JP6268312B1 - 地震動擬似的再現システムおよび地震動擬似的再現方法 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえば起震装置のみではその物理的制約により再現不可能な長周期地震動などを擬似的に再現することを実現する地震動擬似的再現システムを提供することである。【解決手段】本発明に係る地震動擬似的再現システムは、第１パターンの振動を発生させる起震手段と、前記第１パターンよりも最大振幅が大きい第２パターンの振動を体感させるべく、前記起震手段が発生させる振動を受ける被験者に対して、少なくとも視覚要素を含む付加情報を提示する拡張現実手段と、を具備するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、被験者に地震動を体感させるための地震動擬似的再現システムおよび地震動擬似的再現方法に係り、特に、たとえば起震装置のみではその物理的制約により再現不可能な長周期地震動などを擬似的に再現することを実現する地震動擬似的再現システムおよび地震動擬似的再現方法に関する。

近年、大規模地震発生時の防災対策への関心が、自治体、学校、企業などにおいて高まっている。従来、これら自治体、学校、企業などでの防災啓発活動において、被験者に地震動を体感させるための起震装置が利用されている。

特開２００９−６９４６３号公報

最近では、高層建築物の増加に伴い、長周期地震動が注目され始めている。巨大地震により発生する、振幅が大きく周期が長い地震波、つまり長周期地震波は、地表面を減衰することなく伝わり、震源地から遠く離れたところまで達し、また、長周期地震波のみが卓越する。この長周期地震波による建物の応答スペクトルとして、加速度応答スペクトル、速度応答スペクトル、変位応答スペクトルがある。

加速度応答スペクトルが極大（または最大）となるような固有周期をもつ建物は共振を起こし、建物が受ける地震波による加速度が増幅された状態となる。共振による建物自体への影響は然る事ながら、長周期地震波による最大の特徴は、速度応答スペクトルおよび変位応答スペクトルが極大となる、より固有周期の大きい建物（高層または超高層ビルなど）において、固定されていないオブジェクト（棚、テーブル、イスなどの家具）が、極大となる速度応答スペクトルの速度および変位応答スペクトルの変位で動きだし、その空間にいる人間を危険に晒すことである。

一方、たとえば起震車に搭載される起震装置などでは、その物理的制約により、発生させることのできる振動の振幅には上限が設けられる。したがって、その上限を超える振幅の長周期地震動を再現することはできない。より詳細には、加速度応答スペクトルの加速度と速度応答スペクトルの速度とは再現可能であるが、変位スペクトルの変位、特に、長周期地震波による変位応答スペクトルが最大となる固有周期での変位の再現は、起震装置の物理的なストロークの問題から不可能である。すなわち、被験者に長周期地震動を体感させることは不可能であった。

本発明が解決しようとする課題は、たとえば起震装置のみではその物理的制約により再現不可能な長周期地震動などを擬似的に再現することを実現する地震動擬似的再現システムおよび地震動擬似的再現方法を提供することである。

本発明に係る地震動擬似的再現システムは、第１パターンの振動を発生させる起震手段と、前記第１パターンよりも最大振幅が大きい第２パターンの振動を体感させるべく、前記起震手段が発生させる振動を受ける被験者に対して、少なくとも視覚要素を含む付加情報を提示する拡張現実手段と、を具備し、前記付加情報は、前記第１パターンの振動の周波数に対して４ｎ（ｎは非負整数）＋１倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらせた振動を仮想的に発生させるための情報、または、前記第１パターンの振動の周波数に対して１／（４ｎ＋１）倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらせた振動を仮想的に発生させるための情報である。

また、本発明に係る地震動擬似的再現方法は、第１パターンの振動を発生させることと、前記第１パターンよりも最大振幅が大きい第２パターンの振動を体感させるべく、前記発生させる振動を受ける被験者に対して、少なくとも視覚要素を含む付加情報を提示することと、を具備し、前記付加情報は、前記第１パターンの振動の周波数に対して４ｎ（ｎは非負整数）＋１倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらせた振動を仮想的に発生させるための情報、または、前記第１パターンの振動の周波数に対して１／（４ｎ＋１）倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらせた振動を仮想的に発生させるための情報である。

本発明に係る地震動擬似的再現システムおよび地震動擬似的再現方法は、たとえば起震装置のみではその物理的制約により再現不可能な長周期地震動などを擬似的に再現することを実現する。

本発明の第１実施形態に係る地震動擬似的再現システムの機能ブロックを示す図。 同第１実施形態の地震動擬似的再現システムの一適用例を示す図。 同第１実施形態の地震動擬似的再現システムが有する起震装置が発生させる振動のイメージを表す図。 同第１実施形態の地震動擬似的再現システムにおける振動の発生と付加情報の提示との協調により擬似的に再現される長周期地震動のイメージを表す図。 同第１実施形態の地震動擬似的再現システムにおける視覚および聴覚による振動の変位増幅効果を得るための一具体例を示す図。 同第１実施形態の地震動擬似的再現システムの動作手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る地震動擬似的再現システムの機能ブロックを示す図。 同第２実施形態の地震動擬似的再現システムの一適用例を示す図。 同第２実施形態の地震動擬似的再現システムで用いられるＶＲオブジェクトを説明するための図。 本発明の第３実施形態に係る地震動擬似的再現システムの機能ブロックを示す図。 同第３実施形態の地震動擬似的再現システムの一適用例を示す図。 同第３実施形態の地震動擬似的再現システムの動作手順を示すフローチャート。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、第１実施形態に係る地震動擬似的再現システム１の機能ブロックを示す図である。この地震動擬似的再現システム１は、たとえば起震車に搭載される地震体験室などの開放型狭隘空間において被験者に地震動を体感させることを想定している。そして、この地震動擬似的再現システム１は、狭隘空間では物理的制約により再現が不可能な長周期地震動を、振動を発生させる技術と、仮想的な空間を作り上げる技術（仮想現実［ＶＲ：Virtual reality］）、より詳細には、現実空間に情報を付加して現実空間を拡張する技術（拡張現実［ＡＲ：Augmented reality］）または現実空間と仮想空間とを組み合わせる技術（複合現実［ＭＲ：Mixed reality］）とを融合させて擬似的に再現することを可能としたものである。つまり、この地震動擬似的再現システム１は、長周期地震波による変位応答スペクトルが最大となる固有周期での変位再現を可能とする。

