JP2782428B2 - Virtual object operation device - Google Patents

Virtual object operation device

Info

Publication number
JP2782428B2
JP2782428B2 JP27122995A JP27122995A JP2782428B2 JP 2782428 B2 JP2782428 B2 JP 2782428B2 JP 27122995 A JP27122995 A JP 27122995A JP 27122995 A JP27122995 A JP 27122995A JP 2782428 B2 JP2782428 B2 JP 2782428B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
virtual object
virtual
small display
display
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP27122995A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH09114360A (en
Inventor
勉 宮里
春生 野間
Original Assignee
株式会社エイ・ティ・アール通信システム研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社エイ・ティ・アール通信システム研究所 filed Critical 株式会社エイ・ティ・アール通信システム研究所
Priority to JP27122995A priority Critical patent/JP2782428B2/en
Publication of JPH09114360A publication Critical patent/JPH09114360A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2782428B2 publication Critical patent/JP2782428B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、仮想世界内の仮想
物体を現実世界で操作するための仮想物体操作装置に関
し、特に、仮想物体の操作に応じた反力を発生する仮想
物体操作装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a virtual object operation device for operating a virtual object in a virtual world in the real world, and more particularly to a virtual object operation device for generating a reaction force according to the operation of a virtual object. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の仮想物体操作装置は、たとえば、
(1)小木、廣瀬:「体性感覚に基づいた能動的データ
提示」、第9回ヒューマンインタフェースシンポジウム
論文集、p.531-538 (1993 )、(2)暦本:「状況認識
に基づく新しいインタラクションスタイルの提案」、WI
SS'94 論文集、p.9-17 (1994)に開示されている。
2. Description of the Related Art A conventional virtual object operating device is, for example,
(1) Ogi, Hirose: "Active data presentation based on somatic sensation", Proc. 9th Human Interface Symposium, p.531-538 (1993), (2) Calendar book: "New based on situational awareness" Proposal for Interaction Style ", WI
It is disclosed in SS'94 Transactions, p.9-17 (1994).

【0003】従来は、単に、ディスプレイ(モニタ)上
に、物体の映像を表示するだけであり、表示した物体に
対して、折り曲げたり回転させるなどの操作を加えるこ
とはできなかった。
[0003] Conventionally, an image of an object is simply displayed on a display (monitor), and an operation such as bending or rotation of the displayed object cannot be performed.

【0004】また、ディスプレイ(モニタ)上に取込ん
だ物体にバーコードなどが張りつけられてあれば、それ
を読取ることにより、予めコードに割当てられている付
加情報を追加表示することのみが可能であった。
If a bar code or the like is attached to an object taken in on a display (monitor), it is only possible to read additional information previously assigned to the code by reading the bar code. there were.

【0005】ディスプレイ(モニタ)上の物体映像に操
作を加える技術としては、CAD(Computer Aided Des
ign )で行なわれているように、マウスなどのポインテ
ィング装置を用いて物体の回転や変形などを行なってい
た。しかし、この場合には、変形などの操作において、
コマンド指示するだけであり、実際に物体に手で力を加
えるようなことはできなかった。また、金属の場合は曲
げにくいなどのように、物体の材質に応じて変形などの
操作に対する反力を生じさせることなどはできなかっ
た。
As a technique for operating an object image on a display (monitor), CAD (Computer Aided Des
As in ign), a pointing device such as a mouse is used to rotate or deform an object. However, in this case, in operations such as deformation,
He could only give commands and couldn't actually apply force to the object by hand. Further, in the case of metal, it is not possible to generate a reaction force against an operation such as deformation in accordance with the material of the object, as it is difficult to bend.

【0006】仮想物体に対して、直接、操作を行なう方
法としては、手袋型データ入力用装置などを用いて、仮
想物体を視覚的に掴んだ状態にして、手の変形に連動さ
せて物体を変形させることが行なわれていた。この場合
には、通常、反力の発生機能を有しておらず、また、反
力を発生させるためには、手袋型データ入力用装置に反
力発生機構を付加して反力を発生させる必要があった。
As a method of directly operating a virtual object, a virtual object is visually grasped using a glove-type data input device or the like, and the object is interlocked with the deformation of the hand. Deformation was being done. In this case, the reaction force generating function is not usually provided, and the reaction force is generated by adding a reaction force generation mechanism to the glove type data input device in order to generate the reaction force. Needed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のよう
に、手袋型データ入力用装置に反力発生機構を付加して
力を発生させる装置では、機構的に複雑であり、装置の
着脱の手間の問題や手軽に使用できないという問題点が
あった。
However, as described above, a device for generating a force by adding a reaction force generating mechanism to a glove type data input device is mechanically complicated and requires time for attaching and detaching the device. There was a problem that it could not be easily used.

【0008】この発明は、以上のような問題点を解決す
るためになされたもので、簡単な構造(機構)を有し、
仮想物体の変形などの操作に応じた反力を発生すること
のできる仮想物体操作装置を提供することを目的とす
る。すなわち、この発明の目的は、簡単な構造(機構)
を有し、仮想物体を操作する者が、あたかも実際に物体
を操作しているかのような実感および質感を得ることが
できる仮想物体操作装置を提供することである。
The present invention has been made to solve the above problems, and has a simple structure (mechanism).
It is an object of the present invention to provide a virtual object operation device capable of generating a reaction force according to an operation such as deformation of a virtual object. That is, an object of the present invention is to provide a simple structure (mechanism)
It is an object of the present invention to provide a virtual object operation device having a virtual object operation device capable of obtaining a real feeling and a texture as if a person operating a virtual object is actually operating the object.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】この発明の第1の発明に
係る仮想物体操作装置は、仮想世界内の仮想物体を現実
世界で操作するための仮想物体操作装置であって、仮想
物体が表示された表示装置を動かすことにより、表示さ
れた仮想物体を操作する。
A virtual object operating device according to a first aspect of the present invention is a virtual object operating device for operating a virtual object in a virtual world in the real world, wherein the virtual object is displayed. The displayed virtual object is operated by moving the displayed display device.

【0010】このように、第1の発明に係る仮想物体操
作装置は、表示装置を動かすだけで、仮想物体を容易に
操作することができる。
As described above, the virtual object operation device according to the first invention can easily operate the virtual object only by moving the display device.

【0011】好ましくは、表示装置を動かす際に、仮想
物体が表わす物体の重量に応じた重量感を発生する。
[0011] Preferably, when the display device is moved, a sense of weight corresponding to the weight of the object represented by the virtual object is generated.

【0012】このように、仮想物体が表わす物体の重量
に応じた重量感を発生するため、表示装置を動かす者
が、あたかも実際に物体を持っているかのような重量を
感じることができる。
As described above, since a sense of weight corresponding to the weight of the object represented by the virtual object is generated, a person who moves the display device can feel the weight as if he / she actually holds the object.

【0013】好ましくは、表示装置を動かす際に、仮想
物体の操作に応じた反力を発生する。
Preferably, when the display device is moved, a reaction force is generated according to the operation of the virtual object.

【0014】このように、仮想物体の操作に応じた反力
を発生するため、表示装置を動かす者が、あたかも実際
に物体を操作しているかのような実感および質感を得る
ことができる。
As described above, since the reaction force is generated in accordance with the operation of the virtual object, the person who moves the display device can obtain the real feeling and texture as if the user were actually operating the object.

【0015】この発明の第2の発明に係る仮想物体操作
装置は、仮想世界の仮想物体を現実世界で操作するため
の仮想物体操作装置であって、仮想物体を表示する表示
装置と、表示装置を支持するための支持手段とを備え、
表示装置を動かすことにより、表示された仮想物体を操
作する。
A virtual object operation device according to a second aspect of the present invention is a virtual object operation device for operating a virtual object in a virtual world in the real world, and a display device for displaying the virtual object, and a display device. And support means for supporting the
The displayed virtual object is operated by moving the display device.

【0016】このように、第2の発明に係る仮想物体操
作装置は、表示装置を動かすだけで、仮想物体を容易に
操作できる。
As described above, the virtual object operation device according to the second invention can easily operate the virtual object only by moving the display device.

【0017】好ましくは、支持手段は、仮想物体が表わ
す物体の重量に応じた重量感を発生する重量感発生手段
を含む。
Preferably, the supporting means includes a heavy feeling generating means for generating a heavy feeling according to the weight of the object represented by the virtual object.

【0018】このように、仮想物体が表わす物体の重量
に応じた重量感を発生するため、表示装置を動かす者
が、あたかも実際に物体を持っているかのような重量を
感じることができる。また、表示装置および支持手段と
いう簡単な構成(機構)で、表示装置を動かす者が、あ
たかも実際に物体を持っているかのような重量を感じる
ことができる。
As described above, since a feeling of weight corresponding to the weight of the object represented by the virtual object is generated, the person who moves the display device can feel the weight as if he / she actually holds the object. Also, with a simple configuration (mechanism) of the display device and the support means, the person who moves the display device can feel the weight as if he / she actually held an object.

【0019】好ましくは、支持手段は、表示装置を動か
す際に、仮想物体の操作に応じた反力を発生する反力発
生手段を含む。
Preferably, the supporting means includes a reaction force generating means for generating a reaction force according to the operation of the virtual object when moving the display device.

【0020】このように、仮想物体の操作に応じた反力
を発生するため、表示装置を動かす者が、あたかも実際
に物体を操作しているかのような実感および質感を得る
ことができる。また、表示装置および支持手段という簡
単な構成(機構)で、表示装置を動かす者が、あたかも
実際に物体を操作しているかのような実感および質感を
得ることができる。
As described above, since the reaction force is generated in accordance with the operation of the virtual object, the person who moves the display device can obtain the real feeling and texture as if the user were actually operating the object. In addition, with a simple configuration (mechanism) of the display device and the support means, a person who moves the display device can obtain a real feeling and texture as if the user were actually operating an object.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明による仮想物体操作
装置について図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a virtual object operation device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

【0022】(実施の形態1)本発明の実施の形態1に
よる仮想物体操作装置は、仮想物体をディスプレイ(モ
ニタ)上に取込む。そして、取込まれた仮想物体に対し
て、何らかの操作(作用)を施す際に、その操作(作
用)に応じた反力を発生する。すなわち、実施の形態1
による仮想物体操作装置では、操作者が、仮想物体に対
する操作(作用)に応じた反力を感じながら、仮想物体
に操作(作用)を施すことができる。
(Embodiment 1) A virtual object operating device according to Embodiment 1 of the present invention captures a virtual object on a display (monitor). Then, when performing any operation (action) on the captured virtual object, a reaction force corresponding to the operation (action) is generated. That is, the first embodiment
In the virtual object operation device according to the above, the operator can perform an operation (action) on the virtual object while feeling a reaction force corresponding to the operation (action) on the virtual object.

【0023】ここで、反力とは、一般に、ある物体に作
用を施す際に、その作用を施した者が受ける反作用のよ
うなものである。実施の形態1による仮想物体操作装置
においては、反力は、主に、物体の重量を感じるような
力を意味している。
Here, the reaction force generally refers to a reaction that is received by a person who has performed an action on a certain object. In the virtual object operating device according to the first embodiment, the reaction force mainly means a force that feels the weight of the object.

【0024】以下、実施の形態1による仮想物体操作装
置について詳しく説明する。図1は、本発明の実施の形
態1による仮想物体操作装置を示す概略図である。
Hereinafter, the virtual object operating device according to the first embodiment will be described in detail. FIG. 1 is a schematic diagram showing a virtual object operation device according to Embodiment 1 of the present invention.

【0025】図1を参照して、実施の形態1による仮想
物体操作装置は、小型ディスプレイ(モニタ)1、マニ
ピュレータ3および図示しないユニバーサルジョイント
を含む。マニピュレータ3は、能動回転軸3a,3b,
3cを含む。
Referring to FIG. 1, the virtual object operating device according to the first embodiment includes a small display (monitor) 1, a manipulator 3, and a universal joint (not shown). The manipulator 3 includes active rotation axes 3a, 3b,
3c.

【0026】マニピュレータ3と、小型ディスプレイ
(モニタ)1とは、図示しないユニバーサルジョイント
を介して接続される。
The manipulator 3 and the small display (monitor) 1 are connected via a universal joint (not shown).

【0027】能動回転軸3aは、A軸を中心に回転す
る。能動回転軸3bは、B軸を中心に回転する。能動回
転軸3cは、C軸を中心に回転する。
The active rotation shaft 3a rotates around the A axis. The active rotation shaft 3b rotates around the B axis. The active rotation shaft 3c rotates around the C axis.

【0028】小型ディスプレイ(モニタ)1は、小型デ
ィスプレイ(モニタ)1の面に沿ったD軸を中心に回転
できる。小型ディスプレイ(モニタ)1は、小型ディス
プレイ(モニタ)1の面に沿った、かつ、D軸と垂直な
E軸を中心に回転できる。小型ディスプレイ(モニタ)
1は、小型ディスプレイ(モニタ)1の面に垂直な(D
軸およびE軸を含む面に垂直な)F軸を中心に回転でき
る。
The small display (monitor) 1 can rotate around the D axis along the plane of the small display (monitor) 1. The small-sized display (monitor) 1 can rotate around the E-axis along the surface of the small-sized display (monitor) 1 and perpendicular to the D-axis. Small display (monitor)
1 is perpendicular to the surface of the small display (monitor) 1 (D
About the F axis (perpendicular to the plane containing the axis and the E axis).

【0029】ハンディモニタなどの小型ディスプレイ1
は、マニピュレータ3の先に取付けられており、照明用
のZ−ライトのごとく、小型ディスプレイ1の位置を空
中で固定できる。マニピュレータ3は、数自由度を有し
ており、超音波モータからなる能動回転軸3a,3b,
3cにより反力を発生でき、これにより小型ディスプレ
イ1の操作者は、小型ディスプレイ1に表示された仮想
物体が表わす物体の重量に応じた重量感を得ることがで
きる。すなわち、マニピュレータ3は、力フィードバッ
ク装置を構成する。超音波モータを使用した力フィード
バック装置については後で詳細に説明する。
Small display 1 such as a handy monitor
Is mounted in front of the manipulator 3, and can fix the position of the small display 1 in the air like a Z-light for illumination. The manipulator 3 has several degrees of freedom, and has active rotary shafts 3a, 3b,
3c can generate a reaction force, whereby the operator of the small display 1 can obtain a feeling of weight corresponding to the weight of the object represented by the virtual object displayed on the small display 1. That is, the manipulator 3 forms a force feedback device. The force feedback device using the ultrasonic motor will be described later in detail.

