JP4493575B2

JP4493575B2 - 移動体シミュレータ装置およびその制御方法並びに制御プログラム

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Publication number: JP4493575B2
Application number: JP2005284245A
Authority: JP
Inventors: 達彦阿波根; 啓一郎南
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2025-09-29
Also published as: JP2007094082A

Description

本発明は、例えば自動車といった移動体の挙動を再現するシミュレータ装置に関する。

例えば特許文献１に開示されるように、自動車教習用のシミュレータ装置は広く知られる。このシミュレータ装置では、座席の前方でスクリーンに映し出される画像に基づき教習生は脇見運転の危険性を体感することができる。
特開平１１−３０２７号公報

しかしながら、前述のシミュレータ装置では脇見運転の再現にあたって進路上に突然に車両が映し出される。脇見運転とはいえ、教習生は正しく前方の進路を注視し続けることができる。教習生は突然の車両の出現に違和感を感じてしまう。リアルさに欠ける。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、よりリアルに脇見運転を再現することができる移動体シミュレータ装置を提供することを目的とする。本発明は、そういった移動体シミュレータ装置の実現に大いに貢献する制御方法や制御プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明によれば、座席と、座席の前方に配置されて、運転手の視界を再現する画像中に進路上の前方注視点を映し出す画像表示装置と、第１タイミングで、前方注視点から離れた脇見注視点に視線の移動を誘引する事象を生成する第１事象生成手段と、第１タイミングから所定時間経過後の第２タイミングで、第１タイミングでは予測不可能な事象を生成する第２事象生成手段とを備えることを特徴とする移動体シミュレータ装置が提供される。

移動体シミュレータ装置の動作中、画像上で運転手の視界は再現される。座席上の使用者は画像上で進路上の前方注視点に視線を向ける。使用者の意識は前方注視点に集中する。第１タイミングで事象が生成されると、使用者の視線は前方注視点から脇見注視点に移行する。使用者の意識は脇見注視点に集中する。いわゆる脇見は実現される。脇見に応じて第２タイミングで事象は生成されることができる。こういった事象に基づき使用者は脇見運転の危険性をリアルに体感することができる。

こういった移動体シミュレータ装置の実現にあたって特定の制御方法は提供される。この制御方法は、例えば、画像表示装置上で、運転手の視界を再現する画像中に進路上の前方注視点を映し出す手順と、第１タイミングで、前方注視点から離れた脇見注視点に視線の移動を誘引する事象を第１事象生成手段で生成させる手順と、第１タイミングから所定時間経過後の第２タイミングで、第１タイミングでは予測不可能な事象を第２事象生成手段で生成させる手順とを備えればよい。このとき、画像表示装置には、運転手の視界を再現する画像中に進路上の前方注視点を映し出す画像データが供給されればよい。

この種の制御方法の実現にあたって特定の制御プログラムが提供されてもよい。この制御プログラムは、例えば、画像表示装置上で、運転手の視界を再現する画像中に進路上の前方注視点を映し出す手順と、第１タイミングで、前方注視点から離れた脇見注視点に視線の移動を誘引する事象を第１事象生成手段で生成させる手順と、第１タイミングから所定時間経過後の第２タイミングで、第１タイミングでは予測不可能な事象を第２事象生成手段で生成させる手順とを演算処理回路に実行させればよい。その他、任意の座標系で特定される仮想三次元空間内で基準位置を特定する手順と、基準位置の移動体の速度を特定する速度データに基づき、所定時間経過後の第１タイミングで移動体の予測到達位置を特定する手順と、第１タイミングで、運転手の視界を再現する画像中に映し出される進路上の前方注視点から離れた脇見注視点に視線の移動を誘引する事象を生成させる第１事象データを出力する手順と、第１タイミングから所定時間経過後の第２タイミングで、第１タイミングでは予測不可能な事象を生成させる第２事象データを出力する手順とを演算処理回路に実行させる制御プログラムが提供されてもよい。このとき、画像表示装置には、運転手の視界を再現する画像中に進路上の前方注視点を映し出す画像データが供給されればよい。画像データは、演算処理回路で生成されてもよく、演算処理回路からの指示に基づき画像処理回路で生成されてもよい。

第２発明によれば、座席と、座席の前方に配置されて、運転手の視界を再現する画像中に進路を映し出す画像表示装置と、仮想三次元空間内で特定される基準位置の移動体の速度に基づき所定時間経過後の移動体の予測到達位置を算出し、画像上で予測到達位置を特定する演算手段と、特定された予測到達位置に基づき、画像上で進路から外れた位置に注視物を描き出す画像生成手段とを備えることを特徴とする移動体シミュレータ装置が提供される。

