JP4677633B2 - 匂い提示システム - Google Patents

Description

本発明は、バーチャルリアリティ空間の構成物に匂いをつける匂い提示システムに関し、当該空間を利用する人間が、当該構成物に関する情報をより多く記憶できるようにすることを狙いとしたものである。

近年、計算速度の高速化、メモリの大容量化などにより、コンピュータによって生成されるバーチャルリアリティ空間（ＶＲ空間と呼ぶ）は大型化、高精細化の傾向にある。例えば、大きなビルや街並をＶＲで生成し、視覚的にはあたかもその中に居る感覚を作り出せるようになってきつつある。しかし、ＶＲ空間が大きくなり、当該空間の利用が広がるにつれて、現実の空間とは異なる違和感が生じる問題も指摘され始めている。

現実の空間では、視覚以外にも様々な感覚刺激が得られるため、新しい地理空間でも一度訪れれば記憶に残りやすい。例えば、街並を歩行する場合は、能動的に歩行することによって得られる体性感覚、各店舗などから発生される音、匂いなどが視覚と結びついて、記憶として定着されやすい。

一方、ＶＲ空間では、従来、視覚的な情報提示が中心であったため現実感に限界があり、新しい地理空間に入って所定時間を過ごしても当該地理空間の構成物に関する情報が記憶に残りにくい問題がある。今後、ＶＲ空間が更に大きくなり、生活の一部として身近に利用されるようになってくる場合に、この問題は大きくなると思われる。現実空間で生活するのと同じように空間構成物が記憶に定着されやすいシステムを実現していく必要がある。しかし、ＶＲ地理空間を提示する感覚刺激量と当該空間構成物の記憶量との関係は、あまり研究されていない。

以下では、様々な感覚情報を提示するバーチャルリアリティ技術について、本発明に関連する従来例について具体的に説明する。

視覚と音響を提示するシステムとしては、特許文献１の例がある。当該文献には、仮想空間において使用者の携帯部の３次元位置が予め定めた所定条件になったときに、仮想物体との接触があったと判定し、振動および音響によって提示する制御方式が開示されている。

視覚と力感覚を提示するシステムとしては、特許文献２の例がある。当該文献には、仮想空間においてデータグローブを用いて作業する環境において、仮想空間に表示された手に加えられる仮想触覚刺激に連動させて、実際の手にデータグローブによって触覚刺激を同期させることで、現実感を与えようとする制御方式が開示されている。

この他、聴覚情報と触覚情報を提示して空間を知覚させるシステムも視覚障害者支援などの分野で開発されている。

しかし、これらの技術は、利用者が広い空間を能動的に移動するためと言うよりも、比較的狭い限定された空間において作業する場合に、作業効率を向上させることや臨場感を向上させることを目的とする場合が多い。

ＶＲ技術で大きな地理空間を構成し、利用者が当該空間を能動的に探索する際にその構成物が記憶に残りやすいようにすることを目的としたマルチモーダル技術については従来少ない。特に、ＶＲ空間の構成物に匂いをつけ、視覚、聴覚、触覚、および、嗅覚刺激の提示によって、広い空間の構成物が記憶に残りやすいようにする技術は例が見当たらない。

次に、本明細書では、後に産業への応用例として、ＶＲ技術を用いた視覚障害者支援システムを挙げるので、同システムの背景についても説明する。弱視者を含む視覚障害者が社会の中で積極的に生きることを支援するシステムとして、地理情報事前学習システムがある。このシステムの目的は、外出に先立って、その日に行動する予定の地理情報を事前に学習し、地理上の構成物をできるだけ多く記憶してもらい、行動しやすくすることである。視覚障害者にとって、これから外出しようとする実空間を、バーチャルな環境で体験し、記憶に定着させる作業は重要である。視覚は利用できないものの、その他の感覚刺激情報を用いて、地理空間の記憶を支援しようとするシステムがいくつか提案されている。

従来、触地図、電話による音声案内、点字による説明などが利用されている。触地図は、距離と方向の情報や地形の形状を凸凹で表現するもの、音声案内は、目的地に電話し最寄駅からの道順や指標を案内してもらうもの、点字は、当該情報を点字資料から読み取るものである。しかし、これらの手段は別々に用いられることが多く、その場合相当の訓練をしないと記憶に残りにくく使い難い問題がある。また、触地図は作成が難しく費用が掛かる問題もある。

