすると、格子点p1の運動方程式は
m1×d2p1/dt2=f1=f12+f13+f14 (2)
と表わされる。
−f=(f12+f13+f14)−m1×d2p’1/dt2 (3)
と表わされる。接触を判定するための指先533の動きは、位置センサ111、加速度センサ108によってセンシングされる。
速度ベクトル:v’1=v1+(f1/m1)×Δt (4)
位置ベクトル:p’1=p1+v1×Δt (5)
同様に質量m2のp2の位置、速度が計算される。
位置ベクトル:p’2=p2+v2×Δt (7)
最後に、格子点p1及び格子点p2の間に働く力ベクトル
f’12=−k×(‖p’2−p’1‖−L0)×(p’2−p’1)/‖p’2−p’1‖−c×(v’2−v’1) (8)
が算出される。
従来の触力覚インタフェース装置では、触力覚に関する物理現象を物理的に再現した力・運動を指先や掌に提示・知覚されるものであったが、本発明では、物理的に与えた力・運動とは異なる、もしくは存在しない力・運動が知覚・認識される現象である。例えば、インタフェースが現実には(物理的には)浮き上がらないのにも関わらず、浮き上がるような感覚が知覚される。
上記錯触力覚・等感レベル曲線及びユーザ個人の錯触力覚・等感レベル曲線から求められた補正データ1714がユーザ特性データベース1711に保存されており、これを用いて補正器1702で読み出して個人差が補正される。また、錯触力覚は、指先と錯触力覚インタフェース装置101との接触圧力CP、姿勢による重力の影響PG、及び装置を移動させた時の加速度による慣性力FIによって、感度S(S=S(CP,PG,FI))が異なる。この感度Sは事前の被験者実験によって求められて錯触力覚データ1710に保存されており、感度S及び補正データ1714が錯触力覚・等感レベル曲線の閾値上昇として足されることにより補正が行われ、その結果、補正された錯触力覚誘起関数が求められる。
図29−1(f)は、並行型に配置した錯触力覚デバイスの基本ユニットを示している。
u1=Fou1/‖Fou1‖−Pu1
と求められる。その他の測定点piにおいても同様に計算される。
ω1= 2π/f1、ω2= 2π/ f2 ただし、f1= f+Δf/2、f2= f−Δf/2
位相パターンθ(t)は、図12(b)により、初期位相θi、角速度ω1及びω2を用いて表わされる。
f12 =−k×(‖p2−p1‖- L12)×(p2−p1)/‖p2−p1‖−c×(v2−v1) (9)
と表わされる。ただし、
pi:格子点piの位置ベクトル
vi:格子点piの速度ベクトル
k:バネの弾性係数、
c:ダンパの粘性係数、
Lij:格子点iと格子点jの間のバネの自然長
質量m1の格子点1が周囲の格子点2〜格子点4から受けた力の合力をf1とすると、格子点1の運動方程式は
m1×d2p1/dt2=f1=f12+f13+f14 (10)
と表わされる。
−f=(f12+f13+f14)−m1×d2p’1/dt2 (11)
と表わされる。接触を判定するための指先の動きは、位置センサ、加速度センサによってセンシングされる。
速度ベクトル:v’1=v1+(f1/m1)×Δt (12)
位置ベクトル:p’1=p1+v1×Δt (13)
速度ベクトル:v’2=v2+(f2/m2)×Δt (14)
位置ベクトル:p’2=p2+v2×Δt (15)
最後に、格子点1及び格子点2の間に働く力は図5(b)とは異なり
f’12=0 (16)
と算出される。
102 コンテンツ作成装置
103 錯触力覚誘起装置
104 コンテンツデータ
105 視聴覚ディスプレイ
106 触力覚データ及び錯触力覚データ
107 錯触力覚デバイス
107a 錯触力覚デバイス
107b 錯触力覚デバイス
108 加速度センサ
109 圧力センサ
110 筋電センサ
111 位置センサ
112 制御器
113 物理シミュレータ
114 コンピュータグラフィックス
115 錯触力覚誘起関数生成器
116 学習器
117 補正器
118 周辺機器
119 音源シミュレータ
205 通信器
520 バーチャル物体(物理モデル)
528 バネ・ダンパ物理モデル
531 バーチャル物体
533 指
535 バーチャル物体から働く応力
814 偏心錘
815 偏心モータ
901 物理現象
902 非線形感覚特性
903 心理現象
904 左右の振動
905 錯触力覚
908 動作点Aの継続時間Taにおける力感覚の積分量
909 動作点Bの継続時間Tbにおける力感覚の積分量
1002a 高速回転数ω1
1002b 低速回転数ω2
1100 仮想平板
1101 仮想物体の動き
1102 移動に対する抗力
1103 仮想平板からの抗力
1104 摩擦力
1105 粘性抗力
1106 仮想平板を表面内に押し戻す抗力
1107 仮想平板の誤差厚
1108 抵抗感・粘性感
1109 摩擦感
1110 滑らか感・加速感
1111 粗さ感覚