移動体シミュレータ装置の動作中、座席上の使用者は画像中の進路に意識を集中する。画像中に注視物が描き出されると、使用者の視線は進路から注視物に移行する。使用者の意識は進路から離れる。いわゆる脇見は実現される。脇見に応じて何らかの事象が生成されると、こういった事象に基づき使用者は脇見運転の危険性をリアルに体感することができる。

ここで、演算手段は、予測到達位置の算出にあたって、基準位置の移動体の加速度をさらに参照してもよい。加速度の参照によれば、予測到達位置の精度は高められることができる。画像生成手段は、注視物を描き出した後、画像中の進路上で移動を停止する先行移動体を描き出してもよい。こういった事象に基づき使用者は脇見運転の危険性をリアルに体感することができる。

こういった移動体シミュレータ装置の実現にあたって特定の制御方法は提供される。この制御方法は、例えば、画像表示装置上で、運転手の視界を再現する画像中に進路を映し出す手順と、仮想三次元空間内で特定される基準位置での移動体の速度に基づき、所定時間経過後の移動体の予測到達位置を算出する手順と、画像上で予測到達位置を特定する手順と、特定された予測到達位置に基づき、画像上で進路から外れた位置に注視物を映し出す手順とを備えればよい。このとき、画像表示装置には、運転手の視界を再現する画像中に進路上の前方注視点を映し出す画像データが供給されればよい。基準位置の特定にあたって仮想三次元空間は任意の座標系に従って特定されればよい。

この種の制御方法の実現にあたって特定の制御プログラムが提供されてもよい。この制御プログラムは、例えば、画像表示装置上で、運転手の視界を再現する画像中に進路を映し出す手順と、仮想三次元空間内で特定される基準位置での移動体の速度に基づき、所定時間経過後の移動体の予測到達位置を算出する手順と、画像上で予測到達位置を特定する手順と、特定された予測到達位置に基づき、画像上で進路から外れた位置に注視物を映し出す手順とを演算処理回路に実行させればよい。その他、運転手の視界を再現する画像中に進路を映し出す画像データを提供する手順と、任意の座標系で特定される仮想三次元空間内で基準位置を特定する手順と、基準位置の移動体の速度を特定する速度データに基づき、所定時間経過後の移動体の予測到達位置を算出する手順と、画像上で予測到達位置を特定する手順と、特定された予測到達位置に基づき、画像上で進路から外れた位置に注視物を映し出す画像データを提供する手順とを演算処理回路に実行させる制御プログラムが提供されてもよい。このとき、画像データは、演算処理回路で生成されてもよく、演算処理回路からの指示に基づき画像処理回路で生成されてもよい。

以上のように本発明によれば、よりリアルに脇見運転は再現されることができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明に係る移動体シミュレータ装置の一具体例すなわち自動車教習用４輪シミュレータ装置１１の外観を概略的に示す。この４輪シミュレータ装置１１は模擬車体１２を備える。模擬車体１２にはＣＰＵ（中央演算処理装置）やその他の電子部品が収容される。模擬車体１２には例えば６軸のサーボシリンダ１３、１３…が連結される。個々のサーボシリンダ１３は土台１４から立ち上がる。土台１４は例えば床面に設置されればよい。

サーボシリンダ１３には電動モータ（図示されず）が組み込まれる。電動モータの働きでサーボシリンダ１３は伸縮する。サーボシリンダ１３の伸縮に基づき模擬車体１２は床面に対して姿勢を変化させる。後述されるように、サーボシリンダ１３の伸縮はＣＰＵの演算処理に基づき実現される。

ここで、４輪シミュレータ装置１１には三次元座標系が設定される。三次元座標系には例えば直交３軸座標系すなわちｘｙｚ座標系が用いられればよい。三次元座標系の原点は模擬車体１２の重心に位置合わせされればよい。三次元座標系のｙ軸は重力の方向に合わせ込まれればよい。三次元座標系のｘ軸は例えば車両の車軸に平行に設定されればよい。すなわち、ｘ軸は重力の方向に直交する水平面に沿って車両の横方向を規定する。三次元座標系のｚ軸は水平面に沿って車両の前後方向を規定する。こうして模擬車体１２では、ｘ軸回りで車両のピッチ角は規定されることができる。同様に、ｚ軸回りで車両のロール角は規定されることができる。ｙ軸回りで車両のヨー角は規定されることができる。こういったロール角、ピッチ角およびヨー角に基づき模擬車体１２の姿勢は特定されることができる。