【0030】マニピュレータ3には、その先端が支点と
なるように小型ディスプレイ1が取付けられている。す
なわち、小型ディスプレイ1の中心点はマニピュレータ
3の先端位置に一致しており、小型ディスプレイ1の中
心点を支点として3軸(D軸、E軸、F軸)の回転がで
きる。また、小型ディスプレイ1(マニピュレータ3)
は、上下左右(D軸、E軸、F軸方向)に動くことがで
きる。
The small display 1 is attached to the manipulator 3 so that its tip becomes a fulcrum. That is, the center point of the small display 1 coincides with the position of the distal end of the manipulator 3, and three axes (D axis, E axis, and F axis) can be rotated around the center point of the small display 1. Also, a small display 1 (manipulator 3)
Can move up, down, left and right (D axis, E axis, F axis directions).

【0031】マニピュレータ3の先端位置(小型ディス
プレイ1の中心点)は、3次元位置センサまたはマニピ
ュレータ3の曲がり角度(A軸周りの回転角度、B軸周
りの回転角度、C軸周りの回転角度)から計測できる。
The tip position of the manipulator 3 (the center point of the small display 1) is the bending angle of the three-dimensional position sensor or the manipulator 3 (rotation angle around A axis, rotation angle around B axis, rotation angle around C axis). Can be measured from

【0032】本実施の形態による仮想物体操作装置を用
いて、仮想物体に操作(作用)を施す手順について説明
する。
A procedure for performing an operation (action) on a virtual object using the virtual object operation device according to the present embodiment will be described.

【0033】図2は、仮想物体の操作者が、仮想物体操
作装置を使用しているところを示す概略図である。な
お、図1と同様の部分については同一の参照符号を付
し、その説明は適宜省略する。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a virtual object operator using a virtual object operation device. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

【0034】図2を参照して、操作者5は、小型ディス
プレイ1を持って、仮想物体に操作(作用)を施してい
る。
Referring to FIG. 2, an operator 5 carries out an operation (action) on a virtual object by holding small display 1.

【0035】図3は、臨場感通信会議システムにおい
て、仮想物体操作装置を使用しているところを示す概略
図である。なお、図2と同様の部分については同一の参
照符号を付し、その説明を適宜省略する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the use of the virtual object operation device in the presence communication conference system. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

【0036】図3を参照して、2つのスクリーン支持部
9a,9bには、2つのスクリーン11a,11bが設
置されている。また、スクリーン支持部9a,9bは、
各々、スピーカ7を備える。コンピュータグラフィック
ス技術を用いて、スクリーン11a,11bにより、仮
想世界が作られている。スクリーン11a,11bによ
る仮想世界には、人物13(以下、「仮想人物13」と
言う場合もある)および物体15(以下、「仮想物体1
5」と言う場合もある)が存在する。
Referring to FIG. 3, two screens 11a and 11b are provided on the two screen supporting portions 9a and 9b. Also, the screen support portions 9a and 9b
Each is provided with a speaker 7. Using computer graphics technology, a virtual world is created by the screens 11a and 11b. In the virtual world formed by the screens 11a and 11b, a person 13 (hereinafter, also referred to as "virtual person 13") and an object 15 (hereinafter, "virtual object 1") are displayed.
5 ").

【0037】一方、現実世界においては、操作者5が、
小型ディスプレイ1およびマニピュレータ3からなる仮
想物体操作装置を、使用している。なお、図3におい
て、仮想世界と現実世界との境目は明確に区別していな
い。
On the other hand, in the real world, the operator 5
A virtual object operation device including a small display 1 and a manipulator 3 is used. In FIG. 3, the boundary between the virtual world and the real world is not clearly distinguished.

【0038】仮想物体操作装置を用いて、仮想物体15
に対し、操作(作用)を施す操作者5は、まず、小型デ
ィスプレイ1を持って、小型ディスプレイ1を、仮想世
界内(仮想空間内)の仮想物体15に向ける。このよう
にすることで、小型ディスプレイ1内に、仮想物体15
が表示される。なお、小型ディスプレイ1は、たとえ
ば、ハンディモニタなどである。小型ディスプレイ1
を、仮想物体15に向けるというような動作は、たとえ
ば、携帯型のビデオカメラで物体を撮影するような場合
に相当するものである。
Using the virtual object operating device, the virtual object 15
On the other hand, the operator 5 performing the operation (action) first holds the small display 1 and points the small display 1 toward the virtual object 15 in the virtual world (in the virtual space). By doing so, the virtual object 15 is displayed in the small display 1.
Is displayed. Note that the small display 1 is, for example, a handy monitor. Small display 1
Is directed to the virtual object 15, for example, when shooting an object with a portable video camera.

【0039】図3においては、仮想物体15として、
「神輿」を表わしているが、以下の説明では、仮想物体
15は、単なる物体として説明をする。
In FIG. 3, as the virtual object 15,
Although “Mikoshi” is shown, in the following description, the virtual object 15 will be described as a simple object.

【0040】小型ディスプレイ1の表示面には、タッチ
パネルが張りつけられており、小型ディスプレイ1に表
示されている画像(仮想物体15)に対して、直線など
を描くことができる。また、小型ディスプレイ1には、
スイッチがあり、スイッチのオン/オフにより、小型デ
ィスプレイ1に表示されている仮想物体15に対する把
持機能のオン/オフを行なうことができる。
A touch panel is attached to the display surface of the small display 1, and a straight line or the like can be drawn on the image (virtual object 15) displayed on the small display 1. In addition, the small display 1 includes:
There is a switch, and by turning on / off the switch, the gripping function for the virtual object 15 displayed on the small display 1 can be turned on / off.

【0041】小型ディスプレイ1の把持機能がオフの場
合には、仮想世界内(仮想空間内)での仮想物体15の
位置を変化させることなく、小型ディスプレイ1の位置
を変化させることができる。したがって、小型ディスプ
レイ1の位置や回転方向に伴って、小型ディスプレイ1
に表示された映像(仮想物体15)を見る位置が変化す
る。すなわち、把持機能をオフしている場合には、小型
ディスプレイ1を任意に動かすことによって、仮想物体
15を任意の位置から眺めることができる。
When the holding function of the small display 1 is off, the position of the small display 1 can be changed without changing the position of the virtual object 15 in the virtual world (in the virtual space). Therefore, the size of the small display 1 depends on the position and the rotation direction of the small display 1.
The position at which the user views the video (virtual object 15) displayed on the screen changes. That is, when the gripping function is off, the virtual object 15 can be viewed from any position by arbitrarily moving the small display 1.

【0042】仮想物体15に対し、操作(作用)を施す
場合には、小型ディスプレイ1の把持機能をオンにす
る。小型ディスプレイ1の把持機能がオンの場合には、
あたかも仮想物体15を掴んだ状態になり、仮想世界内
(仮想空間内)での仮想物体15の位置や向きを変化さ
せることができる。すなわち、小型ディスプレイ1自体
を回転・移動させることにより、仮想物体15全体を回
転・移動させたり、仮想物体15の一部を折り曲げたり
することができる。このように仮想物体15に対して操
作(作用)を施している際の小型ディスプレイ1上の映
像は、仮想物体15の変形(仮想物体15に対する操作
・作用)と同時進行で表示される。
When performing an operation (action) on the virtual object 15, the gripping function of the small display 1 is turned on. When the holding function of the small display 1 is on,
It is as if the virtual object 15 is grasped, and the position and the direction of the virtual object 15 in the virtual world (in the virtual space) can be changed. That is, by rotating and moving the small display 1 itself, the entire virtual object 15 can be rotated and moved, or a part of the virtual object 15 can be bent. As described above, the image on the small display 1 when the operation (action) is performed on the virtual object 15 is displayed simultaneously with the deformation of the virtual object 15 (operation / action on the virtual object 15).

【0043】仮想物体15全体の回転の場合には、小型
ディスプレイ1を回転させると、小型ディスプレイ1に
表示されている仮想物体15表面の位置で、小型ディス
プレイ1の視点位置に一致している箇所を回転の中心と
する。
In the case of rotation of the entire virtual object 15, when the small display 1 is rotated, the position on the surface of the virtual object 15 displayed on the small display 1 matches the viewpoint position of the small display 1. Is the center of rotation.

【0044】紙の角を折り曲げるなどのような仮想物体
15の一部を折り曲げる場合について説明する。小型デ
ィスプレイ1の把持機能をオフにし、仮想物体15に対
して、小型ディスプレイ1を移動させて、小型ディスプ
レイ1上に、仮想物体の特定の場所(折り曲げようとす
る場所)を映し出す。
A case where a part of the virtual object 15 is bent, such as bending a corner of a paper, will be described. The gripping function of the small display 1 is turned off, the small display 1 is moved with respect to the virtual object 15, and a specific place (a place to be bent) of the virtual object is projected on the small display 1.

【0045】図4は、仮想物体の特定の場所(折り曲げ
たい場所)が映し出された小型ディスプレイを示す図で
ある。なお、図3と同様の分については同一の参照符号
を付し、その説明を適宜省略する。
FIG. 4 is a view showing a small display on which a specific place (a place to be bent) of the virtual object is projected. The same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.

【0046】仮想物体15としては、箱を表示してい
る。仮想物体15としての箱の斜線部分を折り曲げる場
合を考える。把持機能をオンにし、小型ディスプレイ1
上で、折り曲げ線にあたる線Cを描く。そして、小型デ
ィスプレイ1を、矢印Aの方向に回転させる。そうする
と、この矢印A方向への小型ディスプレイ1の回転に連
動して、仮想物体15としての箱の斜線部が、矢印Bの
方向に折れ曲がる。
A box is displayed as the virtual object 15. Consider a case where a hatched portion of a box as the virtual object 15 is bent. Turn on the gripping function and turn on the small display 1
Above, draw a line C corresponding to the bending line. Then, the small display 1 is rotated in the direction of arrow A. Then, in conjunction with the rotation of the small display 1 in the direction of the arrow A, the hatched portion of the box as the virtual object 15 bends in the direction of the arrow B.

【0047】ここで、先に述べた力フィードバック装置
(マニピュレータ3)に用いた超音波モータについて説
明する。超音波モータは、複数の超音波発生リングによ
り構成され、内側のリングが回転保持力を調整し、外側
のリングが回転力を発生する。リングの二重構造により
負荷の変化に応じた回転力の制御が可能である。また、
電磁モータの場合と違い3次元デジタイザなどの磁気セ
ンサに悪影響を及ぼさない。したがって、仮想物体を掴
んだりした際の反力の発生や、3次元のポインティング
装置としての利用が可能である。このような超音波モー
タは上述したように、能動回転軸3a,3b,3cとし
て用いられている。
Here, an ultrasonic motor used in the above-described force feedback device (manipulator 3) will be described. The ultrasonic motor is constituted by a plurality of ultrasonic generating rings, wherein an inner ring adjusts a rotation holding force and an outer ring generates a rotational force. Due to the double structure of the ring, it is possible to control the rotational force according to the change in load. Also,
Unlike an electromagnetic motor, it does not adversely affect a magnetic sensor such as a three-dimensional digitizer. Therefore, it is possible to generate a reaction force when grasping a virtual object or to use it as a three-dimensional pointing device. Such an ultrasonic motor is used as the active rotating shafts 3a, 3b, 3c as described above.

【0048】なお、超音波モータを使用した力フィード
バック装置については、たとえば、特開平2−0274
18号公報(3次元座標入力制御装置)、特開平2−0
27420号公報(3次元座標入力制御装置)および特
開平2−026283号公報(回転力制御機構)に開示
されている。
A force feedback device using an ultrasonic motor is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-0274.
No. 18 (3D coordinate input control device),
No. 27420 (three-dimensional coordinate input control device) and Japanese Patent Laid-Open No. 2-026283 (rotational force control mechanism).

【0049】以上のように、本発明の実施の形態1によ
る仮想物体操作装置においては、把持機能を有してお
り、小型ディスプレイ1を動かすだけで、小型ディスプ
レイ1に映し出された仮想物体に対して、容易に操作
(作用)を施すことができる。
As described above, the virtual object operation device according to the first embodiment of the present invention has a gripping function, and only by moving the small display 1, can the virtual object projected on the small display 1 be moved. Thus, the operation (action) can be easily performed.

【0050】また、実施の形態1による仮想物体操作装
置においては、仮想物体が表わす物体の重量に応じた重
量感(反力)を発生するマニピュレータ3を用いてい
る。このため、小型ディスプレイ1を用いて、仮想物体
に対して、操作(作用)を施す操作者5は、あたかも実
際に物体を持っているかのような重量を感じることがで
きる。
In the virtual object operating device according to the first embodiment, the manipulator 3 that generates a sense of weight (reaction force) according to the weight of the object represented by the virtual object is used. Therefore, the operator 5 who performs an operation (action) on the virtual object using the small display 1 can feel the weight as if he / she actually holds the object.

【0051】また、実施の形態1による仮想物体操作装
置においては、小型ディスプレイ1およびマニピュレー
タ3を用いており、このような簡単な構成(機構)で、
重量感(反力)を発生でき、操作者は、あたかも実際に
物体を持っているかのような重量感を感じることができ
る。
In the virtual object operating device according to the first embodiment, the small display 1 and the manipulator 3 are used, and with such a simple configuration (mechanism),
A heavy feeling (reaction force) can be generated, and the operator can feel a heavy feeling as if he / she actually holds an object.

【0052】次に、実施の形態1による仮想物体操作装
置について、実験結果を中心に説明する。
Next, the virtual object operating device according to the first embodiment will be described focusing on experimental results.

【0053】VR(Virtual Reality :バーチャル・リ
アリティ)技術によって生成される仮想世界の応用分野
は遠隔操作やデザインやCADなど多方面に期待され
る。それらのアプリケーションにおいて不可欠である仮
想空間内でのオブジェクト操作作業(仮想物体の操作作
業)の過程を抽出すると、(1)オブジェクトを適切な
視点から探索するフェーズ、(2)オブジェクトを位置
姿勢変更・変形させるフェーズ、(3)操作の結果を確
認するフェーズをユニットとする一連のループの繰り返
しになる。
The application field of the virtual world generated by the VR (Virtual Reality) technology is expected in various fields such as remote control, design and CAD. Extracting the process of object operation work (virtual object operation work) in the virtual space, which is indispensable in these applications, can be described as follows: (1) a phase of searching for an object from an appropriate viewpoint; This is a series of loops in which a phase for deforming and (3) a phase for confirming the operation result are a unit.

【0054】これまでの多くの人工現実感(仮想現実
感)研究においては、それらの目指す応用分野での展開
に合わせた探索方式や操作方式が独自に数多く提案され
てきたが、必ずしも効果的な組合せとしてのインタフェ
ースを提供しているとは言えない。入力装置または出力
装置のバランスが崩れると、操作の一連の流れが滞り、
全体として優れたインタフェースとはなり得ない。
In many researches on virtual reality (virtual reality) so far, many search methods and operation methods have been independently proposed in accordance with the development in their intended application fields, but they are not always effective. It cannot be said that it provides an interface as a combination. When the balance of the input device or the output device is lost, the series of operations will be disrupted,
It cannot be a good interface as a whole.

