JP2611178B2 - 人工現実感装置の応答時間測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人工現実感装置に於い
て、人間の頭部や手に取付けた位置センサの回転動作や
オプチカル・ファイバー・センサによる指関節曲げ動作
が、表示部の人工現実空間に反映されるまでの遅れ時間
を測定するための人工現実感装置の反応時間を計測する
測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在の人工現実感装置は、位置・動作セ
ンサから表示部までの間に遅延時間が生じ、そのために
使用者の仮想現実感に多少の違和感を感じさせる。即
ち、この人工現実感装置全体のレスポンスは、使用者の
仮想現実感をより現実的なものとするため充分に高速な
ものが望ましい。

【０００３】従来、このレスポンスの改良に対しては、
ビデオテープ装置のコマ送り等の簡便的な手法を用いて
試行錯誤的に行われており、人工現実感装置の何れの箇
所に遅延時間が多く生じているのか、またその遅延時間
がどの程度の時間であるのかは全く不明であった。

【０００４】そして、この人工現実感装置の遅延時間を
客観的に測定し、より高速な応答を実現するための基礎
データを得ることができる人工現実感装置の反応時間を
正確に計測する測定装置は、従来存在していない。

【０００５】従って、人工現実感装置のセンサ部からグ
ラフィック表示部に至るまでのシステムの遅延時間を測
定することができず、人工現実感装置の改良が効果的且
つ論理的に行うことができないという大いなる問題であ
る欠点が存している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の欠点、不都合を解消するべく開発されたものであっ
て、センサ部を取り外して回転台に取付け、回転台の動
作を検出する測定用センサと人工現実感が表示される画
面に走査線の輝度を検出測定するセンサを配置固定し、
この回転台の動作検出センサと画面輝度検出測定センサ
とから発生する両信号を、インターフェースボードによ
りパーソナルコンピュータにデータとして取り込んで両
者の信号の遅延時間を測定することにより、人工現実感
装置の応答速度の計測用精密時間測定装置を得ることを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この人工現実感装置の応
答速度を計測するために、センサ部の動作検出センサと
表示画面検出測定センサのアナログ信号またはデジタル
信号を、インターフェースボードを介してパーソナルコ
ンピュータに取り込む。

【０００８】このコンピュータに取り込まれた動作検出
センサの信号の発生時から表示画面検出測定センサの信
号の発生時までの時間的遅れを、ソフトウェアにより作
成したカウンタによりカウントして反応の遅延時間を測
定することにより、応答時間を測定する。

【０００９】また、疑似信号の発生を利用することによ
り、グラフィック表示部のみの応答時間を測定できるよ
うにする。

【００１０】

【作用】このように構成された人工現実感装置の応答時
間の計測は、センサ部を回転台に取り付けて回転台の動
きを正確に測定できるようにし、回転台の動きを検出す
るセンサ信号が入ってから表示画面に固定した走査線の
輝度を検出測定するセンサの信号が入ってくるまでの時
間を、パーソナルコンピュータで時間的にカウントする
ものである。

【００１１】即ち遅延時間の測定は、回転台に取り付け
た動作検出センサに変化が現われた時点で開始され、表
示画面に固定した輝度検出センサが変化した時点で終了
することになる。

【００１２】

【実施例】先ず、本発明の測定装置の測定対象である人
工現実感装置を図１に示す概要図で簡単に説明する。

【００１３】人工現実感センサ部としては、人間の頭と
手の位置を決定する磁気位置センサ１、２、３と、手の
指の曲げを測定するオプチカル・ファイバー・センサ４
とがある。

【００１４】信号解析部は、前記各センサ１、２、３の
センサ信号から位置と方向を計算して解析するコントロ
ールユニット６、７である。

【００１５】測定部10は、仮想世界のモデルの設計と制
御のためのパーソナルコンピュータである。

【００１６】表示部は、スキャンコンバータ８からのビ
デオ信号とグラフィック表示部11の映像とを合わせて、
モニタ９に人工現実感としての映像を表示する。

【００１７】図２は本発明にかかる人工現実感装置の応
答時間測定装置の説明図である。

【００１８】前述した磁気位置センサ２は頭部搭載型デ
ィスプレイ５に取り付けられ、磁気位置センサ３は身体
動作センサ12に取り付けられて、夫々頭部と手の偏向及
び位置を検出するものであるが、ここでは、頭部搭載型
ディスプレイ５に取り付けられていた磁気位置センサ２
を取り外し、図示実施例では上端に円板をその中心で軸
支固定した回転台20の円板中心近傍に固着する。回転台
20は、パーソナルコンピュータ21からの駆動信号により
回転する。