模擬車体１２内には運転席が構築される。運転席には座席１５が設置される。座席１５の前方にはダッシュボード１６が配置される。ダッシュボード１６には、ステアリング１７やアクセルペダル（図示されず）、ブレーキペダル（図示されず）が組み込まれる。その他、ダッシュボード１６には、スピードメータやタコメータといった計器類やヘッドライトスイッチといったスイッチ類（いずれも図示されず）が組み込まれる。

ダッシュボード１６の上方にはスクリーン１８が配置される。スクリーン１８にはいわゆるプロジェクタ１９が向き合わせられる。後述されるように、プロジェクタ１９からスクリーン１８に画像が投影される。こうしてスクリーン１８には、車両のフロントガラスから前方に広がる「視界」が再現されることができる。後述されるように、スクリーン１８上の画像はＣＰＵの働きに基づき形成される。

模擬車体１２には模擬バックミラー２１および１対の模擬サイドミラー２２が関連付けられる。模擬バックミラー２１や模擬サイドミラー２２にはディスプレイ装置２３、２４が組み込まれる。ディスプレイ装置２３、２４の画面がミラーに模される。こうして模擬バックミラー２１や模擬サイドミラー２２には、車両のバックミラーやサイドミラーの映像が再現される。ディスプレイ装置２３、２４には例えば液晶ディスプレイパネルが利用されればよい。後述されるように、ディスプレイ装置２３、２４の画面に映し出される画像はＣＰＵの働きに基づき形成される。

図２に示されるように、ＣＰＵ３１には個々のサーボシリンダ１３、１３…ごとにドライバ回路３２、３２…が接続される。ＣＰＵ３１では個々のサーボシリンダ１３、１３…ごとに伸縮量が決定される。決定された伸縮量に応じてＣＰＵ３１から個々のドライバ回路３２、３２…に指令信号が供給される。供給される指令信号に応じてドライバ回路３２、３２…は対応のサーボシリンダ１３、１３…に駆動信号を供給する。駆動信号は電動モータの回転量を規定する。指定の回転量で電動モータが回転する結果、サーボシリンダ１３、１３…は指定の伸縮量で伸縮することができる。

アクセルペダル３３にはペダルセンサ３４が接続される。このペダルセンサ３４はアクセルペダル３３の踏み込み量を検出する。ペダルセンサ３４にはＣＰＵ３１が接続される。検出される踏み込み量はＣＰＵ３１に通知される。同様に、ブレーキペダル３５にはペダルセンサ３６が接続される。このペダルセンサ３６はブレーキペダル３５の踏み込み量を検出する。ペダルセンサ３６にはＣＰＵ３１が接続される。検出される踏み込み量はＣＰＵ３１に通知される。

ステアリング１７にはステアリングセンサ３７が接続される。このステアリングセンサ３７はステアリング１７の回転量を検出する。ステアリングセンサ３７にはＣＰＵ３１が接続される。検出される回転量はＣＰＵ３１に通知される。

ＣＰＵ３１には描画回路３８が接続される。描画回路３８は、ＣＰＵ３１から供給される指令信号に基づき、スクリーン１８やディスプレイ装置２３、２４の画面上に映し出される画像を生成する。こうして生成される画像に基づきドライバ回路３９、４１やプロジェクタドライバ回路４２に画像信号が供給される。こういった画像信号の受信に応じて、ドライバ回路３９、４１やプロジェクタドライバ回路４２は対応のディスプレイ装置２３、２４やプロジェクタ１９に駆動信号を供給する。こうして供給される駆動信号に基づきディスプレイ装置２３、２４の画面上やスクリーン１８上に画像は映し出される。

ＣＰＵ３１にはハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）や大容量フラッシュメモリといった記憶装置４３が接続される。記憶装置４３には例えばリアルタイムＯＳ（オペレーティングシステム）４４のほか、シミュレーションプログラム４５や脇見運転モジュール４６といったソフトウェアプログラムが格納される。後述されるように、ＣＰＵ３１はリアルタイムＯＳ４４上でシミュレーションプログラム４５や脇見運転モジュール４６を実行する。実行にあたって例えばＣＰＵ３１はＲＡＭメモリ４７といった高速記憶装置に一時的にリアルタイムＯＳ４４やソフトウェアプログラム４５、４６を取り込む。シミュレーションプログラム４５の実行にあたってＣＰＵ３１は道路データ４８や不動産データ４９、自車座標系データ５１を利用する。同様に、脇見運転モジュール４６の実行にあたってＣＰＵ３１は仮想移動経路データ５２や周辺地理データ５３、先行車座標系データ５４、注視物データ５５、色データ５６を利用する。これらデータ４８、４９、５１〜５６の詳細は後述される。

