JP3108415U - バーチャルリアリティゲーム用ラケット - Google Patents

Abstract

【解決手段】ＶＲテニスゲームシステムはスクリーンを含み、このスクリーンにはボール図形を含むテニスゲーム画面を表示する。プレイヤは、スクリーンの前方の実空間でラケットをスイングまたは操作する。ラケットはフレーム２４とグリップ２６とを含み、フレーム２４にはガットが張られ、そのガットによって打球面２８が形成される。打球面２８には、光の反射方向へ突出するように湾曲した湾曲反射表面３０ａ，３２ａを有する再帰反射フィルムからなる反射シート３０，３２が設けられる。反射シート３０は打球面の横方向に延び、反射シート３２は打球面の縦方向に延びる。
【効果】反射シートによってラケットからの反射光の光量が増し、ＶＲゲームシステムの安定した動作が期待できる。
【選択図】図２

Description

この考案はバーチャルリアリティゲーム用ラケットに関し、特にたとえばプレイヤが実空間内で実際に振ることによってテニスや卓球などのバーチャルリアリティ（Virtual Reality：仮想現実。以下、「ＶＲ」とする。）ビデオゲームを進行させる、ＶＲゲーム用ラケットに関する。

たとえば、特許文献１において、本件考案者等は、リハビリテーションのためのＶＲビデオテニスゲームシステムを提案している。この特許文献１で提案した従来技術は、訓練者がリアルプレイヤとなってビデオ画面内のバーチャルプレイヤとボールを打ち合うＶＲテニスゲームシステムである。

特許文献１の従来技術では、リアルプレイヤすなわち訓練者は実空間中で実際にラケットを振り、仮想空間中のボールにインパクトを与える。ラケットによるボールへのインパクトを検知する手段の１つとして、投光器と受光センサとを用いる。具体的には、この特許文献１の段落［００３４］に記載しているように、ＬＥＤからの赤外光をプレイヤが振るラケットのガット面に照射し、プレイヤのラケットのガット面がその赤外光を反射すると、投光器の周辺に設置した赤外光センサが反射光を検知し、そのタイミングでボールを打ったものと判断する。
特開２００３−１８０８９６号公報〔A63B 69/00 504 69/38 A63F 13/00〕

特許文献１の従来技術では、ビデオ画像を表示し、そのボールを打つようにプレイヤが実際にラケットを実空間中で操作（スイング）するので、リアリティを伴ったテニスゲームがプレイできるとともに、プレイヤが体を動かす（腕を振る）ことによるリハビリ効果が期待できる。反面、この従来技術では、ラケットのガット面からの赤外光の反射が安定せず、インパクトを検出できなかったり、あるいは誤動作したりして、システムの動作が不安定になる可能性がある。

このような受動的な反射光に代えて、同文献１に記載しているように、加速度センサを用いる方法もあるが、この方法では、センサ等に電源を供給する必要があるばかりでなく、ラケットを大きく速くスイングしなければならず、したがって、握力や筋力があまり強くない、リハビリが必要な老人等には必ずしも適当な手段ではない。

また、赤外光ＬＥＤをラケットに設け、それをスイッチでオン／オフする方法も考えられるが、この方法では、電源の問題があるし、さらにはスイッチの切り忘れによる不所望な電力浪費が発生する。そして、スイッチをグリップに仕込んで握力でオンできるようにしてもよいが、これだと、握力や筋力が弱い人では上記と同様の問題がある。

それゆえに、この考案の主たる目的は、新規なＶＲゲーム用ラケットを提供することである。

この考案の他の目的は、安定的に十分な光量で光を反射できる、ＶＲゲーム用ラケットを提供することである。

請求項１の考案は、プレイヤが把持可能でかつ打球面を有し、バーチャルリアリティゲームにおいてスクリーン上に表示されるボール図形を打つようにプレイヤが実空間でスイングする、バーチャルリアリティゲーム用ラケットにおいて、打球面に、再帰性反射材料からなり、かつ光の反射方向へ突出する湾曲反射表面を有する反射部材を設けたことを特徴とする、バーチャルリアリティゲーム用ラケットである。