1112 振動的抗力
1113 加速力(負の抗力)
1201 初期位相θi
1202 錯触力覚による浮上感覚
1203 錯触力覚による浮上感覚
1204 錯触力覚による重力感覚
1301 接着テープ
1302 ハウジング
1303 指挿入部
1403 形状変形材
1404 粘弾性材料
1405 耐震材料
1406 ディスプレイ
1702 補正器
1703 モータ制御器
1704 モータ
1705 エンコーダ
1706 粘弾性特性制御器
1707 粘弾性材料
1713 錯触力覚誘起関数
1714 補正データ
1725 物理強度15dB
1901 モータFB特性制御器
1902 制御信号生成器
2206 閾値
2302 錘
2303 伸縮材
2400 定速度回転
2403 粘弾性材料A
2404 粘弾性材料B
2601 ヒステリシス材料A
2602 ヒステリシス材料B
3001 錯触力覚インタフェース装置の形状
3002 形状変形用モータ
3003 柔軟変形材料
3101 バーチャル・コントローラ
3102 バーチャル・ボタン
3202 重心変位(位相差0°)
3203 重心変位(位相差180°)
Claims (13)
- 錯触力覚の情報提示を備える情報端末装置であって、
前記情報端末装置は、
非線形感覚特性に従って運動量を変化させることによって前記錯触力覚を誘起させて、
該錯触力覚の感覚を指、掌の動きに合わせて制御することにより指先、掌の中に仮想物体の存在や感触を提示することを特徴とする情報端末装置。 - 錯触力覚の情報提示を備える情報端末装置であって、
前記情報端末装置は、
非線形感覚特性に従って運動量を変化させることによって前記錯触力覚を誘起させて、
該錯触力覚による感覚を仮想物体の動きに合わせて制御して刺激を提示することを特徴とする情報端末装置。 - 錯触力覚の情報提示を備える情報端末装置であって、
前記情報端末装置は、
非線形感覚特性に従って運動量を変化させることによって前記錯触力覚を誘起させて、
仮想平板上で仮想物体を移動させた時に働く仮想平板から仮想物体への感覚及び移動に対する感覚を提示することを特徴とする情報端末装置。 - 前記非線形感覚特性を利用することで感覚を連続的に提示することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の情報端末装置。
- 前記非線形感覚特性に従って運動量の加減速パターンを制御することにより、錯触力覚によって連続的な感覚を提示することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の情報端末装置。
- 前記運動量の変化は、周期的に加減速を繰り返すことで連続的な感覚を提示することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の情報端末装置。
- 前記運動量の変化は、感覚特性曲線上の複数の動作点を選択することにより連続的な感覚を提示することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の情報端末装置。
- 前記錯触力覚に同期させて錯触力覚インタフェース装置の形状を変形させることで錯触力覚によって誘起された感覚を強調することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の情報端末装置。
- 前記仮想物体は、仮想平板内に存在しない時は押し戻す感覚を提示せず、存在する時だけ提示することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の情報端末装置。
- 前記仮想物体を移動させた方向とは反対方向に加速度感覚を提示することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の情報端末装置。
- 前記仮想物体との接触を検出し、変形、指先に伝わる反力を計算して仮想物体を通して感覚を提示することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の情報端末装置。
- 前記錯触力覚の感覚は、力感覚、トルク感覚、抵抗感、バーチャル物体の存在および形状、バーチャルボタンの押込み、質感、摩擦感、感触、触感、滑らか感、加速感、粘性感、弾性、膨張感覚、圧縮・圧迫感覚、浮上感覚、重力感覚、操作感覚のいずれか1つであることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項記載の情報端末装置。
- 人体や人体以外に設けられていることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項記載の情報端末装置。
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