ＣＰＵ３１にはタイマ５７が接続される。このタイマ５７は、ＣＰＵ３１から出力されるトリガ信号の受信に応じて計時を開始する。決められた時間が経過すると、タイマ５７はＣＰＵ３１に向かって通知信号を出力する。

その他、模擬車体１２にはスピーカ５８が関連付けられてもよい。スピーカ５８には例えばドライバ回路５９が接続される。ドライバ回路５９はＣＰＵ３１に接続される。ＣＰＵ３１では音響データが生成される。こういった音響データは、例えばスクリーン１８に映し出される画像に関連付けられればよい。ドライバ回路５９は、ＣＰＵ３１から供給される音響データに基づきスピーカ５８に駆動信号を供給する。供給される駆動信号に基づきスピーカ５８からエンジン音といった音響は再現される。

ここで、個々のデータ４８、４９、５１〜５６を詳述する。道路データ４８には、仮想三次元空間内で道路の位置を特定する道路情報が記述される。位置の特定にあたって仮想三次元空間に固有の三次元座標系は用いられる。道路は例えば両側の側縁で規定されればよい。この道路データ４８には同時に道路のポリゴンデータが記述される。こういったポリゴンデータに基づき仮想三次元空間内に仮想的に道路は再現される。こうして再現される道路には周囲の建物や樹木、標識といった不動産が関連付けられる。不動産の位置情報が記述される。この位置情報では不動産の基準点ごとに座標値が特定される。

不動産データ４９には個々の不動産ごとにポリゴンデータが記述される。ポリゴンデータに基づき不動産の外観が特定される。このポリゴンデータが道路データ４８内の位置情報に関連付けられると、前述の仮想三次元空間内で建物や樹木、標識といった不動産は再現される。こうして仮想三次元空間内に地理は構築される。

自車座標系データ５１には、模擬車体１２に対応する車両に固有の三次元座標系が記述される。この三次元座標系内で運転手の視点やフロントガラス、サイドウィンドウ、バックミラー、サイドミラーの位置が特定される。視点およびフロントガラスやサイドウィンドウの相対位置に応じて車両から外側に広がる視野が設定される。同様に、視点およびバックミラーの相対位置や視点およびサイドミラーの相対位置に基づきバックミラーやサイドミラーに映し出される映像の範囲は設定される。前述の仮想三次元空間内でこの三次元座標系の姿勢が相対的に変化すると、仮想三次元空間内で視野や映像の範囲は移動する。

仮想移動経路データ５２には、仮想三次元空間内で教習行路の位置を特定する行路情報が記述される。位置は、前述と同様に、仮想三次元空間に固有の三次元座標系に基づき特定される。ここでは、教習行路は１本の「線」で表現される。この「線」には勾配データおよびヨー角データが関連付けられる。勾配データには所定の距離間隔で教習行路の勾配が記述される。勾配は重力方向に直交する水平面に対して設定される。したがって、勾配データに基づき上り坂や下り坂は特定される。一方で、ヨー角データには所定の距離間隔で仮想車両のヨー角が記述される。ヨー角は例えば仮想三次元空間に固有のｘ軸に基づき設定される。このｘ軸は重力方向に直交する水平面内に設定される。加えて、仮想移動経路データ５２には教習行路のポリゴンデータが記述される。こういったポリゴンデータに基づき仮想三次元空間内に仮想的に教習行路は再現される。こうして再現される教習行路には、前述と同様に、周囲の建物や樹木、標識といった不動産が関連付けられてもよい。

周辺地理データ５３には個々の不動産ごとにポリゴンデータが記述される。ポリゴンデータに基づき不動産の外観が特定される。このポリゴンデータが仮想移動経路データ５２内の位置情報に関連付けられると、前述の仮想三次元空間内で建物や樹木、標識といった不動産は再現される。こうして仮想三次元空間内に地理は構築される。

先行車座標系データ５４には先行車すなわち１台の車両に固有の三次元座標系が記述される。この三次元座標系内で車両の外観のポリゴンデータが設定される。前述の仮想三次元空間内でこの三次元座標系の姿勢が相対的に変化すると、仮想三次元空間内で先行車の姿勢は変化する。