図１に示すように、地震動擬似的再現システム１は、起震装置１１、補助装置１２および制御装置１３を有している。

起震装置１１は、振動を発生させる装置である。起震装置１１は、鉛直方向であるＹ軸方向の振動（縦揺れ）と、水平方向であるＸ軸方向の振動（横揺れ：左右揺れ）と、同じく水平方向であって、Ｙ軸およびＸ軸と直交するＺ軸方向の振動（横揺れ：前後揺れ）とを重ね合わせた振動を発生させることができる。もちろん、起震装置１１は、１方向のみの振動を発生させることもできるし、２方向の振動を重ね合わせた振動を発生させることもできる。また、起震装置１１は、必ずしも３方向の振動を発生させることができる機能を有していなくともよく、少なくとも１方向の振動を発生させることができる機能を有していればよい。

補助装置１２は、現実空間に付加する情報を被験者に提示するための装置であって、被験者に装着可能に構成される、たとえばヘッドマウントディスプレイなどである。補助装置１２は、光学透過型ディスプレイ１２１、音声出力部１２２およびセンサ１２３を有している。ここでは、補助装置１２が音声出力部１２２を有していることを想定するが、音声出力部１２２は必須ではない。

光学透過型ディスプレイ１２１は、補助装置１２が被験者に装着された際、表示面が被験者の視界と重なるように補助装置１２内に配置される。一方、音声出力部１２２は、補助装置１２が被験者に装着された際、被験者の耳孔近傍に位置するように補助装置１２内に配置される。表示面が被験者の視界と重なっている状態にある光学透過型ディスプレイ１２１においては、被験者によって目視される現実空間に重畳させて画像を表示することが可能である。センサ１２３は、補助装置１２の状態、より詳細には、位置、向き、動きなどを制御装置１３側において把握するためのデータを取得する。センサ１２３は、たとえば、ジャイロコンパス、加速度センサなどである。

制御装置１３は、起震装置１１と補助装置１２とを同期的に制御する装置である。制御装置１３は、主処理部１３１、ユーザインタフェース部１３２、データ記憶部１３３、駆動コントローラ１３４、ディスプレイコントローラ１３５およびサウンドコントローラ１３６を有している。なお、補助装置１２が音声出力部１２２を有しない場合、サウンドコントローラ１３６は不要となる。しかしながら、補助装置１２における音声出力部１２２の有無に関わらず、サウンドコントローラ１３６を有してもよい。また、制御装置１３と補助装置１２との間は、コードレス（無線通信）で接続されることが好ましく、その場合には、制御装置１３と補助装置１２との双方に、（図１には示されない）無線通信装置が設けられる。もちろん、制御装置１３と補助装置１２との間がコード（有線通信）で接続されてもよい。

主処理部１３１は、たとえば、ファームウェアを書き換え可能に格納する不揮発性メモリおよび作業領域として用いる揮発性メモリを内蔵するマイクロプロセッサであり、ユーザインタフェース部１３２を介して受け付けるオペレータの指示に応じて、データ記憶部１３３から必要なデータ（後述する地震動パターンデータ２１０）を読み出し、駆動コントローラ１３４を介して起震装置１１を制御するとともに、ディスプレイコントローラ１３５およびサウンドコントローラ１３６を介して補助装置１２を制御する。

ユーザインタフェース部１３２は、オペレータと制御装置１３との間で情報の受け渡しを行うためのモジュールである。ユーザインタフェース部１３２は、機械的な操作ボタン群が設けられる操作パネルであってもよいし、操作ボタン群をアイコンとして表示可能であり、かつ、アイコンに対する表示面上でのタッチ操作を検出可能なタッチスクリーンディスプレイであってもよい。

データ記憶部１３３は、たとえばＨＤＤ（Hard disk drive）などの不揮発性の記憶装置であり、再現する地震動に関するデータである地震動パターンデータ２１０を格納する。地震動擬似的再現システム１は、複数の地震動を再現することができ、地震動パターンデータ２１０は、これら複数の地震動と一対に作成されている。オペレータは、ユーザインタフェース部１３２を介して、複数の地震動の中の任意の地震動を選択することができる。主処理部１３１は、オペレータにより選択された地震動に対応する地震動パターンデータ２１０をデータ記憶部１３３から読み出す。なお、主処理部１３１の処理手順が記述されるプログラムを、主処理部１３１に内蔵される不揮発性メモリにファームウェアとして格納することに代えて、このデータ記憶部１３３に格納するようにしてもよい。あるいは、地震動パターンデータ２１０を、主処理部１３１に内蔵される不揮発性メモリに予め格納しておくようにしてもよい。この場合、データ記憶部１３３は不要となる。

地震動パターンデータ２１０は、振動データ２１１、画像作成用データ２１２および音声作成用データ２１３を含む。振動データ２１１、画像作成用データ２１２および音声作成用データ２１３は、相互間で時間的な同期が取られたデータである。補助装置１２が音声出力部１２２を有しない場合、音声作成用データ２１３は不要である。しかしながら、前述したように、補助装置１２における音声出力部１２２の有無に関わらず、サウンドコントローラ１３６を有してもよく、これと同様、地震動パターンデータ２１０に音声作成用データ２１３が含まれていてもよい。

振動データ２１１は、起震装置１１によって発生させる振動に関するデータである。主処理部１３１は、この振動データ２１１に基づき、駆動コントローラ１３４を介して起震装置１１により振動を発生させる。