請求項１の考案では、ラケット（１８。実施例で相当する部分を示す参照符号。以下、同様。）の打球面（２８）に反射部材（３０，３２）を設ける。この反射部材は、再帰反射フィルムのような反射材料からなり、光の反射方向へ突出する湾曲反射表面（３０ａ,３２ａ）を有する。したがって、投光器（２０）から投射されたたとえば赤外光がその湾曲反射表面によって、たとえば赤外カメラの方向に反射される。

請求項1の考案によれば、反射部材によって光を反射させるようにしているので、従来のように単なるガット面から赤外光を反射させるものに比べて、十分な光量の反射光が得られる。しかも、反射部材は湾曲反射表面を持っているので、ラケットの姿勢や角度に拘らず、安定して、反射光をたとえば赤外カメラの方向へ反射させることができる。したがって、安定的に十分な光量の反射光を得ることができ、それを用いるＶＲゲームの安定した動作が期待できる。

請求項２の考案は、反射部材は、打球面の第１方向に延びて設けられる第１反射部材（３０）と第１方向とは異なる第２方向に延びて設けられる第２反射部材（３２）とを含む、請求項１記載のバーチャルリアリティゲーム用ラケットである。

請求項２の考案では、第１反射部材がたとえばラケットの打球面の横方向に延びて設けられ、第２反射部材が縦方向に延びて設けられ、しかも第１および第２の反射部材がともに湾曲反射表面を持っているので、どのようなラケットの姿勢や状態でも、反射光を確実にたとえば赤外カメラに返すことができる。

この考案によれば、したがって、安定的に十分な光量の反射光を得ることができるので、この考案のＶＲ用ラケットを用いるＶＲゲームにおいて安定した動作が期待できる。

この考案の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

図１に示すこの考案の実施例のＶＲテニスゲームシステム１０は、スクリーン１２を含み、このスクリーン１２上にプロジェクタ１４によってＶＲテニスゲームのための映像を表示する。この実施例では、床面上の空きスペースを十分確保するために天吊り型のプロジェクタ１４を用いたが、床面据置型のプロジェクタが利用されてもよい。さらに、この実施例では、スクリーン１２とプロジェクタ１４との組み合わせからなる映像表示装置を用いるが、たとえば大画面テレビジョンなどの他の映像表示装置が利用されてもよい。

この実施例のＶＲテニスゲームシステム１０は、リハビリにおける主として上肢の運動のために利用でき、訓練者はプレイヤ１６として、スクリーン１２の前方の実空間でラケット１８を実際に振る。

実施例のシステム１０は、さらに、スクリーン１２の幅方向中央またはほぼ中央においてスクリーン１２の下方に設けられる赤外投光器２０と、光軸が投光器２０からの光軸と垂直方向において重なるように配置された赤外カメラ２２とを含む。赤外投光器２０としては、ブラックライトや赤外ＬＥＤなどが利用可能である。また、赤外カメラ２２としては、前面に赤外（ＩＲ）フィルタ２２ａが取り付けられたＵＳＢカメラが利用できる。

赤外カメラ２２の設置高さは、できれば、プレイヤ１６が振るラケット１８の打球面の軌跡に相当する高さが望ましいが、その軌跡の高さより多少上下にずれても、後に説明するように、特に問題になることはない。たとえば、投光器２０と一体で、もしくは投光器２０と離して、スクリーン１２より上に設けることも可能である。

なお、ＵＳＢカメラとは、コンピュータのＵＳＢ（Universal Serial Bus：共通のコネクタでさまざまな周辺機器を接続することができるインタフェース規格）端子に接続されて、たとえば水平角度が５０度、画素数が２５−４５万画素程度でＷｅｂカメラとも呼ばれる比較的安価なカメラである。

ただし、もっと画素数の大きいカメラを用いてもよいが、考案者等の実験によれば、実施例のテニスゲームでは、この程度の画素数で十分対応できた。画素数が少ない分、コンピュータが処理するデータ量が少なくて済み、全体として安価にシステムを構築できる。

図２に詳細に示すように、ラケット１８は、長円形のフレーム２４を含み、このフレーム２４にはグリップまたは柄２６が連結され、プレイヤは、グリップ２６を握ってこのラケット１８を振る（操作する）。フレーム２４にはガットが張られる。ガットによって形成されたガット面が打球面２８となり、この打球面２８には、２つの反射シート３０および３２が固定的に取り付けられる。反射シート３０および３２はともに、たとえば再帰反射（入射光を光源方向へ反射する）フィルムからなり、図２や図３，図４からよく分るように、光の反射方向へ突出するように湾曲した湾曲反射面３０ａおよび３２ａを形成するように曲げられる。この湾曲反射面３０ａおよび３２ａは、連続傾斜反射面を形成し、その連続傾斜反射面によって、ラケット１８すなわち打球面２８の角度、姿勢に拘らず、投光器２０からの赤外光を投光器の方向すなわち赤外カメラ２２の方向へ反射することができる。