注視物データ５５には注視物のポリゴンデータが記述される。ポリゴンデータに基づき注視物の外観は特定される。このポリゴンデータが仮想移動経路データ５２中の教習行路に関連付けられると、前述の三次元空間内に注視物は再現される。色データ５６には注視物の色が記述される。色は背景色の種類に応じてそれぞれ設定される。個々の色には、背景色中で目立つ色が選択されればよい。例えば背景色が黄色や白といった明るい色であれば注視物の色には濃い青や黒といった濃い色が選択される。反対に、例えば背景色が濃い青や黒といった濃い色であれば注視物の色には黄色や白といった明るい色が選択される。

シミュレーションプログラム４５がＣＰＵ３１で実行されると、描画回路３８で生成される画像データに基づきスクリーン１８やディスプレイ装置２３、２４の画面上に画像は表示される。同時に、サーボシリンダ１３、１３…の伸縮に基づき模擬車体１２の姿勢は変化する。こうして視覚および加速度の体感に基づき座席１５上の教習生は４輪シミュレータ装置１１上で運転感覚を体験することができる。

画像データの生成にあたってＣＰＵ３１では道路データ４８に基づき仮想三次元空間が構築される。この仮想三次元空間内で仮想車両の位置が特定される。位置の特定は所定の時間間隔で実施される。こういった位置に基づき自車座標系データ５１内の三次元座標系は仮想三次元空間内に座標変換される。その結果、仮想三次元空間内に運転手の視点や視野は設定される。こういった視点や視野に基づき仮想三次元空間内で道路データ４８中のポリゴンデータや不動産データ４９中のポリゴンデータは特定される。特定されたポリゴンデータは規定の投影面上に座標変換される。こうして描画回路３８ではポリゴンデータに基づきスクリーン１８に映し出される画像が形成される。同様に、ディスプレイ装置２３、２４で映し出される画像は形成される。画像は所定の時間間隔で変化する。

仮想車両の位置の特定にあたってＣＰＵ３１では所定の時間間隔ごとに仮想車両の移動距離が算出される。移動距離の算出にあたってＣＰＵ３１は仮想車両の車速を算出する。算出にあたってＣＰＵ３１は一定の時間間隔でアクセルペダル３３の踏み込み量およびブレーキペダル３５の踏み込み量を参照する。

４輪シミュレータ装置１１上で運転手がアクセルペダル３３を踏むと、踏み込み量が検出される。こういった検出は例えば一定の時間間隔（例えば０．１秒間隔）で実施されればよい。検出された踏み込み量はＣＰＵ３１に通知される。ＣＰＵ３１は、予め決められた関係式に基づき踏み込み量から車両の加速度を導き出す。加速度は車両の前進方向で特定される。同時に、ＣＰＵ３１はその位置の仮想車両で重力に基づく減速度を算出する。この減速度の算出にあたってその位置の勾配が参照される。勾配は例えば道路データ４８に基づき算出されればよい。こうして得られる加速度および減速度に基づき仮想車両の前進加速度が算出される。

続いてＣＰＵ３１は前進加速度から仮想車両の車速を算出する。例えば前述の時間間隔で前進加速度の積分値が算出される。この車速に基づき移動距離は導き出される。例えば前述の時間間隔で車速の積分値が算出されればよい。こうして所定の時間間隔ごとに移動距離は特定される。こういった移動距離に基づき道路上で仮想車両の位置は特定される。こうして時間の経過に伴って仮想三次元空間内で仮想車両は走行する。

４輪シミュレータ装置１１上で運転手がブレーキペダル３５を踏むと、踏み込み量が検出される。こういった検出は例えば一定の時間間隔（例えば０．１秒間隔）で実施されればよい。検出された踏み込み量はＣＰＵ３１に通知される。ＣＰＵ３１は、予め決められた関係式に基づき踏み込み量から車両の減速度を導き出す。減速度は車両の前進方向で特定される。同時に、ＣＰＵ３１はその位置の仮想車両で重力に基づく減速度を算出する。この減速度の算出にあたって前述と同様にその位置の勾配が参照される。こうして得られる減速度に基づき仮想車両の前進減速度が算出される。

続いてＣＰＵ３１は前進減速度から仮想車両の車速を算出する。前述と同様に、前進減速度の積分値が算出される。この積分値は車速の減速分に相当する。以前の車速から積分値が差し引かれると、その位置の車速が得られる。車速に基づき移動距離は導き出される。こうして時間の経過に伴って仮想三次元空間内で仮想車両の減速は再現される。