【0055】この操作の流れについて着目し、実施の形
態1による仮想物体操作装置として、小型ディスプレイ
を用いた仮想世界オブジェクトの操作デバイス(PDDM:
Palmtop Display for Dextrous Manipulation )につい
て説明する。実施の形態1による仮想物体操作装置とし
てのPDDMは、特に臨場感通信会議システムでのオブ
ジェクトの組立や変形作業のための操作を念頭において
開発し、従来は個別であった探索手段と操作手段を力覚
提示可能なデバイスとして、同一の装置で実現し、それ
らの異なる機能モード間の変更操作による作業の流れの
中断を意識させないデザインを採用している。
Focusing on this operation flow, as a virtual object operation device according to the first embodiment, a virtual world object operation device (PDDM:
Palmtop Display for Dextrous Manipulation) will be described. The PDDM as a virtual object operating device according to the first embodiment is developed with an operation for assembling and deforming an object in a real-life communication conference system in mind. As a device capable of presenting a haptic sense, a design that is realized by the same device and that is not conscious of interruption of a work flow due to a change operation between these different function modes is adopted.

【0056】まず、実施の形態1による仮想物体操作装
置としてのPDDMの概要と情報提示方式および操作方
式について現状のデバイスの分類を通して位置づけ、次
いでプロトタイプモデルの詳細について示す。さらに、
このプロトタイプモデルによる操作環境の評価実験結果
について説明し、今後の応用展開についてまとめる。
First, the outline of the PDDM as the virtual object operating device according to the first embodiment, the information presenting method and the operating method are positioned through the current device classification, and then the details of the prototype model will be described. further,
The experimental results of the operation environment evaluation using this prototype model will be described, and future application developments will be summarized.

【0057】これまで、提唱されてきた臨場感通信会議
のプロトタイプシステムでは、固定大画面型の立体ディ
スプレイとグローブデバイス、磁気センサを基本とした
インタフェースを用いてきた。一般に、グローブデバイ
スを基本とした操作環境では高精度を要求するようなこ
まやかな操作は困難である。この主な原因としては、空
間での操作が机上などと異なり何の拘束条件も有してい
ないことが挙げられる。対策方法として特にオブジェク
ト同士の接触などの際に、操作自体をインテリジェント
に拘束する方法と力覚デバイスにより操作に拘束を付加
する方法がある。
Until now, the prototype system of the realistic communication conference that has been proposed has used an interface based on a fixed large screen type stereoscopic display, a globe device, and a magnetic sensor. Generally, in an operation environment based on a glove device, it is difficult to perform a detailed operation requiring high accuracy. The main cause is that the operation in the space does not have any constraint conditions unlike a desk or the like. As a countermeasure method, there are a method of intelligently constraining the operation itself, particularly in the case of contact between objects, and a method of adding a restriction to the operation using a force sense device.

【0058】実施の形態1による仮想物体操作装置で
は、特に後者の力覚デバイスによる操作支援環境をめざ
している。他のフォースディスプレイに関する研究にお
いて、その有効性は示されているが、力覚デバイスを固
定大画面型ディスプレイに利用するには以下のような問
題が挙げられる。
The virtual object operation device according to the first embodiment aims at an operation support environment particularly using the latter haptic device. Although studies on other force displays have shown their effectiveness, the use of haptic devices for fixed large-screen displays has the following problems.

【0059】(1)広可動範囲に対応できる大型マニピ
ュレータが必要であること、(2)ディスプレイの前面
の機構による視野妨害が発生する、という問題がある。
(1) There is a problem that a large-sized manipulator that can cope with a wide movable range is required, and (2) a visual field obstruction is caused by a mechanism on the front surface of the display.

【0060】これらの問題点に対して、情報提示方式と
して用いられてきた可搬型ディスプレイ(Palmtop Disp
lay )に3次元マウス的なオブジェクト操作機能と力覚
提示機能を付加したシステムが、実施の形態1による仮
想物体操作装置としてのPDDMである。PDDMは、
小型液晶テレビに何らかのフォースディスプレイを接続
した構造を有する。
To solve these problems, a portable display (Palmtop Disp.
A system in which a three-dimensional mouse-like object operation function and a force sense presentation function are added to (lay)) is the PDDM as the virtual object operation device according to the first embodiment. PDDM is
It has a structure in which some kind of force display is connected to a small liquid crystal television.

【0061】図5は、実施の形態1によるPDDMを臨
場感通信会議システムに取入れた際に、想定される利用
形態を示す図である。なお、図1と同様の部分について
は同一の参照符号を付し、その説明を適宜省略する。
FIG. 5 is a diagram showing an expected use form when the PDDM according to the first embodiment is incorporated into a real-life communication conference system. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

【0062】図5を参照して、現実世界には、会議参加
者17および小型ディスプレイ1およびマニピュレータ
3からなるPDDMが存在する。なお、図5のPDDM
は、図1の仮想物体操作装置に対応する。領域bbは、
大型ディスプレイによる仮想世界である。仮想世界bb
には、会議参加者19,21およびオブジェクト23a
が存在する。矢印cは、オブジェクトは、コンピュータ
の中では1つのものであるが、現実世界のローカルな作
業空間aaと、仮想世界とに、それぞれ2つのオブジェ
クト23a,23bが表示されることを示している。こ
のことは、領域bbが、現実世界の会議参加者17と、
仮想世界の会議参加者19,21とで、共有されている
と言えるので、領域bbは、共有仮想空間と定義するこ
ともできる。
Referring to FIG. 5, in the real world, there is a PDDM including conference participant 17, small display 1 and manipulator 3. The PDDM shown in FIG.
Corresponds to the virtual object operation device in FIG. The area bb is
It is a virtual world with a large display. Virtual world bb
Includes conference participants 19 and 21 and object 23a
Exists. The arrow c indicates that one object is present in the computer, but two objects 23a and 23b are displayed in the local work space aa of the real world and the virtual world, respectively. This means that the region bb is a real-world conference participant 17
Since it can be said that the region bb is shared by the conference participants 19 and 21 in the virtual world, the region bb can be defined as a shared virtual space.

【0063】仮想世界(仮想空間)bbには、他の会議
参加者19,21とオブジェクト23aが配置されてい
る。ここで、現実世界の会議参加者17が、オブジェク
ト23aの一部(オブジェクト23aの斜線部分)に変
更を加えようとするならば、まず、オブジェクト23a
の変更を加えようとする部分を会議参加者17の体前の
ローカルな作業空間aaにコピーする。転送されたオブ
ジェクト23bと、そのオリジナルなオブジェクト23
aにはリンク(cc)が張られており、コピー(オブジ
ェクト23b)への操作入力はそのままオリジナルのオ
ブジェクト23aに適用される。
In the virtual world (virtual space) bb, other conference participants 19 and 21 and an object 23a are arranged. Here, if the conference participant 17 in the real world intends to make a change to a part of the object 23a (the shaded portion of the object 23a), first, the object 23a
Is copied to the local work space aa in front of the conference participant 17. The transferred object 23b and the original object 23
A link (cc) is attached to a, and the operation input to the copy (object 23b) is applied to the original object 23a as it is.

【0064】PDDMを使用する会議参加者17は、作
業空間aa内で、適当な視点位置に移動し、変更したい
オブジェクト23a,23bを確認する。オブジェクト
23a(23b)の操作したい部分(パーツ)に焦点を
合わせ、“あたかもそのパーツを掴んでいるかのよう
に”オブジェクト23a(23b)を変形・移動したい
方向に小型ディスプレイ1を動かす。
The conference participant 17 using the PDDM moves to an appropriate viewpoint in the work space aa and confirms the objects 23a and 23b to be changed. The small display 1 is moved in the direction in which the object 23a (23b) is to be deformed and moved, as if the part (part) to be operated of the object 23a (23b) was focused.

【0065】つまり、小型ディスプレイ1の動きがオブ
ジェクト23a(23b)の拘束条件に応じてそのオブ
ジェクトの変形・移動に反映されるとともに、フォース
ディスプレイを通じて操作反力が会議参加者17に提示
されることになる。なお、オブジェクト23a(23
b)を変形・移動する方法についての詳細は、図4で説
明したのと同様である。
That is, the movement of the small display 1 is reflected on the deformation and movement of the object 23a (23b) in accordance with the constraint condition of the object 23a, and the operation reaction force is presented to the conference participant 17 through the force display. become. Note that the object 23a (23
Details of the method of transforming / moving b) are the same as those described with reference to FIG.

【0066】このような、実施の形態1によるPDDM
により、上述した問題が以下のように解決される。すな
わち、(1)フォースディスプレイに広い可動範囲を要
求しない。(2)情報表示面と視点間に力覚提示のため
の機構が存在せず、視界を遮らない。(3)表示系と操
作系を一体化することによりシステムがコンパクトにな
る。
The PDDM according to the first embodiment as described above
Thereby, the above-mentioned problem is solved as follows. That is, (1) the force display does not require a wide movable range. (2) There is no mechanism for presenting a force sense between the information display surface and the viewpoint, and the view is not obstructed. (3) The system becomes compact by integrating the display system and the operation system.

【0067】また、さらにPDDMを使用するユーザ
(会議参加者17)の腕部に直接力覚提示する典型的な
フォースディスプレイと比較して、以下のような利点が
期待される。
Further, the following advantages are expected as compared with a typical force display in which force sense is directly presented on the arm of a user (conference participant 17) using PDDM.

【0068】すなわち、(1)操作対象(オブジェク
ト)が視野内に入っている限り、手の届かないオブジェ
クトでも体前で高精度に操作可能であること、(2)常
にPDDMのユーザ(会議参加者17)を中心とした、
直感的な操作環境であること、(3)利用しない際に
は、装着(把持)する必要がない、という利点である。
That is, (1) as long as the operation target (object) is within the field of view, an object that cannot be reached can be operated with high accuracy in front of the body; (2) a user of the PDDM (participation in a conference) 17)
The advantages are that the operating environment is intuitive and (3) there is no need to attach (grasp) when not in use.

【0069】次に、他のインタフェース装置との比較の
中でPDDMのこれらの特徴をさらに説明する。PDD
Mは、情報提示機能と操作入力機能を併せ持つインタフ
ェース装置であり、それぞれの機能面から他の装置との
差異を説明していく。
Next, these features of PDDM will be further described in comparison with other interface devices. PDD
M is an interface device having both an information presenting function and an operation input function, and will explain differences from other devices in terms of their respective functions.

【0070】情報提示手段からの分類について説明す
る。図6は、情報表示システム(情報表示手段)の分類
を示す図である。
The classification from the information presenting means will be described. FIG. 6 is a diagram showing the classification of the information display system (information display means).

【0071】仮想空間情報の映像による提示手段では、
ユーザの動き情報を仮想世界内の仮想カメラのコントロ
ールに結びつけて現実世界での見えを模倣し、体性感覚
と視覚情報による直感的な情報提示方式を基本とする。
特にユーザの仮想空間に対する立場により、仮想世界の
外部から窓を通して覗くウィンドウ型(Window型)と、
パームトップ型(Palmtop 型)、仮想世界に入り込ませ
る没入型(Immersive型)、仮想世界を現実世界に張り
込むプロジェクション型(Projection型)へと分類可能
である。なお、図6において、提案方式とあるが、この
提案方式とは、実施の形態1によるPDDMのことを示
している。すなわち、実施の形態1によるPDDMは、
パームトップ型に分類される。
In the means for presenting virtual space information by video,
The motion information of the user is linked to the control of a virtual camera in the virtual world to imitate the appearance in the real world.
In particular, depending on the user's position in the virtual space, a window type (Window type) that looks through the window from outside the virtual world,
It can be classified into a palmtop type (Palmtop type), an immersive type (Immersive type) that enters the virtual world, and a projection type (Projection type) that extends the virtual world into the real world. In FIG. 6, there is a proposal scheme, which indicates the PDDM according to the first embodiment. That is, the PDDM according to the first embodiment is
It is classified as a palmtop type.

【0072】情報探索における自由度と没入感について
着目するならば、文字どおり没入型が最も優れている。
しかし、没入感の向上に合わせて、必要な装置の負荷が
心理的にも物理的にも高くなる。逆に、ウィンドウ型の
インタフェースは比較的安易に実現できるが、没入感の
面で乏しい。
If attention is paid to the degree of freedom and immersion in information search, the immersion type is literally the best.
However, in accordance with the improvement of the immersion sensation, the required load of the device increases psychologically and physically. Conversely, a window-type interface is relatively easy to implement, but lacks immersion.

【0073】実施の形態1で採用したパームトップ型
は、それらの中間的な特徴を有している。情報提示画面
が小型の液晶面に限定されることにより、頭部掲載型
(HMD 型)や大画面型のシステムに比べて情報提示能力
が劣ることも考えられる。しかし、提示面を手に持って
動かせることで得られる高い自由度により、必ずしも環
境認識能力は低下しない。パームトップ ディスプレイ
(Palmtop Display )の関連研究として、フィッツモリ
ス(Fitzmoris )らのカメレオン(Chameleon )が広く
知られているが、彼らが、パームトップ ディスプレイ
の動きを情報空間の探索のためにマッピングしていたの
に対して、実施の形態1によるPDDMでは、仮想空間
内での情報探索機能に加えて、操作対象そのものをパー
ムトップ ディスプレイ自体で操作する機能を付加して
いる点で、拡張発展しているといえる。
The palmtop type employed in the first embodiment has intermediate features between them. If the information presentation screen is limited to a small liquid crystal surface, the information presentation ability may be inferior to that of a head-mounted (HMD) or large-screen system. However, the high degree of freedom obtained by moving the presentation surface with the hand does not necessarily lower the environmental recognition ability. Fitzmoris et al.'S Chameleon is widely known as a related work on Palmtop Display, but they map the movement of the palmtop display to search the information space. On the other hand, the PDDM according to the first embodiment is expanded and developed in that, in addition to the information search function in the virtual space, a function of operating the operation target itself with the palmtop display itself is added. It can be said that there is.

【0074】次に、操作入力手段からの分類について説
明する。すなわち、広く利用される既存の多次元の操作
入力装置について、“操作入力の基準座標”と“操作器
と効果器の位置関係”の2軸に従って分類する。
Next, the classification from the operation input means will be described. In other words, existing multidimensional operation input devices that are widely used are classified according to two axes of “reference coordinates of operation input” and “positional relationship between operation device and effect device”.