一方、聴覚と触覚を同時に利用したマルチモーダル技術としては、特許文献３に開示されている視覚障害者用地図認識音声装置などがある。この装置では音声と突起触覚を用いて建物の位置と名称、方向、距離などの情報を表現することが可能である。しかし、現実空間と対応つけて記憶するには相当の訓練を必要とするという問題は同様である。
特願２０００−２７３０２８ 特願２００２−１３９２０９ 特開２００３−１４０５４６号公報

以上のような技術的背景を踏まえ、本発明のシステムは、ＶＲ技術で生成された広い地理空間を利用者が能動的に移動する状況において、当該空間の構成物の位置やその特徴を匂い提示を含むマルチモーダル技術によって効率よく記憶できるようにするものである。感覚提示情報としては、視覚、嗅覚情報を基本とするシステムであるが、聴覚、触覚情報を組み合わせて使用することも可能とする。具体的な課題は以下の通りである。

ＶＲ空間の構成物に匂いをつける場合、どのような種類の匂いを、どの程度の強さで、どのようなタイミングで提示すると現実空間に近くなり記憶しやすいか、そのためにどのようなシステム構成にすると融通性、拡張性があるかなどが大きな課題である。

また、現実の地理空間を歩行する状況においては、歩行者が移動するにつれて、匂いは頻繁に変化するため、ＶＲ空間の構成物に匂いを付加する場合、匂いを高速度で切り替えて提示する技術が課題になる。更に、他の感覚情報との連携も課題である。

＜手段１＞上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、図１および図２に対応付けて説明すると、３次元データベース（１０）と、利用者の位置を検出する手段（Ｖ）と、前記３次元データベース（１０）から前記利用者の位置から見た構成物を選択して透視投影変換して表示手段（３０）に表示する３次元空間構成処理手段（２１）と、前記利用者の位置と前記構造物（Ａ、Ｂｍ）との距離を計算する構造物距離計算手段（２３）と、当該距離が所定条件を満たしたときに匂い制御情報を出力する匂い制御情報生成手段（２４）と、当該匂い制御情報を入力として所定の匂いを放出する匂い提示装置（５０）と、を備えた匂いシステムにおいて、前記匂い提示装置は、砲筒（５１）と、前記砲筒内の香料ガスを塊として放出する気流発生手段（５５）とによって構成され、前記匂い制御情報生成手段（２４）が、前記利用者の位置と前記構造物（Ａ、Ｂｍ）との距離が近づくに従って当該構造物（Ａ、Ｂｍ）からの匂いを強くし、前記利用者の位置と前記構造物（Ａ、Ｂｍ）との距離が離れるに従って当該構造物（Ａ、Ｂｍ）からの匂いが弱くなるように、前記気流発生手段（５５）から放出される香料ガスの塊を制御して利用者の嗅覚器付近の濃度を変化させることを特徴とする匂い提示システムに存する。

手段１において、構成物に付ける匂い制御情報は、現実空間で感じるのと同様な種類、および、強度の匂いを出力するように制御する情報であり、予め、当該構成物と当該匂い制御情報を対応付けてデータベース化しておくことが望ましい。

＜手段２＞請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の匂い提示システムにおいて、前記バーチャルリアリティ空間は３次元地理空間であって、前記構造物は、道路および建物を含み、当該建物の座標には匂い種類情報が割り当てられ、前記匂い制御情報生成手段は、前記構造物距離計算手段によって計算される距離が所定以下になった場合に当該匂い種類情報及び当該匂い濃度情報を含む制御情報を生成することによって、匂い変化に伴う前記３次元地理空間を利用者に記憶させることを特徴とする匂い提示システムに存する。

また、前記視点（Ｖ）または前記３次元カーソル（Ｋ）が特定の建物（Ｂｍ）に近づく際に、前記建物（Ｂｍ）に割り当てられた匂い種類（Ｅｍ）の匂い強度は、周辺の建物に割り当てられた匂い種類の匂い強度に対して相対的に強くなるように制御されることが望ましい。

＜手段３＞請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の匂い提示システムにおいて、前記利用者に所定の強さの匂いが提示されるべき環境にあっては、前記匂い提示装置は、香料ガスに対する嗅覚順応を低減するために間欠的に放出制御されることを特徴とする匂い提示システムに存する。

＜手段４＞請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３何れか１項に記載の匂い提示システムにおいて、音響提示手段を備え、前記構造物距離計算手段によって計算される距離が所定以下になった場合に、当該音響提示手段は、当該構造物に関する情報をアナウンスすることによって、音響と匂い変化に伴う前記バーチャルリアリティ空間を利用者に記憶させることを特徴とする匂い提示システムに存する。