自車座標系データ５１の座標変換にあたってＣＰＵ３１では所定の時間間隔で自車座標系データ５１に固有の三次元座標系の姿勢が特定される。こういった特定にあたってＣＰＵ３１は仮想車両のピッチ角およびロール角を算出する。ピッチ角の算出にあたってＣＰＵ３１は前述の加減速度を利用する。同時にＣＰＵ３１は道路の勾配を参照してもよい。勾配は仮想三次元空間内の位置に基づき例えば道路データ４８から算出されればよい。ロール角の算出にあたってＣＰＵ３１は仮想車両のヨー角を特定する。ヨー角の特定にあたってＣＰＵ３１は一定の時間間隔でステアリング１７の回転量を参照する。

４輪シミュレータ装置１１上で運転手がステアリング１７を回すと、回転量が検出される。こういった検出は、前述と同様に、例えば一定の時間間隔（例えば０．１秒間隔）で実施されればよい。検出された回転量はＣＰＵ３１に通知される。ＣＰＵ３１は、予め決められた関係式に基づき回転量から車両のヨー角を導き出す。こうして一定の時間間隔ごとにヨー角の変化量は特定される。ＣＰＵ３１は、ヨー角の変化量と前述の車速とに基づき所定の関係式に従って仮想車両の横方向加速度を導き出す。この横方向加速度は旋回時の慣性力に相当する。こうして算出される横方向加速度に基づきＣＰＵ３１は仮想車両のロール角を算出する。算出にあたって任意の関係式が用いられればよい。

サーボシリンダ１３、１３…の制御にあたってＣＰＵ３１は前述のピッチ角およびロール角を利用する。例えば、ピッチ角の確立にあたって個々のサーボシリンダ１３、１３…に要求される伸縮量と、ロール角の確立にあたって個々のサーボシリンダ１３、１３…に要求される伸縮量とが個別に算出される。２つの伸縮量は重ね合わせられる。こうして模擬車体１２では車両の挙動が再現される。設定されるピッチ角に基づき模擬車体１２はｘ軸回りで回転する。こうして教習生は加速感や減速感を体験することができる。同時に、教習生は旋回時の横方向加速感を体験することができる。こういった模擬車体１２の挙動がスクリーン１８の視覚効果と相俟って４輪シミュレータ装置１１では臨場感に溢れる模擬走行が実現されることができる。

いま、脇見運転モジュール４６が実行される場面を想定する。実行にあたって前述の仮想移動経路データ５２に基づき仮想三次元空間内で所定の教習行路が設定される。ここでは、教習行路は直線および曲線で表現される。図３から明らかなように、教習行路６１は長さ１０００［ｍ］の第１直線域６２ａと、長さ７００［ｍ］の第２および第３直線域６２ｂ、６２ｃと、長さ４００［ｍ］の第４直線域６２ｄとを備える。第１直線域６２ａと第２直線域６２ｂとの間や第２直線域６２ｂと第３直線域６２ｃとの間、第４直線域６２ｄと第１直線域６２ａとの間はそれぞれ曲率半径５０［ｍ］のカーブ６３ａ〜６３ｃで接続される。第３直線域６２ｃと第４直線域６２ｄとの間は曲率半径３５０［ｍ］のカーブ６３ｄで接続される。直線域６２ａ〜６２ｄ同士の内角は９０°に設定される。しかも、第３直線域６２ｃには長さ１００［ｍ］の上り坂６４ａおよび長さ１００［ｍ］の下り坂６４ｂが設定される。上り坂６４ａおよび下り坂６４ｂの傾斜角は例えば１５°に設定される。第１直線域６２ａ上に走行開始位置６５が設定される。

こういった教習行路６１に基づき仮想移動経路データ５２では勾配データおよびヨー角データが構築される。例えば、勾配データでは、開始位置および終了位置の間で所定の走行距離ごとに教習行路６１の勾配が記述される。ヨー角データでは、個々のカーブ６３ａ〜６３ｄに対して開始位置および終了位置の間で所定の走行距離ごとにヨー角が記述される。ヨー角の計測にあたって、例えば走行開始位置６５に設定される自車座標系データ５１の三次元座標系が基準に設定される。

脇見運転モジュール４６が実行されると、ＣＰＵ３１は前述のシミュレーションプログラム４５に基づき仮想三次元空間を構築する。ただし、ＣＰＵ３１は前述の道路データ４８に代えて仮想移動経路データ５２を利用する。車両の位置は教習行路６１上で特定される。位置の特定にあたって車両の走行距離が算出される。算出にあたって前述の車速が利用される。前述のように、車速はアクセルペダル３３やブレーキペダル３５の踏み込み量に基づき特定される。仮想三次元空間内では教習行路６１は「線」で表現されることから、走行距離だけで教習行路６１上で車両の位置は特定されることができる。こういった位置に基づき仮想三次元空間内で教習生の視点や視野は設定される。設定される視点や視野に基づき仮想移動経路データ５２中のポリゴンデータや周辺地理データ５３中のポリゴンデータが特定される。前述と同様に、描画回路３８でポリゴンデータに基づきスクリーン１８に映し出される画像は形成される。こうして画像中には、図４に示されるように、教習行路６１すなわち進路が描き出される。ただし、ピッチ角やロール角の算出にあたってＣＰＵ３１では仮想移動経路データ５２中の勾配データやヨー角データが利用される。