画像作成用データ２１２は、補助装置１２により被験者に提示する画像、つまり、光学透過型ディスプレイ１２１に表示する画像に関するデータである。主処理部１３１は、補助装置１２のセンサ１２３によって取得されるデータと、この画像作成用データ２１２とに基づき、光学透過型ディスプレイ１２１に表示すべき画像を作成し、ディスプレイコントローラ１３５を介して光学透過型ディスプレイ１２１に表示する。光学透過型ディスプレイ１２１に表示される画像は、被験者によって目視される現実空間に重ね合される。この光学透過型ディスプレイ１２１による画像の表示により、実在しないオブジェクト（物体）を被験者の視界に登場させることができ、逆に、実在するオブジェクトを被験者の視界から消去することができる。また、被験者の視界内のオブジェクトに動き（歪みや移動を含む）を与えることもできる。被験者の視界は、センサ１２３によって取得されるデータから推定することができる。

このように、光学透過型ディスプレイ１２１による画像の表示は、現実空間を拡張するための被験者に対する付加情報の提示である。つまり、主処理部１３１は、拡張現実（ＡＲ：Augmented reality）機能を有している。また、主処理部１３１は、現実空間と仮想空間とを組み合わせるという観点から、複合現実（ＭＲ：Mixed reality）機能を有しているともいえる。

音声作成用データ２１３は、補助装置１２により被験者に提示する音声、つまり、音声出力部１２２から出力する音声に関するデータである。主処理部１３１は、補助装置１２のセンサ１２３によって取得されるデータと、この音声作成用データ２１３とに基づき、音声出力部１２２から出力すべき音声を作成し、サウンドコントローラ１３６を介して音声出力部１２２から出力する。この音声は、いわゆる効果音として被験者に提示される。音声出力部１２２による音声の出力も、現実空間を拡張するための被験者に対する付加情報の提示である。

また、以上のような、現実空間を拡張するための被験者に対する付加情報の提示、より詳細には、光学透過型ディスプレイ１２１による画像の表示と、音声出力部１２２による音声の出力とで、被験者に錯覚を起こさせることができる。この現象を利用して、地震動擬似的再現システム１は、起震装置１１が発生させることのできる上限の振幅の振動よりも振幅の大きい振動を被験者に体感させることを実現する。

図２は、この地震動擬似的再現システム１の一適用例を示す図である。

図２に示すように、ここでは、地震動擬似的再現システム１が、起震車に適用される場合を想定する。

起震車には、地震体験室１１１が搭載される。起震装置１１は、この地震体験室１１１を揺らすための装置として、たとえば地震体験室１１１の底面下に配置される。地震体験室１１１内には、たとえばテーブルやイスなどのオブジェクトが所定の位置に配置されている。地震体験室１１１の内壁も、オブジェクトとして扱うことができる。また、補助装置１２が、たとえばテーブル上の所定の位置に置かれている。制御装置１３は、たとえば地震体験室１１１と並ぶように起震車に搭載される。なお、制御装置１３は、必ずしも起震車に搭載されていなくともよい。

被験者は、地震体験室１１１に入場すると、たとえばテーブル上の所定の位置に置かれている補助装置１２を装着し、たとえば所定の位置に配置されているイスに着席する。制御装置１３の主処理部１３１は、被験者に装着される補助装置１２の状態を、たとえばテーブル上の所定の位置に置かれている状態を初期状態として、センサ１２３によって取得されるデータに基づき、追跡・推定する。地震体験室１１１内のオブジェクトは、所定の位置に配置されているので、補助装置１２の状態により、被験者の視界内にどのようにオブジェクトが存在するのかが特定される。なお、センサ１２３として、被験者の視線方向を撮像対象とするカメラを搭載し、撮像された画像を解析して、被験者に装着される補助装置１２の状態や、被験者の視界内にどのようにオブジェクトが存在するのかを判定してもよい。または、ジャイロコンパスや加速度センサなどとともにカメラを搭載し、これらにより取得されるデータから総合的に判定してもよい。

図３は、起震装置１１が発生させる振動のイメージを表す図である。

前述したように、起震装置１１は、鉛直方向であるＹ軸方向の振動（縦揺れ）と、水平方向であるＸ軸方向の振動（横揺れ：左右揺れ）と、同じく水平方向であって、Ｙ軸およびＸ軸と直交するＺ軸方向の振動（横揺れ：前後揺れ）とを重ね合わせた振動を発生させることができる。しかしながら、起震装置１１が発生させることのできる振動には、物理的制約により、３方向の各々について上限が設けられる。したがって、起震装置１１のみでは、その上限を超える振幅の長周期地震動を再現することはできない。

一方、前述したように、地震動擬似的再現システム１は、現実空間を拡張するための被験者に対する付加情報の提示、より詳細には、光学透過型ディスプレイ１２１による画像の表示と、音声出力部１２２による音声の出力とで、被験者に錯覚を起こさせることができる。

そこで、地震動擬似的再現システム１は、起震装置１１が発生させた振動を受ける被験者に対して、起震装置１１による振動の発生と同期させて、現実空間を拡張するための付加情報を提示することにより、長周期地震動を擬似的に再現し、被験者に長周期地震動を体感させる。

図４は、起震装置１１による振動の発生と、補助装置１２による被験者に対する付加情報の提示とを協調させて擬似的に再現される長周期地震動のイメージを表す図である。

前述したように、起震装置１１が発生させる振動は、３方向の振動が重ね合わせられている。しかしながら、ここでは、判り易くするため、１方向のみの振動を考える。

図４中、符号ａは、再現対象の長周期地震動を、縦方向に振幅をとり、横方向に時間をとった波形として示している。また、符号ｂは、起震装置１１が発生させることのできる最大振幅の振動を、同じく、縦方向に振幅をとり、横方向に時間をとった波形として示している。また、符号ｃは、再現対象の長周期地震動の振幅と、起震装置１１が発生させることのできる最大振幅の振動の振幅との差分を示している。地震動擬似的再現システム１においては、この差分を補填すべく、つまり、符号ｂで示される振動が符号ａで示される振動として知覚されるように被験者に錯覚を起こさせるために、現実空間を拡張するための被験者に対する付加情報の提示を行う。