一方の反射シート３０はガット面（打球面）２８の横方向に延び、他方の反射シート３２は打球面２８の縦方向に延びて設けられる。このように２つの反射シート３０および３２を縦横両方向へ延ばした理由は、この２つの反射シート３０および３２でラケット１８の打球面の全方向への傾きを検出できるようにするためである。つまり、横方向に延びる反射シート３０からの反射光によってラケット１８の打球面の前後方向の傾きを検出し、縦方向の反射シート３２からの反射光によってラケット１８の打球面の左右方向の傾きを検出する。

なお、ここで、前後方向とはラケット１８が前に傾けば打球が左方向に、後ろに傾けば右方向に飛ぶ、そのような方向を意味する。同様に、左右方向とはラケット１８が左前に傾けば打球が下方向に、右に傾けば上方向に飛ぶ、方向である。

このことを図２を参照してもう少し詳しく説明する。ラケット１８を図２に示すようにグリップし、身体の横にフォアハンドで構え、その状態で、その人の前方にいる相手を団扇で扇ぐしぐさをする場合を想定する。この場合、手の平の側に手首を傾けたとき、ラケット１８の面は閉じ、打球は左に飛び、手首を手の甲の側に傾斜させたとき、ラケット１８の面が開き、打球は右に飛ぶ。このような手首の傾斜に伴うラケット１８の変位を、前後方向と呼ぶ。

ラケット１８を図２に示すようにグリップし、身体の横にフォアハンドで構え、その状態で、ドアの鍵を回すしぐさをする場合を想定する。手の甲が見えるように手首を回転させたとき、ラケット１８の面は下を向き、打球は下方に飛び、手の平が見えるように手首を回転させたとき、ラケット１８の面は上を向き、打球は上方に飛ぶ。このような手首の回転に伴うラケット１８の変位を、左右方向と呼ぶ。

また、反射材料で球体が形成できれば、任意の方向を検出することができるのであるが、実施例では、再帰反射フィルムを用いているので、上で説明したような「かまぼこ」型の反射シート３０および３２を用いる。

図３には、投光器２０と赤外カメラ２２およびラケット１８すなわち反射シート３０の位置関係が図解的に示される。この図３に示すように、赤外カメラ２２と投光器２０とは垂直方向に重なるように配置され、そのカメラ２２の光軸の上方にラケット１８の反射シート３０が位置している。投光器２０から出射された赤外光２０ａは反射シート３０の湾曲反射面３０ａに入射し、そこから反射されて、反射光３０ｂが投光器２０の周辺もしくは近傍の赤外カメラ２２に入射される。このとき、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すようにラケット１８の前後方向の傾斜角度が変化しても、反射シート３０の湾曲反射面３０ａからの反射光３０ｂは必ず赤外カメラ２２方向へ到達する。したがって、反射シート３０によってラケット１８の前後方向の傾きを検出することができる。

反射シート３２について見ると、図４に示すように、投光器２０から出射された赤外光２０ａはラケット１８の反射シート３２の湾曲反射面３２ａに入射し、そこから反射されて、反射光３２ｂが赤外カメラ２２に入射される。このとき、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すようにラケット１８の左右方向の傾斜角度が変化しても、反射シート３２の湾曲反射面３２ａからの反射光３２ｂは必ず赤外カメラ２２方向へ到達する。したがって、反射シート３２はラケット１８の左右方向の傾きを検出するために用いられる。

ここで、考案者等が行った実験の結果について説明する。実験条件は、カメラ２２から反射シート３０（３２）までの距離を３ｍとし、反射シート３０（３２）はカメラ２２の光軸から５０ｃｍ上にあるものとする。この条件で、幅１５ｃｍの反射シートを曲げ、それの曲率（直径）を１ｃｍ毎に、１ｃｍから１０ｃｍまで変化させ、曲率の変化に応じて、赤外カメラ２２に入射する反射光３０ｂ（３２ｂ）で形成される高輝度領域の面積が何ピクセルになるか計測した。その結果が図５に示される。