画像の形成にあたって描画回路３８では先行車座標系データ５４中のポリゴンデータが併せて特定される。まず、ＣＰＵ３１は車間時間を設定する。ＣＰＵ３１は一定の車間時間を維持する。「車間時間」は、１地点で先行車の通過から後続車の通過までに経過する時間をいう。車間時間は予め特定の値に設定されればよい。車間時間は例えば３秒程度に設定される。設定された車間時間および車速に基づきＣＰＵ３１は車間距離を算出する。こういった車間距離の算出にあたってＣＰＵ３１は所定の時間間隔で車速を参照する。

こうして車間距離が算出されると、ＣＰＵ３１は先行車の位置を特定する。前述のように仮想三次元空間内では教習行路６１は「線」で表現されることから、前述の走行距離に車間距離が足し合わせられると、教習行路６１上で先行車の位置は特定されることができる。こうして先行車の位置が決定されると、ＣＰＵ３１は仮想移動経路データ５２中のヨー角データに基づき先行車のヨー角すなわち向きを特定する。続いてＣＰＵ３１は先行車座標系データ５４に基づき仮想三次元空間内で先行車のポリゴンデータを特定する。特定されたポリゴンデータは規定の投影面上に座標変換される。こうしてスクリーン１８に映し出される画像内では、例えば図４に示されるように、先行車の後ろ姿６６は再現されることができる。教習生はリアルに車間距離を体感することができる。先行車の後ろ姿６６は進路上の前方注視点６７として機能する。

脇見運転の実現にあたって、ＣＰＵ３１は、例えば図５に示されるように、ステップＳ１で基準位置を設定する。この基準位置は教習行路６１上で任意に配置されればよい。基準位置は予め決められた位置に設定されてもよくランダムに設定されてもよい。こうして基準位置が設定されると、ステップＳ２で、基準位置に仮想車両が到達したか否かが判定される。このとき、スクリーン１８上には、前述のように、教習生の視界を再現する画像が映し出され続ける。

仮想車両が基準位置に到達すると、例えば図６に示されるように、ＣＰＵ３１はステップＳ３でスクリーン１８上の画像上に注視物６８を映し出す。注視物６８は教習行路６１すなわち進路から外れた位置に表示される。注視物６８には例えばタレントその他の有名人や動物などが用いられればよい。こうして教習生の視線は先行車の後ろ姿６６から注視物６８に移行する。注視物６８は脇見注視点６９として機能する。教習生の意識は脇見注視点６９に集中する。こうして前方注視点６７から離れた脇見注視点６９に意識の集中を誘引する事象は生成される。注視物６８の生成方法は後述される。

注視物６８の描画と同時にＣＰＵ３１はタイマ５７に向けてトリガ信号を出力する。その結果、第１タイミングでタイマ５７の計時が開始される。ステップＳ４でＣＰＵ３１はタイマ５７の計時を監視する。タイマ５７で予め決められた時間が経過すると、ＣＰＵ３１は第２タイミングで通知信号を受信する。こうしてステップＳ４で通知信号を受信すると、ＣＰＵ３１の処理はステップＳ５に移行する。

ステップＳ５でＣＰＵ３１はスクリーン１８の画像上で先行車を急停車させる。こういった急停車の実現にあたってＣＰＵ３１は仮想三次元空間内で急激に先行車の移動を減速させる。ここでは、先行車の位置の特定にあたって、設定された車間時間は無視されればよい。こうして第１タイミングでは予測不可能な事象が第１タイミングから所定時間経過後の第２タイミングで生成される。教習生が急激にブレーキペダル３５を踏まない限り、スクリーン１８上で先行車の後ろ姿６６は急激に接近する。こうして教習生はリアルに脇見運転の危険性を体感することができる。