当該音響提示手段は、前記匂いの提示と同期させることができる。また、当該アナウンス内容は、建物の種類、業種、名称、高さなどが可能である。

＜手段５＞請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項３何れか１項に記載の匂い提示システムにおいて、体性感覚提示手段を備え、前記構造物距離計算手段によって計算される距離が所定以下になった場合に、当該体性感覚提示手段は、当該建物に関する情報を力触覚によって提示することによって、体性感覚と匂い変化に伴う前記バーチャルリアリティ空間を利用者に記憶させることを特徴とする匂い提示システムに存する。

また、当該３次元カーソル（Ｋ）は当該体性感覚提示手段によって制御されてもよい。当該体性感覚提示は、前記匂いの提示と同期させることができる。また、当該体性感覚提示内容は、建物の境界、ドア部、階段などを力触覚で提示することが可能である。

＜手段１および手段２の効果＞
（ア）視点から３次元空間を透視投影した画像を利用者に提示する環境において、利用者の視点または当該視点付近に設定する３次元カーソルと前記構成物との距離を計算し、当該距離によって、予め当該構成物に割り当てられた種類の匂いを当該匂いの強度を変えて利用者に放出するため、現実空間を散策する際の匂いを再構成できる。例えば、花屋と病院の並ぶ街並の場合、利用者が所定の距離内に入ると、２つの建物に割り当てられた匂いが混ざり合って提示され、花屋に近づくにつれ、花系の匂いが強くなり、バラ売り場に近づくと、バラの匂いが鮮明になる、などの匂いの演出が可能である。

（イ）大脳の中で匂いを処理する中枢系は、情動を司る中枢系の近くに位置するため、匂いは過去の体験（エピソード）とともに記憶としてしっかり定着されており、似たような匂いを嗅ぐと当該過去の体験が想起されやすい性質がある。従って、利用者に提示しているＶＲ空間の構成物に、適切な匂いを連動させて提示すると、前記過去の体験記憶（エピソード記憶）が想起し、当該ＶＲ空間はより現実的なものとして知覚される。そこで、新たなＶＲ体験があれば、当該体験は新たな記憶として再構成され定着されやすい。

また、本発明は、視覚と嗅覚提示を基本とし、触覚、聴覚を適宜加えて構成できるシステムであるが、その応用としては、視覚提示機能を利用せず、嗅覚、触覚、聴覚提示機能を用いることも可能である。例えば、視覚障害者が外出する際の地理学習支援にも適用でき、学習時間を短縮する効果がある。

具体的には、利用者は触覚等の体性感覚を通じて認知しようとしている歩行目印対象から現実空間で知覚されると同様な匂いが提示されると、記憶の呼び起こし（プルースト効果）が起き、地理情報は効率よく記憶される。従って、地理を直感的に自然に理解しやすく、長期の学習と訓練を必要とせず構成物に関する情報を記憶することができる。

＜手段４の効果＞
（オ）音響提示手段を備え、匂いの提示に同期して当該匂いに対応する構成物の情報を聴覚器官に提示することができるため、より効率的に記憶することができる。

＜手段５の効果＞
（カ）体性感覚提示手段を備え、匂いの提示に同期して当該匂いに対応する構成物の情報を体性感覚器官に提示することができるため、より効率的に記憶することができる。

以下本発明の匂い提示システムの実施例について、図１および図２を参照しながら説明する。図１において、３次元データベース１０には、建物や道路を構成物とする３次元ＶＲ空間の地理情報が蓄積されており、当該構成物は、ＸＹＺ世界座標系で定義される。利用者の視点Ｖが決まると、当該建物や道路は、処理装置２０の３次元空間構成処理手段２１によって透視投影変換され、その結果が３次元表示装置３０の表示画面３１に表示される。

利用者の視点Ｖの検出手段としては、３次元位置追跡装置６０で利用者の頭部の動きを検出し、視覚器（眼）の３次元位置を推計することが可能である。６０は、磁界発生装置６１と当該装置から発生される磁気を計測する磁気センサ６２から構成される。６１を所定の場所に固定し、６２を頭部に装着することによって、利用者の視点Ｖの動きが検出できる。