より詳細には、制御装置１３の主処理部１３１が、補助装置１２のセンサ１２３によって取得されるデータと、画像作成用データ２１２とに基づき、光学透過型ディスプレイ１２１に表示すべき画像を作成し、ディスプレイコントローラ１３５を介して光学透過型ディスプレイ１２１に表示する。また、主処理部１３１は、補助装置１２のセンサ１２３によって取得されるデータと、音声作成用データ２１３とに基づき、音声出力部１２２から出力すべき音声を作成し、サウンドコントローラ１３６を介して音声出力部１２２から出力する。

画像作成用データ２１２は、（補助装置１２のセンサ１２３によって取得されるデータから推定される）被験者の目の位置および視線の方向に応じて、起震装置１１が発生させている、図４の符号ｂで示される波形の振動を受けている被験者に対して、たとえば被験者の視界内のオブジェクトに動きを与えることにより、あたかも図４の符号ａで示される波形の振動を受けているかのように錯覚を起こさせるために補助装置１２の光学透過型ディスプレイ１２１に表示すべき画像（現実空間に付加すべき画像）を作成するための各種情報を含む。

また、音声作成用データ２１３は、（補助装置１２のセンサ１２３によって取得されるデータから推定される）被験者の目および視線の方向に応じて、補助装置１２の音声出力部１２２から出力すべき、図４の符号ａで示される波形の振動を受けているかのような効果音を作成するための各種情報を含む。

なお、以上のような、主処理部１３１が有する、現実空間に情報を付加して現実空間を拡張する機能または現実空間と仮想空間とを組み合わせる機能は、既知のＶＲ（Virtual reality）技術、ＡＲ（Augmented reality）技術またはＭＲ（Mixed reality）技術などに関する様々な手法を適用して実現することが可能である。

図５は、視覚（光学透過型ディスプレイ１２１による画像の表示）および聴覚（音声出力部１２２による音声の出力）による振動（起震装置１１が発生させる振動）の変位増幅効果を得るための一具体例を示す図である。

図５中、符号ｂは、図４と同様、起震装置１１が発生させる振動を、縦方向に振幅をとり、横方向に時間をとった波形として示している。また、符号ｄは、視覚および聴覚により仮想的に発生させる振動を、同じく、縦方向に振幅をとり、横方向に時間をとった波形として示している。

視覚および聴覚により仮想的に発生させる振動は、被験者が実際に受ける振動の周波数（振動数）に対して４ｎ（ｎは非負整数）＋１倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらした振動とする。または逆に被験者が実際に受ける振動は、仮想的に発生させる振動の周波数に対して４ｎ（ｎは非負整数）＋１倍の周波数の振動で、かつ、その位相をπ分ずらした振動でもよい。つまり、被験者が実際に受ける振動の周波数と、視覚および聴覚により仮想的に発生させる振動の周波数とを逆転させても同じ効果を得ることができる。例えば、窓の外に見える別の高層ビルで固有周期が自身の居る高層ビルよりもゆっくりした動きの場合などが該当する。図５では、ｎが１、つまり、被験者が実際に受ける振動の周波数に対して５倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらした振動を仮想的に発生させる例を示している。この場合、被験者の視界内のオブジェクトが、起震装置１１により発生させる振動の周波数に対して５倍の周波数で、かつ、その位相がπ分ずれて揺れているかのように感じさせるべく、補助装置１２による被験者に対する付加情報の提示が行われる。位相をπ分ずらすことで、仮想的に発生させる振動を実際の振動とは逆位相で重ねることになる。これにより、視覚および聴覚による効果として、振幅を増幅させる効果を得ることができる。また、被験者の視界内の複数のオブジェクト間において、ｎの値を異ならせることで、体感する揺れに複雑さを加えることができる。たとえば、基本的にはｎを０とし、一部のオブジェクトについて、ｎを０以外とすることが好ましい。

このように、この地震動擬似的再現システム１は、狭隘空間では物理的制約により再現が不可能な長周期地震動を、振動を発生させる技術と、現実空間に情報を付加して現実空間を拡張する技術とを融合させて擬似的に再現することを可能とする。

図６は、地震動擬似的再現システム１の動作手順を示すフローチャートである。

制御装置１３の主処理部１３１は、地震動擬似的再現システム１で再現することのできる複数の地震動の中からいずれかの地震動を選択する指示をユーザインタフェース部１３２経由で受け付けると（ステップＡ１のＹＥＳ）、その選択された地震動に対応する地震動パターンデータ２１０をデータ記憶部１３３から読み出す（ステップＡ２）。

また、主処理部１３１は、地震動の再現を開始する指示をユーザインタフェース部１３２経由で受け付けると（ステップＡ３のＹＥＳ）、第１に、読み出した地震動パターンデータ２１０に含まれる振動データ２１１に基づき、駆動コントローラ１３４経由で起震装置１１を制御して振動を発生させる（ステップＡ４）。また、これと並行して、主処理部１３１は、第２に、補助装置１２のセンサ１２３により取得されたデータと、読み出した地震動パターンデータ２１０に含まれる画像作成用データ２１２および音声作成用データ２１３とに基づき、現実空間を拡張するために被験者に対して提示すべき付加情報である画像および音声を作成して、ディスプレイコントローラ１３５経由で補助装置１２の光学透過型ディスプレイ１２１に表示し、サウンドコントローラ１３６経由で補助装置１２の音声出力部１２２から出力する（ステップＡ５）。主処理部１３１は、このステップＡ４およびステップＡ５の処理を、地震動の再現を終了する指示が行われるまで継続する。