高輝領域の面積が１００ピクセル以上であればラケット１８のスイングまたは操作を検出できることを確認したので、反射シート３０（３２）の曲率（直径）は５ｃｍ以上あればよいことが、実験の結果分った。

また、考案者等が行なった別の実験では、投光器２０、赤外カメラ２２および反射シート３０（３２）の光軸のずれによる、赤外カメラ２２での輝度変化を測定した。その結果が図６に示される。この図６からよく分かるように、投光器２０および赤外カメラ２２の光軸から反射シート３０(３２)が±８０ｃｍ以上ずれると、赤外カメラ２２データの輝度値が大きく低下してしまう。したがって、反射シート３０(３２)は、投光器２０および赤外カメラ２２の光軸から±８０ｃｍ以内であることが望ましい。

このような光軸ずれを可及的防止するために、たとえば図１に示すように、プレイヤ１６の立つ位置を表示し、もしくはラケット１８を操作またはスイングすべき位置を表示する位置マーク１９を床上に設けるようにしてもよい。この実施例では１つの位置マーク１９でプレイヤ１６の位置およびラケット１８の位置の両方を指示するようにしたが、プレイヤ１６の位置およびラケット１８の位置を個別に表示するように別々の位置マークを設置してもよいし、いずれか一方だけを表示するように１つの位置マークだけを設けてもよい。

なお、図１のＶＲテニスゲームシステム１０にはステレオスピーカ３４Ｒおよび３４Ｌが設けられていて、このスピーカ３４Ｒおよび３４Ｌによって打球音や観衆の声援あるいはその他適宜のＢＧＭ等が発音される。

図１実施例のＶＲテニスゲームシステム１０でテニスゲームを実行する場合のスクリーン１２上のゲーム画面の表示例が図7に示される。すなわち、コンピュータ３８（図７）によって、仮想空間内にテニスコート図形４０やネット図形４２、さらには観衆図形４４が固定的に表示される。コンピュータ３８はさらに、コート手前側にプレイヤ１６によって実空間内で振られたラケット１８を表すラケット図形４６を表示し、相手方コート内にコンピュータ３８によって移動制御されるバーチャルプレイヤまたはコンピュータプレイヤの図形（バーチャルプレイヤ図形）４８を表示し、さらにはラケット図形４６とバーチャルプレイヤ図形４８との間を飛翔するようにテニスボール図形５０を移動表示する。

図１実施例のＶＲテニスゲームシステム１０のブロック図が図８に示される。ＶＲテニスゲームシステム１０はコンピュータ３８を含み、このコンピュータ３８は、ＵＳＢカメラ２２からのカメラ信号を受ける。そして、グラフィックボード５２から映像信号をプロジェクタ１４に与え、サウンドボード５４からスピーカ３６Ｒおよび３６Ｌに音声信号を与える。また、コンピュータ３８は、プログラムに設定されたタイミングで、赤外光投光器２０を駆動し、ラケット１８の反射シート３０および３２（図２）に赤外光を投射する。

コンピュータ３８の内部メモリ５６には後述のフロー図で示すプログラムが記憶されているとともに、この内部メモリ５６はワーキングメモリやレジスタなどとしても利用される。

コンピュータ３８にはメモリインタフェース５８を介して外部メモリ６０が結合される。この外部メモリ６０は、たとえばハードディスクまたはＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＷなどのディスクあるいは半導体メモリなど任意の記録媒体または記憶媒体であり、ここではそれらを便宜上「メモリ」と呼ぶことにする。外部メモリ５２には、リハビリテーションのために、必要に応じて、訓練者（プレイヤ）やそれらの症状などを含むマスタデータなどが記憶または記録している。

図１実施例のＶＲテニスゲームシステム１０でテニスゲームをプレイする場合には、図８の最初のステップＳ１でＶＲテニスゲームの開始が指示されたかどうか判断する。具体的には、電源（図示せず）をオンするなどのゲーム開始操作が行なわれたかどうか判断する。