また、広い地理空間を散策する目的を考えると、椅子などに座った状態で頭部を動かして視点を移動させるのは限界があるため、当該視点Ｖの移動操作に関しては、利用者の足や手の動きを連動させることもできる。４５は表示空間切り替え入力装置で、キーボード、マウス、ジョイスティック、フットスイッチなどで構成される。当該入力装置を操作することで、利用者が前記３次元ＶＲ空間の中を移動することを可能にしている。例えば、椅子に座った状態で、フットスイッチを、前後または左右に操作することで視点の移動を実現することができる。フットスイッチの操作は歩行動作に対応させ、磁気センサ６２の位置検出は、頭部を動かして視点を変える動作に対応させることができる。つまり、フットスイッチと磁気センサによってＶＲ空間内を広く移動することが可能である。

更に、手の動きに関しては、力触覚提示装置４０を用いることが可能である。４１は利用者の取っ手で３次元の移動と回転の６自由度を有している。利用者が当該装置の取っ手４１を握って手を動かすと、当該４１の位置ＫはＸＹＺ世界座標系に変換されて計測される。つまり、４１の動きは３次元ＶＲ空間内の手の動きＫに対応づけることができる。処理装置２０の３次元カーソル提示処理手段２２は、当該手の動きを３次元カーソルで可視化し、表示画面３１に提示するための処理を行う。

図２は、３次元ＶＲ空間の表示例であり、ＭＡＰは街並の一部を示したものである。Ａは道路に設置された突起状の触覚目印歩行板である。当該道路の両側には、花屋Ｂ１、医院Ｂ２、靴屋Ｂ３、八百屋Ｂ４が配置されている。利用者は、最初、当該３次元ＶＲ空間に対応つけて、Ｖ１の視点位置に居るものとする。Ｋ１は、利用者の手の位置を示す。利用者は、フットスイッチやキーボードを操作して視点をＶ２、Ｖ３、Ｖ４と移動して行く。

視点Ｖ１、Ｖ２から見たときの表示画面を（ア）に示す。同図では、表示画面に表示する空間が大きくなると計算コストが大きくなるため、視点Ｖの移動に伴って、Ｖの近くの３次元ＶＲ空間の一部分ＢＫを表示する例を示している。実空間であれば、Ｖ１から道路方向を見ると、遠方左側に花屋Ｂ１や医院Ｂ２が見えるため、ＶＲ空間でも表示すべきであるが、（ア）では、計算コストを少なくするため、表示していない。視点がＶ３、Ｖ４に移動したときの、表示画面はそれぞれ（イ）（ウ）で、この場合には各構成物が表示されている。

次に匂い提示方法について説明する。図２において、利用者が匂いを発する構成物に近づいて行き、匂いを発生させるべき条件が整うと、図1において、５０より利用者に匂いが提示される。当該匂いを発生させる条件は、構成物が匂いを発生する属性を持っているか、利用者の位置と構成物との距離が所定範囲にあるか等である。利用者の位置は、３次元ＶＲ空間内での前記視点Ｖ、または、前記３次元カーソルＫの位置で定義され、当該利用者の位置と構成物Ｂｍとの距離は、前記処理装置２０の構成物距離計算処理手段２３によって計算される。

図２において、視点がＶ１にある場合、各構成物Ｂｍは遠方なので、匂いは発生させない。視点がＶ２に移動すると、当該視点と花屋Ｂ１、または、医院Ｂ２との距離Ｄ１−２、Ｄ２−２は、前記所定距離に入ったと判断し、花屋と医院の典型的な匂いを提示する。Ｅ１は、花屋の典型的な花系の匂い、Ｅ２は、医院で使用する薬品系の匂いである。図１の制御装置２０の匂い制御情報生成手段２４は、花系の匂いと薬品の匂いを混合した匂い制御情報を生成する。

視点がＶ３に近づくに従って、Ｖ３と花屋Ｂ１との距離Ｄ１−３、および、Ｖ３と医院Ｂ２との距離Ｄ２−３は、Ｄ１−２、Ｄ２−２に比べて小さくなり、かつ、両者の平均的な距離に対して両者の間隔距離は相対的に大きくなる。つまり、２（（Ｄ２−２）−（Ｄ１−２））／（Ｄ１−２）＋（Ｄ２−２）＜２（（Ｄ２−３）−（Ｄ１−３））／（Ｄ１−２）＋（Ｄ２−２）となる。

実空間において人が感じる匂い強度（感覚量）は、匂い物質に近づくに従って、当該匂い物質からの距離に概ね比例して強くなる。前記例では、視点がＶ２からＶ３になると、花系の匂いと薬品の匂いがそれぞれ強くなると共に、医院に比べて花屋との距離の方が近いので、薬品に比べて花系の匂いをより強く感じるようになる。