そして、主処理部１３１は、地震動の再現を終了する指示をユーザインタフェース部１３２経由で受け付けると（ステップＡ６のＹＥＳ）、ステップＡ４およびステップＡ５の処理を止め、地震動擬似的再現システム１としての一連の地震動再現動作を終了する。

以上のように、本実施形態の地震動擬似的再現システム１によれば、たとえば起震装置１１のみではその物理的制約により再現不可能な長周期地震動などを擬似的に再現することが実現される。

なお、ここでは、補助装置１２が光学透過型ディスプレイ１２１を有する例を説明したが、光学透過型ディスプレイ１２１に代えて、非透過型ディスプレイを有し、起震装置１１による振動の発生と同期させて、（拡張現実または複合現実ではなく）完全な仮想現実を被験者に目視させるようにしてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図６は、第２実施形態に係る地震動擬似的再現システム１Ａの機能ブロックを示す図である。第１実施形態の地震動擬似的再現システム１では、たとえば起震車に搭載される地震体験室などの開放型狭隘空間において被験者に地震動を体感させることを想定していたが、本実施形態の地震動擬似的再現システム１Ａでは、たとえばコンテナ内などの閉鎖型狭隘空間において被験者に地震動を体感させることを想定している。

この地震動擬似的再現システム１Ａも、狭隘空間では物理的制約により再現が不可能な長周期地震動を、振動を発生させる技術と、仮想的な空間を作り上げる技術、より詳細には、現実空間に情報を付加して現実空間を拡張する技術または現実空間と仮想空間とを組み合わせる技術とを融合させて擬似的に再現することを可能としたものである。なお、第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を使用し、その説明は省略する。

図７に示すように、地震動擬似的再現システム１Ａは、起震装置１１、１以上のプロジェクタ１４、１以上のスピーカ１５および制御装置１３Ａを有している。つまり、地震動擬似的再現システム１Ａは、第１実施形態における補助装置１２に代えて、プロジェクタ１４およびスピーカ１５を有している。ここでは、スピーカ１５が存在していることを想定するが、スピーカ１５は必須ではない。

プロジェクタ１４は、コンテナ内に設けられる、閉鎖型狭隘空間である地震体験室の内壁や、この地震体験室内に配置された後述するベースオブジェクトに画像を投影するための装置、より詳細には、地震体験室内においてプロジェクションマッピング（ＰＭ：Projection Mapping）を行うための装置である。つまり、この地震動擬似的再現システム１Ａは、閉鎖型狭隘空間内でのプロジェクションマッピングにより、現実空間を拡張するための被験者に対する付加情報の提示を実行する。プロジェクションマッピングによっても、実在するオブジェクトを被験者の視界から消去することができるし、オブジェクトに動き（歪みや移動を含む）を与えることもできる。スピーカ１５は、効果音を出力するための装置である。

そして、プロジェクションマッピングによる、現実空間を拡張するための被験者に対する付加情報の提示によっても、被験者に錯覚を起こさせることができるので、この現象を利用して、地震動擬似的再現システム１Ａは、起震装置１１が発生させることのできる上限の振幅の振動よりも振幅の大きい振動を被験者に体感させることを実現する。

本実施形態の制御装置１３Ａは、起震装置１１と、プロジェクタ１４およびスピーカ１５とを同期的に制御する。なお、スピーカ１５が存在しない場合、図７中のサウンドコントローラ１３６は不要となる。制御装置１３Ａの主処理部１３１Ａは、ユーザインタフェース部１３２を介して受け付けるオペレータの指示に応じて、データ記憶部１３３から必要なデータ（地震動パターンデータ２１０Ａ）を読み出し、駆動コントローラ１３４を介して起震装置１１を制御するとともに、ディスプレイコントローラ１３５およびサウンドコントローラを介してプロジェクタ１４およびスピーカ１５を制御する。

本実施形態における地震動パターンデータ２１０Ａも、振動データ２１１Ａ、画像作成用データ２１２Ａおよび音声作成用データ２１３Ａを含み、振動データ２１１Ａ、画像作成用データ２１２Ａおよび音声作成用データ２１３Ａは、相互間で時間的な同期が取られたデータである。なお、スピーカ１５が存在せず、サウンドコントローラ１３６が存在しない場合、音声作成用データ２１３は不要である。

本実施形態における画像作成用データ２１２Ａは、プロジェクタ１４により、地震体験室の内壁や、この地震体験室内に配置された後述するベースオブジェクトに投影する画像に関するデータである。一方、音声作成用データ２１３Ａは、スピーカ１５により地震体験室内に出力する効果音に関するデータである。

図８は、この地震動擬似的再現システム１Ａの一適用例を示す図である。

図８に示すように、ここでは、地震動擬似的再現システム１Ａが、たとえばコンテナ内などの閉鎖型狭隘空間において被験者に地震動を体感させるシステムとして適用される場合を想定する。この地震動擬似的再現システム１Ａでは、コンテナ内の空間（複合現実空間３００）の略全体が地震体験室となり、第１実施形態での起震車に搭載される地震体験室１１１と比較して、一度に、より多くの被験者に地震動を体験させることができる。また、第１実施形態においては被験者に装着させていた補助装置１２などを各被験者に装着させる必要がない。たとえば、ヘッドマウントディスプレイは、１２才未満の子供による装着は好ましくないとされており、特に、１２才未満の子供にも地震を体験させることができる点において有効である。なお、各被験者は、コンテナ内に点在させて複数設けられる所定の領域内に位置するように誘導されることが好ましい。

閉鎖型狭隘空間であるコンテナ内の床部には、起震装置１１が配置される。また、コンテナ内には、プロジェクタ１４およびスピーカ１５が配置される。さらに、コンテナ内の所定の位置には、ＶＲ（Virtual reality）オブジェクト３１０を作り出すためのベースオブジェクト３１１が配置されている。図９を参照して、ＶＲオブジェクト３１０について説明する。