【0075】図7は、操作入力装置(操作入力手段)の
分類を示す図である。図7を参照して、それぞれの軸
は、“操作入力の基準座標(装置の参照座標系)”が、
ユーザが入力する操作量の基準座標軸が環境に固定され
た系かユーザに固定された系であるかの分類を、“操作
器と効果器の位置関係”がユーザが操作を入力する場所
とその効果が現われる場所が一致するか離れているかに
よる分類を表わす。
FIG. 7 is a diagram showing the classification of operation input devices (operation input means). Referring to FIG. 7, each axis has “reference coordinates of operation input (reference coordinate system of device)”.
The classification of whether the reference coordinate axis of the operation amount input by the user is a system fixed to the environment or a system fixed to the user is determined by the "positional relationship between the operation device and the effector" and the location where the user inputs the operation Represents a classification based on whether the locations where the effects appear are coincident or distant.

【0076】ベースト オン ワールド アンド オー
バーラップ型(Based on the Worldand Overlap型)に
ついて説明する。
A description will be given of a “based on the world and overlap type”.

【0077】操作器の移動する場と効果器の動作する場
合が一致する環境で、かつ、操作の入力が環境に固定さ
れる座標軸において利用されるデバイスであり、タッチ
パネル(Touch Panel )や手袋型データ入力用装置など
のデバイスがこのカテゴリに属する。このカテゴリで
は、あるオブジェクトを環境の中のある軸方向に沿って
移動させたければ、そのオブジェクトを把持しその軸方
向に操作器を移動させることになる。つまり、操作にお
ける方向が環境を基準にして規定されていることにな
る。
A device that is used in an environment where the place where the operating device moves and the case where the effector operates coincides, and is used in coordinate axes where the input of the operation is fixed to the environment, such as a touch panel or a glove type Devices such as data input devices belong to this category. In this category, if it is desired to move an object along an axis in the environment, the object is grasped and the operating device is moved in the axis direction. That is, the direction in the operation is defined based on the environment.

【0078】特徴として、対象環境に合わせた操作空間
が必要となるが、習熟を要しない直感的なインタフェー
スが実現できる。また、入力方向が空間に規定されるた
めに、ユーザの位置が重要な要素となる。一般には操作
対象の可動領域が狭いために問題にならないが、ウォー
クスルー(Walkthrough )などの広空間では操作のため
に対象の存在する場所に移動する手段が必要となる。
As a feature, an operation space suitable for the target environment is required, but an intuitive interface requiring no skill can be realized. In addition, since the input direction is defined in the space, the position of the user is an important factor. In general, this is not a problem because the movable area of the operation target is small, but in a wide space such as a walkthrough, means for moving to a place where the target exists for operation is required.

【0079】ベースト オン ユーザ アンド セパレ
ート型(Based on the User and Separate型)について
説明する。
A description will be given of a “based on the user and separate” type.

【0080】操作器の移動する場と効果器の動作する場
合が一致せず、かつ、操作の入力がユーザに固定される
座標軸において利用されるデバイスであり、ジョイステ
ィック(JoyStick)や機械式マウス(Mechanical Mous
e)がこのこのカテゴリに属する。先の例では、ユーザ
環境に幾何学的に展開された座標系に沿って操作器を移
動させ、操作対象オブジェクトをアイコンなどを用いて
間接的に把持することになる。
A device used in a coordinate axis where the field where the operating device moves and the case where the effector operates does not match, and the input of the operation is fixed to the user, such as a joystick (JoyStick) or mechanical mouse ( Mechanical Mous
e) belongs to this category. In the above example, the operating device is moved along the coordinate system geometrically developed in the user environment, and the operation target object is indirectly grasped using an icon or the like.

【0081】つまり、操作が参照する基準方向がユーザ
側に規定されることになる。一般に、適当な幾何変換や
時間積分により操作器の移動に要する領域は小さくなる
が、入力と結果の間の意味的な関係が離れるために習熟
を要する。しかし、一度変換ルールを習熟すれば、以後
はユーザの位置姿勢に依存しない良好な入力操作が可能
となる。ボール型データ入力用装置、トラックボール
(Track Ball)、タブレット(Tablet)、光学式マウス
(Optical Mouse )については、操作器系の座標軸がデ
バイスの置かれる方向によって変更可能な点はベースト
オン ユーザタイプと言えるが、この変更が容易には
できないためにベースト オン ワールド型との中間的
なものと位置づけた。
That is, the reference direction referred to by the operation is defined on the user side. In general, the area required for moving the actuator is reduced by appropriate geometric transformation and time integration, but it requires skill because the semantic relationship between the input and the result is apart. However, once the conversion rules are mastered, a good input operation that does not depend on the position and orientation of the user can be performed thereafter. For ball-type data input devices, trackballs, tablets, and optical mice, the point that the coordinate axes of the operating system can be changed depending on the direction in which the device is placed is a base-on user type. It can be said, however, that this change is not easy, so we positioned it as an intermediate between the base-on-world type.

【0082】実施の形態1によるPDDM方式の位置づ
けについて説明する。図7において、提案方式(パーム
トップ型)とあるが、この提案方式とは、実施の形態1
によるPDDMのことを示している。
The positioning of the PDDM system according to the first embodiment will be described. In FIG. 7, there is a proposal method (palmtop type).
Of PDDM.

【0083】PDDMの操作環境にはアイコンが存在せ
ず、表示領域内のオブジェクトに対して適当な方法によ
り直接的に焦点を置く。これは、環境がオーバーラップ
型(Overlap 型)であることを意味する。また、操作に
先立って、ユーザはローカルな作業空間内の適切な視点
位置に移動するために、回転や移動の操作を入力のため
の座標系は常にユーザの体前に規定される座標系により
行なわれる。この観点から実施の形態1によるPDDM
による操作環境はこの分類中ベースト オンユーザ ア
ンド オーバーラップ型と言える。したがって、直感的
な操作環境とユーザに属する操作器座標系による操作入
力の実現が期待される。
There are no icons in the operating environment of PDDM, and the object in the display area is directly focused on in an appropriate manner. This means that the environment is of the overlap type. Prior to the operation, the coordinate system for inputting the rotation or movement operation is always set in accordance with the coordinate system defined in front of the user in order to move the user to an appropriate viewpoint position in the local work space. Done. From this viewpoint, the PDDM according to the first embodiment
Can be said to be a base-on-user and overlap type during this classification. Therefore, realization of operation input using an intuitive operation environment and an operation device coordinate system belonging to the user is expected.

【0084】実施の形態1によるPDDMの試作機の構
成について説明する。図8は、実施の形態1によるPD
DMの概念を検証するために製作したPDDMの試作機
を示す図である。なお、図8のPDDMの試作機は、図
1の仮想物体操作装置に相当する。
The configuration of the prototype PDDM according to the first embodiment will be described. FIG. 8 shows a PD according to the first embodiment.
It is a figure which shows the prototype of the PDDM manufactured in order to verify the concept of DM. The PDDM prototype in FIG. 8 corresponds to the virtual object operation device in FIG.

【0085】図8を参照して、実施の形態1によるPD
DMの試作機では、表示系に小型ディスプレイ1とし
て、4インチ(inch)の小型液晶モニタ(重量350g
f)を使用している。背面には、ユーザが把持する際に
左手指先で操作する2個の押ボタンスイッチが取付けて
ある。試作機では、この押ボタン操作によって探索モー
ドと把持モードを切換える。モニタの位置姿勢情報は、
本体に取付けた磁気センサ(FastrackTM)によって計測
される。液晶モニタから発生する電磁ノイズは磁気セン
サによる計測に多少の影響を及ぼすが、ディジタルロー
パスフィルタによって取除いている。
Referring to FIG. 8, PD according to the first embodiment
In the prototype of the DM, a small LCD 1 of 4 inches (weight 350 g) was used as the small display 1 in the display system.
f) is used. On the back surface, two push button switches that are operated by the fingertip of the left hand when the user grips are attached. In the prototype, the search mode and the grip mode are switched by the push button operation. Monitor position and orientation information
It is measured by a magnetic sensor (Fastrack ) attached to the main body. Electromagnetic noise generated from the liquid crystal monitor has some influence on the measurement by the magnetic sensor, but is removed by a digital low-pass filter.

【0086】PDDMは、能動回転軸3a,3b,3c
を備えており、能動回転軸3a,3b,3cは超音波モ
ータからなる。すなわち、PDDMには、超音波モータ
(Ultra Sonic Motor :以下、「USM 」という)をアク
チュエータとして用いる3自由度フォースディスプレイ
を採用する。USMは、保持トルクと回転トルクを単一
のユニットで制御可能なモータであり、また動作時に問
題となる磁気ノイズを出さない等の特徴を有する。関節
部分(能動回転軸3a,3b,3c)には角度検出機構
が組込まれており、力覚フィードバックが可能である。
マニピュレータ3の先端部分では3軸ユニバーサルジョ
イント24を介して小型ディスプレイ1(液晶モニタ)
に接続し、小型ディスプレイ1(液晶モニタ)の姿勢に
よらずに重心部に操作反力が作用するようデザインして
いる。
The PDDM has active rotating shafts 3a, 3b, 3c.
, And the active rotation shafts 3a, 3b, 3c are composed of ultrasonic motors. That is, the PDDM employs a three-degree-of-freedom force display using an ultrasonic motor (Ultra Sonic Motor: hereinafter referred to as "USM") as an actuator. The USM is a motor that can control the holding torque and the rotation torque with a single unit, and has features such as not generating magnetic noise that is problematic during operation. An angle detecting mechanism is incorporated in the joint portion (the active rotation shafts 3a, 3b, 3c), so that force sense feedback is possible.
A small display 1 (liquid crystal monitor) at the tip of the manipulator 3 via a three-axis universal joint 24
, And is designed so that an operation reaction force acts on the center of gravity regardless of the attitude of the small display 1 (liquid crystal monitor).

【0087】この試作機の構成では、PDDM把持部に
3軸方向に約最大3ニュートン(N)の操作反力を出力
可能である。また、小型ディスプレイ1(モニタ)の操
作スイッチ部に接触センサを配置し、小型ディスプレイ
1(モニタ)の把持を検知するとUSMに最大の保持ト
ルクを作用させて機構部を固定する。したがって、ユー
ザが最後に小型ディスプレイ1(モニタ)を手放した位
置で小型ディスプレイ(モニタ)が停止している。ま
た、フォースディスプレイの連続操作に伴う腕部の疲労
を軽減することにも役立つと期待される。
In the configuration of this prototype, an operation reaction force of about 3 Newtons (N) can be output to the PDDM gripping section in three axial directions. Further, a contact sensor is arranged on the operation switch section of the small display 1 (monitor), and when the holding of the small display 1 (monitor) is detected, the maximum holding torque is applied to the USM to fix the mechanism section. Therefore, the small display (monitor) is stopped at the position where the user finally released the small display 1 (monitor). It is also expected to help reduce fatigue of the arm due to continuous operation of the force display.

【0088】図9は、実施の形態1によるPDDMシス
テムの全体構成を示す図である。図9を参照して、実施
の形態1によるPDDMシステムは、小型ディスプレイ
1およびマニピュレータ3からなる仮想物体操作装置、
背景表示用ディスプレイ25、小型ディスプレイ用位置
計測センサ27、頭部位置計測用センサ29、磁気式位
置計測装置31、超音波モータドライバ33、制御用計
算機35、第1の画像生成用計算機37および第2の画
像生成用計算機39を含む。
FIG. 9 is a diagram showing the overall configuration of the PDDM system according to the first embodiment. Referring to FIG. 9, the PDDM system according to the first embodiment includes a virtual object operation device including a small display 1 and a manipulator 3,
Background display 25, small display position measurement sensor 27, head position measurement sensor 29, magnetic position measurement device 31, ultrasonic motor driver 33, control computer 35, first image generation computer 37, and 2 image generation computers 39.

【0089】第1の画像生成用計算機37、第2の画像
生成用計算機39および制御用計算機35は、イーサネ
ット(Ether Net )で接続される。磁気式位置計測装置
31および第2の画像生成用計算機39はRS232C
ケーブルで接続される。
The first image generation computer 37, the second image generation computer 39 and the control computer 35 are connected by Ethernet (Ether Net). The magnetic position measuring device 31 and the second image generating computer 39 are RS232C
Connected by cable.

【0090】USMを含むマニピュレータ3やその他の
入出力(I/O)を処理する制御用計算機35と磁気セ
ンサ(小型ディスプレイ用位置計測センサ27および頭
部位置計測用センサ29)からの情報を第1の画像生成
用計算機37および第2の画像生成用計算機39で処理
する。磁気センサ(小型ディスプレイ用位置計測センサ
27および頭部位置計測用センサ29)と力覚系を含め
た処理ループが約100Hzで処理され、コンピュータ
グラフィック(CG)による画像生成はこの処理ループ
とは別に実時間のアニメーションとなる。
Information from the manipulator 3 including the USM and other control computers 35 for processing input / output (I / O) and magnetic sensors (position measurement sensor 27 for small display and sensor 29 for head position measurement) are transmitted to The processing is performed by the first image generation computer 37 and the second image generation computer 39. A processing loop including a magnetic sensor (small display position measurement sensor 27 and head position measurement sensor 29) and a haptic system is processed at about 100 Hz, and image generation by computer graphics (CG) is separate from this processing loop. It becomes a real-time animation.

【0091】超音波モータドライバ33は、マニピュレ
ータ3に含まれるUSMを駆動するためのものである。
制御用計算機35は、超音波モータドライバ33を制御
するためのものである。小型ディスプレイ用位置計測セ
ンサ27は、小型ディスプレイ1の位置を計測するため
のもので、磁気センサを用いる。頭部位置計測用センサ
29は、小型ディスプレイ1を操作する操作者の頭部の
位置を計測するためのもので、磁気センサを用いる。
The ultrasonic motor driver 33 drives the USM included in the manipulator 3.
The control computer 35 controls the ultrasonic motor driver 33. The small display position measurement sensor 27 is for measuring the position of the small display 1 and uses a magnetic sensor. The head position measuring sensor 29 is for measuring the position of the head of the operator who operates the small display 1, and uses a magnetic sensor.

【0092】操作環境の視点に関する分類について説明
する。対象オブジェクトをローカルな作業空間にリンク
した後の操作方式には、操作入力のオブジェクトへの反
映方式と表示画像の動きによって4方式が提案できる。
それぞれ、表示される映像の中でPDDMの動きに連動
する部分を対象オブジェクトとする方式、背景とする方
式、およびその中間的な2方式が提案できる。
The classification relating to the viewpoint of the operation environment will be described. As the operation method after linking the target object to the local work space, four methods can be proposed depending on the method of reflecting the operation input to the object and the movement of the display image.
In each case, there can be proposed a method in which a part of the displayed video that is linked to the movement of the PDDM is set as a target object, a method in which the part is used as a background, and two methods in between.