【００１９】回転台20の円板の上面には、例えば放射線
状に等間隔等幅で白と黒の細い縞模様を描き、回転台20
の円板の回転に伴うこの模様の変化を、反射型フォトセ
ンサである赤外線ＬＥＤとフォトトランジスタが対にな
って構成されるセンサたる反射型フォトインタラプタ22
にて、検出できるようにした。

【００２０】回転台20は、人間がその頭部を左右に回転
させる動作と同様の動きを任意に行うことができるよう
に、モータ駆動制御装置23により駆動させる。

【００２１】モニタ９画面上にはフォトトランジスタを
フォトセンサ24として直接固定し、モニタ９画面の走査
線の輝度を測定する。このフォトセンサ24により、画面
上に表示された仮想現実内の物体の変化を検知するもの
である。尚、符号50は人工現実感本体部であって、磁気
位置センサ２とモニタ９との間に介在する。

【００２２】回転台20用の反射型フォトインタラプタ22
の信号とモニタ９用のフォトセンサ24の信号の処理は、
図３の構成図に示すようなセンサインターフェース装置
に従って処理される。

【００２３】即ち、回転台20用の反射型フォトインタラ
プタ22からのアナログ信号は、インターフェースボード
25、26のインターフェース回路を通じてデジタル信号に
変換される。アナログ回路には感度調整用可変抵抗器が
取り付けられてあり、白黒斑パターンの輝度に対応でき
るようになっている。

【００２４】フォトインタラプタ信号を変換したデジタ
ル信号は、パーソナルコンピュータ21の拡張Ｉ／Ｏバス
を通じてソフトウエアで読み取られる。

【００２５】モニタ９用フォトセンサ24からの信号もデ
ジタル信号に変換する。アナログ回路には、同様に感度
調整用可変抵抗器が取り付けられてあり、モニタ９画面
上の輝度に対応できるようにしてある。このデジタル信
号も、拡張Ｉ／Ｏバスを通じてソフトウエアでパーソナ
ルコンピュータ21に読み取られる。ホールド状態は、ソ
フトウエアでポートからクリア信号を送ることで解除さ
れる。

【００２６】上記した応答反応時間測定装置による測定
方法は、以下のような手順で行われる。先ず、人工現実
世界の中に白と黒の立方体を作成し、次いで頭部搭載型
ディスプレ５から磁気位置センサ２を取外し、前記回転
台20上に固定する。

【００２７】次に前記した立方体をモニタ９上に表示さ
れるように位置を合わせるのであるが、この際、二つの
立方体を横一列に並べておく。

【００２８】更に、モニタ９用フォトセンサ24をモニタ
９画面上に固定する。固定位置は、白黒両立方体の境目
に中心位置を合わせてから、黒色側から固定する。この
位置合せは、測定用プログラムによるキャリブレーショ
ン機能を用いる。

【００２９】そして、測定用プログラムよりパーソナル
コンピュータ21を実行させて測定を行い、反応速度の遅
延時間を測定記録するのである。

【００３０】図４に、ソフトウエアによる測定のための
処理手順のフローチャートを示す。このフローチャート
は、最初にパーソナルコンピュータ21及びインターフェ
ースボード25、26の初期化を行う。そして、カウンタを
０に初期化する。

【００３１】モータ駆動信号を出して、インターフェー
ス26を通してこの信号を出力し、回転台20に取り付けた
モータ27をモータ駆動制御装置23により回転させる。

【００３２】回転台20に取り付けたフォトインタラプタ
22で回転を確認する。回転を確認したら、カウンタに１
を加算する。

【００３３】モニタ９画面上に取り付けたフォトセンサ
24にて、画面に表示された仮想物体の移動を検知する。
この仮想物体の移動が検知確認されるまで、カウンタに
１を加算し続ける。

【００３４】仮想物体の移動が検知確認されたならカウ
ントを停止して、モータ27を停止する。カウンタに加算
された数値を実時間に換算し、パーソナルコンピュータ
21のＣＲＴ上に遅延時間を表示する。

【００３５】各センサのセッティングに際し、動作検出
センサであるフォトインタラプタ22には、回転台20上面
の白黒の細い縞模様による反射率の高い白か、または反
射率の低い黒の何れかが対向位置するようにする。モニ
タ９用の輝度検知センサであるフォトセンサ24も、同様
に白または黒が対向位置するようにする。