ベースオブジェクト３１１は、プロジェクタ１４によって投影される画像（投影画像３１２）が張り合わされる対象物である。ベースオブジェクト３１１に投影画像３１２を張り合わせることにより、たとえば、ベースオブジェクト３１１を家具などとして被験者に見せることができる。被験者に家具などとして見せている状態のベースオブジェクト３１１がＶＲオブジェクト３１０である。このベースオブジェクト３１１への投影画像３１２の張り合わせによって、ＶＲオブジェクト３１０に動きを与えることができる。

なお、ベースオブジェクト３１１は、本物の家具などであってもよい。また、コンテナの内壁も、ベースオブジェクト３１１として利用される。コンテナの内壁に投影画像３１２を張り合わせることにより、たとえば高層マンションの高層階の窓から外景が望める部屋などのようにコンテナ内の空間を見せることができる。つまり、複合現実空間３００を作成することができる。

起震装置１１が発生させている振動を受けている被験者に対し、たとえば、ベースオブジェクト３１１に投影画像３１２を張り合わせて作成したＶＲオブジェクト３１０が大きく揺れたり被験者に迫ってくるように飛んで来たりする様子を見せ、また、外景が大きく揺れている様子を見せることにより、たとえば、起震装置１１が発生させている振動よりも最大振幅が大きい振動のように被験者に錯覚させることができる。なお、外景を含むＶＲオブジェクト３１０に与える動きは、たとえば、第１実施形態において図５を参照して説明した動きである。

そこで、本実施形態の制御装置１３Ａの主処理部１３１Ａは、第１に、地震動パターンデータ２１０Ａに含まれる振動データ２１１Ａに基づき、駆動コントローラ１３４経由で起震装置１１を制御して振動を発生させ、かつ、これと並行して、第２に、地震動パターンデータ２１０Ａに含まれる画像作成用データ２１２Ａおよび音声作成用データ２１３Ａに基づき、現実空間を拡張するために被験者に対して提示すべき付加情報である画像および音声を作成して、ディスプレイコントローラ１３５経由でプロジェクタ１４により投影し、サウンドコントローラ１３６経由でスピーカ１５から出力する。このように、本実施形態の地震動擬似的再現システム１Ａの動作手順は、第１実施形態の地震動擬似的再現システム１と略同様であるので、その図示については省略する。

以上のように、本実施形態の地震動擬似的再現システム１Ａにおいても、たとえば起震装置１１のみではその物理的制約により再現不可能な長周期地震動などを擬似的に再現することが実現される。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。

図１０は、第３実施形態に係る地震動擬似的再現システム１Ｂの機能ブロックを示す図である。本実施形態の地震動擬似的再現システム１Ｂも、第２実施形態の地震動擬似的再現システム１Ａと同様、たとえばコンテナ内などの閉鎖型狭隘空間において被験者に地震動を体感させることを想定している。

この地震動擬似的再現システム１Ｂも、狭隘空間では物理的制約により再現が不可能な長周期地震動を、振動を発生させる技術と、仮想的な空間を作り上げる技術、より詳細には、現実空間に情報を付加して現実空間を拡張する技術または現実空間と仮想空間とを組み合わせる技術とを融合させて擬似的に再現することを可能としたものである。なお、第１実施形態または第２実施形態と同一の構成要素については同一の符号を使用し、その説明は省略する。

図１０に示すように、地震動擬似的再現システム１Ｂは、起震装置１１を２つ有している。ここでは、一方を起震装置１１−１、他方を起震装置１１−２と称するが、これらを起震装置１１と総称することがある。以下、この起震装置１１と同様、枝番号が付された符号で示される複数の構成要素を、枝番号抜きの符号を用いて総称することがあるものとする。また、起震装置１１を２つ有していることに伴い、この地震動擬似的再現システム１Ｂでは、制御装置１３Ｂが、駆動コントローラ１３４を２つ有している（駆動コントローラ１３４−１，１３４−２）。この２つの駆動コントローラ１３４を介して、制御装置１３Ｂは、さらに、２つの起震装置１１を同期的に制御する。より詳細には、起震装置１１−１により発生させる振動に対して、起震装置１１−２により発生させる振動が、同一周期かつ逆位相となるように各々を制御する。これは、動的視覚効果により変位増幅を意図するものであって、相対的に２倍の振幅効果を発生させる。動的視覚効果とは、平衡感覚であり、生体が運動している時や重力に対して傾いた状態にある時にこれを察知する働きである。たとえば、一方の起震装置１１が発生させる振動を受けている被験者に、他方の起震装置１１が発生させる振動を受けている被験者を見せることで、実際に受けている振動の振幅以上に揺れているように錯覚させることができる。なお、図１０には、地震動パターンデータ２１０Ｂが、起震装置１１−１用の振動データ２１１Ｂ−１と、起震装置１１−２用の振動データ２１１Ｂ−２とを含む例を示しているが、１つの振動データ２１１Ｂを、（たとえば起震装置１１−２については位相を反転させる対応を取ることで）２つの起震装置１１に対して用いることも可能である。

また、地震動擬似的再現システム１Ｂは、１以上の大型ＬＥＤ（Light emitting diode）ディスプレイ１６、１以上の透過ディスプレイ１７、１以上のスピーカ１５および制御装置１３Ｂを有している。つまり、地震動擬似的再現システム１Ｂは、第２実施形態におけるプロジェクタ１４に代えて、大型ＬＥＤディスプレイ１６および透過ディスプレイ１７を有している。

大型ＬＥＤディスプレイ１６は、閉鎖型狭隘空間である地震体験室の（天井を含む）内壁に沿って配置される。または、大型ＬＥＤディスプレイ１６は、地震体験室の内壁に貼着されてもよい。大型ＬＥＤディスプレイ１６は、第２実施形態におけるプロジェクタ１４と同様、たとえば高層マンションの高層階の窓から外景が望める部屋などのようにコンテナ内の空間を見せるため、つまり、（他の被験者が実在する）複合現実空間３００を作成するために用いられる。