【0093】以下に、それぞれの方式の特徴を“入力動
作の反映方式”、“仮想カメラの視点位置と方向”、
“回転による操作の整合”、“開放後の表示の整合”に
ついて説明する。
The characteristics of each method are described below as “input operation reflection method”, “virtual camera viewpoint position and direction”,
“Matching of operation by rotation” and “Matching of display after opening” will be described.

【0094】空間固定(Fixed View in Background:以
下、「FVB」という)について説明する。
The fixed view in background (hereinafter, referred to as “FVB”) will be described.

【0095】PDDMの動きがそのままオブジェクトに
反映される。仮想カメラは、掴んだ際のPDDMと背景
の幾何学的関係に常に保持される。したがって背景は常
に固定され、操作に伴いオブジェクトが視野外に出るこ
とがある。また、回転操作で操作方向とオブジェクトの
移動方向がずれ、オブジェクト開放後に視線方向が一致
しない。なお、仮想カメラは、大型ディスプレイ(たと
えば、図9の背面表示用ディスプレイ25)上の映像を
入力するためのものである。
The movement of PDDM is directly reflected on the object. The virtual camera is always maintained in the geometric relationship between the PDDM and the background when grasped. Therefore, the background is always fixed, and the object may go out of the field of view with the operation. In addition, the operation direction and the moving direction of the object are deviated by the rotation operation, and the gaze directions do not match after the object is released. The virtual camera is for inputting an image on a large display (for example, the rear display 25 in FIG. 9).

【0096】半オブジェクト固定(Semi-Fixed View in
Object :以下、「SFVO」という)について説明す
る。
Semi-Fixed View in
Object: hereinafter, referred to as “SFVO”).

【0097】PDDMの動きがそのままオブジェクトに
反映される。仮想カメラは、掴んだ際のPDDMとオブ
ジェクトの幾何学的関係を、位置関係に関してのみ保存
して平行移動する。したがって、オブジェクトは常に画
面の中央に表示されるが見えは変化し、移動に伴って背
景が変化する。回転操作で操作方向とオブジェクトの表
示方向がずれ、オブジェクト開放後に視線方向が一致し
ない。
The movement of PDDM is directly reflected on the object. The virtual camera translates the geometrical relationship between the PDDM and the object when it is grasped, with respect to only the positional relationship. Therefore, the object is always displayed at the center of the screen, but the appearance changes, and the background changes with the movement. Due to the rotation operation, the operation direction and the display direction of the object are shifted, and the line of sight does not match after the object is released.

【0098】オブジェクト固定A(Object Centered Ma
gic Hand:以下、「OCMH」という)について説明す
る。
The object fixed A (Object Centered Ma)
gic Hand: hereinafter referred to as “OCMH”).

【0099】PDDMの動きがマジックハンドのメタフ
ァでオブジェクトの動きに反映される。したがって掴ん
だ際のPDDMとオブジェクトの幾何学的関係を常に保
持する。オブジェクトは把持開始時姿勢のまま常に画面
の中央に表示され、移動と回転に伴い背景が変化する。
ただし、回転に関してはオブジェクト位置を中心にカメ
ラ位置が変化するため、回転操作で操作方向とオブジェ
クトの表示方向に矛盾が生じない。しかし、オブジェク
ト開放後に視線方向が一致しない。
The movement of the PDDM is reflected in the movement of the object by the magic hand metaphor. Therefore, the geometric relationship between the PDDM and the object when grasped is always maintained. The object is always displayed at the center of the screen in the posture at the start of grasping, and the background changes with movement and rotation.
However, regarding the rotation, since the camera position changes around the object position, there is no contradiction between the operation direction and the display direction of the object by the rotation operation. However, the gaze directions do not match after the object is released.

【0100】オブジェクト固定B(Camera Centered Ma
gic Hand:以下、「CCMH」という)について説明す
る。
Object Fixation B (Camera Centered Ma
gic Hand: hereinafter, referred to as “CCMH”).

【0101】PDDMの動きがマジックハンドのメタフ
ァでオブジェクトの動きに反映される点はOCMH方式
と同様であるが、回転に関してはカメラ位置を中心にオ
ブジェクト位置が変化する。よって回転操作に伴い操作
方向とオブジェクトの表示方向がずれず、またオブジェ
クト開放後も視線方向が一致する。
The movement of the PDDM is reflected in the movement of the object in the metaphor of the magic hand in the same manner as in the OCMH system. However, the rotation changes the object position around the camera position. Therefore, the operation direction does not deviate from the display direction of the object due to the rotation operation, and the line-of-sight direction matches after the object is released.

【0102】図10、図11、図12、図13、図14
を用いて、上記した4操作方式において同一の操作を及
ぼした際の対象オブジェクトの動き、PDDM(小型デ
ィスプレイ)に表示する仮想空間の映像を撮影する仮想
カメラの動きおよびPDDM(小型ディスプレイ)上で
の見えの変化状態を説明する。
FIG. 10, FIG. 11, FIG. 12, FIG. 13, FIG.
The motion of the target object when the same operation is performed in the above-described four-operation method, the motion of the virtual camera that captures an image of the virtual space displayed on the PDDM (small display), and the The state of appearance change will be described.

【0103】図10は、小型ディスプレイ、仮想カメラ
およびオブジェクトの初期状態を示す図である。図10
(a)は、第1のオブジェクト43、第2のオブジェク
ト45、仮想カメラ41および小型ディスプレイ1の位
置関係を示す。図10(b)は、図10(a)に示した
位置関係における、小型ディスプレイ1の映像を示す。
FIG. 10 is a diagram showing an initial state of a small display, a virtual camera, and an object. FIG.
(A) shows the positional relationship between the first object 43, the second object 45, the virtual camera 41, and the small display 1. FIG. 10B shows an image on the small display 1 in the positional relationship shown in FIG.

【0104】図10(a)を参照して、図示しない大型
ディスプレイ上に、第1のオブジェクト43および第2
のオブジェクト45が表わされている。仮想カメラ41
は、大型ディスプレイ上の第1のオブジェクト43およ
び第2のオブジェクト45を入力している。小型ディス
プレイ1もまた、大型ディスプレイ上の第1のオブジェ
クト43および第2のオブジェクト45の方向を向いて
いる。
Referring to FIG. 10A, first object 43 and second object 43 are displayed on a large display (not shown).
Object 45 is represented. Virtual camera 41
Is inputting a first object 43 and a second object 45 on the large display. The small display 1 is also facing the first object 43 and the second object 45 on the large display.

【0105】小型ディスプレイ1を、A1軸の周りに回
転させたり、矢印A2の方向に平行移動させたりして、
第2のオブジェクト45を回転させたり、平行移動させ
たりすることができる。以下、このような、第2のオブ
ジェクト45を平行移動させ、回転させる操作を、「把
持操作」と呼ぶことにする。なお、小型ディスプレイ1
には、図示しないが、図1に示すマニピュレータ3が接
続されていると考える。
By rotating the small display 1 around the A1 axis or moving it in the direction of arrow A2,
The second object 45 can be rotated or translated. Hereinafter, such an operation of translating and rotating the second object 45 will be referred to as a “gripping operation”. In addition, small display 1
Although not shown, it is assumed that the manipulator 3 shown in FIG.

【0106】矢印aは、把持操作前の小型ディスプレイ
1の方向ベクトルを示す。矢印bは、把持操作前の仮想
カメラ41の方向ベクトルを示す。小型ディスプレイ1
上には、仮想カメラ41で入力された第1のオブジェク
ト43または第2のオブジェクト45が表示されること
になる。なお、図10は、初期状態を示しているため、
把持操作は行なっていない。
The arrow a indicates the direction vector of the small display 1 before the holding operation. The arrow b indicates the direction vector of the virtual camera 41 before the grip operation. Small display 1
On the upper side, the first object 43 or the second object 45 input by the virtual camera 41 is displayed. FIG. 10 shows an initial state.
No gripping operation was performed.

【0107】図11は、FVB方式において、オブジェ
クト、仮想カメラおよび小型ディスプレイの位置関係
と、小型ディスプレイ上の映像を示す図である。図11
(a)は、把持操作後の、第1のオブジェクト43、第
2のオブジェクト45、仮想カメラ41および小型ディ
スプレイ1の位置関係を示す。図11(b)は、把持操
作後の小型ディスプレイ1上の映像を示す。なお、図1
0と同様の部分については同一の参照符号を付しその説
明を適宜省略する。
FIG. 11 is a diagram showing a positional relationship between an object, a virtual camera, and a small display and an image on the small display in the FVB system. FIG.
(A) shows the positional relationship between the first object 43, the second object 45, the virtual camera 41, and the small display 1 after the gripping operation. FIG. 11B shows an image on the small display 1 after the gripping operation. FIG.
The same reference numerals are given to the same parts as 0, and the description thereof will be omitted as appropriate.

【0108】図11(a)を参照して、破線で示した小
型ディスプレイ1は、初期状態を示し、実線で示した小
型ディスプレイ1は把持操作後の状態を示す。矢印c
は、把持操作後の小型ディスプレイ1の方向ベクトルを
示す。矢印dは、把持操作後の仮想カメラの方向ベクト
ルを示す。
Referring to FIG. 11A, small display 1 shown by a broken line shows an initial state, and small display 1 shown by a solid line shows a state after a gripping operation. Arrow c
Indicates a direction vector of the small display 1 after the gripping operation. Arrow d indicates the direction vector of the virtual camera after the gripping operation.

【0109】小型ディスプレイ1を矢印A2の方向に平
行移動させ、A1軸を中心に回転させると、第2のオブ
ジェクト45も、矢印B2の方向に平行移動し、B1軸
を中心に回転する。この場合、仮想カメラ41には、小
型ディスプレイ1の動きを反映させていない。すなわ
ち、仮想カメラ1は初期状態のままである。
When the small display 1 is translated in the direction of arrow A2 and rotated about the A1 axis, the second object 45 is also translated in the direction of arrow B2 and rotates about the B1 axis. In this case, the movement of the small display 1 is not reflected on the virtual camera 41. That is, the virtual camera 1 remains in the initial state.

【0110】図12は、SFVO方式において、オブジ
ェクト、仮想カメラおよび小型ディスプレイの位置関係
と、小型ディスプレイ上の映像を示す図である。図12
(a)は、把持操作後の第1のオブジェクト43、第2
のオブジェクト45、仮想カメラ41および小型ディス
プレイ1の位置関係を示す。図12(b)は、把持操作
後の小型ディスプレイ1上の映像を示す。なお、図11
と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明
を適宜省略する。
FIG. 12 is a diagram showing a positional relationship between an object, a virtual camera, and a small display and an image on the small display in the SFVO system. FIG.
(A) shows the first object 43 after the gripping operation,
3 shows the positional relationship between the object 45, the virtual camera 41, and the small display 1. FIG. 12B shows an image on the small display 1 after the holding operation. Note that FIG.
The same reference numerals are given to the same parts as those described above, and the description thereof will be appropriately omitted.

【0111】図12(a)を参照して、小型ディスプレ
イ1を矢印A2の方向に平行移動させ、A1軸の周りに
回転させることにより、第2のオブジェクト45も、矢
印B2の方向に平行移動し、B1軸を中心に回転する。
Referring to FIG. 12A, the small object 1 is translated in the direction of arrow A2 and is rotated about the axis A1, so that the second object 45 is also translated in the direction of arrow B2. Then, it rotates around the B1 axis.

【0112】この場合、仮想カメラ41には、小型ディ
スプレイ1の平行移動のみを反映させ、回転は反映させ
ていない。すなわち、仮想カメラ41は、小型ディスプ
レイ1と共に平行移動のみする。
In this case, the virtual camera 41 reflects only the parallel movement of the small display 1 and does not reflect the rotation. That is, the virtual camera 41 moves only in parallel with the small display 1.

【0113】図13は、OCMH方式において、オブジ
ェクト、仮想カメラおよび小型ディスプレイの位置関係
と、小型ディスプレイ上の映像を示す図である。図13
(a)は、把持操作後の、第1のオブジェクト43、第
2のオブジェクト45、仮想カメラ41および小型ディ
スプレイ1の位置関係を示す。図13(b)は把持操作
後の小型ディスプレイ1上の映像を示す。なお、図11
と同様の部分については同一の参照符号を付しその説明
を適宜省略する。
FIG. 13 is a diagram showing a positional relationship between an object, a virtual camera, and a small display, and an image on the small display in the OCMH method. FIG.
(A) shows the positional relationship between the first object 43, the second object 45, the virtual camera 41, and the small display 1 after the gripping operation. FIG. 13B shows an image on the small display 1 after the holding operation. Note that FIG.
The same reference numerals are given to the same parts as those described above, and the description thereof will be appropriately omitted.

【0114】図13(a)を参照して、小型ディスプレ
イ1を矢印A2方向に移動させ、A1軸の周りに回転さ
せることにより、第2のオブジェクト45も、矢印B2
の方向に平行移動し、B1軸の周りに回転する。
Referring to FIG. 13A, by moving the small display 1 in the direction of arrow A2 and rotating it around the A1 axis, the second object 45 also moves in the direction of arrow B2.
And rotates about the B1 axis.

【0115】この場合、仮想カメラ41は、第2のオブ
ジェクト45を中心に平行移動および回転をする。
In this case, the virtual camera 41 translates and rotates around the second object 45.

【0116】図14は、CCMH方式において、オブジ
ェクト、仮想カメラおよび小型ディスプレイの位置関係
と、小型ディスプレイ上の映像を示す図である。図14
(a)は、把持操作後の、第1のオブジェクト43、第
2のオブジェクト45、仮想カメラ41および小型ディ
スプレイ1の位置関係を示す。図14(b)は、把持操
作後の小型ディスプレイ1上の映像を示す。なお、図1
1と同様の部分については同一の参照符号を付しその説
明を適宜省略する。
FIG. 14 is a diagram showing a positional relationship between an object, a virtual camera, and a small display and an image on the small display in the CCMH method. FIG.
(A) shows the positional relationship between the first object 43, the second object 45, the virtual camera 41, and the small display 1 after the gripping operation. FIG. 14B shows an image on the small display 1 after the gripping operation. FIG.
The same parts as those in 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

【0117】図14(a)を参照して、仮想カメラ41
には、小型ディスプレイ1の矢印A2方向への平行移動
およびA2軸を中心とした回転を反映させている。すな
わち、仮想カメラ41も、小型ディスプレイ1と一体と
して平行移動および回転する。
Referring to FIG. 14A, virtual camera 41
Reflects the parallel movement of the small display 1 in the direction of the arrow A2 and the rotation about the A2 axis. That is, the virtual camera 41 also translates and rotates integrally with the small display 1.