そこで、図１の制御装置２０の匂い制御情報生成手段２４は、視点Ｖが花屋に近づくにしたがって、花屋の花系の匂いを強くし、相対的に医院の薬品系の匂いが弱くなるように制御する。

匂いの制御方法に関しては、ウエーバー・フェヒナーの法則、即ち、人間の感覚量は受容器への刺激量の対数に比例すると言う法則を利用する。ｙを感覚量、ｘを刺激量とすると、ｙ＝αＬｏｇ（ｘ）＋Ｃなる関係式が成立する。αは比例係数、Ｃは定数である。本発明では、ｙを匂いの感覚量、ｘを嗅覚器に提示する匂い濃度として適用する。例えば、利用者がＶ２からＶ３に移動したとき、花系の匂いが匂い感覚量で２倍になったとすれば、当該利用者に提示する匂い濃度はＶ２で提示していた濃度の概ね２乗になるように制御する。

図２において、視点がＶ３に至ると、（イ）の表示画面になるが、さらに、（イ）の中に侵入すると花屋Ｂ１との距離は極めて近くなるため、具体的な花の種類まで表示することが望ましい。これに合わせて、匂いは、花系のあいまいな匂いから当該具体的な花の匂いに換える。同図には示していないが、花屋の道路近くに水仙があり、その奥にバラがあるとすれば、水仙の匂いを一番強く、次にバラの匂いが強くなるように提示する。医院Ｂ２の匂いは相対的にかなり弱くする。

また、人には、嗅覚順応があり同じ匂いを提示しいていると、数１０秒の短い時間で匂い感覚が低下することが知られている。一方、匂いの変化に対して、嗅覚は比較的良く反応することが知られている。そこで、利用者への匂い提示は、利用者が１箇所に留まっている場合には、数秒〜数１０秒程度を１単位として間欠的に提示するように制御する。また、ＶＲ空間を移動することによって、利用者と匂い物質との距離が変化している場合には、当該距離をパラメータとして、前記のように、匂い濃度を変化させて提示するように制御する。

図２において、視点がＶ４に移った場合は、表示画面は（ウ）のように変化させる。匂い提示において、視点Ｖ１からＶ３までは、視点Ｖから構成物Ｂまでの距離をパラメータとして、匂い制御情報を生成したが、表示画面が（ウ）の例では、図１の構成物距離計算処理手段２３は、３次元カーソルＫ４と構成物Ｂ３、Ｂ４との距離を計算し、匂い濃度情報作成に反映させている。このように、本発明では、視点の代わりに視点の付近に設けた３次元カーソルと構成物と距離を計算し、匂い制御情報の生成に反映させてもよい。

前記のようにして匂いを提示することに加えて、当該匂い提示のタイミングにあわせて、あるいは、その前後に、匂いに対応する構成物に関する情報をアナウンスしてもよい。図１の７０は音響提示手段で、前記構成物距離計算手段（２３）によって計算される距離が前記匂い提示の所定条件を満たした場合に、当該建物に関する情報をアナウンスすることができる。当該アナウンスの内容は、建物の種類、業種、名称、高さなどが可能である。

前記匂いの提示は、３次元カーソルＫと構成物Ｂとの距離が所定範囲に入った場合に自動的に行う方法の他、体性感覚を与えてから提示する方法も可能である。図１の力触覚提示装置４０の取っ手４１を利用者が３次元ＶＲ空間を歩行する際の杖と定義し、当該杖を表示画面３１に表示し、当該杖が当該構成物Ｂの所定の場所に接触した場合に匂いを提示するような制御も可能である。例えば、建物のドア部を杖が触ってドアが開いたときに匂いを提示する、または、建物の境界や階段に杖が接触した場合に匂いを提示するなどの制御も可能である。

次に、前記匂い提示システムの処理フローの一例を図３、図４のフローチャートと図１を参照して以下に説明する。図３の処理が開始されると、ステップＳ１において、３次元ＤＢ（１０）から必要な構成物（Ａ，Ｂｍ）を選択し、ＶＲ空間を構成する。

次に、ステップ２では、３次元位置追跡装置６０を利用し検出された利用者の頭部の３次元位置からＶＲ空間における視点Ｖの位置を決定する。ステップ３では、ステップ１において構成されたＶＲ空間と、ステップ２において検出された視点Ｖの位置から、ＶＲ空間のレンダリングを行い表示画面３１に表示するよう３次元表示装置３０を制御する。