一方、透過ディスプレイ１７は、地震体験室内において３Ｄ（Dimensional）ホログラムを表示するために設けられる。この地震動擬似的再現システム１Ｂでは、第２実施形態で説明したＶＲオブジェクト３１０を、透過ディスプレイ１７による３Ｄホログラムの表示によって表現する。

大型ＬＥＤディスプレイ１６および透過ディスプレイ１７により、現実空間を拡張するための被験者に対する付加情報の提示を行うことによって、被験者に錯覚を起こさせることができるので、（２つの起震装置１１の同期的制御とともに）この現象を利用して、地震動擬似的再現システム１Ｂは、起震装置１１が発生させることのできる上限の振幅の振動よりも振幅の大きい振動を被験者に体感させることを実現する。

図１１は、この地震動擬似的再現システム１Ｂの一適用例を示す図である。

図１１に示すように、ここでは、地震動擬似的再現システム１Ｂが、たとえばコンテナ内などの閉鎖型狭隘空間において被験者に地震動を体感させるシステムとして適用される場合を想定する。第２実施形態の地震動擬似的再現システム１Ａと同様、この地震動擬似的再現システム１Ｂでは、コンテナ内の空間（複合現実空間３００）の略全体が地震体験室となり、一度に、より多くの被験者に地震動を体験させることができ、また、第１実施形態においては被験者に装着させていた補助装置１２などを各被験者に装着させる必要がない。さらに、地震動擬似的再現システム１Ｂでは、各被験者が、任意の場所に位置して構わない。

閉鎖型狭隘空間であるコンテナ内の床部には、起震装置１１−１，１１−２の２つの起震装置１１が配置される。また、コンテナ内には、大型ＬＥＤディスプレイ１６、透過ディスプレイ１７およびスピーカ１５が配置される。前述したように、大型ＬＥＤディスプレイ１６は、コンテナの内壁（たとえば、床部を除く５面）に沿って配置される。透過ディスプレイ１７は、少なくとも１つは、起震装置１１−１と起震装置１１−２との間、より詳細には、起震装置１１−１が発生させる振動を受ける被験者が位置する空間と起震装置１１−２が発生させる振動を受ける被験者が位置する空間との間に介在させて設けられる。前述したように、透過ディスプレイ１７は、ＶＲオブジェクト３１０を表現する３Ｄホログラムを表示するために設けられる。起震装置１１−１と起震装置１１−２との間に設けられる透過ディスプレイ１７は、起震装置１１−１側からは見えるが起震装置１１−２側からは見えないように３Ｄホログラムを表示することができ、逆に、起震装置１１−２側からは見えるが起震装置１１−１側からは見えないように３Ｄホログラムを表示することができるものが望ましい。この場合、起震装置１１−１と起震装置１１−２との間に設けられる透過ディスプレイ１７に、起震装置１１−１が発生させる振動と同期させて動きを与える、起震装置１１−１が発生させる振動を受ける被験者向けのＶＲオブジェクト３１０と、起震装置１１−２が発生させる振動と同期させて動きを与える、起震装置１１−２が発生させる振動を受ける被験者向けのＶＲオブジェクト３１０とを同時に表示することができる。

起震装置１１が発生させている振動を受けている被験者に対し、たとえば、透過ディスプレイ１７に３Ｄホログラムを表示して表現したＶＲオブジェクト３１０が大きく揺れたり被験者に迫ってくるように飛んで来たりする様子を見せ、また、大型ＬＥＤディスプレイ１６に表示した外景が大きく揺れている様子を見せることにより、さらに、２つの起震装置１１に同一周期かつ互いに逆位相の振動を発生させることにより、たとえば、起震装置１１が発生させている振動よりも最大振幅が大きい振動のように被験者に錯覚させることができる。なお、外景を含むＶＲオブジェクト３１０に与える動きは、たとえば、第１実施形態において図５を参照して説明した動きである。

図１２は、地震動擬似的再現システム１Ｂの動作手順を示すフローチャートである。

制御装置１３の主処理部１３１Ｂは、地震動擬似的再現システム１で再現することのできる複数の地震動の中からいずれかの地震動を選択する指示をユーザインタフェース部１３２経由で受け付けると（ステップＢ１のＹＥＳ）、その選択された地震動に対応する地震動パターンデータ２１０Ｂをデータ記憶部１３３から読み出す（ステップＢ２）。

また、主処理部１３１Ｂは、地震動の再現を開始する指示をユーザインタフェース部１３２経由で受け付けると（ステップＢ３のＹＥＳ）、第１に、読み出した地震動パターンデータ２１０Ｂに含まれる振動データ２１１Ｂ−１に基づき、駆動コントローラ１３４−１経由で起震装置１１−１を制御して振動を発生させ（ステップＢ４）、同時に、読み出した地震動パターンデータ２１０Ｂに含まれる振動データ２１１Ｂ−２に基づき、駆動コントローラ１３４−２経由で起震装置１１−２を制御して（起震装置１１−１が発生させる振動と同一周期かつ逆位相の）振動を発生させる（ステップＢ５）。

さらに、これと並行して、主処理部１３１は、第２に、読み出した地震動パターンデータ２１０Ｂに含まれる画像作成用データ２１２Ｂおよび音声作成用データ２１３Ｂに基づき、現実空間を拡張するために被験者に対して提示すべき付加情報である画像および音声を作成して、ディスプレイコントローラ１３５−１，１３５−２経由で大型ＬＥＤディスプレイ１６および透過ディスプレイ１７に表示し、サウンドコントローラ１３６経由でスピーカ１５から出力する（ステップＢ６）。主処理部１３１Ｂは、このステップＢ４乃至ステップＢ６の処理を、地震動の再現を終了する指示が行われるまで継続する。