ここで、注視物６８の生成方法を詳述する。図７に示されるように、ステップＴ１でＣＰＵ３１は基準位置の仮想車両の車速を特定する。続くステップＴ２で、ＣＰＵ３１は、所定時間経過後の仮想車両の予測到達位置を特定する。特定にあたってＣＰＵ３１は基準位置からの予測走行距離を算出する。算出にあたってＣＰＵ３１は所定時間経過中に一定速度の持続を仮定する。所定時間にわたって車速の積分値が算出されればよい。予測到達位置は仮想三次元空間内で特定される。特定された予測到達位置に基づき、ＣＰＵ３１はステップＴ３で仮想三次元空間内で注視物６８を構築する。構築にあたってＣＰＵ３１は注視物データ５５内のポリゴンデータを利用する。

ステップＴ４でＣＰＵ３１は前述と同様に自車座標系データ５１で特定される視点や視野に基づき注視物６８の画像を描画する。描画にあたってＣＰＵ３１は色データ５６を参照する。色データ５６から最適な色が選択される。色の選択にあたってＣＰＵ３１は背景色を確認する。背景色に応じて注視物６８は色塗りされる。

予測走行距離の算出にあたってＣＰＵ３１は基準位置で車速に加えて加速度を参照してもよい。ＣＰＵ３１は所定時間経過中に一定加速度の維持を仮定する。こうした仮定に基づき所定時間にわたって車速の積分値が算出されればよい。

なお、前述の脇見運転モジュール４６では、教習行路６１上に上り坂６４ａや下り坂６４ｂが必ずしも存在しなくてもよい。前述のように脇見の実現にあたって、必ずしも画像が利用される必要はなく、模擬車体１２内で教習生の気を引く事象が生成されればよい。

本発明に係る移動体シミュレータ装置の一具体例すなわち自動車教習用４輪シミュレータ装置の外観を概略的に示す斜視図である。４輪シミュレータ装置の制御系を概略的に示すブロック図である。仮想移動経路データの構造を概略的に示す概念図である。先行車の後ろ姿すなわち前方注視点を含む画像を概略的に示す概念図である。脇見運転モジュールの処理を概略的に示すフローチャートである。注視物すなわち脇見注視点を含む画像を概略的に示す概念図である。注視物の生成工程を概略的に示すフローチャートである。

符号の説明

１１移動体シミュレータ装置としての４輪シミュレータ装置、１５座席、１８画像表示装置（スクリーン）、３１第１事象生成手段および第２事象生成手段（演算手段）としてのＣＰＵ、３８画像生成手段としての描画回路、４６移動体シュミレータ装置用プログラム（脇見運転モジュール）、６１進路（教習行路）、６７前方注視点、６８注視物、６９脇見注視点。

Claims

座席と、前記座席の前方に配置されて、運転手の視界を再現する画像中に進路および前記進路上の前方注視点である先行移動体を映し出す画像表示装置と、仮想三次元空間内で特定される基準位置での移動体の速度に基づき所定時間経過後の前記移動体の予測到達位置を算出し、前記画像上で前記予測到達位置を特定する演算手段と、特定された前記予測到達位置に基づき前記画像上で前記進路から外れた位置に注視物を描き出した後、前記画像中の前記進路上で移動を停止する前記先行移動体を描き出す画像生成手段とを備えることを特徴とする移動体シミュレータ装置。
請求項１に記載の移動体シミュレータ装置において、前記演算手段は、前記予測到達位置の算出にあたって、前記基準位置での前記移動体の加速度をさらに参照することを特徴とする移動体シミュレータ装置。
画像表示装置上で、運転手の視界を再現する画像中に進路および前記進路上の前方注視点である先行移動体を演算処理回路が映し出す手順と、仮想三次元空間内で特定される基準位置での移動体の速度に基づき、所定時間経過後の前記移動体の予測到達位置を前記演算処理回路が算出する手順と、前記画像上で前記予測到達位置を前記演算処理回路が特定する手順と、特定された前記予測到達位置に基づき、前記画像上で前記進路から外れた位置に注視物を前記演算処理回路が映し出す手順と、前記注視物を描き出した後に前記画像中の前記進路上で移動を停止する前記先行移動体を前記演算処理回路が描き出す手順とを備えることを特徴とする移動体シミュレータの制御方法。
画像表示装置上で、運転手の視界を再現する画像中に進路および前記進路上の前方注視点である先行移動体を映し出す手順と、仮想三次元空間内で特定される基準位置での移動体の速度に基づき、所定時間経過後の前記移動体の予測到達位置を算出する手順と、前記画像上で前記予測到達位置を特定する手順と、特定された前記予測到達位置に基づき、前記画像上で前記進路から外れた位置に注視物を映し出す手順と、前記注視物を描き出した後に前記画像中の前記進路上で移動を停止する前記先行移動体を描き出す手順とを演算処理回路に実行させることを特徴とする移動体シミュレータ装置用制御プログラム。