ステップ４はＶＲ空間移動のための判定処理で、利用者の足や手の動きと連動させた、キーボード、マウス、ジョイスティック、フットスイッチなどの表示空間切替え装置４５からの入力の有無を検出し、入力が存在しない場合（Ｎ）はステップＳ５に進み、入力が存在した場合（Ｙ）は入力された情報を保持してステップ２へ戻る。従って、当該表示切替え装置の作動によって３次元表示画像は変化する。

ステップ５は、ＶＲ空間の中から視点Ｖまたは手の動きＫの近くにある構成物を選択し、距離計算の対象とする関連付け処理である。

ステップ６は、視点Ｖまたは手の動きＫが、ＶＲ空間において目的地として定義された構成物の所定座標範囲内に存在するかどうかを判定し、存在しない場合（Ｎ）はステップ７へ進み、存在する場合（Ｙ）はステップ１０へ進み、音声等により目的地到達案内を行い終了する。

ステップ７は、力触覚提示装置４０の取っ手４１を握った利用者の手の動きを検出し、当該手の動きをＶＲ空間における手の動きＫに関連付け、表示画面３１に３次元カーソルとして表示する処理である。

ステップ８は、視点Ｖと構成物Ｂｍとの距離、または、手の動きＫに関連付けられた３次元カーソルと構成物Ｂｍとの距離を計算し、当該構成物Ｂｍの属性と当該距離とを関連付けて所持し、ステップ９に進む。

図４は、匂い制御情報生成手段の処理フローである。ステップ１１はステップ８の出力データを取得する。ステップ１２は、出力データとして、構成物Ｂｍの属性と距離の関連付けデータが存在するかどうかを確認し、存在する場合（Y）はステップ１３へ進み、存在しない場合（N）は匂い制御情報生成手段終了となる。

ステップ１３では、ステップ１２で取得した距離データから提示する匂いの強度情報を作成する。ステップ１４では、当該作成された匂い強度情報と、建物Ｂｍの属性情報を用いて、建物Ｂｍの匂いを提示するように匂い提示装置５０を制御し、ステップ１５へ進む。

ステップ１５では、建物Ｂｍに関連付けられた音声データを３次元データベース１０より取得し当該音声データを提示するように音響提示装置７０を制御し、ステップ１１へ戻る。

次に、バーチャルリアリティ地理空間の構成物に匂いを提示することによる記憶向上効果について説明する。前記のように、匂いを発生する性質の構成物を画面に表示し、同時に実際に匂いを提示していると、利用者は当該構成物を見ただけで、無意識に匂いを意識するようになる。これを嗅覚印象の知覚予期という。知覚予期から発展的に考えると、匂いの記憶は視覚や聴覚の記憶と結び付き、当該構成物の記憶は長期間安定化すると考えられる。ここでは、これを視覚や聴覚と嗅覚の統合相互作用と呼ぶ。

しかし、従来、この効果は実験的に確認されていない。そこで、発明者らは、当該統合相互作用が存在することを、以下のような実験を行って証明した。先ず、図２のようなＶＲ地理空間を大規模にして、当該空間を３次元マウス、または、触覚提示装置を用いて移動できるようにした。次に、道路には、数多くのビルや店などの構成物を配置し、当該構成物には特徴のある匂いを割り当て、被験者が当該構成物に近づいた際に当該匂いを提示することができるようにした。また、当該構成物には説明音声情報を付加し、被験者が当該構成物に近づいた際に当該説明音声を聞けるようにした。つまり、被験者は、当該空間を視覚、触覚、嗅覚、聴覚を利用して移動することができるようにした。

この実験環境を用いて、被験者に当該地理空間を所定のコースで移動してもらい、道順や当該構成物をどの程度記憶できたか、当該記憶をどの程度長く保持できたかについて、当該構成物に匂いを付加した場合と付加しなかった場合について比較する実験を行った。

本実験は、視覚、聴覚、触覚など従来用いられてきた情報提示に嗅覚情報提示を加えた場合、地理空間は効率よく記憶されるかどうかを調べるものである。提示する情報の種類を替えて様々な実験を行ったが、以下では、一例として、盲人が外出する際に事前に行う地理記憶事前学習をモデル化した実験について述べる。盲人にとって、外出に先立って地理情報を記憶することは極めて大切なことである。