【0118】第2のオブジェクト45は、仮想カメラ4
1および小型ディスプレイ1を中心として、矢印B2の
方向に平行移動し、B2軸を中心に回転する。言い換え
ると、第2のオブジェクト45は、仮想カメラ41およ
び小型ディスプレイ1から延びたマジックハンドにより
捉えられていると考えることができる。
The second object 45 is a virtual camera 4
1 and the small display 1 as a center, translates in the direction of the arrow B2, and rotates around the B2 axis. In other words, it can be considered that the second object 45 is captured by the virtual camera 41 and the magic hand extending from the small display 1.

【0119】以上の、図11〜図14の結果をまとめ
る。FVB方式、SFVO方式およびOCMH方式で
は、同じ結果を得るが、表示映像は個々に異なる。CC
MH方式は、他の3方式と異なり常に仮想カメラ41の
視線(方向)ベクトルと、小型ディスプレイ1の方向ベ
クトルが一致する。これらの方式についての操作性につ
いては次の評価実験を行なっている。
The results of FIGS. 11 to 14 are summarized. The FVB, SFVO, and OCMH systems achieve the same results, but display different images. CC
In the MH method, unlike the other three methods, the line of sight (direction) vector of the virtual camera 41 always coincides with the direction vector of the small display 1. The following evaluation experiments were conducted on the operability of these methods.

【0120】まず実験環境について説明する。上述した
試作システムを用いて、実施の形態1によるPDDMシ
ステムの操作性評価試験を行なう。ここでは、特に同じ
概念でありながら操作系の設計での差が作業性にどのよ
うな影響を及ぼすかについて議論し、以後の開発におけ
る操作方式の選択基準を得ることを目的としている。
First, the experimental environment will be described. An operability evaluation test of the PDDM system according to the first embodiment is performed using the prototype system described above. Here, the purpose is to discuss how the difference in the design of the operation system affects the workability, particularly with the same concept, and to obtain a selection standard of the operation method in the subsequent development.

【0121】タスク(作業)として被験者の体前のある
位置に任意姿勢で配置されている立方体をポリライン表
示されているターゲット位置にできるだけすばやく配置
させる作業を設定し、タスク(作業)完遂時間と作業精
度によって評価する。ターゲットまでの距離は約50c
mで、初期位置は各試行で同じ位置となるが姿勢は試行
ごとに異なる。実験手順は、4方式(FVB、SFV
O、OCMH、CCMH)を2組に分け、それぞれの組
合せごとに比較試験する。
As a task (work), a work for arranging a cube arranged in an arbitrary posture at a position in front of the subject in an arbitrary posture as quickly as possible at a target position displayed as a polyline is set, and the task (work) completion time and work are set. Evaluate by accuracy. The distance to the target is about 50c
With m, the initial position is the same for each trial, but the attitude is different for each trial. The experimental procedure consisted of four methods (FVB, SFV
O, OCMH, and CCMH) are divided into two sets, and a comparative test is performed for each combination.

【0122】図15は、評価実験の実験手順を説明する
ための図である。図15を参照して、始めに比較する2
つの操作方式についての説明を行ない、被験者が動作を
理解するまで自由に操作させる(教示)。次いで、練習
フェーズ1、練習フェーズ2、テストフェーズの順で実
験を進める。各フェーズでは2操作方式を8試行ずつ提
示する。この手順をすべての被験者に対して、操作方式
の組合せごとに実行させる。また、これらの客観的デー
タ評価時の参考とするため、各フェーズの休憩の間と実
験終了後には、“操作性”、“作業状況確認”、“操作
の直感性”についてのアンケートを行なった。
FIG. 15 is a diagram for explaining the experimental procedure of the evaluation experiment. Referring to FIG. 15, 2 to be compared first
The two operation methods are explained, and the subject is allowed to freely operate (teaching) until the subject understands the operation. Next, the experiment proceeds in the order of practice phase 1, practice phase 2, and test phase. In each phase, two operation methods are presented in eight trials. This procedure is performed for all test subjects for each combination of operation methods. In addition, questionnaires regarding “operability”, “confirmation of work status”, and “intuitiveness of operation” were conducted during the breaks in each phase and after the end of the experiment to provide a reference when evaluating these objective data. .

【0123】被験者は日常的に計算機を使用する男性3
名について行なっている。各試行の過程について、ター
ゲットの位置姿勢とボタン操作の様子を3秒ごとと操作
完了の自己申告時に記録する。
The subject is a male 3 who regularly uses a computer.
Performing on the name. In each trial process, the position and orientation of the target and the state of button operation are recorded every 3 seconds and at the time of self-report of operation completion.

【0124】実験結果について示し、その結果を考察す
る。PDDMの可動範囲の制約上、一度の操作では完了
しない大きな操作があり、操作を細分化した把持の切換
え動作が観察される。この動作は、観察、操作、確認の
各フェーズのユニットを繰り返すタイミングを示してい
る。各試行中のタスク(作業)完遂時間をこの把持の切
換え操作回数で除した“1回の操作当りの時間”によっ
て分析したところ、テストフェーズでの被験者間要因で
は統計的検定の結果、有意差が生じているが、操作方式
間要因では、有意差が示せない。
The experimental results will be described and the results will be discussed. Due to the restriction of the movable range of the PDDM, there is a large operation that cannot be completed by a single operation, and a switching operation of the grip, which is a subdivided operation, is observed. This operation indicates the timing of repeating the units of each phase of observation, operation, and confirmation. Analysis of the time required to complete a task (work) during each trial by the “time per operation” divided by the number of grip switching operations. As a result of the statistical test, a significant difference was found in the inter-subject factors in the test phase. However, a significant difference cannot be shown in the factors between operation methods.

【0125】操作方式によらず1回の把持動作に要する
時間が均一であることは、それぞれの操作方式を理解し
た上で、テストフェーズでは習熟がタスク間でほぼ均一
化したと推測される。また、実験中、習熟が進んでくる
と一部の被検者に特に作業精度に固執する傾向が見られ
た。この実験では作業精度よりも、より一般的なオブジ
ェクトの操作効率に焦点を当てており、被検者の自己申
告による作業完遂時間を何らかの基準によって修正しな
ければならない。
The fact that the time required for one gripping operation is uniform irrespective of the operation method is presumed to be that the learning in the test phase has become substantially uniform among the tasks in the test phase after understanding each operation method. In addition, during the experiment, some subjects tended to stick to the work accuracy particularly as the learning progressed. This experiment focuses on more general object operation efficiency than on work accuracy, and the subject's self-reported work completion time must be modified by some criteria.

【0126】ここで、テストフェーズにおける各試行で
の作業終了位置データを被検者と操作方式によって分析
すると、被検者間要因では統計的検定により優位差が見
られるが、操作方式間要因では優位差が見られない。し
たがって、各被検者ごとに得られる試行終了時の全位置
データから各被検者の操作精度の95%信頼区間を推定
し、その許容区間内にターゲットが収まる状態をタスク
完了と見なした“修正されたタスク(作業)完遂時間”
により説明を進める。
Here, when the work end position data in each trial in the test phase is analyzed by the subject and the operation method, a superior difference is found by a statistical test in the factors between the subjects, but in the factors between the operation methods, There is no significant difference. Therefore, a 95% confidence interval of the operation accuracy of each subject was estimated from all position data at the end of the trial obtained for each subject, and a state in which the target was within the allowable interval was regarded as task completion. “Modified task (work) completion time”
The explanation will proceed.

【0127】図16は、4操作方式(FVB、CCM
H、SFVO、OCMH)における平均作業(タスク)
完遂時間を示す図である。横軸は4操作方式を示し、縦
軸は、テストフェーズでの平均作業完遂時間を示す。斜
線の棒は、許容誤差範囲内での作業時間、すなわち、修
正後のデータを示している。すなわち、立方体がポリラ
イン表示されているターゲット位置にぴったり入るよう
にするのではなく、ある誤差範囲でターゲット位置に入
れる時間である。
FIG. 16 shows a four-operation system (FVB, CCM).
H, SFVO, OCMH)
It is a figure which shows a completion time. The horizontal axis shows the four-operation method, and the vertical axis shows the average work completion time in the test phase. The hatched bars indicate the working time within the allowable error range, that is, the data after correction. That is, it is a time for the cube to enter the target position within a certain error range, instead of making the cube exactly enter the target position displayed by the polyline.

【0128】単なる黒枠の棒は、自由作業時間、すなわ
ち、修正前のデータを示している。すなわち、立方体が
ポリライン表示されているターゲット位置にぴったり入
れるための時間である。矢印Aは、被験者Aの結果を示
す。矢印Bは被験者Bの結果を示す。矢印Cは、被験者
Cの結果を示す。斜線で表わされた棒に示された直線
(誤差棒)は、実験結果のばらつき(標本誤差)を表わ
している。
A simple black frame indicates the free working time, that is, the data before correction. In other words, it is time for the cube to fit exactly into the target position where the polyline is displayed. Arrow A indicates the result of subject A. Arrow B indicates the result of subject B. Arrow C indicates the result of subject C. The straight line (error bar) indicated by the hatched bar indicates the variation (sample error) in the experimental results.

【0129】操作方式間の要因と修正タスク完遂時間で
は統計的検定による優位差が生じた。特に、CCMH方
式は、他と比べても非常に処理時間を要する反面、ほぼ
同様の方式であるOCMH方式とSFVO方式は作業時
間、個人間差、試行間差の面で他の2方式に比べて小さ
い。
There was a significant difference in the factors between the operation modes and the completion time of the correction task by the statistical test. In particular, the CCMH method requires much processing time compared to the other methods, but the OCMH method and the SFVO method, which are almost the same method, are different from the other two methods in terms of work time, differences between individuals, and differences between trials. Small.

【0130】図17は、4操作方式において、被験者の
感想を数値化した図である。a軸は、4方式を示す。b
軸は、被験者に対するアンケートの内容を示す。すなわ
ち、“操作の直感性”、“操作性”および“作業状況確
認”である。“操作の直感性”とは、現実の物体を動か
すのに近いかどうかである。“操作の容易性”とは、操
作の容易性、すなわち、ターゲットの持っていきやすさ
である。“作業状況確認”とは、ターゲットのとらえや
すさである。c軸は、“操作の直感性”、“操作性”お
よび“作業状況確認”について、点数で評価したもので
ある。
FIG. 17 is a diagram quantifying the subject's impressions in the four-operation system. The a-axis shows four systems. b
The axis indicates the content of the questionnaire for the subject. That is, "intuition of operation", "operability", and "operation status confirmation". “Intuition of operation” is whether or not it is close to moving a real object. “Ease of operation” is the ease of operation, that is, the ease with which the target can be brought. “Confirmation of work status” is the ease with which a target can be grasped. On the c-axis, “intuition of operation”, “operability”, and “confirmation of work status” are evaluated by scores.

【0131】図17を参照して、明らかにCCMH方式
の操作性と操作の直感性に対してマイナス意見が強いこ
とがわかる。CCMHは小型ディスプレイ(モニタ)部
分の視点方向延長線上のオブジェクトを仮想的なマニピ
ュレータで掴んで操作する方式である。これは、マニピ
ュレータの先端にカメラを搭載して遠隔作業する例に相
当するため、他の仮想的な方式と比較して、状況把握面
でも操作面でも直感的な方式であろうと期待した。しか
し、今回の結果では他の方式と比較して主観的にも客観
的にも低い評価になった。
Referring to FIG. 17, it is apparent that there is a strong negative opinion regarding the operability and intuitiveness of the operation of the CCMH method. The CCMH is a system in which an object on an extension of a small display (monitor) in the direction of the viewpoint is grasped by a virtual manipulator and operated. Since this is equivalent to an example in which a camera is mounted at the tip of the manipulator and remote operation is performed, we expected that this method would be more intuitive in terms of grasping the situation and operation than in other virtual methods. However, in this result, the evaluation was subjectively and objectively lower than other methods.

【0132】FVB、SFVO、OCMHの各方式で検
討すると、主観的にも操作性に対して全員がOCMH方
式に高い評価を与えている。この方式は、(1)対象を
動かすことによって操作時の視点が激しく変化する、
(2)解放時の視点の矛盾が最も大きい、(3)回転に
よっても操作方向と移動方向は保存される、などの特徴
を有しているために操作に混乱が生じるものと予測して
いた。
When considering each of the FVB, SFVO, and OCMH systems, all of them subjectively give high evaluations to the OCMH system for operability. In this method, (1) the viewpoint at the time of operation changes drastically by moving the object,
It was predicted that the operation would be confused because of the features such as (2) the greatest inconsistency of the viewpoint at the time of release, and (3) the operation direction and the movement direction were preserved even by rotation. .

【0133】しかし、被検者の意見ではあたかもオブジ
ェクトを固定して環境を動かしていたような良好な操作
感が得られたとの報告があった。このことは、探索時は
空間に固定された基準フレームでの動作でありながら、
把持時には基準フレームが空間から完全にユーザベース
で操作がなされ、かつ、そのモード変化をそれほど意識
されなかった事実を示唆している。このような評価実験
では、特に、PDDMにより操作性に関する問題につい
て焦点をおき、提案した4方式を比較して同一の操作入
出力環境でありながら優位差が見られる結果を得てい
る。
However, in the opinion of the subject, there was a report that a good operation feeling was obtained as if the environment were moved with the object fixed. This means that while searching, the operation is based on a reference frame fixed in space,
This suggests that the reference frame was completely operated on the user base from the space at the time of grasping, and that the mode change was not so conscious. In such an evaluation experiment, a problem concerning operability is particularly focused on by the PDDM, and a result is obtained in which the proposed four methods are compared and the superior difference is seen in the same operation input / output environment.

【0134】以上のことをまとめて説明する。実施の形
態1では、臨場感通信会議システムにおける操作インタ
フェースとして仮想物体操作装置としてのPDDMを提
案するとともに、従来の表示デバイスや操作デバイスの
特徴分類を通してPDDMの位置付けを明確にした。次
いで、PDDMの試作機を製作し、簡単なオブジェクト
操作作業の結果から提案される操作方式の相互比較を行
ない有望な操作方式について確認した。
The above will be described together. In the first embodiment, PDDM as a virtual object operation device is proposed as an operation interface in the immersive communication conference system, and the positioning of the PDDM is clarified through feature classification of conventional display devices and operation devices. Next, a prototype PDDM was manufactured, and the proposed operation methods were compared with each other based on the results of simple object operation work, and promising operation methods were confirmed.