【００３６】このように、動作検出センサであるフォト
インタラプタ22の位置調整と輝度検知センサであるフォ
トセンサ24の位置合わせを正確にセッティングし、測定
を行う。測定は、この各センサのセッティングが完了し
た後、動作検出センサであるフォトインタラプタ22に変
化が現われた時点で開始され、モニタ９用の輝度検知セ
ンサであるフォトセンサ24に変化が生じた時点で終了す
る。この間の時間が反応速度の遅延時間であり、パーソ
ナルコンピュータ21でカウントアップして計測する。

【００３７】図５は本発明の他の実施例であって、身体
動作センサ12に取り付けられたオプチカル・ファイバー
・センサ４が感知した手の指の曲げ動作が仮想現実空間
に反映されるまでの遅れを測定するものである。

【００３８】オプチカル・ファイバー・センサ４が感知
した手の指曲がりによる動作を実行させるため、回転台
20の縁と身体動作センサ12の指先を金属ワイヤ28で接続
し、回転台20の動きが身体動作センサ12の指の動きとし
て伝わるようにした。

【００３９】モニタ９に表示させる白と黒の立方体は、
人工現実世界にある指にリンクさせて、指の動きに完全
に追従するように設定しておく。

【００４０】測定は、前述した方法と同様に、回転台20
に描いた白黒の模様が回転時に変化する状態を反射型フ
ォトインタラプタ22にて検出感知した時点で開始し、モ
ニタ９画面上に固定したフォトセンサ24が輝度変化を感
知した時点で終了する。

【００４１】本発明の人工現実感装置の応答時間測定装
置による測定結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１から明らかなように、磁気位置センサ
２の反応時間の遅れは260から300ミリ秒である。この時
間は、位置センサ２が回転を開始してからモニタ９画面
上の仮想空間に見える物体が動くまでの遅れである。

【００４４】この結果は、人間が物体移動の遅れを充分
認識できる値であり、違和感を感じるため、人工現実感
装置に更なる高速処理を施すことが必要であることが理
解されよう。

【００４５】オプチカル・ファイバー・センサ４の反応
時間の遅れは、 130ミリ秒前後である。この時間は、オ
プチカル・ファイバー・センサ４が曲がり始めてから、
モニタ９画面上の仮想空間に見える物体が動くまでの遅
れである。この結果は、人間が物体の遅れをやや認識で
きる値である。

【００４６】また測定中に、仮想空間内で曲げていない
指が曲がるという不安定な動きを示すことがある。従っ
て、センサの安定性も、併せて改良する必要があること
が理解される。

【００４７】本発明の人工現実感装置の応答時間測定装
置による誤差は、モニタ９画面の走査線に依存してい
る。モニタ９画面の垂直走査線は80Ｈｚであるので、走
査線がモニタ９画面上の同じ場所まで戻るのに12.5ミリ
秒要する。

【００４８】従って、走査線がモニタ９画面上のフォト
センサ24を通過した直後に仮想物体が移動しても画面に
は表示されないため、次の表示まで最大で12.5ミリ秒の
遅延誤差が生じる。

【００４９】その他の誤差原因としては、フォトセンサ
24の指向性や水平走査時間等があるが、これ等の誤差は
全て加えても最大 200マイクロ秒程度で、極めて短時間
であるために無視できる。

【００５０】前記の測定誤差は、人工現実感装置のモニ
タ９に起因するものであり、本発明の反応時間測定装置
自体には、このような大きな誤差を生じることなく、正
確に遅延時間を測定できる。

【００５１】図６は、本発明の応答時間測定の概要図で
ある。回転動作フィードバック信号に入力とセンサ信号
入力の時間差を、応答遅延時間として測定する。

【００５２】更に、本発明の他の実施例は、測定を行う
パーソナルコンピュータを制御装置とした疑似センサ部
と疑似信号処理部とをプログラミングによって作成する
構成である。

【００５３】即ち、疑似センサ部は、例えば前記した磁
気位置センサ２と同様の信号を発生する。疑似信号処理
部は、人工現実感装置の前記したコントロールユニット
６、７からの出力信号と同様の信号を発生する。

【００５４】図７に、この実施例に於ける疑似センサ部
と疑似信号処理部を設けた装置の応答時間測定の概要図
を示す。ここでは、必要に応じて疑似センサ部や疑似信
号処理部を、各部と応答時間測定装置に切り換え接続で
きるようになっている。