盲人を対象にした実験であるので、本発明システムの機能の中で、視覚情報提示機能は使わず、触覚、聴覚、嗅覚の３つの感覚器官を利用した場合と触覚、聴覚のみを利用した場合とで、ＶＲ地理空間の記憶について調べた。

被験者には、上記バーチャル技術で構成した街を所定時間で歩行してもらい、道路際にある構成物を順次記憶する学習課題を与えた。図５は、実験結果の一例である。横軸は学習回数と経過時間、縦軸は記憶している建物名の数、即ち、記憶量を示している。３回の記憶学習で記憶量は、匂い有り、無しの何れの条件でも増加するが、匂い有りの方が、増加量が大きいことが分かる。注目すべきは、３回の学習後の時間経過に対する記憶量の変化である。匂い無しの条件では、２日程経過すると半分以上を忘れてしまうのに対し、匂い有りの条件では、記憶量の減少が少ないことが特徴的である。

図６は、同様の実験で、建物の空間位置の記憶量を測定した結果である。学習による記憶量の増加は、匂い有りの方がはるかに多く、時間経過に対する記憶量の減衰は、匂い有りの方がはるかに少ない。

この実験から、構成物を説明する音声情報に適切な匂いを付加すると記憶量は増加し、一旦記憶した情報は安定し長く保持されることが分かる。

以上は、本システムにおいて、視覚提示機能を使用しない場合の実験結果であるが、刺激情報の種類を変化させ、例えば、視覚、聴覚、嗅覚の３種類と、視覚、聴覚のみの場合で比較しても、嗅覚刺激を付加した方の記憶量が増大する結果が得られた。

これらの実験から、ＶＲ空間の構成物に矛盾のない適切な匂いを付加することは、記憶量の増大、安定化に有効であることが分かる。ここで、矛盾のない適切な匂いとは、現実空間で感じるような刺激のことである。つまり、図２の例では、花屋では花系の匂い、八百屋では果物系の匂いを提示することが望ましく、これらを逆にすると、人は現実空間とＶＲ空間の違いに混乱が生じ、前記のような作用を生じないこともある。

構成物に匂いを付加する効果としては、記憶の安定の他、臨場感の向上も挙げられる。これは、過去に同様な経験をしたことがある場合に顕著に現れる。例えば、実空間でＶＲと同様な構成物、同様な匂いがする場所に行った経験がある場合には、ＶＲ空間の構成物に匂いを付けるか付けないかは、利用者の認識に大きな影響を与える。匂いを付ければ、その場にいたときの記憶が甦り、臨場感が高まることを実験的に確認している。

図７は、本発明に使用する匂い提示装置の構成例である。５３１、５３２、５３３は、各々、花屋Ｂ１、医院Ｂ２、靴屋Ｂ３に付加する特徴的な香料液体を蓄積する香料容器である。当該容器の液体は、同図には示していない少量滴下ポンプにより、超音波振動子５４の振動面に供給される。当該超音波振動子５４が駆動されると、当該混合液体は霧化され複数香料が混合したガスになる。当該ガスは細い香料筒５２内に溜まる。

５１は太い空気筒で、５２と５１は中空で連結されている。５５は空気ポンプで構成される気流発生手段である。５５２は錐形膜、５５４は蛇腹膜、５５３はソレノイドで、５５３が駆動されると錐形膜５５２が同図左側に移動し、当該筒５１内の空気を左側に押し出す。５２内の前記混合ガスは塊Ｌｍとなって香料筒の前方に放出される。Ｌｍは数ｍの距離、リング状の形を崩さずに飛行する。従って、利用者の鼻を目標にして放出すると、空間的にも時間的にもピンポイントで匂いを提示できる。利用者が当該塊のガスを吸ってしまうと、匂いは周辺に拡散することがないので、次々に違う匂いをガスの塊として提示することができる。

なお、図７では、香料筒５２の中に超音波振動子５４を実装し、筒の中で霧化させたが、当該筒の外側で数種類の香料を霧化させ混合し、当該混合ガスを香料筒５２に導くようにしてもよい。

また、図７の５３１、５３２、５３３には、嗅覚の基調となる代表的な香料を蓄積させてもよい。前記構成物に割り当てられる匂い種類情報（Ｅ１〜Ｅｎ）を当該基調香料の成分比として定義しておき、当該成分比になるように当該基調香料を混合してガスを生成してもよい。基調香料を組み合わせることで、極めて多くの匂いを生成することができる。