【0135】以上のように、本発明の実施の形態1によ
る仮想物体操作装置においては、把持機能を有してお
り、小型ディスプレイを動かすだけで、小型ディスプレ
イに映し出された仮想物体に対して、容易に操作(作
用)を施すことができる。
As described above, the virtual object operation device according to the first embodiment of the present invention has a grasping function, and is capable of moving a small display only to move a virtual object projected on the small display. Operation (action) can be easily performed.

【0136】また、実施の形態1による仮想物体操作装
置においては、仮想物体が表わす物体の重量に応じた重
量感(反力)を発生するマニピュレータを用いている。
このため、小型ディスプレイを用いて、仮想物体に対し
て、操作(作用)を施す操作者は、あたかも実際に物体
を持っているかのような重量を感じることができる。
In the virtual object operation device according to the first embodiment, a manipulator that generates a sense of weight (reaction force) according to the weight of the object represented by the virtual object is used.
Therefore, an operator who performs an operation (action) on the virtual object using the small display can feel the weight as if he / she actually holds the object.

【0137】また、実施の形態1による仮想物体操作装
置においては、小型ディスプレイ1およびマニピュレー
タを用いており、このような簡単な構成(機構)で、重
量感(反力)を発生でき、操作者は、あたかも実際に物
体を持っているかのような重量感を感じることができ
る。
In the virtual object operating device according to the first embodiment, the small display 1 and the manipulator are used. With such a simple configuration (mechanism), a feeling of weight (reaction force) can be generated, and Can feel the feeling of weight as if he actually held an object.

【0138】また、実施の形態1による仮想物体操作装
置においては、仮想空間内において、三次元の物体の複
製を容易に作ることが可能である。
In the virtual object operating device according to the first embodiment, a three-dimensional object can be easily duplicated in a virtual space.

【0139】(実施の形態2)3自由度力覚提示装置1
基、すなわち、マニピュレータ1基によって実現される
仮想物体操作装置では、空間3軸の方向の反力成分は表
示可能であるが、各軸の周りの回転成分は表示できな
い。たとえば、図1を参照して、D軸、E軸およびF軸
方向の反力成分は表示可能であるが、D軸、E軸および
F軸の周りの回転成分は表示できない。これは、3自由
度力覚程度装置(マニピュレータ)1基では、重力によ
る重量の提示や衝突に伴う撃力の提示は可能であって
も、対象物(操作(作用)を施そうとする仮想物体)を
剛体とみなした際に、回転運動を発生させる重心回りの
回転トルクを表現できないことを意味する。
(Embodiment 2) Three-degree-of-freedom force sense presentation apparatus 1
In the virtual object operating device realized by the base, that is, one manipulator, the reaction force components in the directions of the three axes of space can be displayed, but the rotation components around each axis cannot be displayed. For example, referring to FIG. 1, a reaction force component in the D-axis, E-axis, and F-axis directions can be displayed, but a rotation component around the D-axis, E-axis, and F-axis cannot be displayed. This is because a three-degree-of-freedom haptic device (manipulator) is capable of presenting weight by gravity and presenting a shock force accompanying a collision, but is capable of performing an object (operation (action)). This means that when the object is regarded as a rigid body, it cannot express the rotational torque around the center of gravity that generates the rotational motion.

【0140】仮想物体操作装置自体の操作における回転
トルクは、剛体オブジェクト(操作(作用)を施そうと
する仮想物体)の操作においては、操作感や把持感覚な
どの面でリアリティ(現実感)を補強する効果がある。
反面、位置(空間3軸方向の成分)と姿勢(空間3軸の
周りの回転成分)の合計で6自由度について能動的な機
構が要求されるために、一般に、仮想物体操作装置自体
が非常に複雑で、かつ、大きな機構となる。本発明の実
施の形態2による仮想物体操作装置は、このような問題
を解決するものである。すなわち、実施の形態2による
仮想物体操作装置は、簡素な構造で、6自由度の力覚提
示機能を実現することを目的とする。
The rotation torque in the operation of the virtual object operation device itself is not sufficient for real operation (real feeling) in terms of operational feeling and gripping feeling in the operation of a rigid object (virtual object to be subjected to an operation (action)). It has the effect of reinforcing.
On the other hand, since an active mechanism is required for a total of six degrees of freedom in a total of a position (a component in the direction of the three axes of space) and a posture (a component of a rotation around the three axes of space), the virtual object operation device itself is generally very difficult. It is a complicated and large mechanism. The virtual object operation device according to the second embodiment of the present invention solves such a problem. That is, the virtual object operation device according to the second embodiment has a simple structure and aims to realize a force sense presentation function with six degrees of freedom.

【0141】図18は、本発明の実施の形態2による仮
想物体操作装置を示す概略図である。なお、図1と同様
の部分については同一の参照符号を付し、その説明を適
宜省略する。
FIG. 18 is a schematic diagram showing a virtual object operating device according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.

【0142】図18を参照して、実施の形態2による仮
想物体操作装置は、3個のマニピュレータ101,10
3,105、ユニバーサルジョイント107,109,
111および小型ディスプレイ1からなる。マニピュレ
ータ101は、自由回転軸101aおよび能動回転軸1
01b,101cを含む。マニピュレータ103は、自
由回転軸103aおよび能動回転軸103b,103c
を含む。マニピュレータ105は、自由回転軸105a
および105b,105cを含む。小型ディスプレイ1
には、仮想物体が表示されている。
Referring to FIG. 18, a virtual object operating device according to the second embodiment has three manipulators 101 and 10.
3,105, universal joints 107,109,
111 and the small display 1. The manipulator 101 includes a free rotation axis 101a and an active rotation axis 1
01b and 101c. The manipulator 103 includes a free rotation shaft 103a and active rotation shafts 103b and 103c.
including. The manipulator 105 includes a free rotation shaft 105a.
And 105b and 105c. Small display 1
Shows a virtual object.

【0143】ここで、マニピュレータ101,103,
105は、図1のマニピュレータ3に相当するものであ
る。自由回転軸101a,103a,105aは、図1
の能動回転軸3aに相当する。能動回転軸101b,1
03b,105bは、図1の能動回転軸3bに相当す
る。能動回転軸101c,103c,105cは、図1
の能動回転軸3cに相当する。ユニバーサルジョイント
107,109,111は、図1の図示しないユニバー
サルジョイントに相当する。したがって、マニピュレー
タ101,103,105は、図1のマニピュレータ3
と同様のものである。但し、図1の能動回転軸3aは、
超音波モータからなるのに対し、図18の自由回転軸1
01a,103a,105aは、超音波モータからなっ
ていない。
Here, the manipulators 101, 103,
105 corresponds to the manipulator 3 of FIG. The free rotation axes 101a, 103a, 105a are shown in FIG.
Correspond to the active rotary shaft 3a. Active rotating shaft 101b, 1
Reference numerals 03b and 105b correspond to the active rotation shaft 3b in FIG. The active rotating shafts 101c, 103c, 105c are shown in FIG.
Correspond to the active rotating shaft 3c. The universal joints 107, 109, 111 correspond to universal joints (not shown) in FIG. Therefore, the manipulators 101, 103, and 105 correspond to the manipulator 3 in FIG.
Is similar to However, the active rotating shaft 3a in FIG.
In contrast to the ultrasonic motor, the free rotation shaft 1 shown in FIG.
01a, 103a, and 105a do not include ultrasonic motors.

【0144】自由回転軸101a,103a,105a
は、A軸(円柱の中心軸)を中心に回転できる。能動回
転軸101b,103b,105bは、B軸(円柱の中
心軸)を中心に回転できる。能動回転軸101c,10
3c,105cは、C軸(円柱の中心軸)を中心に回転
できる。ユニバーサルジョイント107,109,11
1は、それぞれ3つの自由度を有する。
Free rotation shafts 101a, 103a, 105a
Can rotate around the A-axis (the central axis of the cylinder). The active rotation axes 101b, 103b, and 105b can rotate around the B axis (the central axis of the cylinder). Active rotating shafts 101c, 10
3c and 105c can rotate around the C axis (the central axis of the cylinder). Universal joints 107, 109, 11
1 each have three degrees of freedom.

【0145】以上のように、実施の形態2による仮想物
体操作装置は、1軸(1自由度)の自由回転軸101
a、1軸(1自由度)の能動回転軸101bおよび1軸
(1自由度)の能動回転軸101cからなる3自由度の
マニピュレータ101、1軸(1自由度)の自由回転軸
103a、1軸(1自由度)の能動回転軸103bおよ
び1軸(1自由度)の能動回転軸103cからなる3自
由度のマニピュレータ103および、1軸(1自由度)
の自由回転軸105a、1軸(1自由度)の能動回転軸
105bおよび1軸(1自由度)の能動回転軸105c
からなる3自由度のマニピュレータ105を含んでい
る。
As described above, the virtual object operating device according to the second embodiment has a single axis (one degree of freedom) free rotation axis 101.
a, a three-degree-of-freedom manipulator 101 including a one-axis (one-degree-of-freedom) active rotation axis 101b and a one-axis (one-degree-of-freedom) active rotation axis 101c; A three-degree-of-freedom manipulator 103 including an active rotation axis 103b having one axis (one degree of freedom) and an active rotation axis 103c having one axis (one degree of freedom), and one axis (one degree of freedom).
Free rotation axis 105a, one axis (one degree of freedom) active rotation axis 105b, and one axis (one degree of freedom) active rotation axis 105c
And a manipulator 105 having three degrees of freedom.

【0146】すなわち、仮想物体操作装置は、3自由度
のマニピュレータを3基備えている。そして、マニピュ
レータ101と小型ディスプレイ1とは、3自由度のユ
ニバーサルジョイント107を介して接続される。マニ
ピュレータ103と小型ディスプレイ1とは、3自由度
のユニバーサルジョイント109を介して接続される。
マニピュレータ105と小型ディスプレイ1とは3自由
度のユニバーサルジョイント111を介して接続され
る。なお、能動回転軸101b,101c,103b,
103c,105b,105cは、図1の能動回転軸3
a,3b,3cとして用いた超音波モータと同様な超音
波モータからなる。そして、この超音波モータにより反
力を発生する。
That is, the virtual object operation device includes three manipulators having three degrees of freedom. The manipulator 101 and the small display 1 are connected via a universal joint 107 having three degrees of freedom. The manipulator 103 and the small display 1 are connected via a universal joint 109 having three degrees of freedom.
The manipulator 105 and the small display 1 are connected via a universal joint 111 having three degrees of freedom. The active rotation shafts 101b, 101c, 103b,
103c, 105b, 105c are the active rotating shafts 3 of FIG.
An ultrasonic motor similar to the ultrasonic motor used as a, 3b, 3c. Then, a reaction force is generated by the ultrasonic motor.

【0147】このような機構(構成)を有する仮想物体
操作装置では、中央の小型ディスプレイ1の把持部分
(マニピュレータとの接続部)の機構が簡略化されるた
め(ユニバーサルジョイント107〜111を用いたこ
とに基づく)、機構重量(把持部分と小型ディスプレイ
の重量)が軽減されると同時に、位置(D軸方向、E軸
方向、F軸方向)および姿勢(D軸周りの回転、E軸周
りの回転、F軸周りの回転)の双方で広い可動範囲が得
られる。すなわち、6自由度の広い可動範囲が得られ
る。
In the virtual object operating device having such a mechanism (configuration), the mechanism of the grip portion (connection portion to the manipulator) of the central small display 1 is simplified (the universal joints 107 to 111 are used). ), The mechanism weight (the weight of the grip portion and the small display) is reduced, and at the same time, the position (D-axis direction, E-axis direction, F-axis direction) and posture (rotation around D-axis, rotation around E-axis) Rotation and rotation around the F-axis). That is, a wide movable range with six degrees of freedom is obtained.

【0148】また、3個のマニピュレータ101〜10
5のすべての能動回転軸(超音波モータ)101b,1
01c,103b,103c,105b,105cが同
時に作用するため、マニピュレータが1つの場合に比し
て(能動回転軸(超音波モータ)を3つ用いた場合の出
力に比して)、D軸、E軸、F軸方向の大きな反力およ
びD軸、E軸、F軸を中心とした反力(回転力)が生成
可能である。D軸、E軸、F軸方向の反力とは、小型デ
ィスプレイ1の平行移動に伴う反力である。D軸、E
軸、F軸の各軸を中心とした反力(回転力)とは、小型
ディスプレイ1を傾ける・ねじるなどの回転トルク出力
である。
The three manipulators 101 to 10
5 active rotary shafts (ultrasonic motors) 101b, 1
Since 01c, 103b, 103c, 105b, and 105c act simultaneously, the D-axis, as compared with the case where one manipulator is used (compared with the output when three active rotary shafts (ultrasonic motors) are used), A large reaction force in the E-axis and F-axis directions and a reaction force (rotational force) around the D-axis, E-axis, and F-axis can be generated. The reaction force in the D-axis, E-axis, and F-axis directions is a reaction force accompanying the parallel movement of the small display 1. D axis, E
The reaction force (rotational force) about each of the axis and the F-axis is a rotational torque output such as tilting or twisting the small display 1.

【0149】このような、実施の形態2による仮想物体
操作装置の問題点として、回転軸が実質的に総計で18
個存在するために可動範囲内部に機構的特異点が存在す
る。機構的特異点とは、回転軸の重なりに伴い、自由度
の減少が起こる空間位置をいう。言い換えると、小型デ
ィスプレイ1の位置、すなわち、マニピュレータ101
〜105の状態によっては、反力が発生できない位置が
あるが、その位置が機構的特異点である。この問題に関
しては、マニピュレータ101〜105の配置を考慮す
ることで、小型ディスプレイ1(マニピュレータ101
〜105)の可動範囲内でも頻繁に用いられない領域に
機構的特異点を存在させることにより、解消することが
できる。
As a problem of the virtual object operating device according to the second embodiment, the rotation axis is substantially 18 in total.
Because of the existence of the number, there is a mechanical singularity inside the movable range. The mechanical singularity refers to a spatial position where the degree of freedom decreases with the overlapping of the rotation axes. In other words, the position of the small display 1, that is, the manipulator 101
There are positions where the reaction force cannot be generated depending on the state of to 105, but those positions are mechanical singularities. Regarding this problem, by considering the arrangement of the manipulators 101 to 105, the small display 1 (manipulator 101
The problem can be solved by providing a mechanical singularity in an area that is not frequently used even within the movable range of (1) to (5).

【0150】ここで、回転軸が18個あることについて
詳しく説明する。マニピュレータ(力覚提示装置)1基
で6個の回転軸がある。すなわち、A軸、B軸、C軸、
ユニバーサルジョイントの3つの回転軸のことである。
このような6個の回転軸を持つマニピュレータを3基備
えているため、仮想物体操作装置全体の回転軸は総計で
18個になる。
Here, the fact that there are 18 rotation axes will be described in detail. One manipulator (force sense presentation device) has six rotation axes. That is, A axis, B axis, C axis,
These are the three rotation axes of the universal joint.
Since three manipulators having such six rotation axes are provided, the number of rotation axes of the entire virtual object operation device is 18 in total.