そして、主処理部１３１Ｂは、地震動の再現を終了する指示をユーザインタフェース部１３２経由で受け付けると（ステップＢ６のＹＥＳ）、ステップＢ４乃至ステップＢ６の処理を止め、地震動擬似的再現システム１としての一連の地震動再現動作を終了する。

以上のように、本実施形態の地震動擬似的再現システム１Ｂにおいても、たとえば起震装置１１のみではその物理的制約により再現不可能な長周期地震動などを擬似的に再現することが実現される。

なお、前述の説明では、長周期地震動などを擬似的に再現することを例示したが、これに限らず、通常の地震動を体験させるにあたり、たとえば起震車などでは体験させることが不可能な地震による様々な危険要因の再現に本手法を適用することも有効である。その他、本手法は、前述した実施形態そのままに限定されず、様々に変形・応用することが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ…地震動擬似的再現システム、１１，１１−１，１１−２…起震装置、１２…補助装置、１３，１３Ａ，１３Ｂ…制御装置、１４…プロジェクタ、１５…スピーカ、１６…大型ＬＥＤディスプレイ、１７…透過ディスプレイ、１１１…地震体験室、１２１…光学透過型ディスプレイ、１２２…音声出力部、１２３…センサ、１３１，１３１Ａ，１３１Ｂ…主処理部、１３２…ユーザインタフェース部、１３３…データ記憶部、１３４，１３４−１，１３４−２…駆動コントローラ、１３５，１３５−１，１３５−２…ディスプレイコントローラ、１３６…サウンドコントローラ、２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ…地震動パターンデータ、２１１，２１１Ａ，２１１Ｂ−１，２１１Ｂ−２…振動データ、２１２，２１２Ａ，２１２Ｂ…画像作成用データ、２１３，２１３Ａ，２１３Ｂ…音声作成用データ、３００…複合現実空間、３１０…ＶＲオブジェクト、３１１…ベースオブジェクト、３１２…投影画像。

Claims (7)

1. 第１パターンの振動を発生させる起震手段と、
   前記第１パターンよりも最大振幅が大きい第２パターンの振動を体感させるべく、前記起震手段が発生させる振動を受ける被験者に対して、少なくとも視覚要素を含む付加情報を提示する拡張現実手段と、
   を具備し、
   前記付加情報は、前記第１パターンの振動の周波数に対して４ｎ（ｎは非負整数）＋１倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらせた振動を仮想的に発生させるための情報、または、前記第１パターンの振動の周波数に対して１／（４ｎ＋１）倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらせた振動を仮想的に発生させるための情報である、
   地震動擬似的再現システム。
2. 前記拡張現実手段は、
   前記被験者に装着される、前記被験者によって目視される現実空間に重畳させて画像を表示可能なディスプレイを少なくとも含む補助装置と、
   前記補助装置を介した前記被験者に対する前記付加情報の提示を、前記起震手段による振動の発生と同期させて制御する制御手段と、
   を具備する請求項１に記載の地震動擬似的再現システム。
3. 前記拡張現実手段は、
   前記被験者が入場する閉鎖空間の内壁または前記閉鎖空間内に存在するオブジェクトの少なくとも一方に画像を投影するためのプロジェクタと、
   前記プロジェクタを介した前記被験者に対する前記付加情報の提示を、前記起震手段による振動の発生と同期させて制御する制御手段と、
   を具備する請求項１に記載の地震動擬似的再現システム。
4. 第３パターンの振動を発生させる第１起震手段と、
   前記第３パターンと同一周期かつ逆位相の第４パターンの振動を発生させる第２起震手段と、
   前記第１起震手段が発生させる振動を受ける被験者が位置する第１空間と前記第２起震手段が発生させる振動を受ける被験者が位置する第２空間との間に介在させて設けられる透過ディスプレイと、
   前記第３パターンおよび前記第４パターンよりも最大振幅が大きい第５パターンの振動を体感させるべく、前記第１起震手段が発生させる振動を受ける被験者および前記第２起震手段が発生させる振動を受ける被験者に対して、少なくとも前記透過ディスプレイを介して付加情報を提示する拡張現実手段と、
   を具備する地震動擬似的再現システム。
5. 前記付加情報は、前記第３パターンの振動または前記第４パターンの振動の周波数に対して４ｎ（ｎは非負整数）＋１倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらせた振動を仮想的に発生させるための情報、または、前記第１パターンの振動の周波数に対して１／（４ｎ＋１）倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらせた振動を仮想的に発生させるための情報である請求項４に記載の地震動擬似的再現システム。
6. 第１パターンの振動を発生させることと、
   前記第１パターンよりも最大振幅が大きい第２パターンの振動を体感させるべく、前記発生させる振動を受ける被験者に対して、少なくとも視覚要素を含む付加情報を提示することと、
   を具備し、
   前記付加情報は、前記第１パターンの振動の周波数に対して４ｎ（ｎは非負整数）＋１倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらせた振動を仮想的に発生させるための情報、または、前記第１パターンの振動の周波数に対して１／（４ｎ＋１）倍の周波数の振動であり、かつ、その位相をπ分ずらせた振動を仮想的に発生させるための情報である、
   地震動擬似的再現方法。
7. 第３パターンの振動を発生させることと、
   前記第３パターンと同一周期かつ逆位相の第４パターンの振動を発生させることと、
   前記第３パターンおよび前記第４パターンよりも最大振幅が大きい第５パターンの振動を体感させるべく、前記第３パターンの振動を受ける被験者および前記第４パターンの振動を受ける被験者に対して、前記第３パターンの振動を受ける被験者が位置する第１空間と前記第４パターンの振動を受ける被験者が位置する第２空間との間に介在させて設けられる透過ディスプレイを少なくとも介して付加情報を提示することと、
   を具備する地震動擬似的再現方法。

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