本発明は、臨場感の高い地理空間バーチャルリアリティシステムに最適である。現実の空間を散策する場合に近い嗅覚刺激を含む様々な感覚刺激が提示されるため、当該地理空間が記憶に残りやすい。特に、広いＶＲ空間で長時間作業を行うような場合に、作業効率の向上は顕著である。また、盲人の外出時の地理情報事前学習システムとして利用できる。この場合、本システムの視覚機能は十分には作用しないものの、他の感覚提示機能を利用して、利用者に地理空間を効率よく記憶させることができる。その他、ゲーム、シミュレータなどへの利用も可能である。

本発明の実施例でシステムのハードウェア構成図である。 ＶＲで生成された地理空間と匂い制御方法を示す図である。 本発明のソフトウエアの処理フローである。 匂い制御情報生成手段の処理フローである。 記憶量実験結果であり、建物名の回答平均正答率である。 記憶量実験結果であり、建物の空間位置の回答平均正答率である。 匂い提示装置の構成例である。

符号の説明

１０ ３次元データベース
２０ 処理装置
２１ ３次元空間構成処理手段
２２ ３次元カーソル提示処理手段
２３ 構成物距離計算処理手段
２４ 匂い制御情報生成手段
３０ ３次元処理装置
３１ 表示画面
４０ 力触覚提示装置
４１ 取っ手
４５ 表示空間切替え入力装置
５０ 匂い提示装置
５１ 空気筒
５２ 香料筒
５３１、５３２、５３３ 香料液体を蓄積する香料容器
５４ 超音波振動子
５５ 空気ポンプ式気流発生手段
５５１ 空気ポンプ筐体
５５２ 錐形膜
５５３ ソレノイド
６０ ３次元位置追跡装置
６１ 磁気発生装置
６２ 磁気センサ
７０ 音声・音響提示装置
Ｌｍ リング状の匂いの塊

Claims (5)

1. ３次元データベースと、利用者の位置を検出する手段と、前記３次元データベースから前記利用者の位置から見た構成物を選択して透視投影変換して表示手段に表示する３次元空間構成処理手段と、前記利用者の位置と前記構造物との距離を計算する構造物距離計算手段と、当該距離が所定条件を満たしたときに匂い制御情報を出力する匂い制御情報生成手段と、当該匂い制御情報を入力として所定の匂いを放出する匂い提示装置と、を備えた匂いシステムにおいて、
   前記匂い提示装置は、砲筒と、前記砲筒内の香料ガスを塊として放出する気流発生手段とによって構成され、
   前記匂い制御情報生成手段が、前記利用者の位置と前記構造物との距離が近づくに従って当該構造物からの匂いを強くし、前記利用者の位置と前記構造物との距離が離れるに従って当該構造物からの匂いが弱くなるように、前記気流発生手段から放出される香料ガスの塊を制御して利用者の嗅覚器付近の濃度を変化させる
   ことを特徴とする匂い提示システム。
2. 請求項１に記載の匂い提示システムにおいて、
   前記バーチャルリアリティ空間は３次元地理空間であって、前記構造物は、道路および建物を含み、当該建物の座標には匂い種類情報が割り当てられ、前記匂い制御情報生成手段は、前記構造物距離計算手段によって計算される距離が所定以下になった場合に当該匂い種類情報及び当該匂い濃度情報を含む制御情報を生成することによって、匂い変化に伴う前記３次元地理空間を利用者に記憶させる
   ことを特徴とする匂い提示システム。
3. 請求項１に記載の匂い提示システムにおいて、
   前記利用者に所定の強さの匂いが提示されるべき環境にあっては、前記匂い提示装置は、香料ガスに対する嗅覚順応を低減するために間欠的に放出制御される
   ことを特徴とする匂い提示システム。
4. 請求項１〜請求項３何れか１項に記載の匂い提示システムにおいて、
   音響提示手段を備え、前記構造物距離計算手段によって計算される距離が所定以下になった場合に、当該音響提示手段は、当該構造物に関する情報をアナウンスすることによって、音響と匂い変化に伴う前記バーチャルリアリティ空間を利用者に記憶させる
   ことを特徴とする匂い提示システム。
5. 請求項１〜請求項３何れか１項に記載の匂い提示システムにおいて、
   体性感覚提示手段を備え、前記構造物距離計算手段によって計算される距離が所定以下になった場合に、当該体性感覚提示手段は、当該建物に関する情報を力触覚によって提示することによって、体性感覚と匂い変化に伴う前記バーチャルリアリティ空間を利用者に記憶させることを特徴とする匂い提示システム。

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