【００５５】このような疑似センサ部と疑似信号処理部
とをパーソナルコンピュータで設けることにより、セン
サ部を除いた信号処理部とグラフィック表示部の応答速
度の遅延時間を測定することができる。

【００５６】図８に、センサ部を除いた人工現実感装置
の応答時間測定の概要図を示す。図８に示す如く、人工
現実感装置のセンサ部を除いて恰もセンサが動作したか
の如く信号を発生する前述の疑似センサ部を接続し、こ
の疑似センサ部の起動信号の入力によって測定を開始す
るので、信号処理部とグラフィック表示部の応答遅延時
間を測定することができる。

【００５７】図９は、グラフィック表示部のみの応答時
間測定の概要図である。ここでは人工現実感装置のグラ
フィック表示部に、恰も信号処理部からの信号が入力し
た如く信号を発生する疑似信号処理部を接続し、この疑
似信号処理部の起動信号の入力によって測定を開始する
ので、グラフィック表示部のみの応答遅延時間を測定す
ることができる。

【００５８】図10は、人工現実感装置のセンサ部のみの
応答遅延時間測定の概要図である。ここでは駆動装置で
ある回転台20に固定した人工現実感装置の磁気位置セン
サ２を回転させて、この磁気位置センサ２から出力され
るデータの変化を監視することになる。

【００５９】即ち、駆動装置で磁気位置センサ２を回転
させた後、実際にその変化がデータとして反映されるま
での時間を測定することにより、センサ部のみの応答遅
延時間を測定することができる。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、人工現実感装置の位置
・動作センサからモニタ表示部までの全体の応答遅延時
間を正確に測定できるため、使用者の人工現実感の違和
感を感じさせない人工現実感装置の実現への改良が、効
果的且つ論理的に行うことができるという効果を奏す
る。

【００６１】また、センサ部、信号処理部、グラフィッ
ク表示部の各遅延時間を夫々独立して測定できるため、
各部の応答遅延時間を独立して各箇所ごとに改良でき、
効率良く且つ適格に改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】人工現実感装置の概要図である。

【図２】本発明にかかる人工現実感装置の応答時間測定
装置の説明図である。

【図３】センサインターフェース装置の構成図である。

【図４】処理手順のフローチャートである。

【図５】本発明にかかる人工現実感装置の応答時間測定
装置の他の実施例の説明図である。

【図６】応答時間測定装置の概要図である。

【図７】本発明の疑似センサ部と疑似信号処理部を設け
た装置の応答時間測定の概要図である。

【図８】本発明のセンサ部を除いた人工現実感装置の応
答時間測定の概要図である。

【図９】本発明のグラフィック表示部のみの応答時間測
定の概要図である。

【図１０】本発明のセンサ部のみの応答時間測定の概要
図である。

【符号の説明】

１、２、３；磁気位置センサ、４；オプチカル・ファイ
バー・センサ、５；頭部搭載型ディスプレイ、６；磁気
位置センサ・コントロールユニット、７；オプチカル・
ファイバー・センサ・コントロールユニット、 ８；ス
キャンコンバータ、９；モニタ、10；測定部、11；グラ
フィック表示部、12；身体動作センサ、20；回転台、2
1；パーソナルコンピュータ、22；反射型フォトインタ
ラプタ、23；モータ駆動制御装置、24；フォトセンサ、
25；センサ・インターフェースボード、26；パラレル・
インターフェースボード、27；モータ、28；ワイヤ、5
0；人工現実感本体部。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 人工現実感装置の位置・方向センサを固
   着する回転台と、この回転台の制御用モータを左右に駆
   動する信号を発生するパーソナルコンピュータと、前記
   回転台の動作を検出する動作検知センサと、人工現実感
   装置の画面表示部に取り付けた輝度検知センサとを有
   し、前記したパーソナルコンピュータにより、前記動作
   検知センサの動作検知信号と前記輝度検知センサの輝度
   検知信号とをインターフェースを介して取り込み、動作
   検知信号の入力時から輝度検知信号の入力時までの遅延
   時間を精密に算出することを特徴とする人工現実感装置
   の応答時間測定装置。
2. 【請求項２】 人工現実感装置のセンサ部の出力信号と
   同じ信号を出力する疑似信号センサ部と、人工現実感装
   置の信号処理部の出力信号と同じ信号を出力する疑似信
   号処理とを、パーソナルコンピュータにより設けた請求
   項１に記載の人工現実感装置の応答時間測定装置。