ただし、ゲーム開始においては、図示していないが、各種フラグをリセットする等の初期設定を行なうものとする。

続くステップＳ３では、コンピュータ３８（図８）は、相手プレイヤすなわちバーチャルプレイヤ（コンピュータプレイヤ）の返球動作を実行する。具体的には、ステップＳ５において、図7に示すゲーム画面中のボール図形５０の軌道を計算するとともに、その軌道上をボール図形５０が動くように、ボール図形５０を描画する。

続くステップＳ７において、コンピュータ４２は、プレイヤ１６（図１）が打球可能な位置にボールが存在しているかどうか判断する。詳しく言うと、プレイヤ１６によってボール図形５０（図６）を打球可能な位置ないし領域を予め設定しておき、その位置または領域にボール図形が到達したとき、このステップＳ７で“ＹＥＳ”が判断される。

ステップＳ７で“ＹＥＳ”が判断されると、コンピュータ３８は、次のステップＳ９において、投光器２０を点灯して赤外光を出射させて、ラケット１８のスイングを判定する。スイングしたかどうかの判定は、赤外カメラ２２からの画像信号（輝度信号）に含まれる高輝度領域を検出し、その高輝度領域の面積が所定以上（実施例では１００ピクセル以上）あれば、ラケット１８を振ったと判定する。

このようにしてスイングの判定が行なわれた後、ステップＳ１１では、コンピュータ３８は、プレイヤがラケットをスイングしたかどうか判断する。ステップＳ１１で“ＮＯ”なら、コンピュータ３８は、空振りと判定し、ステップＳ１３で相手すなわちコンピュータプレイヤに得点を計上し、ステップＳ３に戻る。

ステップＳ１１で“ＹＥＳ”なら、コンピュータ３８は、続くステップＳ１５において、ボール図形５０を相手側コートへ返球するための処理を実行する。

上述の実施例ではＶＲテニスゲームシステム１０およびそれに使うテニスラケット１８について説明した。しかしながら、ＶＲゲームがＶＲピンポン（卓球）であれば、図１０に示すラケット１８´を用いる。このラケット１８´も、グリップ２６で把持できる打球面２８を含み、その打球面２８上に、横方向に延びる第１反射シート３０と、縦方向に延びる第２反射シート３２とを設ける。そして、これらの反射シート３０および３２も、曲げられた再帰反射フィルムからなり、それぞれ、湾曲反射表面３０ａおよび３２ａを有する。

図１はこの考案の一実施例のＶＲテニスゲームシステムを示す図解図である。 図２は図１実施例のＶＲテニスゲームシステムで使用するラケットを示す図解図である。 図３は図２実施例のラケットと投光器および赤外カメラとの関係を示す図解図である。 図４は図２実施例のラケットと投光器および赤外カメラとの別の関係を示す図解図である。 図５は実験における図２実施例のラケットの反射シートの曲率（直径）と赤外カメラで検出する高輝度領域の面積の変化との関係を示すグラフである。 図６は実験における図２実施例のラケットの反射シートの、投光器および赤外カメラの光軸からのずれと輝度値の変化との関係を示すグラフである。 図７は図１実施例のＶＲテニスゲームシステムで表示されるゲーム画面の表示例を示す図解図である。 図８は図１実施例の電気的構成を示すブロック図である。 図９は図１実施例におけるテニスゲームのための動作を示すフロー図である。 図１０はこの考案の他の実施例のラケットを示す図解図である。

符号の説明

１０ …ＶＲテニスゲームシステム
１２ …スクリーン
１４ …プロジェクタ
１６ …プレイヤ
１８、１８´ …ラケット
２０ …投光器
２２ …赤外カメラ
３０，３２ …反射シート
３０ａ、３２ａ …湾曲反射表面
３８ …コンピュータ

Claims (2)

1. プレイヤが把持可能でかつ打球面を有し、バーチャルリアリティゲームにおいてスクリーン上に表示されるボール図形を打つようにプレイヤが実空間で操作する、バーチャルリアリティゲーム用ラケットにおいて、
   前記打球面に、再帰性反射材料からなり、かつ光の反射方向へ突出する湾曲反射表面を有する反射部材を設けたことを特徴とする、バーチャルリアリティゲーム用ラケット。
2. 前記反射部材は、前記打球面の第１方向に延びて設けられる第１反射部材と前記第１方とは異なる第２方向に延びて設けられる第２反射部材とを含む、請求項１記載のバーチャルリアリティゲーム用ラケット。

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