【0151】以上のように、実施の形態2による仮想物
体操作装置においては、各々6自由度を有する3つのマ
ニピュレータ101〜105を備えている。そして、さ
らに、3つのマニピュレータ101〜105の各々は、
反力を発生する超音波モータからなる能動回転軸101
b,101c,103b,103c,105b,105
cを備えている。
As described above, the virtual object operating device according to the second embodiment includes three manipulators 101 to 105 each having six degrees of freedom. And further, each of the three manipulators 101 to 105
Active rotary shaft 101 composed of an ultrasonic motor that generates a reaction force
b, 101c, 103b, 103c, 105b, 105
c.

【0152】このように、自由回転軸および能動回転軸
からなるマニピュレータ3つと、1つの小型ディスプレ
イの1つという簡単な構成で、6自由度の力覚提示機能
を実現でき、仮想物体の操作に応じた反力の発生が可能
となる。
As described above, with a simple configuration including three manipulators each including a free rotation axis and an active rotation axis and one small display, a force sense presentation function having six degrees of freedom can be realized, and operation of a virtual object can be realized. A corresponding reaction force can be generated.

【0153】すなわち、簡単な構成(構造・機構)で、
小型ディスプレイ1を動かし、仮想物体に対して、操作
(作用)を施す者が、あたかも実際に物体を操作してい
るかのような実感および質感を得ることができる。
That is, with a simple configuration (structure and mechanism),
By moving the small display 1, a person who performs an operation (action) on the virtual object can obtain a real feeling and a texture as if he / she were actually operating the object.

【0154】たとえば、紙を折る場合と板金を曲げる場
合の違いを小型ディスプレイ1の操作時の反力の大小に
より、感じることが可能となる。また、実施の形態2に
よる仮想物体操作装置は、実施の形態1による仮想物体
操作装置の構成を含んでいるため、実施の形態1による
仮想物体操作装置と同様の効果をも奏する。たとえば、
小型ディスプレイ1の操作者が、小型ディスプレイ1上
に物体を取込んだ状態で、操作者は、物体の重量を感じ
ることができる。
For example, the difference between the case of folding paper and the case of bending sheet metal can be felt by the magnitude of the reaction force when the small display 1 is operated. Further, the virtual object operation device according to the second embodiment includes the configuration of the virtual object operation device according to the first embodiment, and thus has the same effects as the virtual object operation device according to the first embodiment. For example,
In a state where the operator of the small display 1 takes in the object on the small display 1, the operator can feel the weight of the object.

【0155】なお、実施の形態2による仮想物体操作装
置において、仮想物体に対して操作(作用)を施す手順
(方法)は実施の形態1による仮想物体操作装置と同様
である。たとえば、仮想物体を回転させたり、仮想物体
の一部を折り曲げたりするような手順(方法)は、実施
の形態1による仮想物体操作装置と同様である。
In the virtual object operating device according to the second embodiment, the procedure (method) of performing an operation (action) on the virtual object is the same as that of the virtual object operating device according to the first embodiment. For example, a procedure (method) for rotating the virtual object or bending a part of the virtual object is the same as that of the virtual object operation device according to the first embodiment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態1による仮想物体操作装置
を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a virtual object operation device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】仮想物体の操作者が、仮想物体操作装置を使用
しているところを示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a virtual object operator using a virtual object operation device.

【図3】臨場感通信会議システムにおいて、仮想物体操
作装置を使用しているところを示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the use of a virtual object operating device in the presence communication conference system;

【図4】仮想物体の特定の場所が映し出された小型ディ
スプレイを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a small display on which a specific place of a virtual object is projected.

【図5】実施の形態1によるPDDMを臨場感通信会議
システムに採り入れた際に、想定される利用形態を示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing an assumed use form when the PDDM according to the first embodiment is adopted in the presence communication conference system.

【図6】情報表示システム(情報表示手段)の分類を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a classification of an information display system (information display means).

【図7】操作入力装置(操作入力手段)の分類を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing classifications of operation input devices (operation input means).

【図8】実施の形態1によるPDDMの概念を検証する
ために製作したPDDMの試作機を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a prototype of a PDDM manufactured to verify the concept of the PDDM according to the first embodiment.

【図9】実施の形態1によるPDDMシステムの全体構
成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an overall configuration of a PDDM system according to the first embodiment.

【図10】小型ディスプレイ、仮想カメラおよびオブジ
ェクトの初期状態を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an initial state of a small display, a virtual camera, and an object.

【図11】FVB方式において、オブジェクト、仮想カ
メラおよび小型ディスプレイの位置関係と、小型ディス
プレイ上の映像を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a positional relationship between an object, a virtual camera, and a small display and an image on the small display in the FVB method.

【図12】SFVO方式において、オブジェクト、仮想
カメラおよび小型ディスプレイの位置関係と、小型ディ
スプレイ上の映像を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a positional relationship between an object, a virtual camera, and a small display and an image on the small display in the SFVO method.

【図13】OCMH方式において、オブジェクト、仮想
カメラおよび小型ディスプレイの位置関係と、小型ディ
スプレイ上の映像を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a positional relationship between an object, a virtual camera, and a small display and an image on the small display in the OCMH method.

【図14】CCMH方式において、オブジェクト、仮想
カメラおよび小型ディスプレイの位置関係と、小型ディ
スプレイ上の映像を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a positional relationship between an object, a virtual camera, and a small display and an image on the small display in the CCMH method.

【図15】評価実験の実験手順を説明するための図であ
る。
FIG. 15 is a diagram for explaining an experimental procedure of an evaluation experiment.

【図16】4操作方式(FVB、CCMH、SFVO、
OCMH)における平均作業完遂時間を示す図である。
FIG. 16 shows four operation modes (FVB, CCMH, SFVO,
It is a figure which shows the average work completion time in OCMH).

【図17】4操作方式において、被験者の感想を数値化
した図である。
FIG. 17 is a diagram quantifying the subject's impressions in the four-operation method.

【図18】本発明の実施の形態2による仮想物体操作装
置を示す概略図である。
FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a virtual object operation device according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 小型ディスプレイ(モニタ) 3,101,103,105 マニピュレータ 101a,103a,105a 自由回転軸 3a,3b,3c,101b,101c,103b,1
03c,105b,105c 能動回転軸 5 操作者 7 スピーカ 9a,9b スクリーン支持部 11a,11b スクリーン 13 人物(仮想人物) 15 物体(仮想物体) 17,19,21 会議参加者 23a,23b オブジェクト 24,107,109,111 ユニバーサルジョイン
ト 25 背景表示用ディスプレイ 27 小型ディスプレイ用位置計測センサ 29 頭部位置計測用センサ 31 磁気式位置計測装置 33 超音波モータドライバ 35 制御用計算機 37 第1の画像生成用計算機 39 第2の画像生成用計算機 41 仮想カメラ 43 第1のオブジェクト 45 第2のオブジェクト
1 Small display (monitor) 3, 101, 103, 105 Manipulator 101a, 103a, 105a Free rotation axis 3a, 3b, 3c, 101b, 101c, 103b, 1
03c, 105b, 105c Active rotation axis 5 Operator 7 Speaker 9a, 9b Screen support 11a, 11b Screen 13 Person (virtual person) 15 Object (virtual object) 17, 19, 21 Meeting participants 23a, 23b Object 24, 107 , 109, 111 Universal joint 25 Background display 27 Position measurement sensor for small display 29 Head position measurement sensor 31 Magnetic position measurement device 33 Ultrasonic motor driver 35 Control computer 37 First image generation computer 39 2 image generation computer 41 virtual camera 43 first object 45 second object

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G06T 17/40 G06F 15/62 350K (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G09B 9/00 B25J 3/00 G06F 17/00 G06T 17/40──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 identification code FI G06T 17/40 G06F 15/62 350K (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G09B 9/00 B25J 3 / 00 G06F 17/00 G06T 17/40

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 仮想世界の仮想物体を現実世界で、操作
するための仮想物体操作装置であって、 前記仮想物体が表示された表示装置を動かすことによ
り、表示された前記仮想物体を操作する、仮想物体操作
装置。
1. A virtual object operation device for operating a virtual object in a virtual world in the real world, wherein the virtual object is displayed by moving a display device on which the virtual object is displayed. , Virtual object operation device.
【請求項2】 前記表示装置を動かす際に、前記仮想物
体が表わす物体の重量に応じた重量感を発生する、請求
項1に記載の仮想物体操作装置。
2. The virtual object operation device according to claim 1, wherein when the display device is moved, a feeling of weight is generated according to the weight of the object represented by the virtual object.
【請求項3】 前記表示装置を動かす際に、前記仮想物
体の操作に応じた反力を発生する、請求項1に記載の仮
想物体操作装置。
3. The virtual object operation device according to claim 1, wherein when the display device is moved, a reaction force is generated according to an operation of the virtual object.
【請求項4】 仮想世界の仮想物体を現実世界で操作す
るための仮想物体操作装置であって、 前記仮想物体を表示する表示装置と、 前記表示装置を支持するための支持手段とを備え、 前記表示装置を動かすことにより、表示された前記仮想
物体を操作する、仮想物体操作装置。
4. A virtual object operation device for operating a virtual object in a virtual world in the real world, comprising: a display device for displaying the virtual object; and support means for supporting the display device. A virtual object operation device that operates the displayed virtual object by moving the display device.
【請求項5】 前記支持手段は、前記仮想物体が表わす
物体の重量に応じた重量感を発生する重量感発生手段を
含む、請求項4に記載の仮想物体操作装置。
5. The virtual object operating device according to claim 4, wherein said supporting means includes a heavy feeling generating means for generating a heavy feeling according to the weight of the object represented by said virtual object.
【請求項6】 前記重量感発生手段は、超音波モータで
ある、請求項5に記載の仮想物体操作装置。
6. The virtual object operating device according to claim 5, wherein said heavy feeling generating means is an ultrasonic motor.
【請求項7】 前記支持手段は、前記表示装置を動かす
際に、前記仮想物体の操作に応じた反力を発生する反力
発生手段を含む、請求項4に記載の仮想物体操作装置。
7. The virtual object operation device according to claim 4, wherein the support unit includes a reaction force generation unit that generates a reaction force according to an operation of the virtual object when moving the display device.
【請求項8】 前記支持手段は、前記表示装置を支持す
るための3個の独立した独立支持手段を含み、 前記独立支持手段の各々は、前記仮想物体の操作に応じ
た反力を発生する前記反力発生手段を含む、請求項7に
記載の仮想物体操作装置。
8. The support means includes three independent independent support means for supporting the display device, and each of the independent support means generates a reaction force according to an operation of the virtual object. The virtual object operation device according to claim 7, comprising the reaction force generation unit.
【請求項9】 前記反力発生手段は、超音波モータであ
る、請求項7または8に記載の仮想物体操作装置。
9. The virtual object operating device according to claim 7, wherein said reaction force generating means is an ultrasonic motor.
JP27122995A 1995-10-19 1995-10-19 Virtual object operation device Expired - Fee Related JP2782428B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27122995A JP2782428B2 (en) 1995-10-19 1995-10-19 Virtual object operation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27122995A JP2782428B2 (en) 1995-10-19 1995-10-19 Virtual object operation device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH09114360A JPH09114360A (en) 1997-05-02
JP2782428B2 true JP2782428B2 (en) 1998-07-30

Family

ID=17497159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27122995A Expired - Fee Related JP2782428B2 (en) 1995-10-19 1995-10-19 Virtual object operation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2782428B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11219143A (en) * 1998-01-29 1999-08-10 Fuji Xerox Co Ltd Shape and force tactile sense presentation device
JP4498450B2 (en) * 2008-08-28 2010-07-07 オリンパス株式会社 Display device
JP5759233B2 (en) * 2011-04-05 2015-08-05 任天堂株式会社 Information processing program, information processing system, and information processing method
JP6800599B2 (en) * 2015-10-22 2020-12-16 キヤノン株式会社 Information processing equipment, methods and programs
US10198855B2 (en) * 2016-07-20 2019-02-05 Colopl, Inc. Method of providing virtual space, method of providing virtual experience, system and medium for implementing the methods
JP7037225B1 (en) * 2021-07-27 2022-03-16 祐樹 小川 Virtual event provision system and virtual event provision system
CN113786618B (en) * 2021-09-29 2023-06-23 腾讯科技(深圳)有限公司 Virtual object control method, device, equipment and medium

Also Published As

Publication number Publication date
JPH09114360A (en) 1997-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150097777A1 (en) 3D Motion Interface Systems and Methods
CN102395931B (en) There is the remote ground apparent robot system of software module, projector and laser designator
Fisher Virtual interface environment
JP6116064B2 (en) Gesture reference control system for vehicle interface
Benko et al. Cross-dimensional gestural interaction techniques for hybrid immersive environments
US20090322671A1 (en) Touch screen augmented reality system and method
De La Barré et al. Touchless interaction-novel chances and challenges
JP2782428B2 (en) Virtual object operation device
JP2018144228A (en) Robot control apparatus, robot, robot system, teaching method, and program
Park et al. New design and comparative analysis of smartwatch metaphor-based hand gestures for 3D navigation in mobile virtual reality
Zaldívar-Colado et al. A mixed reality for virtual assembly
Scheggi et al. Shape and weight rendering for haptic augmented reality
Noma et al. A palmtop display for dextrous manipulation with haptic sensation
Yu et al. Blending on-body and mid-air interaction in virtual reality
JP2018112894A (en) System and control method
LIU et al. A preliminary study of kinect-based real-time hand gesture interaction systems for touchless visualizations of hepatic structures in surgery
Aspin et al. Augmenting the CAVE: An initial study into close focused, inward looking, exploration in IPT systems
Springer et al. State-of-the-art virtual reality hardware for computer-aided design
JP5739680B2 (en) Manipulator device and working device with manipulator
Liu et al. COMTIS: Customizable touchless interaction system for large screen visualization
Achibet et al. DesktopGlove: A multi-finger force feedback interface separating degrees of freedom between hands
JP2014052975A (en) Touch sense and force sense presenting device, and touch sense and force sense presenting system using the device
JP2001100879A (en) Information reading system
Moeslund et al. The ARTHUR system: an augmented round table
JP2011215692A (en) Three-dimensional three-degree-of-freedom rotation parameter processor

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19980414

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090522

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100522

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100522

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110522

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120522

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120522

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130522

Year of fee payment: 15

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140522

Year of fee payment: 16

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees